工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)技術(shù)
導語(yǔ)：一定條件下，在工業(yè)自動(dòng)化方面，其要求對數據進(jìn)行精確的定位。在測量方面，特別是在底下探測方面，具有十分廣闊的發(fā)展前景。以下是小編為大家整理的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)技術(shù)論文范文，希望大家喜歡，更多內容請瀏覽(www.oh100.com/bylw)。
【摘要】筆者概述了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)技術(shù)方法及特征，并探討了UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的運用效果及發(fā)展的新趨勢，對指導工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)技術(shù)具有一定的參與價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】工業(yè)自動(dòng)化，領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)技術(shù)
一、前言
幾年來(lái)，我國工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)技術(shù)取得了飛速發(fā)展，但依然存在一些問(wèn)題和不足需要改進(jìn)，筆者對工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)技術(shù)存在的主要問(wèn)題進(jìn)行分析，對工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無(wú)線(xiàn)技術(shù)創(chuàng )新策略進(jìn)行研究，對加快工業(yè)自動(dòng)化推進(jìn)的步伐，具有十分重要的意義。
二、Z igbee技術(shù)特征
Z igbee是一項近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù), 在一定情況下，主要適用于自動(dòng)控制與遠程控制領(lǐng)域, 是為滿(mǎn)足小型廉價(jià)設備的無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)與控制而制定的。Z igbee是 IEEE 802.15. 4技術(shù)的商業(yè)名子。與此同時(shí)，這項技術(shù)的核心協(xié)議由 2005年 12月成立的 IEEE 802. 15. 4工作組研究制定的, 但是，高層應用、互聯(lián)互通測試與市場(chǎng)推廣由 Zigbee聯(lián)盟負責。接著(zhù)研究的問(wèn)題是Z igbee聯(lián)盟成立時(shí)間是 2001年 9月, 現在包括英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司等在內的百余家知名企業(yè)。在一定程度上，Z igbee的協(xié)議主要是由物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )/安全層、應用框架及高層應用規范組成。其中IEEE 802. 15. 4負責物理層與數據鏈路層標準; 據此開(kāi)始研究Zig-bee聯(lián)盟負責網(wǎng)絡(luò )層與應用層的研發(fā)。 Z igbee協(xié)議棧如圖 1所示。
Z igbee技術(shù)的主要特征如下:一是功耗低。在低耗電待機條件下, 兩節普通5號干電池才可使用 6 個(gè)月以上, 這是 Zigbee支持者所特定的優(yōu)勢。二是數據傳輸過(guò)程中速率低。只有 10~ 250 kb/s,專(zhuān)注于低傳輸應用。三是成本比較低。 Z igbee 數據傳輸速率比較低, 而且協(xié)議簡(jiǎn)單, 很大程度上降低了成本。為此，預算今年年底一個(gè) Zigbee芯片價(jià)格可能降到 3美元。四是網(wǎng)絡(luò )容量比較大。統計顯示，網(wǎng)絡(luò )可容納 65536個(gè)節點(diǎn)。五是有效范圍比較小。有效覆蓋范圍在10~ 75 m之間, 在一定情況下，要具體根據實(shí)際發(fā)射功率大小與各種不同的應用模式確定。六是工作頻段很靈活。在一定程度上，應用的頻段分別為2. 4GH z(全球)、868MH z( 歐洲 ) 與 915 MH z(美國 ) , 都是免執照頻段。七是安全適用。 Z igBee提供了數據完整性檢查與鑒權功能, 采取 AES- 128加密算法。八是誠信可靠。采用了碰撞預防辦法, 并且，為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專(zhuān)用時(shí)隙, 防止發(fā)送數據的競爭和沖突。九是時(shí)延短。 Z igbee 通信時(shí)延與從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都很短, 設備搜索時(shí)間典型值為 30 ms,設備激活時(shí)間典型值是 15 m s, 活動(dòng)設備接入時(shí)間是 15ms。在此基礎之上，Z igbee主要應用于數據傳輸速率不高的諸多電子設備之間, 比如：醫療護理 與工控等。其中最典型的應用是自動(dòng)抄表系統。