無線網(wǎng)絡(luò)推動自動化技術(shù)新發(fā)展

摘要在介紹無線網(wǎng)絡(luò)的概念和基本技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹了基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、家庭等領(lǐng)域的最新應用，最后總結(jié)了無線網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)的優(yōu)勢。

中圖分類號:TP27文獻標識碼:A

0 引言

自動化(Automation)是指機器設(shè)備、系統(tǒng)或過程，在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預期的目標。自動化是工業(yè)化進程中最為重要的一環(huán)，而先進自動化則是信息化不可缺少的一環(huán)。信息化包括三個階段，計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，先進自動化。可以看出，網(wǎng)絡(luò)化是先進自動化實現(xiàn)的先決條件，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其是目前興起的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展則巨大地推動了先進自動化技術(shù)向前發(fā)展，使人類社會大步向信息化邁進。

1 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)是對應于有線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的一種新型網(wǎng)絡(luò)，它和有線網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別在于傳輸媒介不同。一般有線網(wǎng)絡(luò)是依靠同軸電纜、雙絞線、光纖等有形媒介進行組網(wǎng)，而無線網(wǎng)絡(luò)則依靠紅外線、微波等無形媒介進行組網(wǎng)通訊。無線網(wǎng)絡(luò)的起源可以追溯到二戰(zhàn)時期，美軍為了傳遞戰(zhàn)場信息，建立了一種帶有高強度加密的無線電傳輸網(wǎng)絡(luò)，為盟軍取得戰(zhàn)爭的最終勝利提供了極大的幫助。雖然無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)起源于軍事應用，但它在民用領(lǐng)域的應用可以用飛速發(fā)展這個詞來形容。

發(fā)展到現(xiàn)在，類似于有線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)覆蓋范圍和實現(xiàn)的功能來分主要可以分為四類，即無線個人網(wǎng)(Wireless Personal Area Network)、無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network )、無線城域網(wǎng)(Wireless Metropolitan Area Network)和無線廣域網(wǎng)(Wireless Wide Area Network)。

由于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵是如何尋找有效地傳輸技術(shù)使信息能夠在無形介質(zhì)中傳播，傳輸距離和傳輸速率成為一個很大的限制因素，所以我們發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展軌跡是由短距離無線網(wǎng)向長距離乃至超長距離無線網(wǎng)發(fā)展。目前來看，無線個人網(wǎng)以及無線局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)技術(shù)則還處在起步階段。無線個人網(wǎng)是依靠藍牙、紅外線等短距通訊技術(shù)來建立的網(wǎng)絡(luò)，一般涉及屬于同一個人的筆記本電腦、PDA、手機等設(shè)備的組網(wǎng)，傳輸距離一般在10米以內(nèi)。無線局域網(wǎng)是依靠射頻技術(shù)在一個辦公室或者一棟建筑中組建的網(wǎng)絡(luò)，主要連接帶有無線網(wǎng)卡的設(shè)備，傳輸距離一般在100米以內(nèi)。而無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)則是用于連接無線局域網(wǎng)的技術(shù)，這個領(lǐng)域是目前無線網(wǎng)絡(luò)研究的熱點，無線城域網(wǎng)的傳輸距離可達1000米，而無線廣域網(wǎng)更是可以達到15千米，這兩項技術(shù)的目標都是能夠提供遠距離高速率的無線通訊方式。

2 基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動化技術(shù)

隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨完善，自動化技術(shù)也迎來了一個新的發(fā)展高潮，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、家庭等多個領(lǐng)域有了許多新的解決方案。

2.1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的第一產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)機械化大大地解放了生產(chǎn)力，到了二十一世紀，農(nóng)業(yè)信息化已被提上議事日程。在無線網(wǎng)絡(luò)的支撐下，農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)突飛猛進，使得現(xiàn)代農(nóng)業(yè)擺脫了地域限制，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程播種，灌溉，直至收割。

