(海思自動化技術部LonWorks技術粉絲提供)
【核心提示】本文主要介紹了433M和2.4G兩種主流的微功耗無線通信模塊在距離、通訊速率、組網性能等方面進行技術對比，分析各個模塊性能的優缺點，并根據各自的特點，介紹各自的一些典型應用。
【關鍵詞】無線通信，LonWorks，網關，協議轉換器，應用，微功耗，ZigBee，433M
一、引言
微功耗無線通信特指國家免申請頻段，發射功率受限制的無線通信頻段。隨著微功耗無線技術的發展，在很多自動控制領域已經應用了微功耗無線通信技術，克服了有線通信布線施工復雜、成本高、通訊網絡結構復雜和維護升級成本高等缺點，微功耗無線通信技術已經逐漸滲透到我們的生活中。
二、無線通信技術
法拉第提出電磁感應學說，電可以產生磁，磁也可以產生電，相互可以轉換。無線通信的本質是信號在無線信道的傳送，也就是說空中接口技術，這就涉及如何編解碼和克服干擾的問題,以及無線通信信息傳送效率。
1、433M無線通信技術
目前國內433M無線通信通訊的原理是一樣的，都是GFSK調頻技術，這里433M指的是該頻段，不同廠家的模塊，頻率會有稍微的區別，無線接收部分有一個窄帶濾波器，頻率差一般超過200K，就不在一個信道，模塊之間是不會出現干擾的情況，433M的波長為69.3cm，按照天線最短是波長的1/4反射最小，該頻段的天線為17cm長，該頻段波長比較長，繞射能力比較強。
數字化通信對電源的要求較高，電源紋波越小，接收靈敏度會提高，可以接收到更加微弱的磁場信號。
一般載波信號頻率要大于調制波信號頻率很多倍，否則引起信號的混疊，目前在頻段下芯片設計最大通訊速率為250K，該芯片基于GFSK調頻技術，當信號源的頻率越高，傳輸的距離會降低，即空中波特率越低傳輸的距離越遠。該頻段的通訊速率一般在9.6K~19.2K附近使用的比較廣泛，載波頻率低決定了數據傳輸速度慢，如果進行組網，會消耗一定的帶寬。
2、2.4G無線通信技術
2.4G是指載波頻率，也是免申請的頻段。在該頻段集成了802.11的協議，這是一個高速對低速的協議，他去協調各模塊之間的收發同步，在任意一個時刻，只會存在收或者發數據一種狀態，空中傳輸速率快，接口速率慢，數據的容錯和抗干擾能力是比較強的，編程人員不需要考慮在發送數據的時候別的設備是否正在處于發送數據狀態，全部交由802.11協議去協調。
2.4G在工業控制中集成了Zigbee通訊協議，該模塊的載波頻率較高，繞射能力比較差，在鋼筋混凝土結構的房間，通訊距離比433M的要差一些，成本一般是433M無線模塊的3~4倍。
三、433M無線模塊的典型應用
1、基于433M無線模塊的抽油機工況數據采集系統
下圖是用于大慶油田和克拉瑪依等油田的抽油機全無線工況采集系統，采用的是433M無線模塊進行通訊，圖中SM801是433M無線模塊，無線位移傳感器，我們稱之為中心傳感器，起到中繼作用，他處于抽油機的梁上，大約有6米高，信號非常好，他負責采集載荷傳感器、溫度傳感器和電量模塊數據，RTU最多可以攜帶32個中心傳感器，采集的數據會定時通過SCDMA傳到數據中心，實現了油田的無線數字化傳感器網絡。
上圖是RTU控制箱，主要是采集各抽油機中心傳感器的數據，通過SCDMA集中傳輸到中控室，可以有效的減少SCDMA的數量，節約了成本。
上圖為無線載荷傳感器，主要采集的是抽油機抽油桿的載荷數據，通過太陽能給蓄電池充電，發送數據給中心傳感器。
在上位機上能夠顯示出抽油機桿位移和載荷傳感器的拉力變化的一張圖，我們稱之為功圖，這張圖可以清晰的分析出當前抽油機工況，還可以根據該圖測算出一天采了多少油，我們稱之為功圖量油。
2、長慶油田抽油機方案
下圖是長慶油田全無線方案，該方案中需要實現電量、位移、載荷上傳和抽油器啟停的控制，位移和載荷全部是模擬量，采集器帶有8路模擬量接口，內部自帶電力采集接口，RTU通過無線可以采集多個采集器，通過以太網上傳到控制中心。
四、2.4G無線模塊的典型應用
1、基于Xbee的無線液化氣灌裝系統
下圖是我們設計的2.4G的無線稱重系統，主要應用在液化氣自動灌裝場所，Xbee無線模塊是通過了美國的FCC認證、加拿大的IC認真和歐洲的CE認證，其無線設備已經廣泛應用在煤礦、油田、化工等危險操作區域，在數據通訊的安全性方面有保證，在該項目中，SM46D是無線稱重系統，負責實時的上報稱重重量給無線稱重控制儀，無線稱重儀是控制終端，當重量達到設定的值，就切斷對應的加氣設備，操作人員在安全區域控制液化氣的灌裝過程。
2、基于Xbee的無線油罐稱重系統
該項目是用于大慶的油罐稱重，稱重系統采用四角稱重，通過校正四角誤差，485通訊到防爆控制柜，然后通過Xbee發送到值班室，如果有人偷油，值班室電腦會報警，另外還有一個CDMA接口，可以上傳到數據服務中心。
現場每個油罐下面各安放兩個底座，每個底座上分別安裝兩個傳感器，底座上的兩個傳感器距離為油罐底部工字鋼之間的距離
3、基于433M或ZigBee的串口轉LonWorks智能網關
樓宇自控、能源監管系統及工業自動化系統等現場總線廣泛采用LonWorks網絡技術構建，在一些不方便布線或通訊距離超出LonWorks雙絞線傳輸距離等施工現場，采用無線通訊技術建立通訊鏈路，是有效的接入方式。
南京海思自動化系統有限公司(官方網址：http://www.bgvp.cn)自主研發的、具有完全自主知識產權的iGate 135、iGate145型可編程LonWorks無線網關，可以滿足433M或ZigBee無線通訊模式設備接入LonWorks網絡的網關功能，內部自帶時鐘和鐵電存儲器。iGate 135/145型LonWorks無線網關以其設計的先進性、多功能性、智能化和維護便捷性，完全滿足智能建筑工程和企事業單位能源管理系統工程現場的技術需求。
主要功能及特點
l 基于國際先進的LonWorks控制網絡技術，組網靈活、擴展方便、互操作性好；
l 1路串口支持433M或ZigBee無線通訊模式，并提供1路RS232、1路光電隔離RS485接口，支持有線串口通訊，可在線編程；
l LonWorks雙絞線接口采用Neuron FT5000芯片,支持多達254個網絡變量；
l 提供LonWorks雙絞線多種收發器接口類型，通訊速率為78kbps或1.25Mbps；
lAC220V供電，具有過電壓保護功能 。