為此，當前 GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)抄表系統成本相對較高, 并且還要向電信運營(yíng)商支付一定額度的費用, 另一種電力線(xiàn)聯(lián)網(wǎng) ( PLC)技術(shù)運行則不夠穩定。據此，比較而言, 運用Z igbee網(wǎng)絡(luò )的抄表系統由電力局自行建網(wǎng), 在一定程度下，不需要交納額外的費用, 另外，Z igbee網(wǎng)絡(luò )超大的容量一般可以滿(mǎn)足覆蓋的需求,因此 Z igbee在無(wú)線(xiàn)自動(dòng)抄表領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。與此同時(shí)，在井下無(wú)線(xiàn)監控、工業(yè)環(huán)境的溫濕度監測、污水監測、氣體監測上 Zigbee也具有很大的優(yōu)勢。在特殊條件下，由于傳感器與通信技術(shù)的發(fā)展, 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò ) (W ireless sensor networks, WSN)的概念已深入人心。 Zigbee在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的運用上有著(zhù)無(wú)法比喻的優(yōu)勢。在一定程度上，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )也是由部署在監測區域內大量的廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)構成、經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式，并且形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò )系統, 為此，具有監測高精度、高容錯性、大覆蓋區域、可遠程監控等諸多優(yōu)點(diǎn)。WSN 可應用于工業(yè)自動(dòng)化系統、設備故障診斷、惡劣環(huán)境下生產(chǎn)過(guò)程監控等。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )設計的首要目標是能源的高效利用, 也就是說(shuō), 在保證正常的監測功能的條件下, 盡可能較少的消耗節點(diǎn)的能量, 同時(shí)，延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )的生命周期�；谶@一點(diǎn), 它和 Z ig-bee的設計目標相符。其次。傳感器網(wǎng)絡(luò )嚴格要求每個(gè)節點(diǎn)的成本要盡可能達到最低,并且要求很?chē)栏�。只有這樣, 一個(gè)網(wǎng)絡(luò )才可以擁有較多的節點(diǎn), 在個(gè)別節點(diǎn)無(wú)效的條件下，可以迅速的重新規劃確定路由, 從而，不致于使網(wǎng)絡(luò )癱瘓。第三，Z igbee網(wǎng)絡(luò )可以同時(shí)容納 6.5萬(wàn)多個(gè)節點(diǎn), 足能保證多源數據的采集。在一定條件下，一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )通常包涵傳感器節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)與管理節點(diǎn)。同時(shí)，傳感器節點(diǎn)一般由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊與能量供應模塊四部分組成, 是一個(gè)微型的嵌入式系統, 它兼顧傳統網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的終端與路由器雙重功能。傳感器網(wǎng)絡(luò )的體系結構見(jiàn)圖 2。
匯聚節點(diǎn)連接傳感器網(wǎng)絡(luò )與外部網(wǎng)絡(luò ), 達到兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉換, 在此基礎上，發(fā)布管理節點(diǎn)的監測任務(wù), 還要把收集到的數據轉發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò )上。為此，用戶(hù)通過(guò)管理節點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò )實(shí)施配置與管理, 發(fā)布監測指令以及收集監測數據。同時(shí)，針對傳感器網(wǎng)絡(luò )的組成結構, 可以應用 Zigbee節點(diǎn)作整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的傳感器節點(diǎn), 并且，在整個(gè)監測區域內，組成一個(gè) Zigbee網(wǎng)絡(luò ), 每個(gè)傳感器節點(diǎn)內嵌 Zigbee協(xié)議棧, 實(shí)現基本的 Zigbee網(wǎng)絡(luò )功能,與此同時(shí)，把采集到的數據傳輸給匯聚節點(diǎn), 還要接受匯聚節點(diǎn)對其下達的任務(wù)與命令。在一定程度下，利用一個(gè)微處理器 + GPRS模塊作為匯聚節點(diǎn), 據此，用來(lái)連接傳感器網(wǎng)絡(luò )和 GPRS網(wǎng)絡(luò ), 實(shí)現 TCP/UD P等協(xié)議, 把數據打包封裝成幀, 在一定條件下，通過(guò) GPRS網(wǎng)絡(luò )傳遞給主控制室, 并把主控端的命令解封裝, 然后，傳達給傳感器節點(diǎn)。在用戶(hù)端接一個(gè) GPRS模塊與 PC機服務(wù)器做硬件平臺, 軟件包含數據庫等,在這一過(guò)程中，對收到的數據進(jìn)行認真分析, 同時(shí)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行管理。在特定情況下，Z igbee自身的特點(diǎn)決定了它只能應用在短距低速的條件下, 在工業(yè)監測中, 必須注意工作流程，有很多時(shí)間需要的是實(shí)時(shí)的圖像, 這就必須有高速的數據傳輸率, 因而, 在這一點(diǎn)上, Zigbee有著(zhù)致命的缺點(diǎn)。UWB技術(shù)的出現使這種運用需求成為了可能。
