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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(jìn)行技術(shù)對(duì)比，分析各個(gè)模塊性能的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)各自的特點(diǎn)，介紹各自的一些典型應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】無線通信，LonWorks，網(wǎng)關(guān)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用，微功耗，ZigBee，433M

一、引言

 微功耗無線通信特指國家免申請(qǐng)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(shù)的發(fā)展，在很多自動(dòng)控制領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了微功耗無線通信技術(shù)，克服了有線通信布線施工復(fù)雜、成本高、通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和維護(hù)升級(jí)成本高等缺點(diǎn)，微功耗無線通信技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到我們的生活中。

二、無線通信技術(shù)

法拉第提出電磁感應(yīng)學(xué)說，電可以產(chǎn)生磁，磁也可以產(chǎn)生電，相互可以轉(zhuǎn)換。無線通信的本質(zhì)是信號(hào)在無線信道的傳送，也就是說空中接口技術(shù)，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(shù)

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(shù)，這里433M指的是該頻段，不同廠家的模塊，頻率會(huì)有稍微的區(qū)別，無線接收部分有一個(gè)窄帶濾波器，頻率差一般超過200K，就不在一個(gè)信道，模塊之間是不會(huì)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(qiáng)。

數(shù)字化通信對(duì)電源的要求較高，電源紋波越小，接收靈敏度會(huì)提高，可以接收到更加微弱的磁場(chǎng)信號(hào)。 

一般載波信號(hào)頻率要大于調(diào)制波信號(hào)頻率很多倍，否則引起信號(hào)的混疊，目前在頻段下芯片設(shè)計(jì)最大通訊速率為250K，該芯片基于GFSK調(diào)頻技術(shù)，當(dāng)信號(hào)源的頻率越高，傳輸?shù)木嚯x會(huì)降低，即空中波特率越低傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)。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(jìn)行組網(wǎng)，會(huì)消耗一定的帶寬。

2、2.4G無線通信技術(shù)

 2.4G是指載波頻率，也是免申請(qǐng)的頻段。在該頻段集成了802.11的協(xié)議，這是一個(gè)高速對(duì)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(gè)時(shí)刻，只會(huì)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(cuò)和抗干擾能力是比較強(qiáng)的，編程人員不需要考慮在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候別的設(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)用

1、基于433M無線模塊的抽油機(jī)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(jī)全無線工況采集系統(tǒng)，采用的是433M無線模塊進(jìn)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(jī)的梁上，大約有6米高，信號(hào)非常好，他負(fù)責(zé)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(gè)中心傳感器，采集的數(shù)據(jù)會(huì)定時(shí)通過SCDMA傳到數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了油田的無線數(shù)字化傳感器網(wǎng)絡(luò)。

上圖是RTU控制箱，主要是采集各抽油機(jī)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(jī)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(jī)上能夠顯示出抽油機(jī)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(dāng)前抽油機(jī)工況，還可以根據(jù)該圖測(cè)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(jī)方案

   下圖是長慶油田全無線方案，該方案中需要實(shí)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(gè)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(yīng)用

1、基于Xbee的無線液化氣灌裝系統(tǒng)

 下圖是我們?cè)O(shè)計(jì)的2.4G的無線稱重系統(tǒng)，主要應(yīng)用在液化氣自動(dòng)灌裝場(chǎng)所，Xbee無線模塊是通過了美國的FCC認(rèn)證、加拿大的IC認(rèn)真和歐洲的CE認(rèn)證，其無線設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用在煤礦、油田、化工等危險(xiǎn)操作區(qū)域，在數(shù)據(jù)通訊的安全性方面有保證，在該項(xiàng)目中，SM46D是無線稱重系統(tǒng)，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)的上報(bào)稱重重量給無線稱重控制儀，無線稱重儀是控制終端，當(dāng)重量達(dá)到設(shè)定的值，就切斷對(duì)應(yīng)的加氣設(shè)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(xiàng)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(huì)報(bào)警，另外還有一個(gè)CDMA接口，可以上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)中心。

   現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)油罐下面各安放兩個(gè)底座，每個(gè)底座上分別安裝兩個(gè)傳感器，底座上的兩個(gè)傳感器距離為油罐底部工字鋼之間的距離