WiFi(模塊)在工業(yè)測控中的應(yīng)用

WiFi(模塊)在工業(yè)測控中的應(yīng)用目錄發(fā)展前景WiFi技術(shù)WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用WiFi在工業(yè)測控應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)總結(jié)發(fā)展前景發(fā)展前景工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線儀表電氣無線網(wǎng)絡(luò)工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程發(fā)展前景現(xiàn)代測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是:要完全適應(yīng)現(xiàn)代測控設(shè)備的需求;滿足工業(yè)常用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸;要在復(fù)雜、多變、惡劣的現(xiàn)場環(huán)境下安全穩(wěn)定地運(yùn)行;便于安裝、使用、管理和重組?？梢钥吹剑瑢⒂芯€與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)是測控網(wǎng)絡(luò)的新發(fā)展趨勢，這也將會(huì)推動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場測控領(lǐng)域的發(fā)展。為了適應(yīng)測控環(huán)境的多樣性、多變性和復(fù)雜性，將有線與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)是測控網(wǎng)絡(luò)的新發(fā)展趨勢，這也將會(huì)推動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場測控領(lǐng)域的發(fā)展。WiFi技術(shù)無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用已成為繼現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)之后的又一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù),它通過藍(lán)牙通訊、紅外通訊、WIFI、無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）等無線通信技術(shù)傳遞工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的信息,能夠在工廠環(huán)境下為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人以及各種自動(dòng)化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。工業(yè)企業(yè)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的需求從最簡單的形式來看,無線通信網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用就是用無線連接取代銅導(dǎo)線來傳輸工業(yè)過程中的監(jiān)視和控制信息,如液位、壓力、溫度、流量、開/關(guān)狀態(tài)和報(bào)警信息等?？梢钥焖俚统杀镜亟⑵鸸ぷ鳜F(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò);可以很容易的根據(jù)應(yīng)用的改變,對(duì)工廠的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速重新配置和拓?fù)涓淖?無需涉及耗時(shí)耗費(fèi)的布線工作;可以實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通信,現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)設(shè)備的配置和測試,。有效地解決一些工業(yè)現(xiàn)場,設(shè)備或環(huán)境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜,有線網(wǎng)絡(luò)很難發(fā)揮作用的困境,使得用戶可以在以前無法到達(dá)的地方安裝網(wǎng)絡(luò),獲得監(jiān)視、測量等操作能力,從而方便靈活地使用移動(dòng)設(shè)備.為企業(yè)節(jié)約大量的電纜和布線成本為工廠管理提供了高度的靈活性擴(kuò)展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍什么是WiFi？WiFi技術(shù)WiFi全稱WirelessFidelity，又叫無線保真技術(shù),是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號(hào)。它包括IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n等標(biāo)準(zhǔn)，又稱802.11標(biāo)準(zhǔn)，是IEEE定義的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用的是2.4GHz附近的頻段。該標(biāo)準(zhǔn)可提供11Mb/s的數(shù)據(jù)速率,還能夠根據(jù)情況的變化,在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s的不同速率之間自動(dòng)切換。目前絕大部分無線網(wǎng)卡是基于802.11b標(biāo)準(zhǔn)的。