网 络 化 仪 器
主讲,林君 教授
2004.6.28
主要内容：
概述
基于 Web的虚拟仪器
嵌入式 Internet的网络化智能传感器
IEEE1451网络化智能传感器标准
一、概 述
? 网络技术和计算机总线技术的发展, 再加上
测控任务的复杂化以及远程监测任务等迫切需求,
促进了测控仪器向网络化的方向快速发展 。
? 网络化仪器包括 基于计算机总线技术的 分布
式测控仪器, 基于 Internet/Intranet的 虚拟仪器,
嵌入式 Internet的 网络化仪器, 基于 IEEE1451标
准的 智能传感系统 以及 基于无线通讯 网络的 网络
化仪器系统 等 。
? 它们在智能交通, 信息家电, 家庭自动化,
工业自动化, 环境监测及远程医疗等众多领域得
到越来越广泛的应用 。
二,基于 Web的虚拟仪器
?概述
?基于 Web的虚拟仪器概念
?基于 Web的虚拟仪器软件技术
?基于 Web的虚拟仪器发展
1.概述
网络技术是推动信息产业及相关产业,
乃至整个社会发展的一种核心技术, 它的出
现使得整个社会的工作和生活方式都发生了
极大的变化 。
? Web技术在 Internet上的快速发展, 导致
Web/Browser（ 以下简写为 W/B） 这一软件应用模型
的流行 。
? W/B模型是 C/S模型的衍生, 这一模型奉行, 瘦
客户 /胖服务器, 的理念, 把主要的应用程序放在服
务器上, 客户端只需要浏览器环境, 就可根据需要
从服务器下载应用程序来完成所需要的任务 。
? 这使应用程序的维护更方便, 工作量主要集中
在服务器端, 开发工作量较小, 成本较低 。 而且 Web
具有界面友好, 操作方便等特点, 因此深受广大用
户的欢迎 。
? Web的简要介绍
? 目前除了作为 Internet上组织和发布信息的有
力工具之外，还广泛应用在包括 MIS,GIS、电子
商务和分布式计算等诸多应用领域中，并导致
Intranet和 Extranet的产生和发展。
? 未来的 Internet将不仅仅只连接计算机和终端，
仪器设备、消费电子产品汇接于 Internet平台时使
得人们可以实现, 任何人在任何地方跟任何对象进
行任何方式的信息交流,, Web TV,Web Tel由此
产生并得到了应用。
? Web渗透到仪器领域，是仪器领域内的一次重
要革新，这正是 Internet非凡影响力的表现。
? 智能仪器在模拟仪器的基础上有了较大的发
展，应用了许多计算机方面的技术，可以通过标准
的 IEEE488接口连接到普通计算机，仪器内部一般
内置有处理器和存储器。
? 但是由于 IEEE488接口传输速度有限，智能仪
器存在着实时性差、价格昂贵、扩展能力低以及开
放性差的缺点，而且智能仪器也是由厂商定义的，
用户通常是无法改变的。
? 虚拟仪器（ VI）克服了上述缺点，而将 Web和
虚拟仪器结合起来，使 VI拓展到真正的分布式网
络测试应用环境中去，可以丰富测试手段，提高测
试效率，充分合理地利用有效的资源 。
? 虚拟仪器与智能仪器的简要对比：
2．基于 Web的虚拟仪器概念
基于 Web的 虚拟仪器（ VI）,简单说就是
把 VI技术 和 面向 Internet的 Web技术 二者有机
结合所产生的新的 VI技术。
形象地说,VI的主要工作是把传统仪器
的前面板移植到普通计算机上，利用计算机
的资源处理相关的测试需求；基于 Web的 VI则
更进一步，它是把仪器的前面板移植到 Web页
面上，通过 Web服务器处理相关的测试需求。
VI的两大技术基础是计算机硬件技术和软件技
术, 而正是计算机硬件和软件的网络化带来了整个
社会的网络化, 所以从发展的角度来说, 这一技术
不可避免地要渗透到 VI技术领域里来 。
VI依靠计算机强大的处理能力, 高性能的显示
技术, 高速的存储系统, 丰富的外部设备；同时 VI
还有计算机丰富的软件系统, 包括网络化的操作系
统 ( 如 Windows NT), 应 用 软 件 ( 如 Internet
Explorer)和网络性能非常强的 VI软件 (如 National
Instrument公司的 ComponentWorks,G Web Server
等 )。 所有这些使 VI系统本身具备了强大的网络能
力 。
? VI技术：
? 就 Internet的发展来说，从最初用于美
国军方的 ARPANET，到今天的 Internet，
Internet技术的发展日新月异，内容也由最
初纯文本的信息交流，到 WWW多媒体技术，
再到信息家电等，越来越丰富。可以说
Internet技术已经是无所不在，无所不容。
随着网络硬件设备的不断发展，基础设
施的不断完善，网络软件的不断丰富以及网
络成本的不断降低，把网络作为 VI的测试平
台无论从技术上还是成本上都是可行的。
? 面向 Internet的 Web技术
? Web技术是 Internet的一个组成部分, 如果说
Internet是世界范围内计算机网络相互间连接的
集合, 那么 Web可以说是在 Internet顶部运行的
一个协议 。
WWW具有相互通信的能力, 具有友好的图形用
户接口, 还具有良好的平台独立性, 所有这些都
为 VI和 Web结合奠定了基础 。
? VI和 Web结合的基本模型,
图 1 虚拟仪器与 WWW结合模型
可以看出, 在虚拟仪器的基础上, 增加其登陆
因特网及网络浏览的功能, 就可以实现基于 Web的
网络化仪器了 。 从这一角度讲, 基于 Web的网络化
仪器是虚拟仪器技术的延伸与扩展 。
浏览器 浏览器 浏览器 浏览器
虚拟仪器 虚拟仪器 虚拟仪器
I n t e r n e t
3．基于 Web的虚拟仪器软件技术
? ActiveX技术
? DataSocket服务器
? Web服务器
? ActiveX技术
ActiveX是由 Microsoft公司定义并发布
的一种开放性标准。它能够让软件开发者很
方便、快速地在 Internet,Intranet网络环
境里，制作或提供生动活泼的内容与服务、
编写功能强大的应用程序。
ActiveX优点主要有以下几个方面：
? 利用现成的 1000多个 ActiveX Controls，
可以很容易开发出基于网络的应用程序 。
? 可以开发出能够充分发挥硬件与操作系统
功能的应用程序与服务 。 这是由于所调用的
ActiveX Controls与硬件及操作系统功能能够
较紧密地结合的缘故 。
? 跨 操 作 系 统 平 台, 支持 Windows,
Macintosh,UNIX版本 。
ActiveX最吸引人的地方之一, 就是 ActiveX
Controls。
ActiveX Controls 就 是 基 于 OLE(Object
Linking & Embedding)技术并加以扩充, 符合
COM(Component Object Model)格式的交互式软件
