即使在萌芽階段，人們?nèi)匀徽J(rèn)為在不久的將來數(shù)字傳感器對電子市場具有重要的推動作用。制作數(shù)字傳感器的接口以及支持用于數(shù)字傳感器網(wǎng)絡(luò)的形式多樣的通訊協(xié)議都是對技術(shù)工藝的巨大挑戰(zhàn)。傳感器的非均質(zhì)特性和其操作條件的多樣化也對技術(shù)工藝提出了巨大的挑戰(zhàn)。目前在全世界有超過3000家傳感器制造商正在運作，Intechno 咨詢公司估計它們在2008年的總銷售額將會超過500億美元。
數(shù)字傳感器的新興標(biāo)準(zhǔn)
如今傳感器網(wǎng)絡(luò)使用多種技術(shù)來為不同的工業(yè)服務(wù)。用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種專屬協(xié)議的數(shù)量激增。這就需要在傳感器網(wǎng)絡(luò)中引入綜合翻譯途徑，它是一個復(fù)雜而又昂貴的體系。因此人們需要更大程度的標(biāo)準(zhǔn)化。
工程任務(wù)組(The Internet Engineering Task Force-IETF)正在為以藍牙、Wi-Fi和802.15.4網(wǎng)等為基礎(chǔ)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開列一個標(biāo)準(zhǔn)，以便能將傳感器節(jié)點連接到更寬廣的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上。IETF的目標(biāo)是在傳感器之間建立一種通訊方式，這種通訊方式不需要專屬的翻譯途徑。這項協(xié)議將在2009年6月制定出臺。由IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)的1451委員會制定的標(biāo)準(zhǔn)于上世紀(jì)90年代中期被引入，它為連接在網(wǎng)絡(luò)中的變換器 (傳感器和執(zhí)行器)之間提供了一個通用而且完全透明的界面。這個標(biāo)準(zhǔn)體系包含不同的子體系：IEEE P1451.0定義了物理層面的必備條件，通訊協(xié)議和基本功能;IEEE1451.1控制信息在網(wǎng)絡(luò)上的獲取和發(fā)送;IEEE1451.2處理有線網(wǎng)絡(luò)的界面事宜，與RS-233、ES-485和USB等標(biāo)準(zhǔn)兼容;IEEE1451.3啟動處在多分支網(wǎng)絡(luò)中的傳感器的運行;于2003年通過的IEEE P1451.4規(guī)定與數(shù)字傳感器相關(guān)的數(shù)據(jù)(像傳感器的類別、型號、操作參數(shù)以及位置等)必須能夠以電子數(shù)據(jù)表的格式從整合在傳感器中的EEPROM(電可擦除只讀存儲器)存儲器中讀取，這種數(shù)據(jù)表被稱為變換器電子數(shù)據(jù)表(TEDS-Transducer Electronic Data Sheet)。IEEE P1451.4標(biāo)準(zhǔn)極大地簡化了傳感器的布線以及更換故障傳感器的問題。它同時也免除了傳感器在設(shè)置和校準(zhǔn)方面的人工干預(yù)，這種干預(yù)即費時又易出錯。這樣傳感器就成了即插即用的裝置。在美國國家儀器網(wǎng)站中有一個有效TEDS的數(shù)據(jù)庫，它包括了可以在IEEE P1451網(wǎng)絡(luò)中使用的各種老式的或沒有EEPROM的傳感器的專門資料。IEEE 1451.5標(biāo)準(zhǔn)仍在審核階段，它規(guī)定的是將TEDS連接到無線網(wǎng)絡(luò)中的必要條件，如與802.11、藍牙或ZigBee等的連接。最近又提出了IEEE 1451.6標(biāo)準(zhǔn)議案，它定義TEDS和CAN總線的接口。
圖1 IEEE P1451標(biāo)準(zhǔn)的制定為連接在網(wǎng)絡(luò)上的變換器(傳感器和執(zhí)行器)之間提供了一個通用且完全透明的界面。
無線數(shù)字傳感器
幾十億的有線傳感器被廣泛地用于電子系統(tǒng)中，從簡單的熱電偶到更復(fù)雜的專用系統(tǒng)。它們被用于測量和監(jiān)控物理參數(shù)。許多工程師正在考慮改用無線傳感器，因為它們具有一些顯著的優(yōu)點，價格低廉、適應(yīng)性好，即使在不良環(huán)境中也易于安裝和使用。根據(jù)市場分析機構(gòu)Cahners Instat的估計，到2010年，將有超過1600億個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被賣出。
傳感器的無線網(wǎng)絡(luò)將在一定區(qū)域內(nèi)分布的各種傳感器連接在一起并結(jié)合智能電路進行信號處理和數(shù)據(jù)傳輸。其可能的應(yīng)用領(lǐng)域包括軍事、環(huán)境及道路交通的監(jiān)控、安全與警戒、家庭與工業(yè)自動化、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)和汽車。在工業(yè)環(huán)境中，建立一個傳感器網(wǎng)絡(luò)的費用有80%花在布線上，而且建立這樣一個網(wǎng)絡(luò)有時是不現(xiàn)實甚至是不可能的。在汽車方面，傳感器的一個重要應(yīng)用是用于遙控開鎖系統(tǒng)(RKE-Remote Keyless Entry Systems)，以無線代替了CAN總線，這樣做大大節(jié)省了成本及空間，去除了昂貴而粗大的電纜。根據(jù)Cahners Instat最近的預(yù)測，到2010年將有超過1600億個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被賣出;而且建立包含一萬至十萬個傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)也是非常可能的事。這樣，可測量性成為了一個非常關(guān)鍵的因素。此外，傳感器必須可以現(xiàn)場編程和自行設(shè)置;網(wǎng)絡(luò)必須能夠在有一個或多個故障傳感器存在的情況下正常運行。另一個關(guān)鍵參數(shù)是能耗，因為無線傳感器也可能被設(shè)置在偏遠地區(qū)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面，一個非常有前途的無線技術(shù)是ZigBee，它是按照IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)的，能確保低能耗和低成本。ZigBee 聯(lián)盟的發(fā)起公司有華為、Ember、Freescale、Philips、STMicroelectronics、Texas Instruments、Samsung 和Siemens。West Technology，一個定向于無線電技術(shù)市場調(diào)查的公司預(yù)測，利用ZigBee 技術(shù)制作的符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的傳感器芯片組的銷售量將從今年的3100萬組上升至2012年的31200萬組，其增長為稍高于100%的復(fù)合比。其他應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)還有由Cypress Semiconductor推出的無線-USB;以及z-Wave，一種由Zensys公司研發(fā)的技術(shù)，有超過160家公司組成了一個z-Wave 聯(lián)盟來共同推廣這一技術(shù)。
