無線ZigBee在燃氣行業(yè)的應(yīng)用探究

史懷宇

摘要：ZigBee技術(shù)是一種短距離，低功率無線通信方法，具低耗電、低成本、低復(fù)雜度、快速、可靠、安全、支持大量網(wǎng)上節(jié)點的特點，可以支持各個領(lǐng)域的基本無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。本文討論了ZigBee技術(shù)在天然氣行業(yè)中的應(yīng)用前景，首先介紹了ZigBee技術(shù)的概念和優(yōu)勢，進而分析了ZigBee技術(shù)在燃氣行業(yè)應(yīng)用的意義，主要在于提高自動化水平、提高調(diào)試效率以及降低項目成本。最后，從監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)兩個方面對ZigBee技術(shù)在燃氣行業(yè)的應(yīng)用進行了探究。

關(guān)鍵詞：ZigBee? 燃氣控制? 無線網(wǎng)絡(luò)

引言：

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，也帶動了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。ZigBee技術(shù)作為低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因為它的低成本、低復(fù)雜性和低耗電等特點，正日益受到人們的青睞。目前，我國ZigBee技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到諸多行業(yè)，例如工業(yè)自動化、遙測與遙控、汽車自動化、傳感器、油田、電力、無線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、礦山和物流管理等領(lǐng)域。本文主要結(jié)合燃氣行業(yè)的具體應(yīng)用對 ZigBee技術(shù)在燃氣行業(yè)應(yīng)用的意義進行探究，進而提出基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用前景。

1 ZigBee的相關(guān)概念

1.1 ZigBee簡介

低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡稱ZigBee技術(shù)，是基于IEEE802.15.4協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其最大特點是短距離、低功耗。傳統(tǒng)無線通信技術(shù)包括紅外技術(shù)、藍牙技術(shù)、Wi-Fi等技術(shù)。紅外技術(shù)是利用紅外光線來傳遞信息的一種通信方式，速率高但是要求進行無障礙的直線傳輸，且傳輸距離限制在10m以內(nèi)。Bluetooth技術(shù)是在固定設(shè)備和移動設(shè)備之間建立無線接口。ZigBee介于無線標(biāo)記和藍牙之間，可用于在大量無線敏感節(jié)點之間進行通信，傳遞數(shù)據(jù)，所用參加通信的傳感器節(jié)點會以接力的形式傳遞數(shù)據(jù)，通信效率很高。無線傳輸器具有高傳輸速率和高功耗的特點，工作頻段與 ZigBee相同，均為24GHz。

1.2 ZigBee技術(shù)優(yōu)勢

ZigBee技術(shù)與紅外技術(shù)、藍牙技術(shù)、Wi-Fi等技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢：

（1）節(jié)能。ZigBee技術(shù)采用低速傳輸，且多數(shù)時間處于休眠模式。

（2）可靠。采用了隨機接入等避免沖突的策略，可以自動組網(wǎng)，通過路由的方式傳遞信息。

（3）時延短。ZigBee喚醒休眠和通信時延都很短，從喚醒休眠的時延為15ms，搜索入網(wǎng)的時延為30ms。

（4）容量大。ZigBee網(wǎng)絡(luò)擴展性強，可通過使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器互聯(lián)，整個網(wǎng)絡(luò)可容納的節(jié)點數(shù)可達數(shù)萬，十分可觀。

（5）安全性高。為了保證傳輸傳息的可靠性，能夠發(fā)現(xiàn)傳輸過程中因干擾等因素而產(chǎn)生的誤碼。并且為了保證數(shù)據(jù)不被竊聽，通過AES-128支持鑒定和認證，使用加密算法。

2 ZigBee技術(shù)在燃氣行業(yè)應(yīng)用的意義

2.1 提高自動化水平

當(dāng)前，我國的天然氣輸配站、調(diào)壓站自動化水平偏低，許多較小的站點更是很少安裝壓力記錄器來記錄和分析數(shù)據(jù)。ZigBee技術(shù)可以運用在較小燃氣場站、調(diào)壓箱、控制儀表等處，構(gòu)成無線控制網(wǎng)絡(luò)，也可從這些設(shè)備上采集收集數(shù)據(jù)。若燃氣場站現(xiàn)場有執(zhí)行機構(gòu)，也可通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)實時操作。將 ZigBee監(jiān)測儀器安裝到燃氣流量計、氣表及相關(guān)輸配設(shè)施后，可以很容易地組成網(wǎng)絡(luò)，可以整個住宅小區(qū)、工業(yè)園區(qū)、商業(yè)綜合體的天然氣設(shè)施設(shè)備進行統(tǒng)一監(jiān)控管理，從而大大降低了人員費用。

2.2降低項目成本

隨著原材料價格的上漲，有線儀表的線纜成本將會越來越高，而無線儀表的使用將會把線纜成本降低到零。可見，ZigBee代替有線通信可以有效降低項目成本，可逐步取代有線通信，成為燃氣行業(yè)控制和監(jiān)控的主流形式。若工程采用無線儀表，可節(jié)約設(shè)備成本，也可以節(jié)省前期工程設(shè)計費用，后期維護費用和人工費用。

3 基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用探討

3.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

燃氣場站、調(diào)壓站需要嚴格的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于場站、調(diào)壓站的無線監(jiān)控系統(tǒng)中。基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測系統(tǒng)的硬件平臺由路由器、協(xié)調(diào)器、無線傳感器、監(jiān)控器等組成，采用多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過無線網(wǎng)絡(luò)與多種場站監(jiān)控設(shè)備、壓力傳感器、流量傳感器相連。通過無線終端設(shè)備，系統(tǒng)中心向系統(tǒng)中心發(fā)送所收集的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)向目標(biāo)終端設(shè)備發(fā)送指令。

3.2 自動控制系統(tǒng)

基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以在燃氣自動控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)主要包括發(fā)送、接收、供電三大模塊。發(fā)送器模塊包括 ZigBee主芯片、協(xié)調(diào)器芯片、GPRS模塊等，接收模塊包括 RF、D/A轉(zhuǎn)換、V/轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換等模塊。單片機模塊與單片機接口通過轉(zhuǎn)換器連接在一起，通過轉(zhuǎn)換電路將接收的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號。在功率模塊的設(shè)計中要考慮電磁兼容性，降低回路電阻，提高其抗噪聲能力。每一個模塊都需要設(shè)計相應(yīng)的軟件程序來驅(qū)動設(shè)備完成相應(yīng)的指令。

4 結(jié)語

總體而言，ZigBee作為低能耗無線網(wǎng)絡(luò)，具有低功耗，低成本，短延遲，高容量，以及很高的安全性等優(yōu)點。將ZigBee與燃氣行業(yè)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)相結(jié)合，具有很好的應(yīng)用前景，能夠率先有效提升燃氣行業(yè)的自動化水平和智能化水平，為燃氣行業(yè)的安全性、穩(wěn)定性提供幫助。但我們在樂觀的同時，還要積極地探索，不斷地改進和完善技術(shù)，以創(chuàng)造一個更加高效、安全的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

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