工業自動化領域中的無線技術

工業自動化領域中的無線技術

　　導語：一定條件下，在工業自動化方面，其要求對數據進行精確的定位。在測量方面，特別是在底下探測方面，具有十分廣闊的發展前景。以下是小編為大家整理的工業自動化領域中的無線技術論文范文，希望大家喜歡，更多內容請瀏覽(www.oh100.com/bylw)。

　　【摘要】筆者概述了工業自動化領域中的無線技術方法及特征，并探討了UWB無線通信技術在工業自動化領域中的運用效果及發展的新趨勢，對指導工業自動化領域中的無線技術具有一定的參與價值。

　　【關鍵詞】工業自動化，領域，無線技術

　　一、前言

　　幾年來，我國工業自動化領域中的無線技術取得了飛速發展，但依然存在一些問題和不足需要改進，筆者對工業自動化領域中的無線技術存在的主要問題進行分析，對工業自動化領域中的無線技術創新策略進行研究，對加快工業自動化推進的步伐，具有十分重要的意義。

　　二、Z igbee技術特征

　　Z igbee是一項近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術, 在一定情況下，主要適用于自動控制與遠程控制領域, 是為滿足小型廉價設備的無線聯網與控制而制定的。Z igbee是 IEEE 802.15. 4技術的商業名子。與此同時，這項技術的核心協議由 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、互聯互通測試與市場推廣由 Zigbee聯盟負責。接著研究的問題是Z igbee聯盟成立時間是 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。在一定程度上，Z igbee的協議主要是由物理層、數據鏈路層、網絡/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; 據此開始研究Zig-bee聯盟負責網絡層與應用層的研發。 Z igbee協議棧如圖 1所示。

　　Z igbee技術的主要特征如下: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 個月以上, 這是 Zigbee支持者所特定的優勢。二是數據傳輸過程中速率低。只有 10~ 250 kb/s,專注于低傳輸應用。三是成本比較低。 Z igbee 數據傳輸速率比較低, 而且協議簡單, 很大程度上降低了成本。為此，預算今年年底一個 Zigbee芯片價格可能降到 3美元。四是網絡容量比較大。統計顯示，網絡可容納 65536個節點。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，要具體根據實際發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務預留了專用時隙, 防止發送數據的競爭和沖突。九是時延短。 Z igbee 通信時延與從休眠狀態激活的時延都很短, 設備搜索時間典型值為 30 ms,設備激活時間典型值是 15 m s, 活動設備接入時間是 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抄表系統。為此，當前 GPRS/CDMA無線抄表系統成本相對較高, 并且還要向電信運營商支付一定額度的費用, 另一種電力線聯網 ( PLC)技術運行則不夠穩定。據此，比較而言, 運用Z igbee網絡的抄表系統由電力局自行建網, 在一定程度下，不需要交納額外的費用, 另外，Z igbee網絡超大的容量一般可以滿足覆蓋的需求,因此 Z igbee在無線自動抄表領域具有廣闊的發展前景。與此同時，在井下無線監控、工業環境的溫濕度監測、污水監測、氣體監測上 Zigbee也具有很大的優勢。在特殊條件下，由于傳感器與通信技術的發展, 無線傳感器網絡 (W ireless sensor networks, WSN)的概念已深入人心。 Zigbee在無線傳感器網絡的運用上有著無法比喻的優勢。在一定程度上，無線傳感器網絡也是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點構成、經過無線通信方式，并且形成的一個多跳的自組織的網絡系統, 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點。WSN 可應用于工業自動化系統、設備故障診斷、惡劣環境下生產過程監控等。同時，無線傳感器網絡設計的首要目標是能源的高效利用, 也就是說, 在保證正常的監測功能的條件下, 盡可能較少的消耗節點的能量, 同時，延長網絡的生命周期�；�于這一點, 它和 Z ig-bee的設計目標相符。其次。傳感器網絡嚴格要求每個節點的成本要盡可能達到最低,并且要求很嚴格。只有這樣, 一個網絡才可以擁有較多的節點, 在個別節點無效的條件下，可以迅速的重新規劃確定路由, 從而，不致于使網絡癱瘓。第三，Z igbee網絡可以同時容納 6.5萬多個節點, 足能保證多源數據的采集。在一定條件下，一個傳感器網絡通常包涵傳感器節點、匯聚節點與管理節點。同時，傳感器節點一般由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊與能量供應模塊四部分組成, 是一個微型的嵌入式系統, 它兼顧傳統網絡節點的終端與路由器雙重功能。傳感器網絡的體系結構見圖 2。

