网络化智能传感器：结构与应用

网络传感器综合了现代网络通信技术、嵌入式计算技术、传感器技术和分布式信息处理技术等，借助多种集成化的微型传感器进行协作，可以完成监测和采集各种环境或者监测对象的信息，通过嵌入式计算技术对信息进行处理，并由通信网络将所采集到的信息传送到用户终端。

（一）网络化传感器简介

计算机网络技术是将计算机技术与通信技术进行结合，智能化传感器技术是将计算机技术与现代传感器技术进行结合，网络化传感器技术是将计算机技术、通信技术与现代传感器技术进行结合。

传统的传感器是模拟仪器仪表时代的产物，它主要将被测信息转换成模拟信号，只具有信号采集的功能，不具有计算能力，且各传感器之间无法进行通信，因而被称为“聋哑传感器”。智能化传感器集成了传感器与微型计算机芯片，从而使传感器兼具信号检测、处理和编程的功能。网络化传感器是将网络接口芯片与智能化传感器集成起来，并且将通信协议固化到智能化传感器的ROM中，它不仅有智能传感器的优势，还能与计算机网络连接，使对信息的各项操作更加协调。

网络化传感器的核心是嵌入式微处理器，由于其将传感单元、信号处理单元和网络接口单元集成起来，所以可将其看作新一代传感器。与传统的传感器相比，网络化传感器的优点通常包含以下5点。

（1）网络化传感器使传感器由单一功能和单一检测向多功能、多点检测方向发展，使信息的处理方式由被动变为主动，将就地检测变为远距离实时在线检测。

（2）引入嵌入式技术和集成电路技术，可以使传感器降低功耗，减小体积，提高抗干扰性和可靠性，更能满足工程应用方面的需要。

（3）网络化传感器使传感器可就近接入网络，传感器可通过总线串在一起，从而减少现场线缆，方便布线，节省投资，易于子系统维护和系统扩展。

（4）网络化传感器可实现资源共享，各传感器采集的数据可供多用户使用，从而降低测量系统的成本。

（5）网络化传感器的输出为数字信号，其传输过程无精度损失，可保证系统精度。

（二）网络化传感器的结构

网络化传感器采用的是标准的网络协议，同时通过模块化结构将智能化传感器与网络技术相结合。敏感元件输出的模拟信号经信号调理和A/D转换后，由微处理器将其封装成数据帧（其依据是程序的设定和网络协议），另外补充目的地址，然后借助网络接口输入网络；反之，微处理器还能接收网络上其他节点传送的数据和命令，从而实现对本节点的操作。(www.xing528.com)

（三）网络化传感器的类别

1.按照传输介质的不同进行分类

按照传输介质的不同可将网络化传感器分为有线网络传感器和无线网络传感器。有线网络传感器采用固体介质来进行信息传输，如铜线或光纤等；无线网络传感器在自由空间中进行信息传输，其传输信道可以是光通信、红外通信或者无线电通信，其中应用较多的是基于无线电通信的射频模块或蓝牙模块。

网络化测控的基本系统结构中，测量服务器主要给各基本功能单元分配任务，并对基本功能单元采集的数据进行计算、处理、综合、存储和打印等；测量浏览器的主要功能是作为Web浏览器或其他软件的接口，不仅可以用于浏览现场海量节点测量、分析和处理的信息，还可以测量服务器收集和产生的信息。在系统中，传感器不仅可以与测量服务器交换信息，还可以和执行器交换信息，从而减少网络中的信息量，使系统的实时性得以提高。

2.按照网络接口的不同进行分类

网络化传感器只有符合某种网络协议，才能使现场监测的相关数据信息直接进入网络。目前，工业现场的网络标准非常多，所以多种网络化传感器随之诞生，而且它们的网络接口单元类型也有所不同。其中以下2类网络化传感器比较常用。

（1）基于现场总线的网络化传感器。现场总线是指将智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输及多分支结构进行连接的通信网，其不仅支持全数字通信，还具备较高的可靠性。它可以借助一根线缆将所有的智能现场设备（包括仪表、传感器和执行器）与控制器连接起来，从而形成现场设备级的数字化通信网络，对现场数据信息进行监测、控制及远距离传输。

在国际上，现场总线技术已经成为热点，规模比较大的公司都开发出了自己的现场总线产品，并形成了各自的标准。当前，较常见的标准多达数十种，它们各有差异和特色。

基于不同的现场总线标准可开发不同的网络传感器，以满足不同领域的应用需求。

（2）基于以太网的网络化传感器。由于以太网具有通信速度快、技术开放性好、价格低廉等优点，人们已经开始研究基于以太网，即基于TCP/IP的网络化传感器。在传感器中嵌入TCP/IP，不仅使传感器具有内互联网功能，还可以作为因特网上的节点。这种网络传感器不仅可以是直线的，连接到互联网或内联网，也可以即插即用。由于所使用的网络协议是相对统一的，来自不同制造商的网络传感器可以直接互换和兼容。