WiFi技術(shù)WiFi的優(yōu)點(diǎn)：無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍(lán)牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50英尺左右，約合15米，而WiFi的半徑則可達(dá)300英尺左右，約合100米。雖然由WiFi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍(lán)牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進(jìn)，但傳輸速度非?？欤梢赃_(dá)到11Mbps。進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻比較低，并且具備方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合的優(yōu)點(diǎn)，組網(wǎng)的成本更低。其網(wǎng)絡(luò)只需安裝一定數(shù)量的無線接入點(diǎn)(AccessPoint)就可以滿足指定區(qū)域信號(hào)的覆蓋。近年來，WiFi技術(shù)在智能家居、工業(yè)控制、移動(dòng)手持設(shè)備等嵌入式環(huán)境中需求日益增多。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用WiFi模塊實(shí)物參考WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用WiFi模塊的優(yōu)勢：隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷興起和發(fā)展，近年來WiFi模塊的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛！但是WiFi模塊畢竟是一高頻性質(zhì)的產(chǎn)品，它在生產(chǎn)設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)有一些莫名其妙的現(xiàn)象和問題，讓一些沒有高頻設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程師費(fèi)勁心思，有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)人員，往往也是需要借助昂貴的設(shè)備來協(xié)助分析！對(duì)于WiFi部分的處理，有直接把WiFi部分Layout到PCB主板上去的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)，需要勇氣和技術(shù)，因?yàn)楸旧砟K的價(jià)格不高，主板對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品價(jià)格不菲，當(dāng)有WiFi部分產(chǎn)生的問題，調(diào)試更換比較麻煩，直接報(bào)廢可惜；所以很多設(shè)計(jì)都愿意采用模塊化的WiFi部分，這樣可以直接讓W(xué)iFi部分模塊化，處理起來方便，而且模塊可以直接拆卸，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和具體的耗損也有很大幫助。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用硬件設(shè)計(jì)需求主要考慮以下幾個(gè)方面：通信接口方面：近年來基本是采用UART接口形式，PCIE和SDIO的也有少部分，PCIE的市場份額應(yīng)該不大，多合一的價(jià)格昂貴，而且實(shí)用性不強(qiáng)，集成的很多功能都不會(huì)使用，其實(shí)也是一種浪費(fèi)。供電方面：多數(shù)是直接采用3.3V供電，有的也會(huì)利用主板設(shè)計(jì)中的電源共享，用5V供電轉(zhuǎn)換為3.3V。天線的處理形式：可以有內(nèi)置的PCB板載天線或者陶瓷天線；也可以通過I-PEX接頭，連接天線延長線，然后讓天線外置。規(guī)格尺寸方面：這個(gè)可以根據(jù)具體的天線設(shè)計(jì)要求，通常是40*20MM左右的設(shè)計(jì)多點(diǎn)(基本是板載天線和陶瓷天線多，也有外置天線接頭)。跟外設(shè)硬件連接的形式:可以直接SMT,也可以通過2.54的排針來做插件連接(這種組裝/維修方便)。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場中，通過在原有的有線以太網(wǎng)測控系統(tǒng)中融入WiFi無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信來滿足實(shí)際需求，那么就需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)WiFi無線終端和WiFi無線接入點(diǎn)。WiFi無線終端通過SPI總線與現(xiàn)場設(shè)備通信。系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)能夠通過SPI接口讀取工業(yè)現(xiàn)場的傳感器、檢測器、PLC等設(shè)備數(shù)據(jù)，通過WiFi無線模塊實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)發(fā)送給WiFi無線接入點(diǎn)，然后上傳至主站PLC。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用無線終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)：其硬件主要包括核心處理器，電源電路，WiFi無線模塊，SPI，LED指示燈，軟硬件復(fù)位電路。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用核心處理器采用的是Atmel公司的AT91RM9200處理器。AT91RM9200微處理器外擴(kuò)了FLASH存儲(chǔ)器和SDRAM存儲(chǔ)器，前者存放程序運(yùn)行的代碼，而后者儲(chǔ)存現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)。