SENZORI INTELIGENȚI

Anumite tipuri de traductoare sunt clasificate ca senzori inteligenți. Acestea conțin un modul de interfață cu traductor inteligent (STIM), care, la rândul său, conține un IC de memorie EEPROM, numit TEDS (vezi figura 12.01). TEDS stochează electronic informații referitoare la caracteristicile și parametrii traductorului, cum ar fi tipul dispozitivului, producătorul, numărul modelului, numărul de serie, data calibrării, sensibilitatea, frecvența de referință și alte date. De asemenea, TEDS stochează coeficienții de calibrare și răspunsul în frecvență pentru un traductor în termeni de tabel sau algoritm.

Fig. 12.01. Sistemele de senzori inteligenți cuprind trei părți principale: Modulul de interfață cu traductorul inteligent STIM, Fișa de date electronice ale traductorului TEDS, și Network-Capable Application Processor NCAP.

Nu toți producătorii de senzori furnizează această caracteristică, dar cei care fac acest lucru sunt încurajați să urmeze un standard în evoluție, IEEE 1451.0. O parte a standardului, 1451.4, definește formatul TEDS, formatele de identificare a canalelor, interfața electrică și funcțiile de citire și scriere pentru accesarea TEDS și a datelor traductorului. De asemenea, specificația definește setul de date, adică numărul de eșantioane achiziționate pentru o comandă care variază de la 0 la 65.535 de eșantioane pe set.

Standardul nu specifică cerințe privind condiționarea semnalului, conversia semnalului sau modul în care aplicațiile pot utiliza datele TEDS. Totuși, aparatele de condiționare a semnalelor și alte echipamente de interfață folosite împreună cu acești senzori inteligenți trebuie să furnizeze o opțiune sau să includă circuite pentru comunicații TEDS sub îndrumarea unui modul software special destinat acestui scop. Un alt modul special care funcționează cu TEDS este, de obicei, o parte a pachetului software de aplicații al sistemului de achiziții de date, care colectează, stochează și afișează variabilele măsurate. Hardware-ul scalează automat citirile și stabilește gama în funcție de datele stocate în senzor. Aceasta se face de obicei pentru fiecare canal asociat TEDS.

Capabilitatea TEDS a fost inițial destinată senzorilor piezoelectrici, cum ar fi accelerometrele și senzorii de presiune, dar acum include toți senzorii și actuatoarele analogice comune, cum ar fi senzorii MEMS (senzori microelectromecanici), accelerometrele, traductoarele de presiune și senzorii de temperatură cu două fire și mod-mixt (analogic și digital) de intrare/ieșire.

Pentru senzorii și actuatoarele analogice cu două fire (numite Clasa 1), semnalul de ieșire este în general cuplat la dispozitivul de condiționare a semnalului sau la driver, în timp ce datele TEDS sunt activate și citite cu o tensiune de polarizare DC aplicată acelorași două fire (vezi figura 12.02 ). Traductoarele cu capacități mixte (numite Clasa 2) comunică de asemenea digital cu memoria TEDS (vezi figura 12.03). Partea analogică este semnalul reprezentând variabila măsurată, iar interfața digitală comunică cu EEPROM-ul încorporat. Arhitectura TEDS conține șabloane standard pentru traductoare comune și sub-șabloane personalizate pe care producătorii le pot folosi pentru a defini parametrii specifici și cerințele personalizate.

Fișierul TEDS poate fi păstrat în EEPROM-ul încorporat senzorului sau în afara acestuia într-un fișier rezervat în sistemul de achiziție de date. Un număr de producători de traductoare intenționează să lanseze un site accesibil pe Internet în care listează senzori care în prezent nu conțin un IC cu memorie TEDS. Utilizatorii pot să introducă numărul de serie al senzorului și să obțină o specificație TEDS echivalentă pentru descărcare. Acest lucru permite ca programele software de aplicație să funcționeze atât cu senzori mai vechi, cât și cu senzori mai noi echipați cu TEDS.

Rețele

Intenția inițială a conceptului TEDS este de a gestiona rețelele de senzori inteligenți și actuatoare pe diferite tipuri de rețele. Diferite tipuri de rețele de control există acum atât pentru comunicațiile analogice, cât și cele digitale, dar cele mai multe sunt incompatibil între ele. Și nu toți producătorii de traductoare sunt capabili sau dispuși să ofere un senzor unic pentru fiecare tip de magistrală de rețea. În consecință, ei se îndreaptă din ce în ce mai mult către rețelele digitale controlate cu microprocesoare pentru a dezvolta o interfață universal acceptată, care este mai economică pentru a interconecta sisteme, rețele și instrumente. Documentul de ghidare este standardul evolutiv IEEE 1451, care permite, de asemenea, ca noile dispozitive să fie compatibile cu sistemele mai vechi și existente.

