WiFi(模块)在工业测控中的应用

WiFi(模块)在工业测控中的应用目录发展前景WiFi技术WiFi（模块）在工业测控中的应用WiFi在工业测控应用中的技术挑战总结发展前景发展前景工业以太网现场总线仪表电气无线网络工业测控网络的发展历程发展前景现代测控系统设计思想是:要完全适应现代测控设备的需求;满足工业常用标准信号的远程传输;要在复杂、多变、恶劣的现场环境下安全稳定地运行;便于安装、使用、管理和重组。可以看到，将有线与无线网络技术集成实现异构的工业测控网络是测控网络的新发展趋势，这也将会推动无线网络技术在工业现场测控领域的发展。为了适应测控环境的多样性、多变性和复杂性，将有线与无线网络技术集成实现异构的工业测控网络是测控网络的新发展趋势，这也将会推动无线网络技术在工业现场测控领域的发展。WiFi技术无线通信网络技术无线通信网络技术在工业现场中的应用已成为继现场总线与工业以太网之后的又一个热点技术,它通过蓝牙通讯、红外通讯、WIFI、无线射频识别技术（RFID）等无线通信技术传递工业生产现场的信息,能够在工厂环境下为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构。工业企业对无线网络的需求从最简单的形式来看,无线通信网络在工业现场中的应用就是用无线连接取代铜导线来传输工业过程中的监视和控制信息,如液位、压力、温度、流量、开/关状态和报警信息等。可以快速低成本地建立起工作现场的网络;可以很容易的根据应用的改变,对工厂的网络进行快速重新配置和拓扑改变,无需涉及耗时耗费的布线工作;可以实现与设备的动态数据通信,现场实现设备的配置和测试,。有效地解决一些工业现场,设备或环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆,有线网络很难发挥作用的困境,使得用户可以在以前无法到达的地方安装网络,获得监视、测量等操作能力,从而方便灵活地使用移动设备.为企业节约大量的电缆和布线成本为工厂管理提供了高度的灵活性扩展工业网络的应用范围什么是WiFi？WiFi技术WiFi全称WirelessFidelity，又叫无线保真技术,是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。它包括IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n等标准，又称802.11标准，是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准，使用的是2.4GHz附近的频段。该标准可提供11Mb/s的数据速率,还能够根据情况的变化,在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s的不同速率之间自动切换。目前绝大部分无线网卡是基于802.11b标准的。WiFi技术WiFi的优点：无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右，约合15米，而WiFi的半径则可达300英尺左右，约合100米。虽然由WiFi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到11Mbps。进入该领域的门槛比较低，并且具备方便与现有的有线以太网络整合的优点，组网的成本更低。其网络只需安装一定数量的无线接入点(AccessPoint)就可以满足指定区域信号的覆盖。近年来，WiFi技术在智能家居、工业控制、移动手持设备等嵌入式环境中需求日益增多。WiFi（模块）在工业测控中的应用WiFi（模块）在工业测控中的应用WiFi模块实物参考WiFi（模块）在工业测控中的应用WiFi模块的优势：随着无线网络的不断兴起和发展，近年来WiFi模块的应用领域相当广泛！但是WiFi模块毕竟是一高频性质的产品，它在生产设计的时候会有一些莫名其妙的现象和问题，让一些没有高频设计经验的工程师费劲心思，有相关经验的从业人员，往往也是需要借助昂贵的设备来协助分析！对于WiFi部分的处理，有直接把WiFi部分Layout到PCB主板上去的设计，这种设计，需要勇气和技术，因为本身模块的价格不高，主板对应的产品价格不菲，当有WiFi部分产生的问题，调试更换比较麻烦，直接报废可惜；所以很多设计都愿意采用模块化的WiFi部分，这样可以直接让WiFi部分模块化，处理起来方便，而且模块可以直接拆卸，对于产品的设计风险和具体的耗损也有很大帮助。WiFi（模块）在工业测控中的应用硬件设计需求主要考虑以下几个方面：通信接口方面：近年来基本是采用UART接口形式，PCIE和SDIO的也有少部分，PCIE的市场份额应该不大，多合一的价格昂贵，而且实用性不强，集成的很多功能都不会使用，其实也是一种浪费。