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工業(yè)自動化領(lǐng)域中的無線技術(shù)
隨著工業(yè)自動化進(jìn)程的加快,特別是通信技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)一步加大工業(yè)自動化的步伐。無線技術(shù)作為最具發(fā)展?jié)摿Φ耐ㄐ偶夹g(shù),成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵。下面是小編搜集整理的工業(yè)自動化領(lǐng)域中的無線技術(shù)的論文范文，歡迎大家閱讀參考。
【摘要】筆者概述了工業(yè)自動化范疇中的無線技術(shù)辦法及特征，并討論了UWB無線通訊技術(shù)在工業(yè)自動化范疇中的運用效果及開展的新趨向，對指點工業(yè)自動化范疇中的無線技術(shù)具有一定的參與價值。
【關(guān)鍵詞】工業(yè)自動化，范疇，無線技術(shù)
一、前言
幾年來，我國工業(yè)自動化范疇中的無線技術(shù)獲得了飛速開展，但仍然存在一些成績和缺乏需求改良，筆者對工業(yè)自動化范疇中的無線技術(shù)存在的次要成績停止剖析，對工業(yè)自動化范疇中的無線技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略停止研討，對放慢工業(yè)自動化推進(jìn)的步伐，具有非常重要的意義。
二、Z igbee技術(shù)特征
Z igbee是一項近間隔、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低本錢的雙向無線通訊技術(shù), 在一定狀況下，次要適用于自動控制與近程控制范疇, 是爲(wèi)滿足小型廉價設(shè)備的無線聯(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，這項技術(shù)的中心協(xié)議由 2005年 12月成立的 IEEE 802. 15. 4任務(wù)組研討制定的, 但是，高層使用、互聯(lián)互通測試與市場推行由 Zigbee聯(lián)盟擔(dān)任。接著研討的成績是Z igbee聯(lián)盟成立工夫是 2001年 9月, 如今包括英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司等在內(nèi)的百余家知名企業(yè)。在一定水平上，Z igbee的協(xié)議次要是由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)/平安層、使用框架及高層使用標(biāo)準(zhǔn)組成。其中IEEE 802. 15. 4擔(dān)任物理層與數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范; 據(jù)此開端研討Zig-bee聯(lián)盟擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)層與使用層的研發(fā)。 Z igbee協(xié)議棧如圖 1所示。
Z igbee技術(shù)的次要特征如下:一是功耗低。在低耗電待機(jī)條件下, 兩節(jié)普通5號干電池才可運用 6 個月以上, 這是 Zigbee支持者所特定的劣勢。二是數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程中速率低。只要 10~ 250 kb/s,專注于低傳輸使用。三是本錢比擬低。 Z igbee 數(shù)據(jù)傳輸速率比擬低, 而且協(xié)議復(fù)雜, 很大水平上降低了本錢。爲(wèi)此，預(yù)算往年年底一個 Zigbee芯片價錢能夠降到 3美元。四是網(wǎng)絡(luò)容量比擬大。統(tǒng)計顯示，網(wǎng)絡(luò)可包容 65536個節(jié)點。五是無效范圍比擬小。無效掩蓋范圍在10~ 75 m之間, 在一定狀況下，要詳細(xì)依據(jù)實踐發(fā)射功率大小與各種不同的使用形式確定。六是任務(wù)頻段很靈敏。在一定水平上，使用的頻段辨別爲(wèi)2. 4GH z(全球)、868MH z( 歐洲 ) 與 915 MH z(美國 ) , 都是免執(zhí)照頻段。七是平安適用。 Z igBee提供了數(shù)據(jù)完好性反省與鑒權(quán)功用, 采取 AES- 128加密算法。八是誠信牢靠。采用了碰撞預(yù)防方法, 并且，爲(wèi)需求固定帶寬的通訊業(yè)務(wù)預(yù)留了公用時隙, 避免發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和抵觸。九是時延短。 Z igbee 通訊時延與從休眠形態(tài)激活的時延都很短, 設(shè)備搜索工夫典型值爲(wèi) 30 ms,設(shè)備激活工夫典型值是 15 m s, 活動設(shè)備接入工夫是 15ms。在此根底之上，Z igbee次要使用于數(shù)據(jù)傳輸速率不高的諸多電子設(shè)備之間, 比方：醫(yī)療護(hù)理 與工控等。其中最典型的使用是自動抄表零碎。