設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測無線通信技術(shù)應(yīng)用

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摘要：無線通信技術(shù)在當(dāng)今的發(fā)展十分迅速，且在各行各業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。將無線通信技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測中，可全面革新現(xiàn)代設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控工作模式，使其朝著更高的層次發(fā)展?；诖耍恼聦υO(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的無線通信技術(shù)進(jìn)行研究，首先分析了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的主要原理，然后對紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、WIFI技術(shù)、超寬帶技術(shù)以及ZigBee技術(shù)進(jìn)行比較，通過比較發(fā)現(xiàn)，ZIgBee技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控中最為適用。最后著重對ZIgBee技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行分析。希望通過本次的分析，可以為無線通信技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的合理應(yīng)用以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測質(zhì)量的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù)；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測；ZIgBee技術(shù)

引言

隨著近年來我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，各種工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也開始受到人們越來越多的關(guān)注。眾所周知，在工業(yè)生產(chǎn)中，只有保障設(shè)備的正常運(yùn)行，才可以滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求，保障產(chǎn)品生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。在進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的過程中，通信技術(shù)是一項(xiàng)必不可少的技術(shù)。就當(dāng)今的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測來看，傳統(tǒng)的通信技術(shù)已經(jīng)無法滿足實(shí)際的監(jiān)測需求。這就需要對當(dāng)今先進(jìn)的無線通信技術(shù)加以合理應(yīng)用，以此來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，使問題被解決在萌芽階段。

1設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的原理分析

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要是通過相應(yīng)的手段來進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的整理、分析，以此來做出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷。具體的監(jiān)測中，不僅應(yīng)該對設(shè)備自身的特征進(jìn)行充分分析，也應(yīng)該通過監(jiān)測對其發(fā)展趨勢進(jìn)行判斷，以此來預(yù)測設(shè)備可能會出現(xiàn)的問題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維護(hù)。這種維護(hù)可以讓設(shè)備保持在一個(gè)良好的工作狀態(tài)中，避免由于自身問題或外部影響而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行停止情況。同時(shí)，合理的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測也可以幫助工作人員對設(shè)備的實(shí)時(shí)動態(tài)做到全面掌握，并通過合理化的措施來應(yīng)對設(shè)備的異常情況，縮短維系時(shí)間，減少人力消耗。狀態(tài)監(jiān)控的系統(tǒng)十分復(fù)雜，但是其基本構(gòu)成可按照四部分進(jìn)行劃分，一是傳感器，二是數(shù)據(jù)捕獲，三是檢測元件，四是診斷元件。傳感器可實(shí)現(xiàn)信息到電信號的轉(zhuǎn)化；數(shù)據(jù)捕獲可實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與微處理器之間的科學(xué)結(jié)合，并放大處理傳感器中的信息；檢測元件可正確判斷出設(shè)備故障；診斷元件可對設(shè)備異常做出進(jìn)一步的檢測，并為工作人員提供出相應(yīng)的維修指示和維修建議，有著計(jì)算快、成本低等的特點(diǎn)。

2幾種典型的無線通信技術(shù)對比分析

在當(dāng)今的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中，可供選擇的無線通信技術(shù)有很多，但是就目前來看，使用最廣泛的幾種典型無線通信技術(shù)分別是紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、WIFI技術(shù)、超寬帶技術(shù)和ZIg-Bee技術(shù)。以下是對這幾種典型無線通信技術(shù)所進(jìn)行的對比分析。

2.1紅外技術(shù)

紅外技術(shù)在短距離的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中十分常用，該技術(shù)的原理是通過紅外線來進(jìn)行數(shù)據(jù)的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，其傳輸距離為2m以內(nèi)，最快傳輸速度可以達(dá)到16Ml/s。該技術(shù)有著體積小、成本低、保密性強(qiáng)和連接方便等的優(yōu)勢。但是該技術(shù)僅僅為一種視距傳輸技術(shù)，其信號的接收和發(fā)射都有方向性，且發(fā)射角度比較小，抗干擾能力不夠強(qiáng)，一旦在傳輸過程中遇到障礙物，通信就很容易中斷，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成也不夠靈活。因此，該技術(shù)可用來進(jìn)行比較簡單的無線數(shù)據(jù)傳輸，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中并不是十分適用。

2.2藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)屬于一種近距離的無線連接技術(shù)，它有著比較高的寬帶，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)傳送。其主要的工作參數(shù)如下：但是因?yàn)樗{(lán)牙技術(shù)的傳輸距離比較短，抗干擾能力比較弱，且芯片的價(jià)格比較昂貴，與設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測的低成本需求并不符合，所以該技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中也并不是十分適用。

2.3WIFI技術(shù)

該技術(shù)有著比較廣的覆蓋范圍，其通信距離可以達(dá)到300m以上，且數(shù)據(jù)傳輸速度較快。其最大的優(yōu)勢是兼容性，只要將無線網(wǎng)安裝在終端，就可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的訪問，可有效避免繁瑣的布線。該技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測領(lǐng)域比較適用，但是由于其信息傳輸量比較小，寬帶比較低，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較復(fù)雜，且需要比較高的成本，所以該技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域中的應(yīng)用也受到了一定程度的阻礙。

2.4超寬帶技術(shù)

該技術(shù)屬于一種無載波通信技術(shù)，主要借助于納秒甚至是微秒級別的非正弦窄脈沖來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所以該技術(shù)有著很寬的頻譜，其通信距離可達(dá)到10m以上，傳輸速度可達(dá)到100Mb/s。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是功率低，寬帶高。復(fù)雜程度低。但是在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用中，該技術(shù)的安全問題、抗干擾問題等都有待進(jìn)一步解決。

