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【深度】史上最全的无线传感器相关知识(值得典藏)

未知 2019-06-13 14:08

  一、无线传感器的定义

  无线传感器的组成模块封装在一个外壳内,在工作时它将由电池或振动发电机提供电源,构成无线传感器网络节点,由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微型节点,通过自组织的方式构成网络。它可以采集设备的数字信号通过无线传感器网络传输到监控中心的无线网关,直接送入计算机,进行分析处理。如果需要,无线传感器也可以实时传输采集的整个时间历程信号。

  监控中心也可以通过网关把控制、参数设置等信息无线传输给节点。数据调理采集处理模块把传感器输出的微弱信号经过放大,滤波等调理电路后,送到模数转换器,转变为数字信号,送到主处理器进行数字信号处理,计算出传感器的有效值,位移值等。

  二、无线传感器的功能特点

  1、无线智能温度变送器可以多节点无线组网,点对多点无线组网。理论上同一个接收器可以接收255个无线变送器的传输数据,但实际上要根据现场使用工矿和无线变送器的数据发送时间间隔而定。

  2、无线智能温度变送器具有仪器设备的型号、编号、ID号、数据发送时间间隔、通讯波特率、阻尼系数、修正系数以及温度计量单位等出厂参数的存储功能,具有对供电电压、传感器、温度标定参数以及CPU等故障自诊断功能。

  3、在中控室通过无线方式,可以直接对连接在节点上的变送器进行参数的设置更改和故障的自诊断,实现对变送器的无线远程操作。

  4、无线智能温度变送器使用不受限制的2400.02483.5MHz公用频道,不必申请专用频道。

  5、无线智能温度变送器具有两种当地显示方式。显示模式下,变送器的液晶显示器实时显示当前温度;不显模式下,按变送器上的显示开关,可显示当前温度。

  6、无线变送器的所有电路设计采用低功耗技术,功耗小,省电。标准配置的无线变送器的电池为内置式可充电电池,一次充满电后可连续工作一年以上。

  7、无线智能温度变送器现场安装方便,不用挖沟布线。在大规模的生产过程控制项目中节约了大量电缆和施工费用,降低了项目成本。

  8、无线智能温度变送器具有全量程温度补偿和非线性补偿功能。在补偿温度范围内的任何环境温度下使用,均能保证变送器的测量精度。特别适合野外现场以及温差变化较大的恶劣环境下的现场使用。

  三、无线传感器的技术指标

  ◆ 供电电压:内置DC3.3V充电电池组;

  ◆ 最大工作电流:45mA;

  ◆ 通讯时间间隔:1S~24H;

  ◆ 电池工作时间:1年;

  ◆ 无线传输距离:视距500m;

  ◆ 通讯频段:ISM波段,433 MHz;

  ◆ 接口波特率:9600 bps;

  ◆ 被测介质:液体、气体、蒸汽;

  ◆ 温度测量范围:-50~300℃(可选);

  ◆ 温度测量精度:0.5℃、1℃;

  ◆ 环境温度:-30~70℃(本质安全型)、-40~125℃(可选,非本质安全型);

  ◆ 液晶显示:5位数字显示;

  ◆ 机械连接:M161.5;/ M27*2或法兰等方式

  ◆ 防爆型产品:符合GB3836.4-2000标准,防爆标志:ExiaⅡCT4。

  四、无线传感器的类型介绍

  1、无线气体传感器

  XL61智能气体传感器用于在化工、医药等化学物品生产、储存过程中,监测特定生产场所、特定环境的有毒有害气体

  主要功能:

  ◆气体传感元件、信息处理、无线通讯、电池供电等功能集成于一体

  ◆安装在需要检测气体的环境,检测是否有气体泄漏,或是某种气体浓度是否超标

  ◆通过防爆认证,防护等级IP66

  ◆选择不同的气体传感元件,检测相应的气体浓度。能检测采集磷化氢(PH3)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、二氧化氮(NO2)、氨气(NH3)等等。可按用户的需求选择其它气体传感元件

  ◆通讯中断自动保存数据,通讯恢复自动补传数据

  ◆监测值越限自动上传数据

  ◆电池能量低上传报警数据

  ◆休眠时电流小于100A

  ◆可选490MHz、GPRS等无线方式上传数据

  ◆支持XL协议、MODBUS RTU协议

  ◆可提供用户指定的通信协议

  2、无线压力传感器

  XL61智能压力传感器,监测管道、容器的压力参数,通过无线方式上传,可用电池、太阳能,以及外供电等供电方式

  主要功能:

  ◆传感元件、信息处理、无线通讯、电池供电等功能集成于一体

  ◆16位A/D转换

  ◆通讯中断自动保存数据,通讯恢复自动重传数据

  ◆超限主动上传数据

  ◆电池能量低上传报警数据

  ◆通过防爆认证,防护等级IP66

  ◆直接安装在管道或是引出的支管上,检测水、油、气、汽等介质的压力

  ◆休眠时电流小于80A

  ◆可选490MHz、GPRS等无线方式上传数据

  ◆通讯参数自动配置

  ◆支持XL协议、MODBUS RTU协议

  ◆可提供用户指定的通信协议

  3、无线温度传感器

  XL61智能温度传感器采集监测点的温度参数,通过无线方式上传,可选电池、太阳能或外供电源等供电方式

  主要功能:

  ◆感元件、信息处理、无线通讯、电池供电等功能集成于一体

  ◆安装在管道上,检测水、油、汽等介质的温度;或是监测粉末状固体温度

  ◆通过防爆认证,防护等级IP66

  ◆可选插入式安装或管壁安装等安装方式

  ◆通讯中断自动保存数据,通讯恢复自动重传数据

  ◆超限自动上传数据

  ◆电池能量低上传报警信号

  ◆休眠时电流小于80A

  ◆可选490MHz、GPRS等无线方式上传数据

  ◆支持XL协议、MODBUS RTU协议

  ◆可提供用户指定的通信协议

  4、无线温湿度传感器

  XL61智能温湿度传感器用于医药、养殖、农业、仓储等领域特定场所的温湿度监测

  主要功能:

