[发明专利]一种基于TSN（时间敏感网络）标准的传感器通讯方法

说明书

一种基于TSN（Time‑Sensitive Networking，时间敏感网络）网络标准的传感器通讯方法，它属于现有通讯技术领域的改良方案，在传感器单元和传感器接口单元之间，加入信息处理单元和通讯处理单元，解决新老设备混合的系统中的传感器无法实现高实时性和高可靠性的通讯问题，以及同一系统中存在不同通讯标准的传感器所导致的数据不能互通的问题。通过此项通讯方法的发明，可以广泛用于实现需要高速且实时地对众多的信号源进行同时的物理量信息的采集和向上位信息处理系统的传输。

技术领域

本发明涉及基于TSN（时间敏感网络）网络标准的传感器通讯方法，通过此项通讯方法的发明，可以广泛用于实现需要高速且实时地对众多的信号源进行同时的物理量信息的采集和向上位信息处理系统的传输。

背景技术

1. 现有的传感器:

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的物理量，并能将感受到的物理量，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器广泛应用于诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等领域。当代的每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。例如，在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，以使产品达到最好的质量。

①传感器从原有的利用结构参量变化来感受和转化信号的结构型传感器，转化到至今的大多数的由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成的固体型传感器。而近年，更加速走向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化的发展。

②作为传感器的重要组成部分，传感器接口担负着信息输出的功能，在传感器走向多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化的发展过程中，需具有与外部系统双向通讯的手段，用于发送测量、状态信息，接受和处理外部命令。为实现这些相应的功能，又分为信号处理和通讯两大部分，前者为实现有效信息的传输，对采集的信息进行预处理，储存和用于通讯的数据的组包，后者则按照与外部网络或系统之间的相关标准和协议实现双向通讯。在有线通讯接口方面，其物理接口有RJ45，光纤，RS232，RS485，RS422，IEEE1394等标准接口，在通讯层面则有基于TCP/IP的工业以太网的诸如PROFINET，EtherCAT，POWERLINK，Ethnet/IP，以及现场总线类的CANopen，Modbus，PROFIBUS，CC-Link等。

2. 现有技术存在的问题：

随着当今的工业互联网的发展，作为重要的组成部分传感器以及其通讯接口，对其技术需求日益提升，在现有的技术中，传感器的通讯接口其问题点主要体现在以下三点：

①如何解决新老设备混合的系统中的传感器，实现高实时性和高可靠性的接口通讯问题。RS232，RS485，RS422等通讯接口和其通讯标准更多运用于一些时代久远的设备中，但其通讯协议已经无法满足现有的高实时性和高可靠性的接口通讯要求。

②如何解决同一系统中，带有不同通讯标准的传感器带来的数据无法关联，数据孤岛问题。针对高实时性和高可靠性的通讯要求，相对近期的CANopen，Modbus，PROFIBUS，CC-Link都是在标准以太网的基础上修改或增加了一些特定的协议以保证实时性和确定性，其非标准以太网导致通讯协议互不相通，数据无法有效使用，同时也较难解决系统内的不同的数据采集的协调问题，在易用性、互操作性、带宽和设备成本上都存在不足。

③如何解决今后可能带来的更为智能的传感器所必须的复杂而自由度高的数据通讯问题。从初级的模拟量数据信息的输出，到目前数字化转换中的数字量信号的输出，今后可以预见的是数据精度的提升带来的通讯周期中的数据量增大，以及传感器本身的智能化发展，带来的数据结构的复杂化增加，这些需求需要自由度更高的通讯技术予以实现。