力學(xué)計量中短距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用

陳誼

【摘 要】：隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信得到了大范圍的普及，在普及與不斷應(yīng)用的過程中，人們的需求也隨之而呈現(xiàn)多樣化，這同時又為通信技術(shù)的發(fā)展提出更高的要求。對短距離無線通信技術(shù)以及這種技術(shù)在力學(xué)計量中的應(yīng)用進行簡要的分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】 ：力學(xué)計量；短距離無線通信技術(shù)；應(yīng)用

【引言】：隨著各類企業(yè)自動化程度的不斷提高，出于工作 舒適、安全等方面的考慮，對許多工作時間久、噪音大的力學(xué)計量設(shè)備，常常會將其人機交互界面和測力單元做分離，這樣使得許多計量工作存在很大的不便。而對于過去的計量儀表如需對人機交互界面和測力單元做分離，通常是采用傳輸線和傳感器相互方式，但是過長的傳輸線在實際使用過程中出現(xiàn)了很多問題。而如果使用無線通信系統(tǒng)代替原有的傳感線，這樣不但能夠節(jié)省很多資金，而且計量設(shè)備工作效率也會得到大幅度提高。

1.短距離無線通信技術(shù)

受到無線頻率資源限制的影響，免費區(qū)頻段短距離無線通信有了更為廣闊的應(yīng)用市場與發(fā)展?jié)摿ΓS著技術(shù)的進步，現(xiàn)今已出現(xiàn)了多個短距離無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用。當(dāng)前市場上應(yīng)用最廣的主要包括了藍牙、無線局域網(wǎng)Wi-Fi、紅外數(shù)據(jù)傳輸以及一些如ZigBee標準等具有一定發(fā)展?jié)撡|(zhì)的標準。

1.1藍牙技術(shù)

這是一種語音通信與無線數(shù)據(jù)連接的全球開放性規(guī)范技術(shù)，當(dāng)前成功用以取代了數(shù)據(jù)電纜，也實現(xiàn)了多種電子設(shè)備之間低成本、低功耗、短距離的功能發(fā)揮。藍牙技術(shù)的傳輸頻段是全球通用的2.4GHzISM頻段，采用的是1600MHz快速跳頻擴頻技術(shù)，而傳播速度也達到了1MB/s，還具備了較強的抗干擾能力，有效傳輸距離是10米，采用放大器還能增加傳輸距離至100米。但是藍牙采用的芯片價格偏高，且傳輸?shù)木嚯x不長，還有一定的安全漏洞，這是藍牙技術(shù)的缺陷。

1.2Wi-Fi技術(shù)

這種技術(shù)包含了IEEE802.11標準，也是其統(tǒng)稱，最高速率可以達到54MB/s，符合當(dāng)下人們對信息化功能以及測試系統(tǒng)的需求，盡管其數(shù)據(jù)在安全上沒有藍牙的安全性強，但其電波覆蓋的范圍較大，能夠達到100米左右，因此也成為了藍牙技術(shù)不具備的優(yōu)勢。

1.3IrDA技術(shù)

這是一種通過采用紅外線來實現(xiàn)點與點之間通信的技術(shù)，也是第一個無線個人局域網(wǎng)技術(shù)，如今無論是硬件還是軟件技術(shù)都發(fā)展得比較成熟。比如一些如掌上電腦、手機等小型的移動設(shè)備，1米以內(nèi)的通信速度實現(xiàn)了16MB/s，而采用4PPM的方式進行調(diào)試，就更符合容量較大的多媒體數(shù)據(jù)以及文件進行傳輸。但是這種技術(shù)也存在一定的不足，比如傳輸?shù)木嚯x較短，在視距上受到限制，同時還要求通信設(shè)備的位置必須固定，而在點對點的傳輸過程中，還不能實現(xiàn)靈活的組網(wǎng)【1】。

1.4ZigBee技術(shù)

這是一種短距離、架構(gòu)較為簡單，且功耗、傳輸速度較低的無線通信技術(shù)，它的覆蓋范圍在10米～75米之間，在工作應(yīng)用的過程中能夠選擇免費2.4GHzISM、868/915MHz頻段，達到了20KB/s～250KB/s的傳輸速率。同時它還提供了檢查數(shù)據(jù)完整性以及鑒權(quán)的功能，可采用AES-128加密的計算方法進行操作，有著較高的安全性，協(xié)議過程也較為簡單，成本低、時長短、網(wǎng)絡(luò)容量較大，優(yōu)點很多。

