試析工業自動化領域中的無線技術

摘 要：在工業自動化領域當中，無線技術具有多方面的優勢和特點，主要表現在節約成本、擴展性強、移動靈活、安全可靠等多個方面。文章主要介紹了Zigbee 技術和UWB 超寬帶無線技術的特點以及其具體應用，并對二者進行了對比分析。希望通過這樣的探討分析能夠引起人們對無線技術的進一步關注，能夠無線技術的應用、發展、創新提供指導和借鑒。

關鍵詞：工業自動化；無線技術；Zigbee 技術；UWB超寬帶無線技術

1 工業自動化領域中無線技術的優勢

與有線技術相比而言，無線技術具有多方面的優勢和特點，具體來說表現在以下幾個方面。

1.1 節約成本，建立方便

在工業生產領域，如果采用的是有線通信，必須布置線路，這樣不僅耗費時間和財力物力，如果遇到高溫高壓的環境或者必須經過湖泊沼澤地區，布線往往十分困難。此外，盡管能夠布線，但是線路容易受到損壞，檢查和維修工作也十分困難。而無線技術則不需要布線，如果出現故障，診斷和檢修也十分方便，還可以在網絡的支持下實現遠程診斷，大大節省人力、物力和財力。

1.2 追加節點，擴展性強

通信網絡建成之后，由于某種原因的影響，往往需要增加新的設備節點，如果原先線路采用的是有線的方式，在追加布線的時候，可能會破壞原有的通信鏈路。如果采用的是無線組網，則只需要在原有無線網絡的基礎上，增加無線接入點、修改少量的軟件設置就能夠達到目的。既能夠節約時間，還可以避免對原有線路造成破壞。

1.3 移動靈活，不受限制

對于無線網絡節點來說，只要它能夠正常工作，發揮其應有的功能，可以將節點放置在工業區域的任何位置，移動十分靈活，不受任何限制。

1.4 抗干擾強，安全可靠

無線技術具有自己的安全協議，有獨特的加密算法，不容易被竊聽，采用擴頻或跳頻技術，抗干擾性強，這對在工業環境當中正常使用工業技術具有重要的作用。

2 Zigbee 技術

2.1 技術簡介

ZigBee技術是伴隨著信息技術的發展而產生的一種雙向無線通訊技術，其結構不僅簡單，功耗相對較低，成本低廉，還具有其它通訊技術所不可比擬的優勢，例如網絡容量大、安全、可靠等等。就其構成來看，ZigBee的結構比較簡單，包括一個協調器、一個或者幾個路由設備或者終端設備。每一個網絡都必須有一個協調器，它的中心任務是負責啟動維護網絡，是整個網絡的核心部分。路由設備的作用是提供接力，使信號的傳輸范圍得以擴展。而終端設備則實現具體的溫、濕度控制功能。一般來說，ZigBee網絡支持星型、樹型、網狀型三種拓撲結構。ZigBee技術主要適用于自動控制領域和遠程控制領域，能夠滿足小型廉價設備的無線聯網和控制。Zigbee的協議主要由物理層、數據鏈路層、網絡/安全層、應用框架、高層應用規范構成。

2.2 主要特點

Zigbee 技術具有自己顯著的優勢和特點，主要表現在以下幾個方面：功耗低，在低耗電待機模式下，兩節5號干電池可以使用6個月以上；數據傳輸速率低，只有10-250kb/s，適用于低傳輸領域；成本低，由于協議簡單，數據傳輸速率低，使得成本大大降低，芯片價格大約在3 美元左右；網絡容量大，可以容納65536個節點；有效范圍小，有效覆蓋范圍10-75m；工作頻段靈活，時延短，并且安全可靠。

2.3 應用領域

就其應用范圍來看，ZigBee技術主要適用于數據傳輸速率不高的各種電子設備之間，例如，醫療護理，包括監視器和傳感器等等；工控，包括監視器、傳感器、自動控制設備等等。而最為典型的應用是自動抄表系統，運用ZigBee網絡的抄表系統由電力局自行建網，不需要繳納額外的費用，在無線自動抄表領域有著廣闊的應用空間。除此之外，在井下無線監控、工業環境溫濕度測量、污水監測、氣體監測等等，ZigBee技術也有著廣闊的運用空間。

3 UWB 超寬帶無線技術

3.1 技術簡介

UWB是一種以占空比很低的沖激脈沖作為信息載體的無載波通信技術。與傳統通信技術最大的不同是：UWB依賴于脈沖串傳遞信息，將信息調制到離散脈沖信號上，然后直接發射窄脈沖進行通信；而傳統通信技術采用的是帶通載波調制，將含有信息的波形搬移到相應的正弦載波上發射。

3.2 主要特點

與傳統通信技術相比而言，UWB 超寬帶無線技術具有多方面的優勢與特點，主要表現在以下幾個方面：具有很強的抗干擾能力，UWB 在發射信號的時候，將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出的功率非常小，并且與目前通信系統工作頻段不同，相互之間不會產生干擾，具有很強的抗干擾能力，有利于正常使用；傳輸速率高，可以達到幾十甚至幾百Mb/s；能量消耗小，不使用載波，僅僅在發射窄脈沖的時候消耗少量的能量，節約了發射續載波時的大量能耗，使得UWB的能耗很小；安全性好，采用跳時擴頻技術，只有在已知發送端擴頻碼的時候，接收機才能解出發射數據，有利于保證數據的安全；定位能力精確，具有良好的時間解析能力，既能夠精確測距，也能夠精確定位，此外，該技術穿透能力極強，在室內和地下精確定位。

3.3 應用領域

UWB 超寬帶無線技術特別適用于近距高速的數據傳輸，實現無線USB方案，尤其是在工業自動化領域，例如在測量、檢測、地下物體探測中能夠得到廣泛的應用。此外，UWB的功耗小，能夠精確定位，在物品流動比較頻繁的場合，例如貨倉等等，也能夠得到廣泛的應用，并很好的發揮自己的長處。

4 Zigbee 技術和UWB 超寬帶無線技術比較分析

Zigbee 技術和UWB 超寬帶無線技術有著各自的優點和缺點，它們的功耗都比較低，都是實現短距離無線通信的方式，在自動化領域有著自己的應用空間。就通信方式來看，Zigbee 采用的是載波調制，UWB技術采用的是基帶傳輸；就功耗來看，二者的功耗都十分低；就通信距離來看，Zigbee 在10-70m之內，UWB技術在10m之內；Zigbee 使用頻段為2.4G/915M/868MHz，應用領域有抄表、有毒有害氣體檢測、溫濕度監測、無線傳感器網絡；UWB技術使用頻段為3.1-10.6GHz，應用領域有工業監視、無線USB、移動定位、檢測、測距、無線傳感器網絡等等。在具體應用的時候，應該充分發揮各種技術的優勢，取長補短，以收到最佳的效果。

5 結束語

總而言之，在整個工業自動化領域當中，Zigbee 技術和UWB 超寬帶無線技術是最為流行的無線技術，也是無線網絡重要的組成部分，有著多方面的優勢和特點，具有巨大的市場潛力和運用空間。將來，隨著科學技術的進步與發展，無線技術必將不斷完善和進步，必將在工業自動化領域得到更為廣泛的應用，收到更為顯著的效果，進一步推動工業自動化的發展。

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