3.2.1 概述
1. IEEE 1451.1标准
IEEE 1451.1标准定义了独立的信息模型，使传感器接口与NCAP相连。IEEE 1451.1标准的实现模型如图3-2所示，该模型由一组对象类组成，这些对象类具有特定的属性、动作和行为，它们为传感器提供清晰、完整的描述。IEEE 1451.1标准采用API实现从模型到网络协议的映射，并以可选的方式支持所有接口的通信。
图3-2 IEEE 1451.1标准的实现模型
IEEE 1451.1标准支持的现场设备和应用具有很多优点，如具有丰富的通信模型、支持发布/订阅模型、简化了分布式测控系统软件的开发过程并降低了复杂度，以及模块化结构易于定制具有任意大小的系统、总线和现场设备对应用来说是透明的等。
IEEE 1451.1标准围绕面向对象的系统建立，这些系统的核心概念是类。类可以描述功能模块的共有特征，这些功能模块被称为实例或对象。类的概念被附加的规范扩展并应用于IEEE 1451.1标准，这些规范包括发布集合（类产生的事件）、订阅集合（类对应的时间）、状态机（大规模状态转换规则标准集）及一组数据类型的定义。
2. IEEE 1451.2标准
IEEE 1451.2标准规定了连接传感器和微处理器的数字接口，描述了变送器电子数据表（TEDS）及其数据格式，提供了连接STIM和NCAP的标准接口TII，使制造商可以将传感器应用于多种网络，使传感器具有兼容性。该标准没有指定信号调理、信号转换和TEDS的应用方式，由各传感器制造商自主实现，以保持其在性能、质量、特性与价格等方面的竞争力。
3. IEEE P1451.3标准
IEEE P1451.3标准定义了标准的物理接口，以多点设置的方式连接多个在物理上分散的传感器。其具有一定的必要性，因为在某些情况下，受恶劣环境的影响，不可能在物理上将TEDS嵌入传感器。IEEE P1451.3标准提出以“小总线”方式实现变送器总线接口模型（TBIM），这种小总线足够小且价格便宜，可以轻易嵌入传感器，允许通过简单的控制逻辑接口进行大量数据转换。
IEEE P1451.3标准使变送器的制造商能够以较高的性价比生产变送器，且其具备系统内部的可操作性。该标准既允许以相对较低的采样速率和合适的时序要求来设计和生产简单的设备，又可以兼容具有纳秒级时序要求的设备。也就是说，这两种不同频谱的设备能够处于同一条总线上。IEEE P1451.3标准的物理连接如图3-3所示。在图3-3中，总线连接变送器的电源，并实现总线控制器与TBIM的通信，这条总线可以有一个总线控制器和多个TBIM。
图3-3 IEEE P1451.3标准的物理连接
TBIM包含5个通信函数，如表3-1所示。这些通信函数在一个物理传输媒介上至少利用两个通信通道，通信通道与启动变送器的电源共享物理传输媒介。功耗较高的变送器可以由外电源驱动。
表3-1 TBIM包含5个通信函数
最简单的系统只含有总线管理通信通道，总线管理通信通道的频率不变或变化不大，以保证每个总线控制器都能使用。对于最简单的系统来说，TBIM通信函数、同步函数、触发函数和数据传输函数共用通信通道。
IEEE P1451.3标准定义了几种TEDS。通信TEDS、模型总体TEDS和变送器特定的TEDS是必需的，其他TEDS都是可选的。当存储容量特别小或特殊环境不允许将TEDS存储在TBIM中时，可以将TEDS置于远程服务器上，将其称为虚拟TEDS。
通信TEDS定义了TBIM的通信能力，每个TBIM中有一个通信TEDS；模型总体TEDS定义了TBIM的总体特征，每个TBIM中有一个模型总体TEDS；变送器特定的TEDS描述了每个变送器的特点，每个变送器中有一个变送器特定的TEDS。在一般情况下，这些TEDS的容量很小，只有几百个字节，但TBIM的大小与TBIM中变送器的数量有关。此外，IEEE P1451.3工作组常常使用标定TEDS，标定TEDS提供了必要的常数，可以将原始的传感器数据格式转换成工程单位格式或将工程单位格式转换成执行器需要的格式。另外，传输函数TEDS可用于描述不同输入频率下的变送器的特点；数字滤波TEDS可用于设置内部数据滤波，以得到理想的频率响应。
4. IEEE P1451.4标准
IEEE 1451.1标准、IEEE 1451.2标准和IEEE P1451.3标准主要针对可以通过数字方式读取的具有网络处理能力的传感器和执行器，IEEE P1451.4标准主要基于已存在的模拟量变送器连接方法提出混合模式变送器通信协议，并为智能化模拟量变送器接口指定了TEDS格式，该接口标准与IEEE 1451.X网络化变送器接口标准兼容。
IEEE P1451.4标准允许模拟量传感器（如压电传感器、变形测量仪）以数字信息模式（或混合模式）通信，目的是使传感器能进行自识别和自设置。此标准同时建议数字TEDS数据的通信与使用线量最少的传感器的模拟信号（远远少于IEEE 1451.2标准所需的10根线）共享。混合模式变送器包括TEDS和混合模式接口，混合模式变送器与混合模式接口的关系如图3-4所示。
图3-4 混合模式变送器与混合模式接口的关系
IEEE P1451.4定义了混合模式变送器接口标准，其允许混合模式变送器与兼容的对象进行数字通信。
IEEE P1451.4标准下的混合模式变送器至少由变送器、TEDS及控制和传输数据进入不同接口的接口逻辑组成，TEDS很小，但其定义的信息充足，且可以通过高级对象模型进行补充。
为了进行自我识别、自我描述和设置，有必要制定允许模拟量变送器以数字方式通信的标准。由于缺乏统一标准，不同的变送器厂家有不同的实现方案，但都存在限制，未能得到广泛认可。一个独立的、开放的标准将减少用户、变送器、系统生产厂家和系统集成商之间的冲突与矛盾，使产品兼容。
IEEE P1451.4标准定义的TEDS是IEEE 1451.2标准定义的TEDS的子集，其目的是使TEDS更小。IEEE P1451.4标准定义的TEDS的要素包括帮助信息、即插即用功能、支持所有变送器类型、具有开放性、与IEEE 1451.2标准兼容等。具体参数如下。
（1）识别参数，如生产厂家、模块代码、序列号、版本号和数据代码。
（2）设备参数，如传感器类型、灵敏度、传输带宽、单位和精度。
（3）标定参数，如标定日期、校正引擎系数。
（4）应用参数，如通道识别、通道分组、传感器位置和方向。