爲(wèi)此，以后 GPRS/CDMA無線抄表零碎本錢絕對較高, 并且還要向電信運營商領(lǐng)取一定額度的費用, 另一種電力線聯(lián)網(wǎng) ( PLC)技術(shù)運轉(zhuǎn)則不夠波動。據(jù)此，比擬而言, 運用Z igbee網(wǎng)絡(luò)的抄表零碎由電力局自行建網(wǎng), 在一定水平下，不需求交納額定的費用, 另外，Z igbee網(wǎng)絡(luò)超大的容量普通可以滿足掩蓋的需求,因而 Z igbee在無線自動抄表范疇具有寬廣的開展前景。與此同時，在井下無線監(jiān)控、工業(yè)環(huán)境的溫濕度監(jiān)測、污水監(jiān)測、氣體監(jiān)測上 Zigbee也具有很大的劣勢。在特殊條件下，由于傳感器與通訊技術(shù)的開展, 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (W ireless sensor networks, WSN)的概念已不得人心。 Zigbee在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運用上有著無法比喻的劣勢。在一定水平上，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)少量的廉價微型傳感器節(jié)點構(gòu)成、經(jīng)過無線通訊方式，并且構(gòu)成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)零碎, 爲(wèi)此，具有監(jiān)測高精度、高容錯性、大掩蓋區(qū)域、可近程監(jiān)控等諸多優(yōu)點。WSN 可使用于工業(yè)自動化零碎、設(shè)備毛病診斷、惡劣環(huán)境下消費進(jìn)程監(jiān)控等。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的首要目的是動力的高效應(yīng)用, 也就是說, 在保證正常的監(jiān)測功用的條件下, 盡能夠較少的耗費節(jié)點的能量, 同時，延伸網(wǎng)絡(luò)的生命周期。基于這一點, 它和 Z ig-bee的設(shè)計目的相符。其次。傳感器網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)厲要求每個節(jié)點的本錢要盡能夠到達(dá)最低,并且要求很嚴(yán)厲。只要這樣, 一個網(wǎng)絡(luò)才可以擁有較多的節(jié)點, 在一般節(jié)點有效的條件下，可以迅速的重新規(guī)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)可以同時包容 6.5萬多個節(jié)點, 足能保證多源數(shù)據(jù)的采集。在一定條件下，一個傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包涵傳感器節(jié)點、會聚節(jié)點與管理節(jié)點。同時，傳感器節(jié)點普通由傳感器模塊、處置器模塊、無線通訊模塊與能量供給模塊四局部組成, 是一個微型的嵌入式零碎, 它統(tǒng)籌傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的終端與路由器雙重功用。傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系構(gòu)造見圖 2。
會聚節(jié)點銜接傳感器網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò), 到達(dá)兩種協(xié)議棧之間的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換, 在此根底上，發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測義務(wù), 還要把搜集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上。爲(wèi)此，用戶經(jīng)過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡(luò)施行配置與管理, 發(fā)布監(jiān)測指令以及搜集監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時，針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成構(gòu)造, 可以使用 Zigbee節(jié)點作整個網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點, 并且，在整個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，組成一個 Zigbee網(wǎng)絡(luò), 每個傳感器節(jié)點內(nèi)嵌 Zigbee協(xié)議棧, 完成根本的 Zigbee網(wǎng)絡(luò)功用,與此同時，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給會聚節(jié)點, 還要承受會聚節(jié)點對其下達(dá)的義務(wù)與命令。