Arhitectura sistemului

IEEE a împărțit standardul P1451 în cinci părți principale. Fiecare parte se adresează unei fațete sau unei interfețe diferite a proiectului, care permite producătorilor de senzori să proiecteze și să construiască noi senzori compatibili cu toate rețelele. Fiecare parte este definită după cum urmează:

Partea 1. Model de informație al procesorului de aplicație capabil de rețea (NCAP)

Scopul acestei părți este definirea unui model obiect pentru traductoarele inteligente care se conectează la o rețea și specificarea unei interfețe software care să funcționeze cu componentele traductorului. Principalele componente ale acestui model includ blocul NCAP, blocul de funcții și blocul traductorului. Procesorul NCAP conectează rețeaua la modulele traductorului, iar fiecare rețea diferită necesită o interfață fizică NCAP diferită. Modelul obiect traductor inteligent interfațează cu procesorul NCAP și cu blocul traductorului. Interfața cu blocul traductor conține detalii despre hardware-ul traductorului într-un model de program, iar interfața cu blocul NCAP conține detalii care descriu protocoalele de rețea.

Scopul principal al NCAP este de a comunica între STIM și o anumită rețea. De asemenea, NCAP calculează corecțiile de calibrare și convertește între valorile în unități metrice și valorile provenite de la DAC-urile STIM sau care merg la ADC-uri.

Partea 2. Protocoale de comunicație traductor-microprocesor și format TEDS

Partea 2 definește detaliile unui TEDS, inclusiv formatul de stocare a datelor într-un EEPROM mic (256-biți până la 4 kb) și interfața dintre procesorul NCAP și traductoare. TEDS conține informațiile necesare software-ului pentru a converti valorile senzorilor, cum ar fi volți sau rezistență la unități fizice, cum ar fi forța în kilograme sau accelerația în g. TEDS face parte, de asemenea, din modulul interfeței traductorului inteligent. STIM include ADC-urile, DAC-urile, I/O digitale și trigger-e care se conectează la traductoare.

Partea 3. Comunicații digitale și formate TEDS pentru sisteme multidrop distribuite

Această parte este destinată să definească formatul TEDS și standardul pentru interfața dintre traductoarele multiple într-o rețea multidrop. Unele dintre problemele legate de un sistem multidrop includ identificarea automată a traductorului atunci când se conectează la magistrală și cât de repede se recuperează sistemul după o scurtă pierdere momentană a alimentării.

Partea 4. Protocoale de comunicație în mod mixt și formate TEDS

Comunicările în mod mixt se referă la problema utilizării I/O cu două fire, care împarte atât semnale, cât și interfețe digitale, față de un sistem cu mai multe fire, unde semnalele și comunicațiile digitale sunt gestionate pe fire sau porturi separate. Senzorii analogici mici conțin TEDS care permit interfața senzorilor în rețea prin aceleași două fire pe care le folosesc pentru semnale. Datele digitale TEDS utilizează aceleași două fire.

Partea 5. Protocoale de comunicație wireless și formate TEDS

La momentul acestei scrieri, grupul de studiu al comitetului de standarde al IEEE P1451 a definit detaliile interfeței pentru comunicații wireless dar nu și modulele. Intenția standardului este de a separa straturile fizice de straturile superioare ale stivei de protocoale. Progrese semnificative privind specificațiile sunt așteptate în 2004.

Componența TEDS

Structura datelor pentru TEDS funcționează bine cu o varietate de tipuri de senzori. Indiferent de principiul de funcționare a senzorului, structura conține trei subdiviziuni majore; TEDS de bază; standardul TEDS (substructura) și zona utilizator (vezi figura 12.04, tabelele 1, 2 și 3).

Fig. 12.04. Tabelul 1. Tabel TEDS de bază.

TEDS de bază conține identificarea producătorului, identificarea modelului, versiunea și numărul de serie, care sunt comune tuturor tipurilor de senzori. TEDS standard, cu toate acestea, conține date unice pentru principiul de funcționare a senzorului. De exemplu, un accelerometru piezoelectric diferă de o celulă de sarcină cu mărci tensometrice, astfel încât Standard TEDS EEPROM conține câteva informații comune și unice. Ambii senzori TEDS listează data calibrării, intervalul de măsurare și ieșirea electrică, dar diferă în cel mult 12 parametri. Accelerometrul are 6 parametri care nu dispun de mărci tensometrice și marca tensometrică are 6 parametri care lipsesc accelerometrului. Zona utilizatorului conține informații cum ar fi locația senzorului, data scadenței calibrării și tabelul de calibrare.