當(dāng)任務(wù)運(yùn)行時(shí)，程序代碼將從FLASH存儲(chǔ)器復(fù)制到SDRAM存儲(chǔ)器中運(yùn)行，提高系統(tǒng)速度。復(fù)位電路包括硬件復(fù)位電路和軟件復(fù)位電路，硬件復(fù)位采用IMP811S芯片，能保證其可靠復(fù)位；軟件復(fù)位電路采用最簡單的RC復(fù)位電路，軟件復(fù)位主要用來恢復(fù)初始設(shè)置。串口主要用來調(diào)試程序。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用SPI是一種串行同步通信協(xié)議，由一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)與從設(shè)備的同步通信，從而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI總線通信是基于主從模式，使用4條線：主機(jī)輸出/從機(jī)輸入線（MOSI）主機(jī)輸入/叢機(jī)輸出線（MISO）串行時(shí)鐘線（SCK）低電平有效的叢機(jī)選擇線（SS）。WiFi無線終端作為主機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備通信，可以通過SPI總線掛載多個(gè)設(shè)備。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用嵌入式軟件設(shè)計(jì)：操作系統(tǒng)的移植WiFi無線模塊驅(qū)動(dòng)移植應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用操作系統(tǒng)的移植：WiFi終端選用嵌入式Linux2.6作為操作系統(tǒng)。Linux具有廣泛的硬件支持特性，幾乎能夠運(yùn)行于現(xiàn)有的所有流行CPU上。操作系統(tǒng)移植包括：引導(dǎo)加載程序（Bootloader）內(nèi)核裁剪配置與編譯根文件系統(tǒng)移植WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：程序主要包括兩部分：WiFi無線通信和SPI數(shù)據(jù)采集。無線通信采用網(wǎng)絡(luò)套接字（Socket）編程，首先打開套接字，將其初始化為數(shù)據(jù)流套接字，并開始監(jiān)聽，之后調(diào)用Accept（）函數(shù)等待主機(jī)連接（WiFi無線接入點(diǎn)），連接成功則發(fā)送數(shù)據(jù)；SPI子程序負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)。WiFi（模塊）在工業(yè)測控中的應(yīng)用WiFi在工業(yè)測控應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)WiFi在工業(yè)測控應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)WiFi技術(shù)按照其在工業(yè)企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層次劃分,目前在管理與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送等方面的應(yīng)用比較成熟,而在工業(yè)現(xiàn)場控制中則面臨許多的技術(shù)挑戰(zhàn)。因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場控制要求提供強(qiáng)大可靠的接口解決方案,以保證工業(yè)環(huán)境中至關(guān)重要的低延遲高可靠性等要求;此外還有安全性、兼容性等問題。WiFi在工業(yè)測控應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)低延遲和可靠性：與有線技術(shù)相比較,無線信道誤碼率要高得多,當(dāng)采取額外的措施來保證數(shù)據(jù)的正確傳輸時(shí),也就增加了更多的延遲可能性;WiFi技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)層同樣以IP為基礎(chǔ),然而IP網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí)或在網(wǎng)絡(luò)阻塞階段會(huì)丟失數(shù)據(jù)包,TCP/IP雖然提供了數(shù)據(jù)包的傳輸控制以避免丟包,但是它也在數(shù)據(jù)包交付時(shí)間上帶來了極大的不確定性。WiFi在工業(yè)測控應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)安全性：由于無線信號(hào)通過空間傳播,容易受到竊聽,企業(yè)必須采取適當(dāng)?shù)臋C(jī)制以保護(hù)敏感數(shù)據(jù)?？垢蓴_能力：使得多個(gè)無線設(shè)備能夠在一起互不影響,并能夠經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場的其他干擾源,如發(fā)動(dòng)機(jī)、焊接機(jī)和工業(yè)設(shè)備等的干擾。WiFi在工業(yè)測控應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)兼容性：支持各種工業(yè)協(xié)議、多種工業(yè)現(xiàn)場和辦公設(shè)備,如平板電腦、傳感器,并與其他無線設(shè)備如PDA、尋呼機(jī)、對(duì)講機(jī)和電話等共存。有一定的冗余：在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠提供報(bào)警、自動(dòng)覆蓋、快速恢復(fù)等功能?？偨Y(jié)總結(jié)根據(jù)現(xiàn)代測控設(shè)計(jì)思想，為了更好地適應(yīng)具有多樣性、多變性和復(fù)雜性的測控環(huán)境，將有線和無線和無線網(wǎng)絡(luò)技