工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

第第#頁工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項目簡介目錄TOC\o"1-5"\h\z一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)——工業(yè)自動化的新熱點2二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用32.1石油和天然氣行業(yè)32.2化工行業(yè)42.3鋼鐵冶金行業(yè)62.4其它行業(yè)應(yīng)用7三、系統(tǒng)方案及特點73.1本系統(tǒng)的主要特點：83.2節(jié)點設(shè)計方案簡介：8四、總結(jié)9、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)——工業(yè)自動化的新熱點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)引起了全世界范圍的廣泛關(guān)注，被稱為二十一世紀最具影響的技術(shù)之一；改變世界的10大新技術(shù)之一；全球未來的四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很快也將進入工業(yè)自動化和工業(yè)測控領(lǐng)域。伴隨未來大多數(shù)工業(yè)儀表和自動化產(chǎn)品對無線傳輸功能的集成，從而完成從有線到無線的過渡。圖一典型的工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)圖一是一個典型的工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)示意圖，核心部分是低功耗的傳感器節(jié)點（可以使用電池長期供電、太陽能電池供電，或風(fēng)能、機械振動發(fā)電等），網(wǎng)絡(luò)路由器（具有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由功能）和無線網(wǎng)關(guān)（將信息傳輸?shù)焦I(yè)以太網(wǎng)和控制中心，或者傳輸通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)）。由于這些新的傳感器節(jié)點價格低、外形?。ㄖ挥幸郧俺叽绲?/4）耗電少（一節(jié)電池可用兩年甚至更長時間），對于那些由于建筑物和機器隱蔽處太多而無法部署常規(guī)有線傳感器的工業(yè)環(huán)境來說，無疑是最理想選擇。由于市場巨大，許多在工業(yè)自動化領(lǐng)域的老牌勁旅，如GE、Honeywell等，都推出了各種工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和系統(tǒng)，國內(nèi)也有不少研究機構(gòu)和大型公司在進行相關(guān)研究。二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，OnWorld對近幾年的工業(yè)無線市場情況做了統(tǒng)計和預(yù)測。圖二工業(yè)無線市場前景統(tǒng)計與預(yù)測[OnWorld]無線技術(shù)增長最快的行業(yè)主要包括石油天然氣、水環(huán)境和污水處理、化工、智能電網(wǎng)和自動化倉儲等。石油和天然氣行業(yè)石油和天然氣行業(yè)是工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用非常合適的一個行業(yè)，其主要優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：油井系統(tǒng)節(jié)能降低維修成本提高管理水平電機、油泵和水泵的狀態(tài)實時監(jiān)控增加安全防盜功能

(a)單油井監(jiān)控系統(tǒng)程線收度力遠無接器溫壓(b)蒸汽注入系統(tǒng)(c)覆蓋整個采油區(qū)的無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(a)單油井監(jiān)控系統(tǒng)程線收度力遠無接器溫壓(b)蒸汽注入系統(tǒng)(c)覆蓋整個采油區(qū)的無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖三石油行業(yè)典型應(yīng)用化工行業(yè)化工行業(yè)的安全問題一直是行業(yè)十分關(guān)注的問題，如何檢測各個環(huán)節(jié)的溫度、壓力和泄漏問題是非常關(guān)鍵的。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以廣泛應(yīng)用在石化行業(yè)的重要環(huán)節(jié)：減壓閥和止瀉閥的泄露檢測疏水閥故障檢測倉儲區(qū)過載檢測MonitorAcousticMonitorSafet}1,Valve(a疏水閥故障檢測倉儲區(qū)過載檢測MonitorAcousticMonitorSafet}1,Valve(a)減壓閥和止瀉閥的泄露檢測(b)疏水閥故障檢測(c)煉油廠倉儲檢測圖三化工行業(yè)的典型應(yīng)用場景鋼鐵冶金行業(yè)鋼鐵行業(yè)也是無線技術(shù)應(yīng)用比較廣泛的行業(yè)，無線技術(shù)在鋼鐵冶煉、閥門監(jiān)控和設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控中發(fā)揮著重要的作用。(a)惡劣條件下的監(jiān)測與控制(b)壓力檢測(a)惡劣條件下的監(jiān)測與控制(b)壓力檢測(c)旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)檢測圖四鋼鐵冶金行業(yè)的典型應(yīng)用其它行業(yè)應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在污水處理、溫室環(huán)境監(jiān)控等行業(yè)發(fā)揮重要作用。無線傳輸進入工業(yè)控制領(lǐng)域的趨勢是無可置疑的。未來市場上的大多數(shù)儀表和自動化產(chǎn)品都將嵌入無線傳輸?shù)墓δ堋？梢灶A(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展，對大多數(shù)監(jiān)控和慢速控制的場合(近80%的自動化和過程控制場合)，無線傳輸是足夠可靠的，而無線傳感網(wǎng)的成熟將大大推進其應(yīng)用進程。三、系統(tǒng)方案及特點本系統(tǒng)是一套工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通用方案，主要由無線傳感器節(jié)點(WSNMeasurementNodes),無線傳感器網(wǎng)關(guān)(WSNGateway)和中央控制端(HostController)構(gòu)成。每個無線傳感器節(jié)點外接三路傳感器，傳感器的類型可以是溫度、電壓、軸承磨損度檢測等；無線傳感器網(wǎng)關(guān)是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中心單元，負責控制信息的下達以及數(shù)據(jù)信息的收集；而中央控制單元可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的顯示、分析和處理，同時也是整個系統(tǒng)的大腦中樞，對所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行控制、管理和維護。圖五系統(tǒng)框圖3.1本系統(tǒng)的主要特點：1、可以適用于各種不同行業(yè)的應(yīng)用；2、適用于各種不同的物理量（轉(zhuǎn)換成電信號）的采集；3、內(nèi)置高性能放大電路，適用于微弱信號的采集；4、較好的通用性，可以選用433MHz和2.4GHz頻段進行無線傳輸；5、采用星型拓撲，系統(tǒng)可靠性高；6、可以擴展到多跳網(wǎng)絡(luò)，從而增加監(jiān)控范圍；7、當前支持多達255個無線傳感器節(jié)點。良好的可擴展性，考慮未來更大規(guī)模的應(yīng)用；8、采用完全自主設(shè)計的協(xié)議棧和控制協(xié)議，針對不同的應(yīng)用可實現(xiàn)最優(yōu)系統(tǒng)性能；9、可以和其他遠程無線傳輸方式（如GPRS、3G等）融合。3.2節(jié)點設(shè)計方案簡介：圖六節(jié)點方案示意圖方案說明：1、無線發(fā)送采用的性能優(yōu)異的無線模塊，傳輸距離超過100米（視距）；2、MCU采用8位單片機，性價比比較高；3、8路A/D,精度為10位，輸入電壓范圍為0?AVCC；4、接收數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給PC,可以進行各種處理和顯示；5、整個電路只使用一組24V電源，大大降低了成本和系統(tǒng)復(fù)雜度；6、為適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的環(huán)境可能要考慮采用新型的具有抗干擾能力的無線射頻芯片。四、總結(jié)隨著工業(yè)測控系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，降低投資和使用成本成為當今發(fā)展新階段的迫切要求。研究和開發(fā)具有很強的抗干擾能力、超低能耗、實時通信，并且適應(yīng)惡劣工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境使用的無線傳感網(wǎng)絡(luò)有著巨大的應(yīng)用價值。我們的目標是：有效挖