元件 。 许多原本使用于 Visual Basic,Delphi等的
OCX(OLE Control),都可以成为 ActiveX Controls。
目前支持 ActiveX 的开发工具主要有 Visual
Basic,Visual C++,Visual J++以及 Delphi等多
种编程语言 。
? DataSocket服务器
DataSocket是 National Instrument提供的一种
编程工具, 借助它可以在不同的应用程序和数据源
之间共享数据 。 DataSocket可以访问本地文件以及
HTTP和 FTP服务器上的数据 。 DataSocket为低层通
讯协议提供了一致的 API,编程人员无需为不同的
数据格式和通讯协议编写具体的程序代码 。 而且通
常这些数据源分布在不同的计算机上 。
? DataSocket使用一种增强数据类型来交换仪器
类型的数据, 这种数据类型包括数据特性 （ 如采
样率, 操作者姓名, 时间及采样精度等 ） 和实际
测试数据 。
? DataSocket用类似于 Web中的统一资源定位器
（ URL） 定位数据源, URL不同的前缀表示了不同
的数据类型, file表示本地文件, http为超文本
传输资源, ftp为文件传输协议, opc表示访问的
资源是 OPC服务器, dstp（ DataSocket transfer
protocol） 则说明数据来自 DataSocket服务器的
实时数据 。
? NI公司的 ComponentWorks软件包中提供
的 DataSocket具备以下三个工具：
（ 1） DataSocket ActiveX控件, 开发者可以利用
它提供的控件在诸如 VB,VC等 ActiveX容器中开发
共享数据应用程序 。
（ 2） DataSocket服务器, 利用 dstp协议在应用程
序间交换数据 。
（ 3） DataSocket服务器管理程序,它是一个配置
和管理工具，负责确定 DataSocket服务的最大连接
数、实现设置访问控制等网络管理功能。
? Web服务器
支持标准的 HTTP协议 。 调用内置的
Monitor和 Snap函数, 使 VI的前面板显现在
浏览器中 。 支持 CGI,实现对 VI的远程交互
式访问 。 支持 SMTP,在 VI中实现消息和文件
的邮件方式发送 。 支持 FTP,实现文件的自
动上下载 。
除了上述介绍的几种软件技术以外, 还有
National Instrument的 Internet Toolkit for G，
Java,ASP等不断发展完善的软件技术, 都可以在
基于 Web的 VI中得到应用 。 吉林大学最近开发的基
于 CORBA的网络化仪器开发平台, 为基于 Web的 VI
开发应用提供了一种有效的支持工具 。
显然, 利用网络技术实现对对象的测试与控制,
是对传统测控方式的革命 。 测控方式的网络化,
是未来测控技术发展的必然趋势, 它能充分利用
现有资源和网络带来的益处, 实现各种资源有效
合理的配置 。
3．基于 Web的虚拟仪器发展
随着网络技术发展，基于 Internet的虚拟仪器
将为用户远程访问提供更快捷、更方便的服务。用
户可以通过 HTTP协议远程控制和访问测量仪器系统，
可以进行远程排错、修复和监控测试。
基于 Internet的分布式虚拟实验室（ Virtual
Lab,VLab）将完成远程医疗诊治病人、虚拟太空
测试实验、虚拟海底测试实验，也将为测控仪器的
设计与使用带来许多意想不到的新思路。
虚拟实验室 是近几年随着因特网的迅速发展而提
出来的, 人们想通过虚拟现实 （ Virtual Reality，
VR） 技术来操作和控制远程实验室内昂贵的科学仪
器, 科学家可以通过 VLab进行科学研究, 大学生们
也可以通过 VLab来共享资源有限的实验室, 这种早
年的梦想已经变成现实, 其发展和应用前景十分广
阔 。
Internet已遍及世界各地, 利用 Internet进行遥
测遥控, 协同研究以及网络化测试与控制将给人们
带来极大的方便 。
三、嵌入式 Internet的网络化智能传感器
? 智能传感器
微处理器（ Microprocessor）与传统传
感器（ Dumb Sensor）相结合，产生了功能
强大的智能传感器（ Intelligent Sensor或
Smart Sensor），智能传感器的出现给传统
工业测控带来了巨大的进步，在工业生产、
国防建设和其他科技领域发挥着重要的作用。
?智能传感器网络化的实现
? 利用现场总线技术
在自动化领域，现场总线控制系统 FCS
（ Fieldbus Control System）正在逐步取代一般的
分布式控制系统 DCS（ Distributed Control
System），各种基于现场总线的智能传感器 /执行
器技术也得到迅速发展。
但目前市场上多种现场总线并存，使得基于
现场总线的传感器 /执行器（ Sensor/Actuator）接
口协议标准各异，如目前市场上较为流行的现场
总线如 CAN（控制局域网络）,Lonworks(局部操
作网络 ),Profibus（过程现场总线）,HART（可
寻址远程传感器数据通信）,FF（基金现场总线）
等各有自身优势和适用范围，很难在短期内走向
统一。
?利用 Intranet/Internet技术
对于大型数据采集系统而言 （ 特别是自动化
工厂用的数据采集系统 ） 由于其中的传感器 /执行
器数以万计, 特别希望能减少其中的总线数量, 最
好能统一为一种总线或网络, 这样不仅有利于简化
布线, 节省空间, 降低成本, 而且方便系统维护 。
另一方面, 现有工厂和企业大都建有企业内部
网 （ Intranet）, 基于 Intranet的信息管理系统
（ MIS） 成为企业运营的公共信息平台, 为工厂现
代化提供了有力的保障 。
Intranet和因特网 (Internet)具有相同的技术原理, 都
基于全球通用的 TCP/IP协议, 使数据采集, 信息传输等能
直接在 Intranet/Internet上进行, 既统一了标准, 又使工
业测控数据能直接在 Intranet/Internet上动态发布和共享,
供相关技术人员, 管理人员参考, 这样就把测控网和信息
网有机地结合了起来, 使得工厂或企业拥有一个一体化的
网络平台, 从成本, 管理, 维护等方面考虑这是一种最佳
的选择 。
让传感器 /执行器在应用现场实现 TCP/IP协议,
使现场测控数据就近登临网络, 在网络所能及的范
围内适时发布和共享, 是具有 Internet/Intranet
功能的网络化智能传感器 （ 包括执行器 ） 的研究目
标, 也是目前国内外竞相研究与发展的前沿技术之
一 。
具有 Internet/Intranet功能的网络化智能传感
器是在智能传感器的基础上实现网络化和信息化，
