以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送數據的方法有很多。從遙控無(wú)鑰匙進(jìn)入(RKE)和車(chē)庫開(kāi)門(mén)裝置(GDO)等簡(jiǎn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )選項和必須在應用過(guò)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )時(shí)所需的實(shí)用信息。
用于汽車(chē)車(chē)門(mén)的上鎖和解鎖的RKE系統就是簡(jiǎn)單命令和控制應用的一個(gè)典型例子。在RKE應用中，命令從遙控鑰匙發(fā)送到汽車(chē)接收器上。車(chē)門(mén)會(huì )上鎖和解鎖，以回應正確收到的命令。
就理論而言，相似車(chē)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(chē)輛僅會(huì )接受從唯一匹配的遙控鑰匙所發(fā)出的命令。通常會(huì )使用滾動(dòng)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到汽車(chē)上。如此一來(lái)，您的遙控鑰匙便無(wú)法對您的朋友的類(lèi)似車(chē)款解鎖，反之亦然，這樣可確保安全性。
以汽車(chē)RKE為例，遙控鑰匙操作員通常能聽(tīng)到上鎖的聲音。如果沒(méi)有聽(tīng)到這種“上鎖”聲，操作員只需再按一次該按鈕。透過(guò)這種方式，人機互動(dòng)就完成了RKE例子中的回饋回路。如果您沒(méi)有聽(tīng)到車(chē)門(mén)解鎖的聲音，只需重新按下按鈕，直至聽(tīng)到為止。
圖1.RKE應用
許多任務(wù)業(yè)應用都需要傳輸命令和控制類(lèi)型的數據。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(wú)需人來(lái)確認是否實(shí)際收到溫度指示。
確認數據是否收到的前提條件是必須存在雙向網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)參與數據傳輸的驅動(dòng)器、交換機和電機的需求量增多，系統的復雜程度也會(huì )立即增加。因此，工業(yè)網(wǎng)絡(luò )通常不會(huì )使用簡(jiǎn)單的單向RKE網(wǎng)絡(luò )，因為需要確認已發(fā)送的數據是否真正送達。
基本上，工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案的每個(gè)節點(diǎn)都包含一個(gè)微控制器。這種微控制器會(huì )與溫度感應器和驅動(dòng)器之類(lèi)的實(shí)體設備連接，以對這些設備進(jìn)行數據讀取或寫(xiě)入。同時(shí)，這種微控制器還需負責管理射頻網(wǎng)絡(luò )協(xié)定。該協(xié)定的選擇取決于多種因素。傳輸范圍、數據速率、功耗和網(wǎng)絡(luò )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(guān)注。做為一個(gè)標準網(wǎng)絡(luò )，ZigBee或802.15.4在剛開(kāi)始時(shí)對許多低功率、低數據速率的無(wú)線(xiàn)通信應用而言是一個(gè)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，對于高數據速率的通信而言，802.11 WLAN才是天衣無(wú)縫的搭配。類(lèi)似地，有些應用需要的是更遠的傳輸范圍和更長(cháng)的電池壽命。簡(jiǎn)言之，特定的架構原因決定了特定應用所需的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型。
在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，數據速率的提升也會(huì )帶動(dòng)系統資源相應增加。以802.11 WLAN為例，部署網(wǎng)絡(luò )所需的功耗和代碼長(cháng)度決定了這些協(xié)議不適合大部分嵌入式應用。一個(gè)典型的802.11 WLAN節點(diǎn)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點(diǎn)。
圖2.不同射頻網(wǎng)絡(luò )所需的系統資源
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(diǎn)到點(diǎn)通信方案等事實(shí)，使其被排除在工業(yè)射頻應用的選擇范圍外。
那專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )呢？專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )是指獨立于標準網(wǎng)絡(luò )運作的網(wǎng)絡(luò )。這種網(wǎng)絡(luò )的頻帶通常為915MHz ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫學(xué)）和2.4GHz。在命令和控制類(lèi)型的應用中，有時(shí)也會(huì )使用315MHz或433MHz的頻帶。當地法規要求通常會(huì )規定可以使用的頻率類(lèi)型。
做為以空氣傳輸的射頻信號，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(guò)程中還會(huì )受到建筑物、植物和其他物體的阻擋而進(jìn)一步衰減。其他因素（例如，多重路徑和信號散射等）也會(huì )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(xiàn)的離地距離和市區影響的損耗，這些模型是路徑損耗更為真實(shí)的顯示。在多數應用中，實(shí)際的路徑損耗值比圖3所示的數據高得多。有趣的是，如果頻率增加，路徑損耗也會(huì )增加。這就是為什么2.4GHz系統的傳輸范圍要比同等的915MHz或433MHz系統更小的原因之一。
射頻工程中常用的一個(gè)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系統的傳輸距離同等于2.4GHz系統的兩倍以上。同理，433MHz系統的傳輸距離也是915MHz系統的兩倍。因此，頻率較低的系統可進(jìn)行更長(cháng)距離的數據傳輸。
在為工業(yè)網(wǎng)絡(luò )選擇頻率和調變類(lèi)型時(shí)，數據速率也是一大關(guān)鍵要素。如前所述，以低功率運作小型軟體堆疊的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )是遠端溫度監控和驅動(dòng)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(jiǎn)化這些網(wǎng)絡(luò )。 |
