設計非同步傳輸的智慧型感測介面模組

ccna1217

本研究為IEEE 1451的智慧型感測器介面模組(Smart Transducer Interface Module, STIM)標準的實體設計，為實現此一目的，利用Altera公司的Quartus II軟體開發環境並搭配同為Altera公司的MAX II CPLD晶片來完成UART-STIM的核心控制器。本論文的目的在實現一個可攜式的STIM，並且經由藍牙(bluetooth)無線與電腦連接，即可達到輕易的修改STIM中的感測器電子數據表單(TEDS)。

      感測器的應用幾乎是無所不在，從小到日常生活的小家電，大到工廠的自動化設備的控制等，而其中又以作為閉迴路控制系統(Close Loop Control System )中的回授(Feed Back)元件應用為最廣泛。智慧型感測器可以被視為是第三代的革新，第一代是僅只有感測器，第二代為具有智慧式的處理計算於所感應到的資料，而第三代的感測網頁可以於具有智慧型的感測裝置之間通訊，此乃智慧型感測器的本質定義。於智慧型感測器之中包含有一個或是多個感測器，微控制器，類比對數位轉換器(ADC)，通訊連接，記憶體以及電池。

      以NI(National Instrument)為首的許多國際大廠，相互結合IEEE組織在1993年提出了一種智慧型感測器標準的概念。在1993年，美國國際標準與技術中心(The National Institute of Standards and Technology, NIST)與電子電機工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)技術委員會在共同發起的儀器與量測協會的感測器會議上，討論這類智慧型感測器(smart sensor)的通信介面及建立一個共同標準介面的可能性。終於在1997年獲得電子電機工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 的認可，並發佈智慧型感測器標準IEEE 1451.2 [1,2,3,4]，如圖1。

IEEE 1451系列
      IEEE 1451系列如圖1所示，目前已有七個工作小組，包含IEEE P1451.0、IEEE 1451.1、IEEE 1451.2、IEEE 1451.3、IEEE 1451.4、IEEE P1451.5及IEEE P1451.6。其中IEEE 1451.1、IEEE 1451.2、IEEE 1451.3及IEEE 1451.4是已經通過認可並且發佈的標準，而IEEE P1451.0、IEEE P1451.5及IEEE P1451.6仍處於發展中的階段。以下將對IEEE 1451.X作介紹[1,2]。

IEEE P1451.0：
      IEEE P1451.0為IEEE 1451家族的智慧型測器標準，定義了一套共同的命令、操作以及TEDS。藉由這共同的定義，使得後續版本的1451.X可以更容易地增加到這實體層，使得未來的IEEE 1451系列在發展上更容易整合。

I EEE 1451.1：
      為智慧型感測器的性能定義了一個共同物件模型的描述，和使用這標準的通訊模型定義。

IEEE 1451.2：
      定義了感測器到網路應用處理器(Network Capable Application Processor，NCAP)的通訊介面及感測器電子數據表單(TEDS)，為點對點傳輸的結構。

IEEE 1451.3：
      定義多點式感測器使用在一個分散式的通訊架構下，定義了感測器到網路應用處理器(NCAP)的通訊介面及感測器電子數據表單(TEDS)。

IEEE 1451.4：
      為類比感測器以及類比對數位信號操作定義一個混合協定及感測器電子數據表單(TEDS)。

IEEE P1451.5：
      為無線感測器定義一個適用於感測器到網路應用處理器(NCAP)的介面及TEDS。無線通訊協議的802.11(WiFi)、802.15.1(Bluetooth)及802.15.4(ZigBee)均已被考慮使用在IEEE P1451.5的實體介面中。

IEEE P1451.6：
      是針對高速CANopen感測器網路的使用而設計，定義了一個感測器到網路應用處理器(NCAP)的介面及感測器電子數據表單(TEDS)。

IEEE 1451.2智慧型感測器介面模組
      IEEE 1451.2標準為感測器連接到網路應用處理器(NCAP)定義了一個數位式的傳輸介面、感測器電子數據表單(TEDS)及它的資料形式的描述、讀取及寫入邏輯功能，以存取感測器電子數據表單(TEDS)。IEEE 1451.2標準的主要目的如下[7]：
      1. 提供感測器一個共同的通訊介面，使感測器具有隨插即用的能力。
      2. 簡化網路智慧型感測器的建立。
      3. 幫助多路網路系統的支援。