其核心是使传感器本身实现 TCP/IP网络通信协议。
随着电子和信息技术的高速发展,通过软件
方式或硬件方式可以将 TCP/IP协议嵌入到智能化
传感器中 。
目前已有多种嵌入式的 TCP/IP芯片（如美国
Seiko Instruments公司生产的 ichip S7600A芯片），
它们可直接用作网络接口，实现嵌入式 Internet的
网络化仪器。
? 智能传感器连入 Internet的两种方式
正是由于信息传感器广泛的市场前景和无所
不在的应用领域，如智能交通系统，虚拟现实
（ VR）应用、信息家电、家庭自动化、工业自动
化,POS网络、电子商务、环境监测及远程医疗等
等，国内外相关研究方兴未艾，各类方法和实现
方案不断涌现，各有特点和优势。
总体上讲，这些研究可归结为两大类，一类
是 直接在智能传感器上实现 TCP/IP，使之直接连
入 Internet；另一类是智能传感器 通过公共的
TCP/IP转接口（或称网关 Gateway） 再与 Internet
相连。
（ 1） 直接在智能传感器上实现 TCP/IP
其典型代表是 HP公司设计的一个测量流量的
信息传感器模型。
该传感器模型是采用 BFOOT-66051（一种带有定制
Web页的嵌入式以太网控制器）来设计的,STIM（ Smart
Transducer Interface Module，智能变送器接口模块）用以
连接传感器,NCAP（ Network Capable Application
Processor，网络适配器）用以连接 Ethernet或 Internet。
STIM内含一个支持 IEEEP1451数字接口的微处理器，
NCAP通过相应的 P1451.2接口访问 STIM，每个 NCAP网页
中的内容通过 PC机上的浏览器可以在 Internet上读取。
STIM和 NCAP接口有专用的集成模块问世,如
EDI1520,PLCC-44，可以在片上系统实现具有
Internet/Intranet功能的网络化智能传感器成。
（ 2） 通过公共的 TCP/IP转接口
与 Internet相连
其典型代表是美国国家仪器公司的 GPIB-
ENET控制器模块,它包含一个 16位微处理器和一
个可以将数据流的 GPIB格式与 Ethernet格式相互
转换的软件，将这个控制器模块安装上传感器或
数据采集仪器，就可以和 Internet互通了。
目前，包括 Siemens/Infineon,Philips与
Motorola在内的数十家大公司联合成立了, 嵌入
式 Internet联盟（ ETI）,,共同推动着嵌入式
Internet技术和市场的发展。
具有 Internet/Intranet功能的网络化智能传感
器技术已经不再停留在论证阶段或实验室阶段，
越来越多的成本低廉且具备 Internet/Intranet网络
化功能的智能传感器 /执行器不断地涌向市场，正
在并且将要更多更广地影响着人类生活。
以 IP技术为核心的因特网渗透到人类生活的
方方面面, 无数因特网的节点 （ 具有
Internet/Intranet功能的网络化智能传感器 ） 正
在发挥着神经细胞的功能, 它将使地球披上一层
,电子皮肤,, 地球正是用因特网在支持和传递
着它的, 感觉,, 无处不在的网络化智能传感器
（ 包括气象参数传感器, 水土分析传感器, 污染
检测器, 电子眼, 电子鼻, 葡萄粮传感器和脑电
图仪等等 ） 探测和监视着城市, 大气, 船只, 车
流和人类自己 。
四,IEEE1451网络化智能传感器标准
继模拟仪表控制系统、集中式数字控
制系统、分布式控制系统之后，基于各
种现场总线标准的分布式测量和控制系
统得到了广泛的应用，这些系统所采用
的控制总线网络多种多样、千差万别，
其内部结构、通讯接口、通讯协议等各
不相同。
? 基于现场总线的各种测控系统
目前市场上，在通讯方面所遵循的标准主要有：
IEEE803.2(以太网 ),IEEE802.4(令牌总线 )，
IEEE FDDI(光纤分布式数据界面 ),TCP/IP(传输
控制协议 /互联协议 )等，以此来连接各种变送器
（包括传感器和执行器），要求所选的传感器 /执
行器必须符合上述标准总线的有关规定。
一般说来，这类测控系统的构成都可以采用如
下图所示的结构来描述。
图 2 一种分布式测控系统结构示意图
该图简单地表示了一种分布式测量和控制系统的
典型应用事例，是目前市场比较常见的现场总线系统
结构图。
计算机 路由器
智能传感器节点
其他网络系统
压力
智能传感器节点 智能传感器节点 智能传感器节点
温度 阀门 继电器
控制网络总线
?上述测控系统的不足之处：
? 实际上，由于这种系统的构造和设计是基于各种
网络总线标准而定的，如 I2C,HART,SPI、
LonWorks及 CAN等，每种总线标准都有自己规定的
协议格式,相互之间互不兼容，给系统的扩展、维护
等带来不利的影响 。
? 对传感器 /执行器的生产厂家来说，希望自己的产
品得到更大的市场份额，产品本身就必须符合各种标
准的规定，因此需花费很大的精力来了解和熟悉这些
标准，同时要在硬件的接口上符合每一种标准的要求，
这无疑将 增加制造商的成本 ；
? 对于系统集成开发商来说，必须充分了解各种总
线标准的优缺点并能够 提供符合相应标准规范的产品,
选择合适的生产厂家提供的传感器或执行器使之与系
统匹配 ；
? 对于用户来说, 经常根据需要来扩展系统的功能,
要增加新的智能传感器或执行器, 选择的传感器 /执行器
就必须能够适合原来系统所选择的网络接口标准, 但在很
多情况下很难满足, 因为智能传感器 /执行器的大多数厂
家都无法提供满足各种网络协议要求的产品, 如果更新系
统, 将给用户的投资利益带来很大的损失 。
? IEEE1451标准的诞生
针对前述情况,1993年开始有人提出构造一种
新的通用智能化变送器标准,1995年 5月给出了相
应的标准草案和演示系统，经过几来的努力，终
于在 1997年 9月通过了国际电气电子工程师协会
IEEE(The Institute of Electrical and Electronics
Engineers)认可，并最终成为一种通用标准，即
IEEE1451.2。
智能化网络变送器接口标准的实行，将有效
地改变目前多种现场总线网络并存而让变送器制
造商无所适从的现状，智能化传感器 /执行器在未
来的分布式网络控制系统中将得到广泛的应用。
对于智能网络化传感器接口内部标准和软硬
件结构,IEEE1451标准中都作出了详细的规定。
该标准的通过，将大大简化由传感器 /执行器构成
的各种网络控制系统，并能够 最终实现各个传感
器 /执行器厂家的产品相互之间的互换性。
?IEEE1451标准的发展历程
? 1993年 9月,IEEE第九技术委员会即传感
器测量和仪器仪表技术协会接受了制定一种智能
