無線ZigBee在燃氣行業的應用探究

史懷宇

摘要：ZigBee技術是一種短距離，低功率無線通信方法，具低耗電、低成本、低復雜度、快速、可靠、安全、支持大量網上節點的特點，可以支持各個領域的基本無線網絡應用。本文討論了ZigBee技術在天然氣行業中的應用前景，首先介紹了ZigBee技術的概念和優勢，進而分析了ZigBee技術在燃氣行業應用的意義，主要在于提高自動化水平、提高調試效率以及降低項目成本。最后，從監測監控系統和自動控制系統兩個方面對ZigBee技術在燃氣行業的應用進行了探究。

關鍵詞：ZigBee? 燃氣控制? 無線網絡

引言：

隨著互聯網技術的發展，也帶動了無線網絡技術的發展。ZigBee技術作為低功耗無線網絡技術，因為它的低成本、低復雜性和低耗電等特點，正日益受到人們的青睞。目前，我國ZigBee技術已經應用到諸多行業，例如工業自動化、遙測與遙控、汽車自動化、傳感器、油田、電力、無線數據采集與監控、礦山和物流管理等領域。本文主要結合燃氣行業的具體應用對 ZigBee技術在燃氣行業應用的意義進行探究，進而提出基于ZigBee的無線網絡技術的應用前景。

1 ZigBee的相關概念

1.1 ZigBee簡介

低功耗無線網絡技術簡稱ZigBee技術，是基于IEEE802.15.4協議的網絡技術，其最大特點是短距離、低功耗。傳統無線通信技術包括紅外技術、藍牙技術、Wi-Fi等技術。紅外技術是利用紅外光線來傳遞信息的一種通信方式，速率高但是要求進行無障礙的直線傳輸，且傳輸距離限制在10m以內。Bluetooth技術是在固定設備和移動設備之間建立無線接口。ZigBee介于無線標記和藍牙之間，可用于在大量無線敏感節點之間進行通信，傳遞數據，所用參加通信的傳感器節點會以接力的形式傳遞數據，通信效率很高。無線傳輸器具有高傳輸速率和高功耗的特點，工作頻段與 ZigBee相同，均為24GHz。

1.2 ZigBee技術優勢

ZigBee技術與紅外技術、藍牙技術、Wi-Fi等技術相比具有以下優勢：

（1）節能。ZigBee技術采用低速傳輸，且多數時間處于休眠模式。

（2）可靠。采用了隨機接入等避免沖突的策略，可以自動組網，通過路由的方式傳遞信息。

（3）時延短。ZigBee喚醒休眠和通信時延都很短，從喚醒休眠的時延為15ms，搜索入網的時延為30ms。

（4）容量大。ZigBee網絡擴展性強，可通過使用網絡協調器互聯，整個網絡可容納的節點數可達數萬，十分可觀。

（5）安全性高。為了保證傳輸傳息的可靠性，能夠發現傳輸過程中因干擾等因素而產生的誤碼。并且為了保證數據不被竊聽，通過AES-128支持鑒定和認證，使用加密算法。

2 ZigBee技術在燃氣行業應用的意義

2.1 提高自動化水平

當前，我國的天然氣輸配站、調壓站自動化水平偏低，許多較小的站點更是很少安裝壓力記錄器來記錄和分析數據。ZigBee技術可以運用在較小燃氣場站、調壓箱、控制儀表等處，構成無線控制網絡，也可從這些設備上采集收集數據。若燃氣場站現場有執行機構，也可通過ZigBee網絡實現實時操作。將 ZigBee監測儀器安裝到燃氣流量計、氣表及相關輸配設施后，可以很容易地組成網絡，可以整個住宅小區、工業園區、商業綜合體的天然氣設施設備進行統一監控管理，從而大大降低了人員費用。

2.2降低項目成本

隨著原材料價格的上漲，有線儀表的線纜成本將會越來越高，而無線儀表的使用將會把線纜成本降低到零。可見，ZigBee代替有線通信可以有效降低項目成本，可逐步取代有線通信，成為燃氣行業控制和監控的主流形式。若工程采用無線儀表，可節約設備成本，也可以節省前期工程設計費用，后期維護費用和人工費用。

3 基于ZigBee無線網絡的應用探討

3.1 監測監控系統

燃氣場站、調壓站需要嚴格的監測監控系統，ZigBee無線網絡可以應用于場站、調壓站的無線監控系統中。基于ZigBee無線網絡的監測系統的硬件平臺由路由器、協調器、無線傳感器、監控器等組成，采用多層網絡結構，通過無線網絡與多種場站監控設備、壓力傳感器、流量傳感器相連。通過無線終端設備，系統中心向系統中心發送所收集的各種監測數據，并通過網絡向目標終端設備發送指令。

3.2 自動控制系統

基于ZigBee的無線網絡技術可以在燃氣自動控制領域中得到廣泛應用。系統主要包括發送、接收、供電三大模塊。發送器模塊包括 ZigBee主芯片、協調器芯片、GPRS模塊等，接收模塊包括 RF、D/A轉換、V/轉換電路、A/D轉換等模塊。單片機模塊與單片機接口通過轉換器連接在一起，通過轉換電路將接收的數據信號轉換為標準電流信號。在功率模塊的設計中要考慮電磁兼容性，降低回路電阻，提高其抗噪聲能力。每一個模塊都需要設計相應的軟件程序來驅動設備完成相應的指令。

4 結語

總體而言，ZigBee作為低能耗無線網絡，具有低功耗，低成本，短延遲，高容量，以及很高的安全性等優點。將ZigBee與燃氣行業的監測監控系統、自動控制系統相結合，具有很好的應用前景，能夠率先有效提升燃氣行業的自動化水平和智能化水平，為燃氣行業的安全性、穩定性提供幫助。但我們在樂觀的同時，還要積極地探索，不斷地改進和完善技術，以創造一個更加高效、安全的無線網絡環境。

參考文獻

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