2.力學(xué)計量中短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著各類企業(yè)的不斷發(fā)展，為了使得工作人員在進行計量工作時不再受到儀器噪音等的影響，及為了使得工作人員工作環(huán)境更加舒適、安全，這些企業(yè)普遍采用了對計量儀器人機交互界面和測力單元做分離的措施，但是在對計量儀器人機交互界面和測力單元進行分離的過程中，目前很多的企業(yè)采用對儀表和傳感器之間的傳輸線做加長的方式來解決，目前很多企業(yè)正在使用該種傳輸方式，但是該方式一則會受到傳輸線長度制約，如果工作人員工作地點和儀器所在地點距離太遠，那么將很難采用，并且工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境相對復(fù)雜，很長的傳輸線必然要從各個設(shè)備間隙當(dāng)中繞過，這樣架設(shè)難度很大。另一方面，傳輸線根據(jù)其長度的不同，必然會有著不同的電容，這樣會引起傳感器和不同的傳感線做連接時出現(xiàn)示值差異，有時還可能導(dǎo)致超過允差范圍，對于這一問題，常常解決措施是在測量儀表上為每個傳輸線加裝對應(yīng)的檢測通道，但是加裝時，必然會使得投資及維護成本大幅度提高。

3.力學(xué)計量中短激勵無線通信技術(shù)應(yīng)用的構(gòu)成

3.1 硬件構(gòu)成

利用無線通信模板之后，測量儀表和傳感器之間的信號傳輸線能夠做到固定，測量儀能夠利用無線信號將信息直接傳遞到數(shù)據(jù)接收端，然后計量儀器的顯示單元和傳感器之間就會完成分離，不僅能夠使得傳統(tǒng)的傳輸線過長的各類問題得到有效解決，而且能夠?qū)ぷ魅藛T所處惡劣工作環(huán)境做到極大的改觀，使得檢測人員舒適性和安全性得到大幅度提高。而當(dāng)前在市場上和8051相兼容的無線收發(fā)芯片有Nordic公司生產(chǎn)的Nrf9E5和Nrf24E1；Chipcon公司生產(chǎn)的CC1010等，這些無線收發(fā)芯片將無線通信要求使用額度調(diào)制/解調(diào)芯片、低噪聲高頻放大器、高效率高頻放大器等部件全部集成在一塊，僅僅需要一些較為簡單的器件就能夠完成對無線信號的短距離安全、可靠傳輸【2】。

3.2 軟件構(gòu)成

對于力學(xué)計量中短距離無線通信系統(tǒng)軟件構(gòu)成，2000型標準負荷測量儀當(dāng)中的串行通信接口其輸出電平是標準的RS-232電平，該系統(tǒng)的主要輸出方式則為連續(xù)輸出，系統(tǒng)通過對儀表工作參數(shù)做設(shè)定，保證無線通信發(fā)送模塊和儀表的串口數(shù)據(jù)輸出速率保持一致，通常該系統(tǒng)的輸出速率應(yīng)該保持在9.6kbps。另外NRF9E5的無線數(shù)據(jù)包是由CRC校驗碼、有效數(shù)據(jù)PAYLOAD（通常情況下，其最大時為32字節(jié)）、地址碼ADDR及前導(dǎo)碼Peramble等共同組成，其中CRC校驗碼、地址碼ADDR和前導(dǎo)碼是通過無線收發(fā)器根據(jù)模塊寄存器的配置進而自動實現(xiàn)，所以在該系統(tǒng)中僅僅需要對數(shù)據(jù)包當(dāng)中的有效數(shù)據(jù)PAYLOAD做出結(jié)構(gòu)規(guī)定就可。

結(jié)束語

總而言之，在力學(xué)計量中運用短距離無線通信系統(tǒng)，其作為一種輔助手段，因其簡單、快捷、可靠等特點必將有著較好的市場應(yīng)用前景。

【參考文獻】：

[1]楊東升.短距離無線通信技術(shù)及其在儀器通信中的實踐[J].信息通信，2015，8（152）：160-161.

[2]王智軍.短距離無線通信Z i g B e e技術(shù)及其應(yīng)用[ J ] .赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008（01）.