传感器通讯接口的协议 ;
? 1994年 3月，美国国家标准技术协会
NIST(The National Institute f Standard and
Technology)和 IEEE共同组织一次关于制定智能
传感器接口和制定智能传感器连接网络通用标准
的研讨会，从这以后连续主办了四次关于这方面
问题讨论的一系列研讨会场 ;
? 直到 1995年 4月,成立了两个专门的技术委员
会,P1451.1工作组和 P1451.2工作组。
P1451.1工作组主要负责智能变送器的公共目标模型进
行定义和对相应模型的接口进行定义；
P1451.2工作组主要定义 TEDS 和数字接口标准，包括
STIM和 NACP之间的通讯接口协议和管脚定义分配。
? 1998底，技术委员会针对大量的模拟量传输
方式的测量控制网络及小空间数据交换问题，成
立了另外两个工作组 P1451.3,P1451.4。
P1451.3负责制定与模拟量传输网络与智能网络化传感
器的接口标准；
P1451.4负责制定小空间范围内智能网络化传感器相互
之间的互联标准。
?采用 IEEE1451.4标准的主要目的如下：
? 通过提供一个与传统传感器兼容的通用
IEEE1451.4传感器通信接口使得传感器具有
即插即用功能 。
? 简化了智能传感器的开发 。
? 简化了仪器系统的设置与维护 。
? 在 传 统 仪 器 与 智 能 混 合 型 （ smart
mixed-mode） 传感器之间提供了一个桥梁 。
? 使得内存容量小的智能传感器的应用成
为可能 。
虽然许多混合型 （即能非同时地以模拟和数字的方式
进行通信）智能传感器的应用已经得到发展，但是由于没
有统一的标准，市场接受起来比较缓慢。
一般来说，市场可接受的智能传感器接口标准不但要
适应智能传感器与执行器的发展，而且还要使开发成本低。
因此,IEEE1451.4就是一个混合型的智能传感器接口
的标准，它使得工程师们在选择传感器时不用考虑网络结
构，这就减轻了制造商要生产支持多网络的传感器的负担，
也使得用户在需要把传感器移到另一个不同的网络标准时
可减少开销。
IEEE1451.4标准通过定义不依赖于特定控制网络的硬件
和软件模块来简化网络化传感器的设计,这也推动了含有
传感器的即插即用系统的开发。
传统传感器检测系统设计
Sensor
工程师
开发系统
传感器检测系统
1451网络传感器检测系统设计
对传感器进行自动识别、
学习，完成信息获取。
信息网
NCAP
1451智能传感器
? IEEE1451标准接口的结构如下图所示：
图 3.不同网络总线 IEEE1451转换方案
N C A P
S T I M S T I M
N C A P
网络 A 网络 B
变送器 与网络无关接口模块
变送器接口
网络识别模块
智能变送器
接口模块
? 针对上图的几点说明：
第一层模块结构用来运行网络协议栈 （ Network
Protocol Stack） 和应用硬件 （ Application Firmware）,
即网络匹配处理器 NCAP(Network Capable Application
Processor);
第 二 层 模 块 为 智 能 变 送 器 接 口 模 块 STIM （ Smart
Transducer interface Module）,其中包括变送器和变送
器 电 子 数 据 单 TEDS （ Transducer Electronic Data
Sheet） 。
这样在基于各种现场总线的分布测量控制系统中, 各种
变送器的设计制造无须考虑系统的网络结构 。
IEEE1451是为变送器制造商和应用开发商提供的
一种有效而经济的方式以支持各种控制网络 。
IEEE1451.2的一种系统结构框图
传感器
处理器
TEDS
STIM
应用处理软件
识别
校正
引擎
WEB
服务器
NCAP Internet
客户端
TII
? 两种智能变送器结构比较
图 4 两种智能变送器结构比较
变送器 信号调理电路 信号变换 微处理器 网络收发变换
控制网络
（ a ）图 2 中普通智能变送器模块图
变送器 信号调理 信号变换 I E E E 1 4 5 1 逻辑 微处理器 网络收发变换
T E D S
S T I M
10
1451 数字接口
D I N N I R I G
D O U T N T R A C K
D C L K N I N T
N I O E S D E T
+ 5 V C O M M O N
（ b ）符合 I E E E 1 4 5 1 标准的变送器模块图
图 4（ a） 为从图 1变换而来的 智能变送器接点
总体硬件原理框图, 其中标出了数字接口的位置,
TEDS在物理结构上是与传感器 /执行器信号连接在
一起, 传感器信号调理模块和变送模块在最前面；
图 4（ b） 为 STIM的结构 所示 。 这里的 IEEE1451
主要是对读取传感器信号, 设置执行器和访问 TEDS
定义数字接口 。
STIM硬件的一种设计方案
串行下载口
ADUC812
(片上采集系
统芯片 SOC)
存储器
变送器
阵列
扩展
TII
接口
?IEEE1451系列标准 的发展动向
? IEEE和 NIST还在着手制定 无线连接 各种传
感设备的接口标准 。 该标准的名称为, IEEE
P1451.5”。 主要用于利用电脑等主机设备综合
管理建筑物内各传感设备获得的数据 。 如果这
一过程中的传送方式能得到统一, 则有望降低
无线传送部分的成本 。
该规格中还将包括把传感器获得的信息用
于 WWW等外部网络的表述方式。
? IEEE1451中 将包括自动进行传感器微调的结
构及实现通用即插即用（ UPnP）的方法 等，也就
是所谓的“智能传感器”的标准。此前制订的标
准主要是面向有线接入用途，但随着无线通信的
硬件及软件价格的降低，无线支持功能便被提上
了议事日程。
? IEEE P1451.5将对物理层的传送方式等问题
做出规定 。正在探讨 IEEE802.15.1（蓝牙协议）、
IEEE802.15.4（介于无线识别技术和蓝牙之间的
技术提案）以及 IEEE802.11b等无线通讯协议的使
用问题。 还将着手制定耗电量、传送距离以及接
收 /发送部件的成本等方面的标准,推动无线通讯
网络化仪器的进步。
讨论 IEEE1451系列标准, 一定要注意到所有的
IEEE1451系列标准都能单独或相互使用 。 例如, 一
个具有 P1451.1模型的, 黑盒子, 传感器与一个
P1451.4兼容的传感器相连接就是符合 P1451系列标
准定义的 。
具有 IEEE1451系列标准的智能传感器可以很好
地支持测量领域 。 这不仅有助于用更多的传感器设
计更大的系统, 还能同时实现高精度的测量 。
随着无线通讯技术的发展，基于手机的无线通
讯网络化仪器以及基于无线 Internet的网络化仪器
等新兴的网络化测试仪器正在改变着人类的生活。
