工业用无线传感器网络介绍

发布者:水墨人生最新更新时间:2015-10-22 来源: newmaker关键字:工业用  无线传感器网络 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
近年来,随着无线通信、电源效率、极度微型化(如透过MEMS传感器达到的迷你规格设计)以及嵌入式运算技术的不断演进,发展出越来越多适用于严苛工业环境的无线传感器网络(WSN)。预估在未来五年,工业用无线传感器网络的传感器安装点将达到2400万,爆发5.53倍的成长。无线传感器网络的快速成长受益于其可靠度符合大多数工业级应用的需求,工业系统专用的无线传感器网络标准问世,以及无线传感器网络的效益逐渐受到重视与了解。在整合芯片解决方案的价格日趋亲民化后,各种无线传感器网络的全新用途、解决方案和应用纷纷推出,不仅为许多产业带来庞大的效益,同时也逐渐从本质上改变不同产业一贯的运作方式。 

无线传感器网络是由分散在实体空间内的数千个微型自主传感器(或节点)所组成的网络。这些传感器采用高效方式链接,透过射频(RF)波进行点对点通讯,藉由射频波监控并通报本机状态或状况,如温度、震动、压力、污染物、动作等(请参见图1)。这些智能型传感器可自动管理制程,除非发生无法透过智能节点或从远程启动人为命令修正的制程故障,否则一般不需要人为介入操作。

智能型传感器/节点以协同作业方式,透过网络上多种可用的路径,将数据传递至其他智能型传感器,再视情况导向由人工检视信息的主要位置、采取进一步处理与储存行动或采取相应行动。若将节点间所有可用路径以图像显示,多重通讯路径的冗余路径看起来会像一片网状结构。每一个传感器或节点就像一粒胡椒,内部装有处理器、微型内存(如:12 Kb内建RAM)、低数据传输速率 (40 Kb/s) 以及短收发范围(大多数为100英呎以下),皆相当省电。传感器之所以能够达到省电效益是因为成本降低、整合度提升、具备更精良的电源管理能力以及采用了更先进的算法。除此之外,能量整合功能也使用电达到近零耗能 (Net-Zero) 境界,而降低电池用量的智能型运转方式则带来此一新兴技术独具的解决方案。 

无线传输能力提供广大效益。不需布线即可新增远程传感器(通常配备若干本机决策制定功能),节省人力、材料,同时由于智能型手机是相当理想的人工操作员/维护接口,可随时随地提供更精准的监控与修正,因此制程效率及质量可获得提升。作业员不需要四处奔忙取得远程数据或在危险或不易操作的地点更换电池,因此可提高生产力。比起有线网络,无线传感器网络的安装更迅速,如需重新安置,过程也更简单。无线传感器网络具备极高的扩充弹性与链接可靠性,若搭配能量整合装置设置,还可提供实时功能与独立能源运作。无线传感器网络的工业用途正不断延伸扩大,包括机器健全度(如震动分析)、制造、条件式维护、自动化计量、远程监控、库存管理、载具与人员管理以及其他运作管理层面。设备需进行维护时,可透过传感器输入执行。相较于过去不管设备是否需要,一律定期维护的作法,及早于必要时执行维护,可延长设备的使用寿命并减少浪费(更具环保效益)。这又称为“条件式维护”。 

有效率的无线通信 

采用新技术的两大挑战在于成本以及是否有既定标准可遵循。在消费者市场中,蓝光已经取代 HD-DVD成为光盘的新标准。这两种格式都在十年前就已经发表。标准之间的竞争不利于生产力。工业用无线传感器网络也不例外。WirelessHART和ISA100-11.a是相对较新的技术,而且是专为首重可靠性与实时反应的工业用途开发。这两个标准与消费者相关的无线通信协议迥然不同。通讯协议是一组针对寻址、收发讯号、错误侦测以及在信道上传送信息所需的授权所设计的数据传输惯例或规则。 

工业用无线网络要求近乎实时的反应,而且其延迟等级的接受度不若VoIP高。若为有线网络的现场装置,只能够接受10毫秒的以太网络等待时间。无线传感器网络也一样。因此,无线网状网络的一大优势就是采用具备储存并转发分组交换功能的冗余节点;此一技术基础和因特网的前身-ARPANET相同。即使有一大区段网络故障,网络上的其他节点也不受影响,也因此无线传感器网络具备自行修复功能。若移除某一节点,其他节点会使用其他邻近节点继续传输信息。若新增节点,则该节点便会开始发送并传递封包,好像原本便存在一般。 