  ◆集成温湿度传感元件、信息处理、无线通讯于一体

  ◆可选配1-4路引出的温湿度探头,可将探头伸至需要检测的环境中,物料内,满足 更多用户的需求

  ◆休眠时电流小于100A,可配外接电池,增大电池容量,使工作时间更长

  ◆支持490MHz方式上传

  ◆支持XL通信协议、MODBUS RTU通信协议

  ◆可提供用户指定的通信协议

  五、无线传感器的选择方法

  无线传感器网络系统的基本架构包括三部分,第一部分是无线收发芯片,其职责是将数字信息转换为高频无线信号传送出去和将接收到的高频无线信号恢复成数字信息。无线 传感器 收发芯片而言,IEEE 802.15.4能为无线传感器应用提供最佳方案,这是因为IEEE 802.15.4规范可能是主要且可能唯一的实用标准。目前全球有多家公司提供这方面的收发芯片。像TI公司的CC2420/CC2520等芯片都特别适用于钮扣电池和低电能应用的低功耗特性。

  实现一个典型的无线传感器网络节点和路由器,可以采用多芯片方案,由一个无线收发芯片和一个微控制器(单片机)组成,微处理器可以采用低功耗的MSP430,无线芯片可以采用CC2520/CC2420等。

  随着技术不断发展,已经有越来越多的公司,将无线收发器芯片和微控制器和无线收发器做成了一个片上系统(SoC),例如TI公司采用8051内核的CC2430/CC2431等ZigBee无线单片机,随着无线传感器网络对计算能力提高要求,最近Freescale公司也推出了ARM内核的32位ZigBee无线单片机。使用这些SoC无线单片机设计无线传感器网络,将使无线传感器节点具有更小的体积,更低的功耗和更低的价格;TI公司在国内的技术合作伙伴无线龙科技公司等,也同时提供这些芯片,开发工具的相关技术支持。

  无线传感器网络构架第二部分是运行于单片机或者无线单片机内部的嵌入式软件,也称软件协议栈(network stack),网络堆栈有两个职责。首先它必须要处理节点间的无线链接通信质量的频繁变化和环境因数对无线通讯造成的干扰,具有对网络自组织,自恢复的能力;网络堆栈的第二个职能是要具有很强的路由算法能力,确保信息可靠高效地通过各种网络拓扑(星状/网状等等)从源节点(如果现有,可以通过成百上千路由节点)发送到目标节点。确保通讯的实时性要求。

  ZigBee联盟是由众多技术供应商和开发商组成的独立标准组织。也是目前世界是最大的,基于IEEE 802.15.4平台的网络软件协议栈标准提供联盟。

  该组织从ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007不断发展,目前提供的两个网络栈是:ZigBee和ZigBee PRO。从使用角度看ZigBee堆栈很适合一般包含十到几百个节点的小型网络。而ZigBee PRO是ZigBee超集,它增加了一些功能,可对网络进行扩展并更好地应对来自其他技术的无线干扰,而且可以适应更大型的网络和具有更加可靠的路由通讯算法和无线通讯可靠性。

  无线传感器网络构架第三部分应用软件,这部分包括各种根据用户现有开发的软件代码,这些代码目前大部分是采用C语言来进行开发,可以之间以接口和API方式,调用软件协议栈的功能。

  在多种无线传感器网络技术中,我们认为采用802.15.4国际标准和ZigBee技术,作为我们设计无线传感器系统的起步,有如下优点:

  1、兼容一个全球化的可靠的国际标准。

  2、可以通过TI、 Freescale这样的大型芯片供应商。获得稳定的无线收发芯片和无线单片机来源,也可以获得免费的ZigBee协议栈和相关源代码,降低开放门槛。

  3、能够采用KEIL和IAR这样的高性能软件编译调试环境,可以大大加快开放速度,缩短上市周期。

  六、无线传感器的应用技术

  1、低功耗设计

  所有模块采用超低功耗设计,整个传感器节点具有非常低的电流消耗,使用两节普通干电池可以工作数年之久,使维护周期大大延长。从而也可以使用微型振动发电机,利用压电原理收集结构产生的微弱振动能量,转化为电量,为传感器提供电源,为了降低功耗,传感器选用超低功耗的产品,传感器在不采集的时候关断电源或置于睡眠模式。做到真正的免维护。

  2、时间同步

  BEETECH无线传感器,基于时间同步和固定路由表的TDMA发送协议,可实现 同时睡眠,同时醒来,适合无线传感器工业自动化在线监测和检测。

  深圳信立科技无线智能温度传感器是一种通过433HZ带有微处理器的全数字化、智能化、网络化的温度测量仪表,是一个完整的小型数据采集处理和无线传输系统。它是由高精度温度传感器、运算放大器、AD转换电路、CPU微处理器、补偿温度传感器、无线通讯电路、充电电池及保护电路等组成。

  七、无线传感器的用途

  无线智能温度传感器,可以多节点无线组网,点对多点的无线组网。可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、建材、 水文、地质勘察以及其它行业的温度测量。特别适合以下特殊环境的现场应用:

  1 、野外环境或温差变化较大的恶劣环境下的现场使用;

  2、高温、高压、有毒有害气体容易泄露、不宜去人观察的危险区域的现场使用;

  3、无外接电源供电场所的温度连续测量;

  4、不适宜连线通过、不能挖沟布线的现场条件下的温度测量;

  5、便携式非固定场所的温度测量。

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