主讲,林君 教授
2004.6.28
主要内容：
概述
基于 Web的虚拟仪器
嵌入式 Internet的网络化智能传感器
IEEE1451网络化智能传感器标准
一、概 述
? 网络技术和计算机总线技术的发展, 再加上
测控任务的复杂化以及远程监测任务等迫切需求,
促进了测控仪器向网络化的方向快速发展 。
? 网络化仪器包括 基于计算机总线技术的 分布
式测控仪器, 基于 Internet/Intranet的 虚拟仪器,
嵌入式 Internet的 网络化仪器, 基于 IEEE1451标
准的 智能传感系统 以及 基于无线通讯 网络的 网络
化仪器系统 等 。
? 它们在智能交通, 信息家电, 家庭自动化,
工业自动化, 环境监测及远程医疗等众多领域得
到越来越广泛的应用 。
二,基于 Web的虚拟仪器
?概述
?基于 Web的虚拟仪器概念
?基于 Web的虚拟仪器软件技术
?基于 Web的虚拟仪器发展
1.概述
网络技术是推动信息产业及相关产业,
乃至整个社会发展的一种核心技术, 它的出
现使得整个社会的工作和生活方式都发生了
极大的变化 。
? Web技术在 Internet上的快速发展, 导致
Web/Browser（ 以下简写为 W/B） 这一软件应用模型
的流行 。
? W/B模型是 C/S模型的衍生, 这一模型奉行, 瘦
客户 /胖服务器, 的理念, 把主要的应用程序放在服
务器上, 客户端只需要浏览器环境, 就可根据需要
从服务器下载应用程序来完成所需要的任务 。
? 这使应用程序的维护更方便, 工作量主要集中
在服务器端, 开发工作量较小, 成本较低 。 而且 Web
具有界面友好, 操作方便等特点, 因此深受广大用
户的欢迎 。
? Web的简要介绍
? 目前除了作为 Internet上组织和发布信息的有
力工具之外，还广泛应用在包括 MIS,GIS、电子
商务和分布式计算等诸多应用领域中，并导致
Intranet和 Extranet的产生和发展。
? 未来的 Internet将不仅仅只连接计算机和终端，
仪器设备、消费电子产品汇接于 Internet平台时使
得人们可以实现, 任何人在任何地方跟任何对象进
行任何方式的信息交流,, Web TV,Web Tel由此
产生并得到了应用。
? Web渗透到仪器领域，是仪器领域内的一次重
要革新，这正是 Internet非凡影响力的表现。
? 智能仪器在模拟仪器的基础上有了较大的发
展，应用了许多计算机方面的技术，可以通过标准
的 IEEE488接口连接到普通计算机，仪器内部一般
内置有处理器和存储器。
? 但是由于 IEEE488接口传输速度有限，智能仪
器存在着实时性差、价格昂贵、扩展能力低以及开
放性差的缺点，而且智能仪器也是由厂商定义的，
用户通常是无法改变的。
? 虚拟仪器（ VI）克服了上述缺点，而将 Web和
虚拟仪器结合起来，使 VI拓展到真正的分布式网
络测试应用环境中去，可以丰富测试手段，提高测
试效率，充分合理地利用有效的资源 。
? 虚拟仪器与智能仪器的简要对比：
2．基于 Web的虚拟仪器概念
基于 Web的 虚拟仪器（ VI）,简单说就是
把 VI技术 和 面向 Internet的 Web技术 二者有机
结合所产生的新的 VI技术。
形象地说,VI的主要工作是把传统仪器
的前面板移植到普通计算机上，利用计算机
的资源处理相关的测试需求；基于 Web的 VI则
更进一步，它是把仪器的前面板移植到 Web页
面上，通过 Web服务器处理相关的测试需求。
VI的两大技术基础是计算机硬件技术和软件技
术, 而正是计算机硬件和软件的网络化带来了整个
社会的网络化, 所以从发展的角度来说, 这一技术
不可避免地要渗透到 VI技术领域里来 。
VI依靠计算机强大的处理能力, 高性能的显示
技术, 高速的存储系统, 丰富的外部设备；同时 VI
还有计算机丰富的软件系统, 包括网络化的操作系
统 ( 如 Windows NT), 应 用 软 件 ( 如 Internet
Explorer)和网络性能非常强的 VI软件 (如 National
Instrument公司的 ComponentWorks,G Web Server
等 )。 所有这些使 VI系统本身具备了强大的网络能
力 。
? VI技术：
? 就 Internet的发展来说，从最初用于美
国军方的 ARPANET，到今天的 Internet，
Internet技术的发展日新月异，内容也由最
初纯文本的信息交流，到 WWW多媒体技术，
再到信息家电等，越来越丰富。可以说
Internet技术已经是无所不在，无所不容。
随着网络硬件设备的不断发展，基础设
施的不断完善，网络软件的不断丰富以及网
络成本的不断降低，把网络作为 VI的测试平
台无论从技术上还是成本上都是可行的。
? 面向 Internet的 Web技术
? Web技术是 Internet的一个组成部分, 如果说
Internet是世界范围内计算机网络相互间连接的
集合, 那么 Web可以说是在 Internet顶部运行的
一个协议 。
WWW具有相互通信的能力, 具有友好的图形用
户接口, 还具有良好的平台独立性, 所有这些都
为 VI和 Web结合奠定了基础 。
? VI和 Web结合的基本模型,
图 1 虚拟仪器与 WWW结合模型
可以看出, 在虚拟仪器的基础上, 增加其登陆
因特网及网络浏览的功能, 就可以实现基于 Web的
网络化仪器了 。 从这一角度讲, 基于 Web的网络化
仪器是虚拟仪器技术的延伸与扩展 。
浏览器 浏览器 浏览器 浏览器
虚拟仪器 虚拟仪器 虚拟仪器
I n t e r n e t
3．基于 Web的虚拟仪器软件技术
? ActiveX技术
? DataSocket服务器
? Web服务器
? ActiveX技术
ActiveX是由 Microsoft公司定义并发布
的一种开放性标准。它能够让软件开发者很
方便、快速地在 Internet,Intranet网络环
境里，制作或提供生动活泼的内容与服务、
编写功能强大的应用程序。
ActiveX优点主要有以下几个方面：
? 利用现成的 1000多个 ActiveX Controls，
可以很容易开发出基于网络的应用程序 。
? 可以开发出能够充分发挥硬件与操作系统
功能的应用程序与服务 。 这是由于所调用的
ActiveX Controls与硬件及操作系统功能能够
较紧密地结合的缘故 。
? 跨 操 作 系 统 平 台, 支持 Windows,
Macintosh,UNIX版本 。
ActiveX最吸引人的地方之一, 就是 ActiveX
Controls。
ActiveX Controls 就 是 基 于 OLE(Object
Linking & Embedding)技术并加以扩充, 符合
COM(Component Object Model)格式的交互式软件