若顾及通讯协议,工业用无线传感器网络可搭配决定型效能(deterministic performance)运作。决定型系统(deterministic system )是产生在系统未来状态不考虑随机因素时的系统。这意味着反应时间是可预测的网络等待时间、容错以及联机式拓扑皆可预测。决定很多时候取决于有线或无线通信协议中所使用的路由算法效率。这就是工业标准对无线传感器网络实作及冗余最有利之处,因为高度可靠性与低复杂性是工业网络的常见需求。 

工业控制系统也高度要求网络安全性。无线网络匿名性仍不足以防范愈来愈受到重视的黑客问题。加密适用于工业用无线传感器网络,而且Mouser提供数种无线传感器网络产品。独立能源运作无线传感器网络的最佳范例为Powercast Wireless Sensor System,内建RF能量整合模块,能够透过802.15.4硬件上的各种工业标准通讯协议,传送实时测量的准确温度与湿度。 

整体而言,无线传感器网络开始成为自动化供货商专门供应的解决方案,用以解决先前无法解决的问题或取代昂贵的解决方案。由于专用解决方案不具开放性,因此对用户而言便成为行家才懂的「黑盒子」。因为只有供货商能够存取专用通讯协议内的研发所需工具,使得基本的创新发展受到阻碍。无线传感器网络的主要特性包括: 

●可轻松重新放置节点 
●可自动处理节点故障 
●节点的功能与行为相似 
●可轻易完成扩充,成为含有数千节点的大型网络 
●由于不需要缆线而且电源维护需求低或者甚至不需维护,适用于严峻的环境条件 
●易于使用;只要放置并启动即可新增节点(不需或减少组态设定需求) 
●低耗电量 
●对于使用电池或能源采集的节点而言也相当省电 

