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現在的工業越來越發達,很多都變成自動化的模式,無線傳感器網絡的出現有什麼好處呢? 前言:無線傳感器網絡正在生活的各個領域

作者:柳絲園a

現在的工業越來越發達,很多都變成自動化的模式,無線傳感器網絡的出現有什麼好處呢?

前言:無線傳感器網絡正在生活的各個領域取得進展,從家庭到工廠,從交通控制到環境和栖息地監測。監控似乎是關鍵詞。

無線系統也可以采取控制措施,通過這種方式,它們與現有的過程自動化系統或傳統的家庭自動化競争。

無線傳感器網絡由節點組成,傳感器網絡中的節點包括微控制器、資料存儲、傳感器,以及其他等等,将各個部分連接配接在一起的控制器以及能源。

節點使用不同的體系結構互相連接配接,具體取決于應用程式和周圍環境,幾種架構是可能的,星形、簇樹和網狀。

在不同的拓撲中,傳感器節點可以充當簡單的資料發送器和接收器,或以多跳方式工作的路由器。

能源是無線傳感器中的限制資源,當大多數電路關閉或者待機睡眠模式中,功耗通常比較少,無線通信所需的能量随着距離的增加而迅速增加,障礙物會進一步衰減信号。

無線傳感器無線電的能耗約為20MW,其範圍通常為數十米,當沒有通信發生時,網絡通過消除通信或關閉無線電來最大限度地減少能源消耗。

在最近幾年工業自動化中,這種傳感器引起了很多人們的關注,拟議和已經采用的技術從短程個人區域網路到蜂窩網絡不等。

在某些情況下,甚至通過衛星進行全球通信,在工業環境中,無線傳感器的覆寫區域以及資料的可靠性可能會受到噪聲,同信道幹擾和其他幹擾源。

信号強度可能會受到牆壁反射的嚴重影響,來自使用 ISM頻段的其他裝置的幹擾,以及裝置或重型機械産生的噪音。

在這些情況下,保持操作關鍵型資料的資料完整性非常重要,警報所有這些因素都特别強調自動化設計,而無線傳感器是技術上具有挑戰性的系統。

這一事實強調了這一點,此外工業應用的要求通常比其他領域更嚴格,因為系統故障可能導緻生産損失甚至生命損失。

無線傳感器适用于電機,油泵,發動機,包裝箱上的振動傳感器的軸承,或許多難以接近或危險的環境。

對于這些環境,有線解決方案可能不切實際,在高濕度、磁場或高振動環境附近運作的電纜需要隔離。無線解決方案對于移動應用是可行的。

奧盧大學控制工程實驗室,開發了一個小型示範系統,用于測試無線傳感器在工業環境中的性能,蒸汽鍋爐為實驗室規模的化學制漿過程産生蒸汽。

該過程使用燃料油,包括儲水箱、鍋爐和管道,給水溫度約為20°C,鍋爐後蒸汽溫度約為200°C。

溫度是從燃燒室中的火焰從室溫到大約1500°C的所需測量範圍,從燃燒氣體管和從蒸汽管表面測量的。

燃燒氣體管和蒸汽管表面的較低溫度由Pt100傳感器測量,由于測量彼此靠近,傳感器連接配接到一個雙通道無線收發器節點中。

燃燒室中火焰的較高溫度是用S型熱電偶測量的,它有自己的無線收發器節點,對于熱電偶,變送器頭需要主電源。

除此之外壓力傳感器有着自己的無線收發器節點,不過需要主電源,該裝置有三個節點和一個網管,通過這些連接配接将測量資訊傳遞到開發系統。

如上所述,工業環境中無線通信的應用要求,可能會有很大差異,資料量小,可接受的延遲在幾十秒内。

另一方面,在工廠自動化系統的最低級别,交換的資料量也有限,但在非常嚴格的實時限制範圍内,通常為10毫秒。

為了将基于無線電的技術引入工業自動化系統,必須滿足自動化領域的特定要求,這些要求包括對實時行為,功能安全和安全性的保證。

但是無線傳感器網絡設計的主要目标,是最大限度地延長網絡和節點的使用壽命,而将其他性能名額作為次要目标。

事實上,提出的許多方案并不關注聯合節能和實時性能,還應該注意的是,在某些工業應用中,特别是在工廠自動化領域,能耗可能不是關鍵要求,因為主電源通常可用。

網絡控制系統是空間分布式系統,由要控制的過程及其執行器、傳感器和控制器,系統元件之間的通信通過共享的頻帶限制數字通信網絡進行。

這些系統也可以以異步方式運作,但旨在實作預期的總體目标,必須同時依靠控制和通信理論,控制理論假設通過“理想通道”進行資料傳輸。

而通信理論則考慮通過“不完全通道”進行的資料傳輸,另一方面通信理論關注獨立于其使用的可靠資料傳輸,其中控制理論感興趣的是在回報控制中使用資料用于需要某種性能。

網絡延遲可以是恒定的,時間變化甚至随機,當傳感器、執行器、控制器和人類通過網絡交換資料時就會發生這種情況。

它取決于網絡結構、媒體和協定,分為通信和計算延遲,在慢速過程控制中,延遲對控制性能的影響很小,在快速控制環路中,延遲會損害性能,甚至可能破壞系統的穩定性。

結語:為了通過網絡傳輸連續時間信号,必須對信号進行采樣,以數字格式編碼,通過網絡傳輸,最後在接收器側對資料進行解碼,總體延遲包括網絡通路延遲和傳輸延遲。

現在的工業越來越發達,很多都變成自動化的模式,無線傳感器網絡的出現有什麼好處呢? 前言:無線傳感器網絡正在生活的各個領域
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