元件 。 许多原本使用于 Visual Basic,Delphi等的
OCX(OLE Control),都可以成为 ActiveX Controls。
目前支持 ActiveX 的开发工具主要有 Visual
Basic,Visual C++,Visual J++以及 Delphi等多
种编程语言 。
? DataSocket服务器
DataSocket是 National Instrument提供的一种
编程工具, 借助它可以在不同的应用程序和数据源
之间共享数据 。 DataSocket可以访问本地文件以及
HTTP和 FTP服务器上的数据 。 DataSocket为低层通
讯协议提供了一致的 API,编程人员无需为不同的
数据格式和通讯协议编写具体的程序代码 。 而且通
常这些数据源分布在不同的计算机上 。
? DataSocket使用一种增强数据类型来交换仪器
类型的数据, 这种数据类型包括数据特性 （ 如采
样率, 操作者姓名, 时间及采样精度等 ） 和实际
测试数据 。
? DataSocket用类似于 Web中的统一资源定位器
（ URL） 定位数据源, URL不同的前缀表示了不同
的数据类型, file表示本地文件, http为超文本
传输资源, ftp为文件传输协议, opc表示访问的
资源是 OPC服务器, dstp（ DataSocket transfer
protocol） 则说明数据来自 DataSocket服务器的
实时数据 。
? NI公司的 ComponentWorks软件包中提供
的 DataSocket具备以下三个工具：
（ 1） DataSocket ActiveX控件, 开发者可以利用
它提供的控件在诸如 VB,VC等 ActiveX容器中开发
共享数据应用程序 。
（ 2） DataSocket服务器, 利用 dstp协议在应用程
序间交换数据 。
（ 3） DataSocket服务器管理程序,它是一个配置
和管理工具，负责确定 DataSocket服务的最大连接
数、实现设置访问控制等网络管理功能。
? Web服务器
支持标准的 HTTP协议 。 调用内置的
Monitor和 Snap函数, 使 VI的前面板显现在
浏览器中 。 支持 CGI,实现对 VI的远程交互
式访问 。 支持 SMTP,在 VI中实现消息和文件
的邮件方式发送 。 支持 FTP,实现文件的自
动上下载 。
除了上述介绍的几种软件技术以外, 还有
National Instrument的 Internet Toolkit for G，
Java,ASP等不断发展完善的软件技术, 都可以在
基于 Web的 VI中得到应用 。 吉林大学最近开发的基
于 CORBA的网络化仪器开发平台, 为基于 Web的 VI
开发应用提供了一种有效的支持工具 。
显然, 利用网络技术实现对对象的测试与控制,
是对传统测控方式的革命 。 测控方式的网络化,
是未来测控技术发展的必然趋势, 它能充分利用
现有资源和网络带来的益处, 实现各种资源有效
合理的配置 。
3．基于 Web的虚拟仪器发展
随着网络技术发展，基于 Internet的虚拟仪器
将为用户远程访问提供更快捷、更方便的服务。用
户可以通过 HTTP协议远程控制和访问测量仪器系统，
可以进行远程排错、修复和监控测试。
基于 Internet的分布式虚拟实验室（ Virtual
Lab,VLab）将完成远程医疗诊治病人、虚拟太空
测试实验、虚拟海底测试实验，也将为测控仪器的
设计与使用带来许多意想不到的新思路。
虚拟实验室 是近几年随着因特网的迅速发展而提
出来的, 人们想通过虚拟现实 （ Virtual Reality，
VR） 技术来操作和控制远程实验室内昂贵的科学仪
器, 科学家可以通过 VLab进行科学研究, 大学生们
也可以通过 VLab来共享资源有限的实验室, 这种早
年的梦想已经变成现实, 其发展和应用前景十分广
阔 。
Internet已遍及世界各地, 利用 Internet进行遥
测遥控, 协同研究以及网络化测试与控制将给人们
带来极大的方便 。
三、嵌入式 Internet的网络化智能传感器
? 智能传感器
微处理器（ Microprocessor）与传统传
感器（ Dumb Sensor）相结合，产生了功能
强大的智能传感器（ Intelligent Sensor或
Smart Sensor），智能传感器的出现给传统
工业测控带来了巨大的进步，在工业生产、
国防建设和其他科技领域发挥着重要的作用。
?智能传感器网络化的实现
? 利用现场总线技术
在自动化领域，现场总线控制系统 FCS
（ Fieldbus Control System）正在逐步取代一般的
分布式控制系统 DCS（ Distributed Control
System），各种基于现场总线的智能传感器 /执行
器技术也得到迅速发展。
但目前市场上多种现场总线并存，使得基于
现场总线的传感器 /执行器（ Sensor/Actuator）接
口协议标准各异，如目前市场上较为流行的现场
总线如 CAN（控制局域网络）,Lonworks(局部操
作网络 ),Profibus（过程现场总线）,HART（可
寻址远程传感器数据通信）,FF（基金现场总线）
等各有自身优势和适用范围，很难在短期内走向
统一。
?利用 Intranet/Internet技术
对于大型数据采集系统而言 （ 特别是自动化
工厂用的数据采集系统 ） 由于其中的传感器 /执行
器数以万计, 特别希望能减少其中的总线数量, 最
好能统一为一种总线或网络, 这样不仅有利于简化
布线, 节省空间, 降低成本, 而且方便系统维护 。
另一方面, 现有工厂和企业大都建有企业内部
网 （ Intranet）, 基于 Intranet的信息管理系统
（ MIS） 成为企业运营的公共信息平台, 为工厂现
代化提供了有力的保障 。
Intranet和因特网 (Internet)具有相同的技术原理, 都
基于全球通用的 TCP/IP协议, 使数据采集, 信息传输等能
直接在 Intranet/Internet上进行, 既统一了标准, 又使工
业测控数据能直接在 Intranet/Internet上动态发布和共享,
供相关技术人员, 管理人员参考, 这样就把测控网和信息
网有机地结合了起来, 使得工厂或企业拥有一个一体化的
网络平台, 从成本, 管理, 维护等方面考虑这是一种最佳
的选择 。
让传感器 /执行器在应用现场实现 TCP/IP协议,
使现场测控数据就近登临网络, 在网络所能及的范
围内适时发布和共享, 是具有 Internet/Intranet
功能的网络化智能传感器 （ 包括执行器 ） 的研究目
标, 也是目前国内外竞相研究与发展的前沿技术之
一 。
具有 Internet/Intranet功能的网络化智能传感
器是在智能传感器的基础上实现网络化和信息化，