　　匯聚節點連接傳感器網絡與外部網絡, 達到兩種協議棧之間的通信協議轉換, 在此基礎上，發布管理節點的監測任務, 還要把收集到的數據轉發到外部網絡上。為此，用戶通過管理節點對傳感器網絡實施配置與管理, 發布監測指令以及收集監測數據。同時，針對傳感器網絡的組成結構, 可以應用 Zigbee節點作整個網絡的傳感器節點, 并且，在整個監測區域內，組成一個 Zigbee網絡, 每個傳感器節點內嵌 Zigbee協議棧, 實現基本的 Zigbee網絡功能,與此同時，把采集到的數據傳輸給匯聚節點, 還要接受匯聚節點對其下達的任務與命令。在一定程度下，利用一個微處理器 + GPRS模塊作為匯聚節點, 據此，用來連接傳感器網絡和 GPRS網絡, 實現 TCP/UD P等協議, 把數據打包封裝成幀, 在一定條件下，通過 GPRS網絡傳遞給主控制室, 并把主控端的命令解封裝, 然后，傳達給傳感器節點。在用戶端接一個 GPRS模塊與 PC機服務器做硬件平臺, 軟件包含數據庫等,在這一過程中，對收到的數據進行認真分析, 同時對整個網絡進行管理。在特定情況下，Z igbee自身的特點決定了它只能應用在短距低速的條件下, 在工業監測中, 必須注意工作流程，有很多時間需要的是實時的圖像, 這就必須有高速的數據傳輸率, 因而, 在這一點上, Zigbee有著致命的缺點。UWB技術的出現使這種運用需求成為了可能。

　　三、UWB無線通信技術在工業自動化領域中的運用效果

　　1. UWB無線通信技術分析。

　　在特定條件下，UWB無線通信技術是一項采取時間間隔極短的脈，而不用載波的通信方法。同時，具備以下優勢：一是具有很強的抗干擾能力，這主要是這一技術的自身特征，在一定情況下，此技術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，一旦發射信號，它發射的無線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，這主要是由于其發射時不能采用載波，同時，只在脈沖發射時消耗很低的能量;三是具有較高的安全功能，就有線技術相對比而言，不論是安全性或者是穩定性都大于有線通信技術。在一定程度下，基于此技術中融入了跳時擴頻技術方法，因而信息數據接收設備，只有在知道發送端擴頻碼的前提條件下，對發射的數據進行接收，同時，發射功率譜密度較低，通常的信數據接收設備是不會接收的，為此，顯現其安全功能;四是定位優點比較，這主要是由于這樣系統本身具備的良好定位優點，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無法可比的優勢。五是具有較強的多徑分辨功能，和一般無線通信技術比較，一定程度下，它的多徑傳播效應的通信質量與數據的傳輸速度很大程度的增強。

　　2. UWB無線通信技術在工業自動化領域中的運用。

　　從UWB無線通信技術用途的起源進行分析，剛開始時主要用在軍事方面的雷達領域，一定條件下，用來開發軍事雷達科技。從2005年3月開始，UWB技術被美國批準可以在非軍事領域運用，從此UWB技術才得到了新的突破，通過科學發明，得到越來越廣泛的應用。從UWB技術進行分析，一定條件下，它說具有的傳輸速率很高，為此，在工業自動化方面具有明顯的優點，得到了廣泛的應用。一定條件下，在工業自動化方面，其要求對數據進行精確的定位。在測量方面，特別是在底下探測方面，具有十分廣闊的發展前景。在一定條件下，這種技術能夠實現實時圖像與聲音的傳輸，這么高精度的數據量傳輸，在當前現有的無線技術中是難以實現的。為此，在這一通信技術的實際運用過程中，要在攝像頭端安裝微型處理器，一定程度下，經過簡單壓縮并處理實時傳輸的圖像數據，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無線通信技術，將圖像數據傳送到數米開外的中心控制室。

　　四、結束語

　　通過對新時期下，通過對Z igbee技術存在的問題分析，進一步明確了Z igbee技術與UWB技術是時下無線通信市場的最流行的技術之一, 是無線網絡重要的組成部分,為無線網絡管理系統的優化完善奠定了堅實基礎，無線技術具有廣闊的應用發展前景。其有助于提高企業的競爭力和效益。

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