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【核心提示】本文主要介紹了433M和2.4G兩種主流的微功耗無線通信模塊在距離、通訊速率、組網(wǎng)性能等方面進行技術對比，分析各個模塊性能的優(yōu)缺點，并根據(jù)各自的特點，介紹各自的一些典型應用。
【關鍵詞】無線通信，LonWorks，網(wǎng)關，協(xié)議轉換器，應用，微功耗，ZigBee，433M
微功耗無線通信特指國家免申請頻段，發(fā)射功率受限制的無線通信頻段。隨著微功耗無線技術的發(fā)展，在很多自動控制領域已經(jīng)應用了微功耗無線通信技術，克服了有線通信布線施工復雜、成本高、通訊網(wǎng)絡結構復雜和維護升級成本高等缺點，微功耗無線通信技術已經(jīng)逐漸滲透到我們的生活中。
二、無線通信技術
法拉第提出電磁感應學說，電可以產(chǎn)生磁，磁也可以產(chǎn)生電，相互可以轉換。無線通信的本質是信號在無線信道的傳送，也就是說空中接口技術，這就涉及如何編解碼和克服干擾的問題,以及無線通信信息傳送效率。
1、433M無線通信技術
目前國內(nèi)433M無線通信通訊的原理是一樣的，都是GFSK調(diào)頻技術，這里433M指的是該頻段，不同廠家的模塊，頻率會有稍微的區(qū)別，無線接收部分有一個窄帶濾波器，頻率差一般超過200K，就不在一個信道，模塊之間是不會出現(xiàn)干擾的情況，433M的波長為69.3cm，按照天線最短是波長的1/4反射最小，該頻段的天線為17cm長，該頻段波長比較長，繞射能力比較強。
數(shù)字化通信對電源的要求較高，電源紋波越小，接收靈敏度會提高，可以接收到更加微弱的磁場信號。
一般載波信號頻率要大于調(diào)制波信號頻率很多倍，否則引起信號的混疊，目前在頻段下芯片設計最大通訊速率為250K，該芯片基于GFSK調(diào)頻技術，當信號源的頻率越高，傳輸?shù)木嚯x會降低，即空中波特率越低傳輸?shù)木嚯x越遠。該頻段的通訊速率一般在9.6K~19.2K附近使用的比較廣泛，載波頻率低決定了數(shù)據(jù)傳輸速度慢，如果進行組網(wǎng)，會消耗一定的帶寬。
2、2.4G無線通信技術
2.4G是指載波頻率，也是免申請的頻段。在該頻段集成了802.11的協(xié)議，這是一個高速對低速的協(xié)議，他去協(xié)調(diào)各模塊之間的收發(fā)同步，在任意一個時刻，只會存在收或者發(fā)數(shù)據(jù)一種狀態(tài)，空中傳輸速率快，接口速率慢，數(shù)據(jù)的容錯和抗干擾能力是比較強的，編程人員不需要考慮在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候別的設備是否正在處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，全部交由802.11協(xié)議去協(xié)調(diào)。
2.4G在工業(yè)控制中集成了Zigbee通訊協(xié)議，該模塊的載波頻率較高，繞射能力比較差，在鋼筋混凝土結構的房間，通訊距離比433M的要差一些，成本一般是433M無線模塊的3~4倍。
三、433M無線模塊的典型應用
1、基于433M無線模塊的抽油機工況數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
下圖是用于大慶油田和克拉瑪依等油田的抽油機全無線工況采集系統(tǒng)，采用的是433M無線模塊進行通訊，圖中SM801是433M無線模塊，無線位移傳感器，我們稱之為中心傳感器，起到中繼作用，他處于抽油機的梁上，大約有6米高，信號非常好，他負責采集載荷傳感器、溫度傳感器和電量模塊數(shù)據(jù)，RTU最多可以攜帶32個中心傳感器，采集的數(shù)據(jù)會定時通過SCDMA傳到數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了油田的無線數(shù)字化傳感器網(wǎng)絡。
