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以無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)的方法有很多。從遙控無鑰匙進入(RKE)和車庫開門裝置(GDO)等簡單命令和控制方案到WLAN，您有很多種選擇。本文主要探討各種可用的無線網(wǎng)絡選項和必須在應用過程中解決的局限性，旨在為設計師提供一些選擇工業(yè)應用的無線網(wǎng)絡時所需的實用信息。 用于汽車車門的上鎖和解鎖的RKE系統(tǒng)就是簡單命令和控制應用的一個典型例子。在RKE應用中，命令從遙控鑰匙發(fā)送到汽車接收器上。車門會上鎖和解鎖，以回應正確收到的命令。 就理論而言，相似車型的接收器也可接受從任何相似型號的遙控鑰匙中發(fā)送的封包，但車輛僅會接受從唯一匹配的遙控鑰匙所發(fā)出的命令。通常會使用滾動碼產(chǎn)生器和安全加密等協(xié)定，從遙控鑰匙將唯一識別碼傳輸?shù)狡嚿稀Ｈ绱艘粊恚倪b控鑰匙便無法對您的朋友的類似車款解鎖，反之亦然，這樣可確保安全性。 以汽車RKE為例，遙控鑰匙操作員通常能聽到上鎖的聲音。如果沒有聽到這種“上鎖”聲，操作員只需再按一次該按鈕。透過這種方式，人機互動就完成了RKE例子中的回饋回路。如果您沒有聽到車門解鎖的聲音，只需重新按下按鈕，直至聽到為止。 圖1.RKE應用 許多任務業(yè)應用都需要傳輸命令和控制類型的數(shù)據(jù)。例如，將感應器的溫度指示發(fā)送到主機。工業(yè)應用和RKE的差異在于，前者無需人來確認是否實際收到溫度指示。 確認數(shù)據(jù)是否收到的前提條件是必須存在雙向網(wǎng)絡。隨著參與數(shù)據(jù)傳輸?shù)尿寗悠鳌⒔粨Q機和電機的需求量增多，系統(tǒng)的復雜程度也會立即增加。因此，工業(yè)網(wǎng)絡通常不會使用簡單的單向RKE網(wǎng)絡，因為需要確認已發(fā)送的數(shù)據(jù)是否真正送達。 基本上，工業(yè)無線解決方案的每個節(jié)點都包含一個微控制器。這種微控制器會與溫度感應器和驅動器之類的實體設備連接，以對這些設備進行數(shù)據(jù)讀取或寫入。同時，這種微控制器還需負責管理射頻網(wǎng)絡協(xié)定。該協(xié)定的選擇取決于多種因素。傳輸范圍、數(shù)據(jù)速率、功耗和網(wǎng)絡協(xié)定堆疊的復雜性等都是判斷哪種解決方案的效果最佳的因素。 ZigBee最近受到了大量關注。做為一個標準網(wǎng)絡，ZigBee或802.15.4在剛開始時對許多低功率、低數(shù)據(jù)速率的無線通信應用而言是一個不錯的選擇。但是，它真的適合所有應用嗎？答案當然不是。在某些情況下，對于高數(shù)據(jù)速率的通信而言，802.11 WLAN才是天衣無縫的搭配。類似地，有些應用需要的是更遠的傳輸范圍和更長的電池壽命。簡言之，特定的架構原因決定了特定應用所需的無線網(wǎng)絡類型。 在無線網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)速率的提升也會帶動系統(tǒng)資源相應增加。以802.11 WLAN為例，部署網(wǎng)絡所需的功耗和代碼長度決定了這些協(xié)議不適合大部分嵌入式應用。一個典型的802.11 WLAN節(jié)點需要1MB的程序記憶體和功能更強大的處理器才能部署單一功能節(jié)點。 圖2.不同射頻網(wǎng)絡所需的系統(tǒng)資源 藍牙是另一種經(jīng)常在工業(yè)應用中被提及的選擇。但藍牙的傳輸范圍（短）和代碼需求（稍大）及其本身為點到點通信方案等事實，使其被排除在工業(yè)射頻應用的選擇范圍外。 那專用網(wǎng)絡呢？專用網(wǎng)絡是指獨立于標準網(wǎng)絡運作的網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡的頻帶通常為915MHz ISM（工業(yè)、科學和醫(yī)學）和2.4GHz。在命令和控制類型的應用中，有時也會使用315MHz或433MHz的頻帶。當?shù)胤ㄒ?guī)要求通常會規(guī)定可以使用的頻率類型。 做為以空氣傳輸?shù)纳漕l信號，其功率的降低速度與傳輸距離成反比，與頻率成正比。 除了在自由空間的路徑損耗外，信號在傳輸過程中還會受到建筑物、植物和其他物體的阻擋而進一步衰減。其他因素（例如，多重路徑和信號散射等）也會影響接收器對所接收的射頻信號的解碼效果。其他路徑損耗模型（例如，Hata模型）還需考慮天線的離地距離和市區(qū)影響的損耗，這些模型是路徑損耗更為真實的顯示。在多數(shù)應用中，實際的路徑損耗值比圖3所示的數(shù)據(jù)高得多。有趣的是，如果頻率增加，路徑損耗也會增加。這就是為什么2.4GHz系統(tǒng)的傳輸范圍要比同等的915MHz或433MHz系統(tǒng)更小的原因之一。 射頻工程中常用的一個經(jīng)驗法則是：鏈路預算每增加6dB，傳輸距離將增加約一倍。只要謹記此法則，即可容易能算出915MHz系統(tǒng)的傳輸距離同等于2.4GHz系統(tǒng)的兩倍以上。同理，433MHz系統(tǒng)的傳輸距離也是915MHz系統(tǒng)的兩倍。因此，頻率較低的系統(tǒng)可進行更長距離的數(shù)據(jù)傳輸。 在為工業(yè)網(wǎng)絡選擇頻率和調變類型時，數(shù)據(jù)速率也是一大關鍵要素。如前所述，以低功率運作小型軟體堆疊的專用網(wǎng)絡是遠端溫度監(jiān)控和驅動等應用的最佳選擇。設計師可依預期應用自訂封包，借此大幅簡化這些網(wǎng)絡。 |
