IEEE 1451.2协议是一种网络化智能传感器接口规范。IEEE 1451.2协议规则智能传感器由网络适配器和智能传感器接口模块两部分构成。
传感器独立接口是智能传感器接口模块和网络适配器的接口，完成网络适配器对智能传感器接口模块的操控和两者之间的通讯。本文介绍满意IEEE 1451.2协议的网络适配器和智能传感器接口模块之间的传感器独立接口规划，以及现场实验状况。
导言
20世纪80～90年代，依据各种现场总线技能的智能传感器得到了迅速发展。因为现场总线品种许多，智能传感器接口纷繁复杂。20世纪90年代末，IEEE连续推出了IEEE 1451协议族，提出了一致的传感器接口和传感器的自描述模型，处理了智能化传感器的兼容性、互换性和互操作性等问题。该协议现已用于压力监测、石油液位监测、蔬菜大棚环境监测等许多范畴。
IEEE 1451.2(transducer to microprocessor communicatiON protocols and transducer electronic data sheet formats)是IEEE 1451协议族中的数字式点对点有线传输规范。只需网络适配器(NCAP)和智能传感器模块(STIM)恪守IEEE 1451.2规范，不管测控网络选用何种网络规范，各厂家出产的智能传感器接口模块都能够完成彼此兼容，然后方便地参加已有的测控网络中。因而，契合 IEEE 1451.2协议的传感器独立接口是此类测控网络的重要环节。
本文在介绍IEEE 1451.2协议的基础上，具体介绍了在完成同步相量丈量的电力体系传感器网络中的传感器独立接口(Transducer Independent Interface ，TII)电路的规划计划。
1 IEEE 1451.2传感器接口规范简介
IEEE 1451协议族界说了一系列的规范智能传感器接口。IEEE 1451.2协议提出了一种数字化点到点的智能接口模块到网络适配器的有线传输接口计划。
IEEE 1451.2协议经过界说TII通讯协议、时序和电气规范，确保牢靠的数据传输。传感器独立接口是一个10线的接口，按功用可分为4组，如表1所列。
通讯协议规则了采样触发机制和2种数据传输方法：字节读/写、帧读/写。IEEE 1451.2规则智能传感器接口模块有必要完成即插即用，这在软件上经过传感器电子数据表单完成，硬件上要求接口具有热插拔才能。
2 TII接口电路规划
依据上述规范，TII接口的硬件要求具有两项功用：一是要依据现有的微处理器总线完成数据传输;二是要具有支撑热插拔的浪涌电流操控功用。
2.1 依据SPI和GPIO的TII完成
SPI(Serial Peripheral Interface)是一种四线同步串行接口，广泛使用于微处理器和EEPROM、Flash、实时时钟、A/D转化器、数字信号处理器、数字信号解码器等低速外围设备之间的数据传输。SPI有主控和被控两种作业形式，一个主控器材能够衔接多个被控器材。数据传输在主控器材的SPI时钟信号SPCK操控下，依照高位在前、低位在后的次序按位传输。SPI的传输速度完全由主控器材的SPCK操控，经过设置SPCK频率能够习惯各种不同作业频率的智能传感器接口模块。模块的SPI接口传输速率高达1.5 Mbps，远远高于协议引荐的6 kbps，这使得依据SPI的TII接口技能能够满意更高数据传输速率的要求。
左面是智能传感器接口模块(STIM)，右边是支撑热插拔功用的网络适配器(NCAP)。其间，GPIO是微处理器的通用输入输出引脚，SN74ALVC164245为双向5～3.3 V电平转化芯片。在笔者实验室规划的电力体系传感器网络中，上述两个模块别离选用了芯片AT89S53和AT91SAM9261。图中还给出了两者之间的数据传输和电源接线规划计划。
相对传感器不同的作业形式，TII接口也有多种传输形式。下面仅以传感器形式为例对其作业进程予以介绍：网络适配器要求智能传感器接口模块履行必定的使命时，首要向智能传感器接口模块写入通道地址和指令，然后用NTRIG信号触发动作，等候一个数据树立时刻后从智能传感器接口模块读取数据。当网络适配器要向智能传感器接口模块写数据，或许从智能传感器接口模块读数据时，首要发送NIOE信号，即拉低SPI_SS。因为NIOE信号线一起衔接到 SPI_SS和NIOE_S引脚上，所以NIOE信号一起也选通了AT89S53的SPI。当AT89S53经过NIOE_S引脚检测到NIOE信号有用时，依据智能传感器接口模块的状况及时驱动NACK信号，呼应网络适配器的读写恳求。当网络适配器收到NACK信号时，开端发送或许读取数据。IEEE 1451.2协议要求NIOE信号在数据传输中一向有用，因而，在数据传输的进程中，STIM从SPI的移位寄存器里读出或许写入数据时，都要检测 NIOE是否有用，以确认数据的有用性，以及传输是否正在进行。
当向STIM写入通道指令和通道地址后，NCAP就要经过NTRIG信号触发指令所要求的动作。电力体系同步相量丈量要求采样的时刻精度高达1 μs[2]，为了确保动作履行的时刻精确性，NTRIG信号一起接入STIM里的多个传感器或许履行器材。如图2所示，一个智能传感器接口模块里有多个传感器通道，每个通道收集一路信号。当网络使用适配器把一个传感器或许履行器通道翻开时，AT89S53使能对应的传感器或许履行器的使能信号，这个使能信号和NTRIG信号相“与”后的输出使能相应的传感器或许履行器。这样NTRIG信号就能够精确地触发正确的通道动作。
2.2 依据UCC3918的热插拔操控电路
为了能在测控网络中方便地增加、撤消和替换传感器模块，IEEE 1451.2协议智能传感器接口模块具有即插即用的才能。这使得传感器独立接口电路的规划要考虑热插拔进程带来的瞬时电流的影响。当智能传感器接口模块刺进网络适配器时，网络适配器现已处于安稳作业状况，一切电容都已充满了电，智能传感器接口模块是不带电的，电容里边没有电荷。因而，当智能传感器接口模块触摸网络适配器时，因为给智能传感器接口模块上的电容充电会发生很大的瞬时电流。相同，带电的智能传感器接口模块从网络使用适配器上拔出时，因为旁路电容放电，在带电的智能传感器接口模块和网络适配器之间构成一条低阻通路，这样也会导致发生大的瞬时电流[3]。严峻状况下，热插拔进程中较大的瞬时电流会使电源电压呈现瞬时下跌，导致体系复位，乃至导致衔接件、电子元件和电路板连线的损坏。
为了体系的安全牢靠运转，有必要按捺过大的瞬时电流。为此在接口电路的规划中选用了UCC3918芯片。UCC3918低电阻热交换功率操控器是 TI公司出产的一款热插拔操控器。UCC3918的作业电压为3～6 V，具有低达0.06 Ω的导通电阻，最高限幅电流可达5 A。只需装备很少的外围器材，UCC3918就能供给完好的电源办理、热插拔限流功用和断路器功用。