上圖是RTU控制箱，主要是采集各抽油機中心傳感器的數(shù)據(jù)，通過SCDMA集中傳輸?shù)街锌厥�，可以有效的減少SCDMA的數(shù)量，節(jié)約了成本。
上圖為無線載荷傳感器，主要采集的是抽油機抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，通過太陽能給蓄電池充電，發(fā)送數(shù)據(jù)給中心傳感器。
在上位機上能夠顯示出抽油機桿位移和載荷傳感器的拉力變化的一張圖，我們稱之為功圖，這張圖可以清晰的分析出當前抽油機工況，還可以根據(jù)該圖測算出一天采了多少油，我們稱之為功圖量油。
2、長慶油田抽油機方案
下圖是長慶油田全無線方案，該方案中需要實現(xiàn)電量、位移、載荷上傳和抽油器啟停的控制，位移和載荷全部是模擬量，采集器帶有8路模擬量接口，內(nèi)部自帶電力采集接口，RTU通過無線可以采集多個采集器，通過以太網(wǎng)上傳到控制中心。
四、2.4G無線模塊的典型應用
1、基于Xbee的無線液化氣灌裝系統(tǒng)
下圖是我們設計的2.4G的無線稱重系統(tǒng)，主要應用在液化氣自動灌裝場所，Xbee無線模塊是通過了美國的FCC認證、加拿大的IC認真和歐洲的CE認證，其無線設備已經(jīng)廣泛應用在煤礦、油田、化工等危險操作區(qū)域，在數(shù)據(jù)通訊的安全性方面有保證，在該項目中，SM46D是無線稱重系統(tǒng)，負責實時的上報稱重重量給無線稱重控制儀，無線稱重儀是控制終端，當重量達到設定的值，就切斷對應的加氣設備，操作人員在安全區(qū)域控制液化氣的灌裝過程。
2、基于Xbee的無線油罐稱重系統(tǒng)
該項目是用于大慶的油罐稱重，稱重系統(tǒng)采用四角稱重，通過校正四角誤差，485通訊到防爆控制柜，然后通過Xbee發(fā)送到值班室，如果有人偷油，值班室電腦會報警，另外還有一個CDMA接口，可以上傳到數(shù)據(jù)服務中心。
現(xiàn)場每個油罐下面各安放兩個底座，每個底座上分別安裝兩個傳感器，底座上的兩個傳感器距離為油罐底部工字鋼之間的距離
3、基于433M或ZigBee的串口轉LonWorks網(wǎng)關
樓宇自控、能源監(jiān)管系統(tǒng)及工業(yè)自動化系統(tǒng)等現(xiàn)場總線廣泛采用LonWorks網(wǎng)絡技術構建，在一些不方便布線或通訊距離超出LonWorks雙絞線傳輸距離等施工現(xiàn)場，采用無線通訊技術建立通訊鏈路，是有效的接入方式。
南京海思自動化系統(tǒng)有限公司自主研發(fā)的、具有完全自主知識產(chǎn)權的iGate 135、iGate145型可編程LonWorks無線網(wǎng)關，可以滿足433M或ZigBee無線通訊模式設備接入LonWorks網(wǎng)絡的網(wǎng)關功能，內(nèi)部自帶時鐘和鐵電存儲器。iGate 135/145型LonWorks無線網(wǎng)關以其設計的先進性、多功能性、智能化和維護便捷性，完全滿足智能建筑工程和企事業(yè)單位能源管理系統(tǒng)工程現(xiàn)場的技術需求。
主要功能及特點
< >基于國際先進的LonWorks控制網(wǎng)絡技術，組網(wǎng)靈活、擴展方便、互操作性好；1路串口支持433M或ZigBee無線通訊模式，并提供1路RS232、1路光電隔離RS485接口，支持有線串口通訊，可在線編程；LonWorks雙絞線接口采用Neuron FT5000芯片,支持多達254個網(wǎng)絡變量；提供LonWorks雙絞線多種收發(fā)器接口類型，通訊速率為78kbps或1.25Mbps；AC220V供電，具有過電壓保護功能 。
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