三、UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的運用效果
1. UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)分析。
在特定條件下，UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是一項采取時(shí)間間隔極短的脈，而不用載波的通信方法。同時(shí)，具備以下優(yōu)勢：一是具有很強的抗干擾能力，這主要是這一技術(shù)的自身特征，在一定情況下，此技術(shù)的所有頻段和當前我國通信系統，所采取頻段之間各自安好且互不干擾。在特定情況下，一旦發(fā)射信號，它發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電脈沖信號不但很微弱，并且所輸出的功率也相對比較低;二是具有傳輸速率高、能耗低的特征，和Zigbee相比較，一定情況下，它的傳輸速率比Zigbee要高得多，最高時(shí)可能高達幾百兆字節每秒，并且能耗很低，這主要是由于其發(fā)射時(shí)不能采用載波，同時(shí)，只在脈沖發(fā)射時(shí)消耗很低的能量;三是具有較高的安全功能，就有線(xiàn)技術(shù)相對比而言，不論是安全性或者是穩定性都大于有線(xiàn)通信技術(shù)。在一定程度下，基于此技術(shù)中融入了跳時(shí)擴頻技術(shù)方法，因而信息數據接收設備，只有在知道發(fā)送端擴頻碼的前提條件下，對發(fā)射的數據進(jìn)行接收，同時(shí)，發(fā)射功率譜密度較低，通常的信數據接收設備是不會(huì )接收的，為此，顯現其安全功能;四是定位優(yōu)點(diǎn)比較，這主要是由于這樣系統本身具備的良好定位優(yōu)點(diǎn)，一定條件下，穿透性能很強。因此其具備比較精確的定位性能，精準度能高達10米左右，為此，這也是別的通信技術(shù)無(wú)法可比的優(yōu)勢。五是具有較強的多徑分辨功能，和一般無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)比較，一定程度下，它的多徑傳播效應的通信質(zhì)量與數據的傳輸速度很大程度的增強。
2. UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的運用。
從UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)用途的起源進(jìn)行分析，剛開(kāi)始時(shí)主要用在軍事方面的雷達領(lǐng)域，一定條件下，用來(lái)開(kāi)發(fā)軍事雷達科技。從2005年3月開(kāi)始，UWB技術(shù)被美國批準可以在非軍事領(lǐng)域運用，從此UWB技術(shù)才得到了新的突破，通過(guò)科學(xué)發(fā)明，得到越來(lái)越廣泛的應用。從UWB技術(shù)進(jìn)行分析，一定條件下，它說(shuō)具有的傳輸速率很高，為此，在工業(yè)自動(dòng)化方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應用。一定條件下，在工業(yè)自動(dòng)化方面，其要求對數據進(jìn)行精確的定位。在測量方面，特別是在底下探測方面，具有十分廣闊的發(fā)展前景。在一定條件下，這種技術(shù)能夠實(shí)現實(shí)時(shí)圖像與聲音的傳輸，這么高精度的數據量傳輸，在當前現有的無(wú)線(xiàn)技術(shù)中是難以實(shí)現的。為此，在這一通信技術(shù)的實(shí)際運用過(guò)程中，要在攝像頭端安裝微型處理器，一定程度下，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單壓縮并處理實(shí)時(shí)傳輸的圖像數據，就能使數據傳輸速率降到幾十兆字節每秒，從而，最后利用UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，將圖像數據傳送到數米開(kāi)外的中心控制室。
四、結束語(yǔ)
通過(guò)對新時(shí)期下，通過(guò)對Z igbee技術(shù)存在的問(wèn)題分析，進(jìn)一步明確了Z igbee技術(shù)與UWB技術(shù)是時(shí)下無(wú)線(xiàn)通信市場(chǎng)的最流行的技術(shù)之一, 是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )重要的組成部分,為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理系統的優(yōu)化完善奠定了堅實(shí)基礎，無(wú)線(xiàn)技術(shù)具有廣闊的應用發(fā)展前景。其有助于提高企業(yè)的競爭力和效益。
參考文獻:
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