現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)要求規(guī)模化生產(chǎn)，而規(guī)模化生產(chǎn)所覆蓋的區(qū)域可能會超乎人的想象，例如幾十平方公里，在這種情況下如果要實現(xiàn)自動灌溉，如果用有線網(wǎng)絡(luò)則需要鋪設(shè)大量的控制電纜，初期投資特別巨大，而且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件通常都十分惡劣，設(shè)備尤其是線纜很容易老化，而且后期的維護很困難。利用無線網(wǎng)絡(luò)則很好的解決了這個問題，目前國外已有投入使用的相關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在各個種植區(qū)布置無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將控制信號傳遞到灌溉用的電磁閥門上，而整套設(shè)備的供電將依靠太陽能或者蓄電池，這使得該系統(tǒng)可以完全擺脫鋪設(shè)線纜的束縛。配合無線傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測種植區(qū)的溫度、濕度等參數(shù)，然后這些信息會通過無線網(wǎng)絡(luò)被傳送到遠程的監(jiān)控室中，然后根據(jù)預先設(shè)定好的控制方案或者操作員給出的實時信號給遠程的電磁閥發(fā)送控制信號，控制閥門、遮光板等設(shè)備的開啟和關(guān)閉，使作物能夠得到適量的水分、陽光和肥料。

目前，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應用的無線網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸距離已經(jīng)可以達到數(shù)公里，但是仍存在信號易受干擾，控制的精度和實時性無法滿足要求等問題，當然系統(tǒng)的造價也很高，但是我們相信隨著技術(shù)的進步，農(nóng)業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的可靠性和實時性會有很大提高，同時伴隨著大規(guī)模的應用系統(tǒng)的造價也會大幅度降低。

2.2 工業(yè)領(lǐng)域

工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，除了軍事應用以外，現(xiàn)代化的高新技術(shù)往往是先在工業(yè)領(lǐng)域得到應用的，基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動化技術(shù)也不例外。 鑒于工業(yè)所涉及的行業(yè)極其眾多，以下僅列舉無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的典型應用方式。

2.2.1 依靠無線網(wǎng)絡(luò)組建遠程工廠控制系統(tǒng)

未來的現(xiàn)代化工廠將會實現(xiàn)無人操作，工廠的控制員可以處在辦公室里甚至家里，依靠裝配于各個設(shè)備的傳感器可以感知產(chǎn)品的位置，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將控制信號發(fā)送到配置有無線接收設(shè)備的機器人中，控制機器人完成從原材料的搬運，流水線的生產(chǎn)，產(chǎn)品的質(zhì)量檢測，直至最終的產(chǎn)品包裝，運往倉庫等一系列的生產(chǎn)過程。這樣的生產(chǎn)方式無疑有著一些列的優(yōu)勢，最主要的就是安全性比較高，例如在一個大型的煉鋼企業(yè)，對于大量鋼材的搬運，如果是依靠人去運送，無疑會威脅到生產(chǎn)人員的安全，而把所有這些工作交給配有無線接收裝置的機器人來完成則將變得既安全又高效。

2.2.2 依靠無線網(wǎng)絡(luò)組成遠程監(jiān)測系統(tǒng)

現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)需要高質(zhì)量的監(jiān)測系統(tǒng)來維護整個生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性。以電力生產(chǎn)為例，電力從發(fā)電廠發(fā)出來往往需要經(jīng)過長距離的傳輸，為了降低線路損耗，輸電方式往往會采用高壓輸電，如何維護輸電線路的安全就顯得至關(guān)重要，而基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動化技術(shù)則很好的解決了這一問題。目前國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了多種輸電線路監(jiān)測裝置，通過在主要的輸電塔上裝配帶有視頻功能的無線監(jiān)測裝置，將輸電線的實時圖像記錄下來，圖像經(jīng)過壓縮處理之后通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電力調(diào)控室。控制人員通過分析圖像可以判定線路狀況，如輸電線路結(jié)冰，則啟動相應的除冰設(shè)備對輸電線路進行除冰。還有一種應用前景十分看好的輸電線路監(jiān)測裝置是無線輸電線路巡檢車，這種巡檢車是無人駕駛的，依靠遠程控制，可以沿著設(shè)計的線路行駛，在車上配備有高精度的攝像機，可以用于拍攝輸電線路的狀態(tài)，同時在車上配備有紅外線測溫裝置，可以用于直接測量輸電線路的溫度。這樣在辦公室里的工作人員便可以對輸電線路的狀況一覽無余，并且擺脫了時間限制，配合照明設(shè)施可以在夜晚繼續(xù)對線路進行巡檢。