工业用无线网络所使用的通讯协议表

(end)
关键字:工业用  无线传感器网络 引用地址:工业用无线传感器网络介绍

上一篇:利德华福变频管家数字化系统发布及应用
下一篇:大型结构件多机器人焊接协调及智能化技术概况

推荐阅读最新更新时间:2024-05-03 00:03

用于环境监测的无线传感器网络节点设计
引言   环境监测是无线传感器网络的重要应用领域。为搜集某一区域内的环境数据,传感器节点需要在无人值守情况下长时间地工作在恶劣环境条件下。传感器节点的软件设计为节点正常工作提供了重要保证。   1 无线传感器网络系统结构   整个传感器网络是由若干个采集节点、1个汇聚节点、1个数据中转器以及1个便于用户查看和控制的上位机组成。系统结构如图1所示。采集节点用于对环境数据的采集、数据的预处理,承当数据的路由;汇聚节点负责整个网络的开启和维护,向采集节点发送命令,搜集节点的数据以及和数据中转器之间的串口通信;数据中转器承担数据的中转及转发上位机的命令;上位机是数据搜集的终端设备,并且可以根据用户的需要对节点的采集时间间隔、
[测试测量]
用于环境监测的<font color='red'>无线传感器网络</font>节点设计
索尼正在研发工业7200万像素全画幅全局快门传感器
  来自SAR的最新消息,据一可靠消息来源透露,索尼目前正在研发一款全新的7200万像素全画幅传感器,像素点大小为3.45um,且同时具备了全局快门功能。不过,新款传感器主要将被用于工业用途,而非消费级产品。
[家用电子]
无线传感器网络节点太阳能电源系统设计
 摘要:对于无线传感器网络节点而言,电源是系统的关键部分之一。在此提出一种收集环境中太阳能为传感器节点供能的电源系统。该系统采用了高效安全的充电控制技术,独特的电池电压监测电路,以及低功耗的DC-DC转换电路。通过实验验证,基于此太阳能电源的传感器节点功耗动态调整节性能好,生存周期显著增加。该系统可应用于各种户外监测的节点,如环境监测,精细农业,森林防火等。   关键词:无线传感器网络;传感器节点;能量收集;太阳能;DC—DC   0 引言      无线传感器网络在环境监测、智能家居、交通运输、精细农业等领域具有广泛的应用前景,越来越受到人们的重视。传感器节点作为无线传感器网络的重要组成单元,通常散布于一定的区域内协作地
[电源管理]
<font color='red'>无线传感器网络</font>节点太阳能电源系统设计
一种快速可靠的无线传感器网络路由
0 引 言 无线传感器网络(wireless sensor networks,简称WSNs)是当前在国际上备受关注的涉及多学科高度交叉的热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协同工作,完成指定的任务,并进行自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。 WSNs一般运行在人们无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,并且传感器节点通常携带不能补充的有限能量。低能耗、低延迟、自动修复路径成了WSNs最根本的要求。目前所存在的WSNs路由协议大都不能同时满足这样的条件,或者需要依靠特殊硬件才能实现这些功能,本文提出了一种快速可靠的低能耗路由(a fast
[网络通信]
环保监测中的无线传感器网络技术
无处不在的无线传感网络和数据将成为未来的一个重要的发展趋势之一。先进的材料、增强的功能和MEMS相结合,使传感器尺寸和成本得以突破,让无线传感器网络无处不在成为可能。 ADI 总裁兼CEO Vincent Roche先生在年初的一篇产业趋势展望的文章中指出,无处不在的无线传感网络和数据将成为未来的一个重要的发展趋势之一。先进的材料、增强的功能和MEMS相结合,使传感器尺寸和成本得以突破,让无线传感器网络无处不在成为可能。他认为通过无线mesh网络在物联网和工业应用中的部署,无需大量重新布线即可在现有系统中添加传感功能,而从传感器到云的端到端安全性将成为工业用户大规模部署工业物联网的基本要求。 而在同期举办的ADI媒体交流活动中电源
[安防电子]
基于无线传感器网络技术的液化石油气钢瓶管理系统
0 引言     液化石油气作为一种高效能源,已被广泛应用于日常生产生活当中。近年来,液化石油气钢瓶事故时有发生,主要原因有钢瓶质量不合格、液化石油气泄漏、高温烘烤、运输环节事故、非法供气等。目前,针对液化石油气钢瓶的安全问题,主要依靠的是使用人员自身的安全意识和人工巡检,可靠性差,大规模检查需要耗费较多的人力物力,而且效率低、实时性差,发生事故不能及时报警处理。     无线传感器网络是一种自组织的网络,具有部署灵活、组网成本低、数据传输安全可靠等特点。无线传感器网络技术综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式数据处理技术和通信技术,通过感知终端采集监测点的数据,这些数据通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传送到业务应用平
[嵌入式]
基于NRF403的无线传感器网络数据接收电路设计
  随着无线传感器技术的日益成熟和社会发展与建设中对传感器的大量使用,体积小,功耗低,稳定度与灵敏度高的无线传输装置的需求也越来越高。本文设计了一种基于NRF403收发一体芯片的传感器数据的无线接收电路。要求接收频率为315MHZ,超外差结构,并且接收灵敏度要高,并对传输距离进行了分析。最后通过连接功率放大器和MSP430单片机进行实验数据的测量,达到预期的实验结果。   1引言   无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络,能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息,并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去,通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、
[单片机]
基于NRF403的<font color='red'>无线传感器网络</font>数据接收电路设计
无线传感器网络技术在人体参数采集中的应用
生理参数采集是指对人在特定环境下静止或活动时的某些生理参数进行测量、处理和传送。该技术应用领域广泛,如医疗、保健、体育、军事和服装舒适性评价等。生理参数采集的实现方法是将传感器置于人体相应部位,以有线或无线方式将传感器采集到的数据传送到终端进行处理。在使用中有线传输的方式有时会受到限制,所以有必要研究采用无线方式传输数据的方法。如在服装舒适性评价应用中,主要方法有:在真实环境下对人体表温湿度的测量;在模拟环境(人工气候室)下对真人或假人体表温湿度的测量,根据测量值给出主客观评价。在进行真实环境下人体穿着动态实验时,无线数据采集传输方式会带来很大方便。无线传感器网络技术发展迅速,将这一技术应用于人体生理参数采集在国内已有相关应用
[工业控制]
小广播
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty
随便看看
    502 Bad Gateway

    502 Bad Gateway


    openresty
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
502 Bad Gateway

502 Bad Gateway


openresty