其核心是使传感器本身实现 TCP/IP网络通信协议。
随着电子和信息技术的高速发展,通过软件
方式或硬件方式可以将 TCP/IP协议嵌入到智能化
传感器中 。
目前已有多种嵌入式的 TCP/IP芯片（如美国
Seiko Instruments公司生产的 ichip S7600A芯片），
它们可直接用作网络接口，实现嵌入式 Internet的
网络化仪器。
? 智能传感器连入 Internet的两种方式
正是由于信息传感器广泛的市场前景和无所
不在的应用领域，如智能交通系统，虚拟现实
（ VR）应用、信息家电、家庭自动化、工业自动
化,POS网络、电子商务、环境监测及远程医疗等
等，国内外相关研究方兴未艾，各类方法和实现
方案不断涌现，各有特点和优势。
总体上讲，这些研究可归结为两大类，一类
是 直接在智能传感器上实现 TCP/IP，使之直接连
入 Internet；另一类是智能传感器 通过公共的
TCP/IP转接口（或称网关 Gateway） 再与 Internet
相连。
（ 1） 直接在智能传感器上实现 TCP/IP
其典型代表是 HP公司设计的一个测量流量的
信息传感器模型。
该传感器模型是采用 BFOOT-66051（一种带有定制
Web页的嵌入式以太网控制器）来设计的,STIM（ Smart
Transducer Interface Module，智能变送器接口模块）用以
连接传感器,NCAP（ Network Capable Application
Processor，网络适配器）用以连接 Ethernet或 Internet。
STIM内含一个支持 IEEEP1451数字接口的微处理器，
NCAP通过相应的 P1451.2接口访问 STIM，每个 NCAP网页
中的内容通过 PC机上的浏览器可以在 Internet上读取。
STIM和 NCAP接口有专用的集成模块问世,如
EDI1520,PLCC-44，可以在片上系统实现具有
Internet/Intranet功能的网络化智能传感器成。
（ 2） 通过公共的 TCP/IP转接口
与 Internet相连
其典型代表是美国国家仪器公司的 GPIB-
ENET控制器模块,它包含一个 16位微处理器和一
个可以将数据流的 GPIB格式与 Ethernet格式相互
转换的软件，将这个控制器模块安装上传感器或
数据采集仪器，就可以和 Internet互通了。
目前，包括 Siemens/Infineon,Philips与
Motorola在内的数十家大公司联合成立了, 嵌入
式 Internet联盟（ ETI）,,共同推动着嵌入式
Internet技术和市场的发展。
具有 Internet/Intranet功能的网络化智能传感
器技术已经不再停留在论证阶段或实验室阶段，
越来越多的成本低廉且具备 Internet/Intranet网络
化功能的智能传感器 /执行器不断地涌向市场，正
在并且将要更多更广地影响着人类生活。
以 IP技术为核心的因特网渗透到人类生活的
方方面面, 无数因特网的节点 （ 具有
Internet/Intranet功能的网络化智能传感器 ） 正
在发挥着神经细胞的功能, 它将使地球披上一层
,电子皮肤,, 地球正是用因特网在支持和传递
着它的, 感觉,, 无处不在的网络化智能传感器
（ 包括气象参数传感器, 水土分析传感器, 污染
检测器, 电子眼, 电子鼻, 葡萄粮传感器和脑电
图仪等等 ） 探测和监视着城市, 大气, 船只, 车
流和人类自己 。
四,IEEE1451网络化智能传感器标准
继模拟仪表控制系统、集中式数字控
制系统、分布式控制系统之后，基于各
种现场总线标准的分布式测量和控制系
统得到了广泛的应用，这些系统所采用
的控制总线网络多种多样、千差万别，
其内部结构、通讯接口、通讯协议等各
不相同。
? 基于现场总线的各种测控系统
目前市场上，在通讯方面所遵循的标准主要有：
IEEE803.2(以太网 ),IEEE802.4(令牌总线 )，
IEEE FDDI(光纤分布式数据界面 ),TCP/IP(传输
控制协议 /互联协议 )等，以此来连接各种变送器
（包括传感器和执行器），要求所选的传感器 /执
行器必须符合上述标准总线的有关规定。
一般说来，这类测控系统的构成都可以采用如
下图所示的结构来描述。
图 2 一种分布式测控系统结构示意图
该图简单地表示了一种分布式测量和控制系统的
典型应用事例，是目前市场比较常见的现场总线系统
结构图。
计算机 路由器
智能传感器节点
其他网络系统
压力
智能传感器节点 智能传感器节点 智能传感器节点
温度 阀门 继电器
控制网络总线
?上述测控系统的不足之处：
? 实际上，由于这种系统的构造和设计是基于各种
网络总线标准而定的，如 I2C,HART,SPI、
LonWorks及 CAN等，每种总线标准都有自己规定的
协议格式,相互之间互不兼容，给系统的扩展、维护
等带来不利的影响 。
? 对传感器 /执行器的生产厂家来说，希望自己的产
品得到更大的市场份额，产品本身就必须符合各种标
准的规定，因此需花费很大的精力来了解和熟悉这些
标准，同时要在硬件的接口上符合每一种标准的要求，
这无疑将 增加制造商的成本 ；
? 对于系统集成开发商来说，必须充分了解各种总
线标准的优缺点并能够 提供符合相应标准规范的产品,
选择合适的生产厂家提供的传感器或执行器使之与系
统匹配 ；
? 对于用户来说, 经常根据需要来扩展系统的功能,
要增加新的智能传感器或执行器, 选择的传感器 /执行器
就必须能够适合原来系统所选择的网络接口标准, 但在很
多情况下很难满足, 因为智能传感器 /执行器的大多数厂
家都无法提供满足各种网络协议要求的产品, 如果更新系
统, 将给用户的投资利益带来很大的损失 。
? IEEE1451标准的诞生
针对前述情况,1993年开始有人提出构造一种
新的通用智能化变送器标准,1995年 5月给出了相
应的标准草案和演示系统，经过几来的努力，终
于在 1997年 9月通过了国际电气电子工程师协会
IEEE(The Institute of Electrical and Electronics
Engineers)认可，并最终成为一种通用标准，即
IEEE1451.2。
智能化网络变送器接口标准的实行，将有效
地改变目前多种现场总线网络并存而让变送器制
造商无所适从的现状，智能化传感器 /执行器在未
来的分布式网络控制系统中将得到广泛的应用。
对于智能网络化传感器接口内部标准和软硬
件结构,IEEE1451标准中都作出了详细的规定。
该标准的通过，将大大简化由传感器 /执行器构成
的各种网络控制系统，并能够 最终实现各个传感
器 /执行器厂家的产品相互之间的互换性。
?IEEE1451标准的发展历程
? 1993年 9月,IEEE第九技术委员会即传感
器测量和仪器仪表技术协会接受了制定一种智能