2.2.3 依靠無線網(wǎng)絡(luò)組建冗余系統(tǒng)

目前工業(yè)生產(chǎn)中有大量的控制系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)大多是基于有線網(wǎng)絡(luò)的，雖然有線網(wǎng)絡(luò)有信號質(zhì)量好，可靠性高等許多優(yōu)點，但是一旦生產(chǎn)過程出現(xiàn)突發(fā)狀況，原有的有線網(wǎng)絡(luò)往往會失去作用，此時如果裝備有基于無線網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)作為冗余系統(tǒng)，則可以很好的解決這些問題。例如，遠程控制的水庫，一旦測量到水位超過警戒水位，需要開閘泄洪，而如果有線控制網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，后果將會十分嚴重，而趕往水庫時間上往往也是不夠的，這時依靠無線網(wǎng)絡(luò)控制泄洪閘開啟將會是十分理想的選擇。

2.3 家庭領(lǐng)域

家庭自動化是很有前景的技術(shù)，而無線網(wǎng)絡(luò)則使得這項技術(shù)的應用有了更大的廣度和深度。進入21世紀，房屋的設(shè)計和使用越來越講究節(jié)能和智能，基于無線網(wǎng)絡(luò)的家庭自動化系統(tǒng)則符合這樣的理念。

家庭自動化的應用包括以下幾個方面:房屋安全防護系統(tǒng)、能源供給系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)，無線網(wǎng)絡(luò)均有涉及。

在房屋的安全防護方面，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出實用的系統(tǒng)。通過在房屋的各關(guān)鍵位置安裝無線傳感器，監(jiān)測各種行為，一旦有發(fā)現(xiàn)在非正常時段有人進入房間，那么傳感器會將信號傳輸?shù)椒课莸闹醒肟刂葡到y(tǒng)，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息通知房屋的主人、警察以及小區(qū)的保安人員。

在房屋的能源利用方面，應用則更加廣泛。在房屋的各個位置會加裝溫度、濕度傳感器，然后檢測室內(nèi)外的溫度和濕度，首先判別家里是都有人，如果有人的話會根據(jù)房主設(shè)定的溫度，開啟相應的制熱或者制冷裝置，開啟或者關(guān)閉窗戶，控制屋內(nèi)的光線。在下雨天系統(tǒng)還能夠控制集水裝置開啟用于儲水，在特別炎熱的天氣，系統(tǒng)會通過水泵將儲水罐中的水抽出用于灌溉房屋周邊的苗木，同時可以在屋頂噴灑水已給房屋降溫，降低屋內(nèi)溫度調(diào)節(jié)裝置的能耗。

在智能家居方面，應用也十分活躍。通過給家里的各種電器，如電飯鍋、熱水器、洗衣機等加裝無線信號接收裝置，這樣人就能在工作時或者外出時控制這些裝置的開啟或關(guān)閉，以節(jié)約人的時間。舉一個很實用的例子，你回家想立即洗個熱水澡，那么你只要在回家的路上通過手機發(fā)送一個訊號給房屋的中央控制系統(tǒng)，然后系統(tǒng)開啟熱水器先把水燒好了，再把水放好，這樣你回家就可以立即洗澡，免去了等待的時間。

3 無線網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)的優(yōu)勢

基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動化技術(shù)在最近十年有多許多新的應用，這與無線網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)的優(yōu)勢是密切相關(guān)的，總的來說無線網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)有如下一些優(yōu)勢:(1)擺脫了時間和空間的限制，相比于有線網(wǎng)絡(luò)適用面更廣。(2)多技術(shù)交叉，無線網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)包含通訊技術(shù)、控制技術(shù)、智能技術(shù)等多項技術(shù)于一身，決定了這項技術(shù)從開始就是一個多面手，能夠靈活的配置多項任務(wù)。(3)符合時代的潮流，無線網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)大大減少了線纜的使用，而且通常是節(jié)能和環(huán)保的，符合現(xiàn)代人對于新技術(shù)的要求。

從以上這些方面可以看出，無線網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)符合時代的趨勢和人們對于高技術(shù)的最新要求，必定會隨著時間的推移有更大的發(fā)展和更多的應用。

參考文獻

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