詹煜

摘 要：隨著無線通信技術的成熟，越來越多的測控系統(tǒng)選擇無線通信，不僅解決有線通信系統(tǒng)線路維護困難等問題，還拓寬測控系統(tǒng)的適用范圍。簡單介紹幾種無線通信技術，其發(fā)展現(xiàn)狀以及幾種主流技術，最后提出展望。

關鍵詞：測控 無線通信 現(xiàn)狀 發(fā)展

中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-087-02

1 前言

傳統(tǒng)測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸主要為有線方式，存在鋪設線路復雜、維護困難、成本較高等缺點，不易大規(guī)模實現(xiàn)。在傳統(tǒng)的測控技術的基礎上，現(xiàn)代測控技術充分利用計算機資源，在人工最少參與的條件下盡量以軟代硬，使得現(xiàn)代測控系統(tǒng)具有測控設備軟件化、測控過程智能化、高度靈活性、實時性強、可視性好、測控管一體化、立體化等特點。無線計算機測控網(wǎng)絡因其無需布線，成本較低，易于維護，得到了越來越廣泛的應用，本文主要討論了基于無線通信技術的計算機測控技術及其發(fā)展。

2 無線技術簡介

2.1 藍牙技術

藍牙技術（Bluetooth）起源于1994年，是一種低成本、短距離無線通信技術。藍牙是短距離無線語音和數(shù)據(jù)通信的開放標準，利用藍牙技術，能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化以上這些設備與Internet之間的通信。藍牙技術的有效距離達10m，傳輸速度達720Kbps，最高速度達到10Mbps。其工作頻段選在2.4GHz的ISM頻段。藍牙技術遭遇了最大的障礙是過于昂貴，突出表現(xiàn)在芯片大小和價格難以下調(diào)、抗干擾能力不強、傳輸距離太短、信息安全問題等等。

2.2 WiFi技術

WiFi（Wireless Fidelity），無線保真技術，其突出優(yōu)勢在于：（1）無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍牙技術的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約15米，而Wi-Fi的半徑則可達100米；（2）雖然由Wi-Fi技術傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進，但傳輸速度可以達到11Mbps，符合個人和社會信息化的需求；（3）廠商進入該領域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置“熱點”。由于“熱點”所發(fā)射出的電波可以達到距接入點半徑數(shù)十米至100米的地方，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。

2.3 Zigbee技術

ZigBee技術的特點突出在低功耗、低成本上，主要有以下幾個方面：（1）低功耗。在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池可支持一個節(jié)點工作6～24個月。（2）低成本。通過大幅簡化協(xié)議，降低了對通信控制器的要求，而且免協(xié)議專利費，大大降低了成本。（3）低速率。工作在20kb/s～250kb/s，專注于低數(shù)據(jù)傳輸應用。（4）近距離。有效覆蓋范圍10～75m之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定。（5）高容量。ZigBee可采用星狀、樹狀和網(wǎng)狀結(jié)構，每個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點。ZigBee主要應用在距離短、功耗低且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設備之間，主要應用目標是工業(yè)控制（自動控制設備、無線傳感器網(wǎng)絡）、醫(yī)護（監(jiān)視和傳感）、家庭智能控制（照明、水電氣計量控制及報警）、消費類電子設備的遙控裝置）、玩具（電子寵物）、PC外設的無線連接等領域。

2.4 NFC技術

NFC（Near Field Communication）近距離無線通信。NFC具有雙向識別和連接的特點，工作于13.56MHz頻率范圍，作用距離10厘米左右。NFC的速度傳輸速度較低，僅為212Kbps。NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無線連接技術，具有距離近、帶寬高、能耗低等特點，并且與現(xiàn)有非接觸智能卡技術兼容，目前已經(jīng)成為越來越多主要廠商支持的正式標準。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。與藍牙相比，NFC面向近距離交易，適用于交換財務信息或敏感的個人信息等重要數(shù)據(jù)；藍牙能夠彌補NFC通信距離不足的缺點，適用于較長距離數(shù)據(jù)通信。因此，NFC和藍牙互為補充，共同存在。

3 無線傳感器網(wǎng)絡

無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）是新型的傳感器網(wǎng)絡，同時也是一個多學科交叉的領域，使用802.15.4 標準。WSN 是由具有感知、計算和通信能力的各類集成化的微型傳感器以Ad hoc方式構成的無線網(wǎng)絡，通過大量節(jié)點間的分工協(xié)作，實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理，獲得詳盡而準確的信息，最終傳送到需要這些信息的用戶。WSN 可廣泛應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災乃至商業(yè)和家庭等諸多領域，正受到政府、軍隊、研究機構、商業(yè)界的廣泛關注和高度重視。

4 無線測控技術的未來發(fā)展

盡管無線測控技術近年來得到了長足的發(fā)展，由于無線技術仍存在的一些不足，制約著無線測控技術的應用。主要不足表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）無線網(wǎng)絡的電源時長仍是無線測控技術需要考慮的一大問題。商品化的無線發(fā)送接收器電源遠遠不能滿足測控網(wǎng)絡的需要。電池無線充電技術是特別引人關注和可能發(fā)展的方向。

（2）無線通信協(xié)議仍需完善?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡組織結(jié)構及協(xié)議主要考慮如何在滿足數(shù)據(jù)收集任務質(zhì)量要求的前提下節(jié)能以實現(xiàn)最大化生命周期。節(jié)點不能根據(jù)所需應用進行自配置，限制了網(wǎng)絡的可擴展性。

（3）無線接收模塊現(xiàn)階段的造價還比較高，阻礙了其在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應用。

（4）無線傳輸?shù)目煽啃院桶踩匀允亲璧K其廣泛應用的一個重要原因。安全是系統(tǒng)可用的前提，需要在保證通信安全的前提下，降低系統(tǒng)開銷，研究節(jié)能的安全算法?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡安全機制無法應用于本領域，需要開發(fā)專門的協(xié)議。

（5）無線遠程測控技術的關鍵是要使射頻模塊的接收靈敏度和發(fā)射功率足夠高，以擴大站點間的距離，同時還需要考慮無線電波波段的選擇；無線通信調(diào)制解調(diào)器已經(jīng)有許多比較成熟的產(chǎn)品，可以根據(jù)實際需要來選擇。

另外，隨著無線通信、微電子技術、傳感器技術以及嵌入式計算等技術的不斷進步，低成本、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡將會獲得越來越多的關注與發(fā)展。

5 小結(jié)

對于工作點多、通信距離遠、環(huán)境惡劣且實時性和可靠性要求比較高的遠程測控場合，可以利用無線電波來實現(xiàn)主控站與各個子站之間的數(shù)據(jù)通信。采用無線通信的遠程測控方式不僅可以減少復雜連線，而且無需鋪設電纜或光纜，大大降低了建設成本?；跓o線通信的遠程測控技術具有廣泛的應用領域，如小區(qū)的智能保安系統(tǒng)、油井遠程監(jiān)測系統(tǒng)、航空航天技術中的無限跟蹤軌跡、遙測和遙控系統(tǒng)，都是基于無線通信技術的典型現(xiàn)代測控技術的應用。相信隨著無線通信技術的成熟，將有越來越多的測控系統(tǒng)選擇無線方式進行數(shù)據(jù)通信。

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