传感器通讯接口的协议 ;
? 1994年 3月，美国国家标准技术协会
NIST(The National Institute f Standard and
Technology)和 IEEE共同组织一次关于制定智能
传感器接口和制定智能传感器连接网络通用标准
的研讨会，从这以后连续主办了四次关于这方面
问题讨论的一系列研讨会场 ;
? 直到 1995年 4月,成立了两个专门的技术委员
会,P1451.1工作组和 P1451.2工作组。
P1451.1工作组主要负责智能变送器的公共目标模型进
行定义和对相应模型的接口进行定义；
P1451.2工作组主要定义 TEDS 和数字接口标准，包括
STIM和 NACP之间的通讯接口协议和管脚定义分配。
? 1998底，技术委员会针对大量的模拟量传输
方式的测量控制网络及小空间数据交换问题，成
立了另外两个工作组 P1451.3,P1451.4。
P1451.3负责制定与模拟量传输网络与智能网络化传感
器的接口标准；
P1451.4负责制定小空间范围内智能网络化传感器相互
之间的互联标准。
?采用 IEEE1451.4标准的主要目的如下：
? 通过提供一个与传统传感器兼容的通用
IEEE1451.4传感器通信接口使得传感器具有
即插即用功能 。
? 简化了智能传感器的开发 。
? 简化了仪器系统的设置与维护 。
? 在 传 统 仪 器 与 智 能 混 合 型 （ smart
mixed-mode） 传感器之间提供了一个桥梁 。
? 使得内存容量小的智能传感器的应用成
为可能 。
虽然许多混合型 （即能非同时地以模拟和数字的方式
进行通信）智能传感器的应用已经得到发展，但是由于没
有统一的标准，市场接受起来比较缓慢。
一般来说，市场可接受的智能传感器接口标准不但要
适应智能传感器与执行器的发展，而且还要使开发成本低。
因此,IEEE1451.4就是一个混合型的智能传感器接口
的标准，它使得工程师们在选择传感器时不用考虑网络结
构，这就减轻了制造商要生产支持多网络的传感器的负担，
也使得用户在需要把传感器移到另一个不同的网络标准时
可减少开销。
IEEE1451.4标准通过定义不依赖于特定控制网络的硬件
和软件模块来简化网络化传感器的设计,这也推动了含有
传感器的即插即用系统的开发。
传统传感器检测系统设计
Sensor
工程师
开发系统
传感器检测系统
1451网络传感器检测系统设计
对传感器进行自动识别、
学习，完成信息获取。
信息网
NCAP
1451智能传感器
? IEEE1451标准接口的结构如下图所示：
图 3.不同网络总线 IEEE1451转换方案
N C A P
S T I M S T I M
N C A P
网络 A 网络 B
变送器 与网络无关接口模块
变送器接口
网络识别模块
智能变送器
接口模块
? 针对上图的几点说明：
第一层模块结构用来运行网络协议栈 （ Network
Protocol Stack） 和应用硬件 （ Application Firmware）,
即网络匹配处理器 NCAP(Network Capable Application
Processor);
第 二 层 模 块 为 智 能 变 送 器 接 口 模 块 STIM （ Smart
Transducer interface Module）,其中包括变送器和变送
器 电 子 数 据 单 TEDS （ Transducer Electronic Data
Sheet） 。
这样在基于各种现场总线的分布测量控制系统中, 各种
变送器的设计制造无须考虑系统的网络结构 。
IEEE1451是为变送器制造商和应用开发商提供的
一种有效而经济的方式以支持各种控制网络 。
IEEE1451.2的一种系统结构框图
传感器
处理器
TEDS
STIM
应用处理软件
识别
校正
引擎
WEB
服务器
NCAP Internet
客户端
TII
? 两种智能变送器结构比较
图 4 两种智能变送器结构比较
变送器 信号调理电路 信号变换 微处理器 网络收发变换
控制网络
（ a ）图 2 中普通智能变送器模块图
变送器 信号调理 信号变换 I E E E 1 4 5 1 逻辑 微处理器 网络收发变换
T E D S
S T I M
10
1451 数字接口
D I N N I R I G
D O U T N T R A C K
D C L K N I N T
N I O E S D E T
+ 5 V C O M M O N
（ b ）符合 I E E E 1 4 5 1 标准的变送器模块图
图 4（ a） 为从图 1变换而来的 智能变送器接点
总体硬件原理框图, 其中标出了数字接口的位置,
TEDS在物理结构上是与传感器 /执行器信号连接在
一起, 传感器信号调理模块和变送模块在最前面；
图 4（ b） 为 STIM的结构 所示 。 这里的 IEEE1451
主要是对读取传感器信号, 设置执行器和访问 TEDS
定义数字接口 。
STIM硬件的一种设计方案
串行下载口
ADUC812
(片上采集系
统芯片 SOC)
存储器
变送器
阵列
扩展
TII
接口
?IEEE1451系列标准 的发展动向
? IEEE和 NIST还在着手制定 无线连接 各种传
感设备的接口标准 。 该标准的名称为, IEEE
P1451.5”。 主要用于利用电脑等主机设备综合
管理建筑物内各传感设备获得的数据 。 如果这
一过程中的传送方式能得到统一, 则有望降低
无线传送部分的成本 。
该规格中还将包括把传感器获得的信息用
于 WWW等外部网络的表述方式。
? IEEE1451中 将包括自动进行传感器微调的结
构及实现通用即插即用（ UPnP）的方法 等，也就
是所谓的“智能传感器”的标准。此前制订的标
准主要是面向有线接入用途，但随着无线通信的
硬件及软件价格的降低，无线支持功能便被提上
了议事日程。
? IEEE P1451.5将对物理层的传送方式等问题
做出规定 。正在探讨 IEEE802.15.1（蓝牙协议）、
IEEE802.15.4（介于无线识别技术和蓝牙之间的
技术提案）以及 IEEE802.11b等无线通讯协议的使
用问题。 还将着手制定耗电量、传送距离以及接
收 /发送部件的成本等方面的标准,推动无线通讯
网络化仪器的进步。
讨论 IEEE1451系列标准, 一定要注意到所有的
IEEE1451系列标准都能单独或相互使用 。 例如, 一
个具有 P1451.1模型的, 黑盒子, 传感器与一个
P1451.4兼容的传感器相连接就是符合 P1451系列标
准定义的 。
具有 IEEE1451系列标准的智能传感器可以很好
地支持测量领域 。 这不仅有助于用更多的传感器设
计更大的系统, 还能同时实现高精度的测量 。
随着无线通讯技术的发展，基于手机的无线通
讯网络化仪器以及基于无线 Internet的网络化仪器
等新兴的网络化测试仪器正在改变着人类的生活。