供电方面：多数是直接采用3.3V供电，有的也会利用主板设计中的电源共享，用5V供电转换为3.3V。天线的处理形式：可以有内置的PCB板载天线或者陶瓷天线；也可以通过I-PEX接头，连接天线延长线，然后让天线外置。规格尺寸方面：这个可以根据具体的天线设计要求，通常是40*20MM左右的设计多点(基本是板载天线和陶瓷天线多，也有外置天线接头)。跟外设硬件连接的形式:可以直接SMT,也可以通过2.54的排针来做插件连接(这种组装/维修方便)。WiFi（模块）在工业测控中的应用系统总体结构WiFi（模块）在工业测控中的应用在工业现场中，通过在原有的有线以太网测控系统中融入WiFi无线技术实现数据通信来满足实际需求，那么就需要设计实现WiFi无线终端和WiFi无线接入点。WiFi无线终端通过SPI总线与现场设备通信。系统所设计的节点能够通过SPI接口读取工业现场的传感器、检测器、PLC等设备数据，通过WiFi无线模块实时地将数据发送给WiFi无线接入点，然后上传至主站PLC。WiFi（模块）在工业测控中的应用无线终端节点硬件设计：其硬件主要包括核心处理器，电源电路，WiFi无线模块，SPI，LED指示灯，软硬件复位电路。WiFi（模块）在工业测控中的应用核心处理器采用的是Atmel公司的AT91RM9200处理器。AT91RM9200微处理器外扩了FLASH存储器和SDRAM存储器，前者存放程序运行的代码，而后者储存现场采集到的数据。当任务运行时，程序代码将从FLASH存储器复制到SDRAM存储器中运行，提高系统速度。复位电路包括硬件复位电路和软件复位电路，硬件复位采用IMP811S芯片，能保证其可靠复位；软件复位电路采用最简单的RC复位电路，软件复位主要用来恢复初始设置。串口主要用来调试程序。WiFi（模块）在工业测控中的应用SPI是一种串行同步通信协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通信，从而完成数据的交换。SPI总线通信是基于主从模式，使用4条线：主机输出/从机输入线（MOSI）主机输入/丛机输出线（MISO）串行时钟线（SCK）低电平有效的丛机选择线（SS）。WiFi无线终端作为主机与现场设备通信，可以通过SPI总线挂载多个设备。WiFi（模块）在工业测控中的应用嵌入式软件设计：操作系统的移植WiFi无线模块驱动移植应用程序的设计WiFi（模块）在工业测控中的应用操作系统的移植：WiFi终端选用嵌入式Linux2.6作为操作系统。Linux具有广泛的硬件支持特性，几乎能够运行于现有的所有流行CPU上。操作系统移植包括：引导加载程序（Bootloader）内核裁剪配置与编译根文件系统移植WiFi（模块）在工业测控中的应用应用程序设计：程序主要包括两部分：WiFi无线通信和SPI数据采集。无线通信采用网络套接字（Socket）编程，首先打开套接字，将其初始化为数据流套接字，并开始监听，之后调用Accept（）函数等待主机连接（WiFi无线接入点），连接成功则发送数据；SPI子程序负责采集现场设备数据。WiFi（模块）在工业测控中的应用WiFi在工业测控应用中的技术挑战WiFi在工业测控应用中的技术挑战WiFi技术按照其在工业企业通信网络的应用层次划分,目前在管理与监控数据传送等方面的应用比较成熟,而在工业现场控制中则面临许多的技术挑战。因为工业现场控制要求提供强大可靠的接口解决方案,以保证工业环境中至关重要的低延迟高可靠性等要求;此外还有安全性、兼容性等问题。WiFi在工业测控应用中的技术挑战低延迟和可靠性：与有线技术相比较,无线信道误码率要高得多,当采取额外的措施来保证数据的正确传输时,也就增加了更多的延迟可能性;WiFi技术在网络层同样以IP为基础,然而IP网络在出现传输错误时或在网络阻塞阶段会丢失数据包,TCP/IP虽然提供了数据包的传输控制以避免丢包,但是它也在数据包交付时间上带来了极大的不确定性。WiFi在工业测控应用中的技术挑战安全性：由于无线信号通过空间传播,容易受到窃听,企业必须采取适当的机制以保护敏感数据。抗干扰能力：使得多个无线设备能够在一起互不影响,并能够经受工业现场的其他干扰源,如发动机、焊接机和工业设备等的干扰。WiFi在工业测控应用中的技术挑战兼容性：支持各种工业协议、多种工业现场和办公设备,如平板电脑、传感器,并与其他无线设备如PDA、寻呼机、对讲机和电话等共存。有一定的冗余：在设备发生故障时能够提供报警、自动覆盖、快速恢复等功能。总结总结根据现代测控设计思想，为了更好地适应具有多样性、多变性和复杂性的测控环境，将有线和无线和无线网络技