2.5ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)是目前無線通信技術(shù)中發(fā)展最迅速的一種技術(shù)，該技術(shù)主要工作在

2.4GHz

免費(fèi)頻段中，其優(yōu)勢是自組織、復(fù)雜程度比較低、功耗比較低、成本比較低、可靠性和安全性比較高、監(jiān)測點(diǎn)多，網(wǎng)絡(luò)容量大。以下是ZigBee技術(shù)的具體工作參數(shù)：通過以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，這五種典型的無線通信技術(shù)都有著各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢，而它們的特點(diǎn)差異也就是其應(yīng)用的領(lǐng)域有所不同，具體情況如下表所示：通過以上的對比可以看出，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中，WIFI技術(shù)和ZigBee技術(shù)是兩種比較適用的無線通信技術(shù)。但是WIFI技術(shù)在無線局域網(wǎng)領(lǐng)域中更加適用，而將其應(yīng)用到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域便顯得有些大材小用。因此，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域中，將以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加以合理應(yīng)用，憑借著其功耗低、成本低、組網(wǎng)靈活、系統(tǒng)簡單而可靠等的優(yōu)勢，可全面滿足當(dāng)今設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測的實(shí)際需求。同時(shí)，因?yàn)閆IgBee技術(shù)有著眾多的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，在具體的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都將會通過周期性的方式來進(jìn)行頻率采樣，并將采集到的設(shè)備振動數(shù)據(jù)向監(jiān)測計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)傳遞，以此來滿足對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分析與處理要求。由此可見，相比較其他無線通信技術(shù)而言，ZigBee技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中更加適用，將該技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域中，不僅能準(zhǔn)確采集設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，也可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3ZIgBee技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的具體應(yīng)用分析

3.1ZigBee技術(shù)的協(xié)議構(gòu)架

一套完整的ZigBee技術(shù)協(xié)議主要的組成部分包括網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層和應(yīng)用層，具體協(xié)議架構(gòu)圖如下：如圖1所示，IEEE802.15.4協(xié)議主要負(fù)責(zé)的是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。物理層幀結(jié)構(gòu)的組成部分主要有三個(gè)，一是物理層載荷，二是物理層幀頭，三四同步包頭。物理層對MAC子層和物理信道之間接口進(jìn)行了定義，并為其提供數(shù)據(jù)和管理服務(wù)，它主要負(fù)責(zé)的是無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)的啟動與關(guān)閉，可進(jìn)行信道選擇，也可將信道評估清除，且能夠發(fā)送與接受數(shù)據(jù)包。在該協(xié)議架構(gòu)中，數(shù)據(jù)鏈路層被劃分為兩個(gè)子層，其一是MAC（媒體接入控制層）；其二是LLC（邏輯鏈路控制層）。前者可以接入所有的物理層無線通信，它主要負(fù)責(zé)的是PAN鏈路監(jiān)理與斷開；同時(shí)，該子層也可以對信道接入進(jìn)行控制、確認(rèn)模式的幀傳送、校驗(yàn)與接收，也可以預(yù)留廣播信息以及時(shí)隙管理等。網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)基于MAC層建立，并通過ZigBee聯(lián)盟來進(jìn)行制定，其主要的功能是實(shí)現(xiàn)必要函數(shù)的提供，以此來保障MAC層的正常運(yùn)行，并將適合的服務(wù)接口提供給應(yīng)用層，這樣就可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的科學(xué)建立，以此來實(shí)現(xiàn)設(shè)備尋址以及路由傳送功能。網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)實(shí)體主要有兩個(gè)，其一是NLDE（數(shù)據(jù)服務(wù)），其二是NLME（管理服務(wù)），其幀結(jié)構(gòu)的主要組成部分也有兩個(gè)，其一是網(wǎng)絡(luò)層有效荷載，其二是網(wǎng)絡(luò)層幀頭。應(yīng)用層可以給實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)框架模型的提供，它主要負(fù)責(zé)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中映射不同的應(yīng)用，以此來實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)設(shè)備和鑒權(quán)設(shè)備等的功能。應(yīng)用層主要的應(yīng)用對象包括用戶定義的應(yīng)用對象、APS（應(yīng)用支持子層）和ZDO（ZIgBee技術(shù)設(shè)備對象）。

3.2基于ZIgBee技術(shù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中，可將ZigBee技術(shù)作為基礎(chǔ)來進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，以此來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備振動參數(shù)的監(jiān)測和采集，并對設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況作出診斷。在該系統(tǒng)中，傳感節(jié)點(diǎn)可以對設(shè)備的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和簡單處理，以此來形成一個(gè)特征值，并對當(dāng)前的一組波形數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，然后將這組信號和這個(gè)特征值進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)異常，傳感器節(jié)點(diǎn)會將與該特征值所對應(yīng)的振動信號傳送給收發(fā)器節(jié)點(diǎn)，讓設(shè)備故障得到在線診斷。借助于收發(fā)器節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和Internet等各種外部網(wǎng)絡(luò)之間的連接，讓通信協(xié)議在兩種協(xié)議棧之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將收集到的數(shù)據(jù)向外部網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，這樣就可以讓維修人員及時(shí)獲悉設(shè)備的故障情況，進(jìn)而及時(shí)采取合理措施來進(jìn)行故障處理。

4結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)今的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中，無線通信技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過無線通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的無線監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，縮短維修時(shí)間，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在當(dāng)今的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中，應(yīng)加大力度進(jìn)行無線通信技術(shù)的應(yīng)用研究，使其發(fā)揮出更加充分的作用與優(yōu)勢，進(jìn)一步提升設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測質(zhì)量。

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作者：李啟蒙 單位：陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院