在一定水平下，應(yīng)用一個微處置器 + GPRS模塊作爲(wèi)會聚節(jié)點, 據(jù)此，用來銜接傳感器網(wǎng)絡(luò)和 GPRS網(wǎng)絡(luò), 完成 TCP/UD P等協(xié)議, 把數(shù)據(jù)打包封裝成幀, 在一定條件下，經(jīng)過 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(dá)給傳感器節(jié)點。在用戶端接一個 GPRS模塊與 PC機(jī)效勞器做硬件平臺, 軟件包括數(shù)據(jù)庫等,在這一進(jìn)程中，對收到的數(shù)據(jù)停止仔細(xì)剖析, 同時對整個網(wǎng)絡(luò)停止管理。在特定狀況下，Z igbee本身的特點決議了它只能使用在短距低速的條件下, 在工業(yè)監(jiān)測中, 必需留意任務(wù)流程，有很多工夫需求的是實時的圖像, 這就必需有高速的數(shù)據(jù)傳輸率, 因此, 在這一點上, Zigbee有著致命的缺陷。UWB技術(shù)的呈現(xiàn)使這種運用需求成爲(wèi)了能夠。
三、UWB無線通訊技術(shù)在工業(yè)自動化范疇中的運用效果
1. UWB無線通訊技術(shù)剖析。
在特定條件下，UWB無線通訊技術(shù)是一項采取工夫距離極短的脈，而不必載波的通訊辦法。同時，具有以下劣勢：一是具有很強(qiáng)的抗攪擾才能，這次要是這一技術(shù)的本身特征，在一定狀況下，此技術(shù)的一切頻段和以后我國通訊零碎，所采取頻段之間各自安好且互不攪擾。在特定狀況下，一旦發(fā)射信號，它發(fā)射的無線電脈沖信號不但很微弱，并且所輸入的功率也絕對比擬低;二是具有傳輸速率高、能耗低的特征，和Zigbee相比擬，一定狀況下，它的傳輸速率比Zigbee要高得多，最高時能夠高達(dá)幾百兆字節(jié)每秒，并且能耗很低，這次要是由于其發(fā)射時不能采用載波，同時，只在脈沖發(fā)射時耗費很低的能量;三是具有較高的平安功用，就有線技術(shù)絕對比而言，不管是平安性或許是波動性都大于有線通訊技術(shù)。在一定水平下，基于此技術(shù)中融入了跳時擴(kuò)頻技術(shù)辦法，因此信息數(shù)據(jù)接納設(shè)備，只要在曉得發(fā)送端擴(kuò)頻碼的前提條件下，對發(fā)射的數(shù)據(jù)停止接納，同時，發(fā)射功率譜密度較低，通常的信數(shù)據(jù)接納設(shè)備是不會接納的，爲(wèi)此，顯現(xiàn)其平安功用;四是定位優(yōu)點比擬，這次要是由于這樣零碎自身具有的良好定位優(yōu)點，一定條件下，穿透功能很強(qiáng)。因而其具有比擬準(zhǔn)確的定位功能，精準(zhǔn)度能高達(dá)10米左右，爲(wèi)此，這也是別的通訊技術(shù)無法可比的劣勢。五是具有較強(qiáng)的多徑分辨功用，和普通無線通訊技術(shù)比擬，一定水平下，它的多徑傳達(dá)效應(yīng)的通訊質(zhì)量與數(shù)據(jù)的傳輸速度很大水平的加強(qiáng)。
2. UWB無線通訊技術(shù)在工業(yè)自動化范疇中的運用。
從UWB無線通訊技術(shù)用處的來源停止剖析，剛開端時次要用在軍事方面的雷達(dá)范疇，一定條件下，用來開發(fā)軍事雷達(dá)科技。從2005年3月開端，UWB技術(shù)被美國同意可以在非軍事范疇運用，從此UWB技術(shù)才失掉了新的打破，經(jīng)過迷信創(chuàng)造，失掉越來越普遍的使用。從UWB技術(shù)停止剖析，一定條件下，它說具有的傳輸速率很高，爲(wèi)此，在工業(yè)自動化方面具有分明的優(yōu)點，失掉了普遍的使用。一定條件下，在工業(yè)自動化方面，其要求對數(shù)據(jù)停止準(zhǔn)確的定位。在測量方面，特別是在底下探測方面，具有非常寬廣的開展前景。在一定條件下，這種技術(shù)可以完成實時圖像與聲響的傳輸，這麼高精度的數(shù)據(jù)量傳輸，在以后現(xiàn)有的無線技術(shù)中是難以完成的。爲(wèi)此，在這一通訊技術(shù)的實踐運用進(jìn)程中，要在攝像頭端裝置微型處置器，一定水平下，經(jīng)過復(fù)雜緊縮并處置實時傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)，就能使數(shù)據(jù)傳輸速率降到幾十兆字節(jié)每秒，從而，最初應(yīng)用UWB無線通訊技術(shù)，將圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)米開外的中心控制室。
四、完畢語
經(jīng)過對新時期下，經(jīng)過對Z igbee技術(shù)存在的成績剖析，進(jìn)一步明白了Z igbee技術(shù)與UWB技術(shù)是時下無線通訊市場的最盛行的技術(shù)之一, 是無線網(wǎng)絡(luò)重要的組成局部,爲(wèi)無線網(wǎng)絡(luò)管理零碎的優(yōu)化完善奠定了堅實根底，無線技術(shù)具有寬廣的使用開展前景。其有助于進(jìn)步企業(yè)的競爭力和效益。
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