无线工业网络：解脱监测和控制的桎梏
文章来源：电子系统设计
设计和实施无线工业网络时，摆在我们面前的备选方案比想象中还要丰富。技术的选择很大程度上取决于具体应用情况以及无线连接的方式：嵌入式或附加式。
对于一些应用而言，俯拾皆是的802.11 Wi-Fi系统通常可以轻松地适应工业应用。802.11b标准已出现多年，它的数据速率最高可达11Mb/s，但对于大多数工业应用这个速率显得有些浪费。选择5.5Mb/s、2Mb/s或1Mb/s中的任一速率，您都可以轻松地操控Wi-Fi收发器，并且在提供超乎需求的数据传输速率的同时，仍保持超常的稳定性和工作范围。使用Wi-Fi时遇到的主要设计挑战是工业设备的接口技术，这一点常常涉及到初始设计。
此标准的最新版本(如802.11a和802.11g)如何？二者均提供高达54Mb/s的数据速率。极少的工业应用才要求如此之高的速率。802.11a标准使用5GHz频带，而非2.4GHz频带。在那种频率上，范围更加有限，而在大多数工业环境中，范围比速度重要得多。至于更新版本的802.11g，它的速度也显得过于浪费，但其确实可在802.11b所使
另一方案为嵌入式Wi-Fi。如果应用项目独特而且您拥有相应的专业技术，那么可以购买芯片并将其植入系统。但是，最快最简洁的方法是使用模块。
例如，DPAC Technologies的空中无线局域网模块(图2)。它包括与802.11b完全兼容的无线电设备、处理MAC功能的基带处理器以及应用处理器。应用处理器运行RTOS，并且包含TCP/IP堆栈、命令接口以及多种I/O支持。它可以处理各种串行I/O，包括标准的UART、I2C以及SPI。可以使用多达8个并行I/O端口和8条模拟通道。它的一个优点是拥有内置Web服务器，可以让您通过互联网使用浏览器来对任意设备进行远程监测和控制。借助此模块，您只需要准备一架天线、一个3.3V的电源和您的I/O设备。
 |
DPAC的产品市场总监Andrew Samson指出，此模块正广泛应用于以下方面：货车运输与汽车应用中的诊断和车队管理、病患监测以及农业中的自动灌溉系统。DPAC的无线应用总监Mike Grobler说，因为802.11b系统在ISM无线电所允许的最高功率(高达20dBm)下进行传输，所以它可以提供在所有工业无线技术中几乎最大的工作距离。一般情况下，Wi-Fi的工作距离约为100英尺(速率为11Mb/s时)。但如果速率降低，工作距离还可以扩展。而且，如果使用增益天线(如简单的Yagi)，LOS范围可以达到数英里。此外，转换天线的多样性将有助于缓解多路径问题。
潜力最大的工业无线技术要数ZigBee。近程无线技术专为工业应用而设计。80多家公司结成了ZigBee联盟，齐力推广和支持此项技术。ZigBee的另一形象是它的IEEE标准名称802.15.4。该标准定义了PHY和MAC层，而ZigBee联盟设定了网络、安全以及应用层的标准。
ZigBee有三个版本。868MHz的欧洲版本数据速率为20kb/s。10通道的915MHz版本的数据速率为40kb/s。真正的速度至尊是2.4GHz版本，包括16个通道，数据速率为250kb/s。这三种版本都使用直接序列展频技术(DSSS)。ZigBee还是一种个人局域网(PAN)技术，它可以和临近节点自动建立链接。它可配置为星型、树型或网格型拓扑形式，这使得此项技术可应用于微型网格网络，其效果十分理想。
其最重要的优点是超低功耗和简单易行，这从根本上意味着成本低廉。目前，工业设计者可以将无线技术经济地植入最普通的产品中，如电灯器具和墙壁开关。在某些情况下，低功率可使得电池工作寿命长达数年。
Freescale Semiconductor(Motorola前身)的无线电技术和策略总监John Adams指出，虽然目前市场上还没有商业化的产品，但是指日可待。他还说，ZigBee联盟有望在今年第四季度完成标准的制定。该联盟将创建类似Wi-Fi的测试和认证程序，以确保符合标准并可以完全互用。第一批商业化产品包括节能型住宅和商用照明控制装置、安全和火警报警器以及工业传感器。
Freescale Semiconductor的MC13191/92收发器是一个典型的ZigBee产品。这些芯片采用16通道、2.4GHz的频带，数据速率为250kb/s。它们可与8位嵌入式控制器(如Freescale的MC9SO8
GT系列)协同使用(图3)。还可以使用低成本的MC13191/92 Developer的Starter Kit，其中包括2套传感器应用参考设计方案以及CodeWarrior Development Studio软件。Atmel、Betronic Design BV、Chipcon、CompXs、Microchip Technology、Rincon Research和ZMD也提供ZigBee芯片和支持产品。 |
