低功耗在工业自动化的实施中发挥着越来越重要的作用,新的协议不断被添加以帮助降低功耗和成本。

无线技术可以通过多种方式降低功耗。 使用低功耗芯片、合适的协议和节能软件来降低无线收发器的功耗有助于降低直接成本。 此外,无线控制器可以在工厂车间周围使用,根据主要活动和人员配备水平来控制供暖、照明和高压空调的水平。 这可以大大降低设施的整体直接功耗。

降低功耗的方法还有很多。 现在,在收发器芯片的介入和制造方面,许多技术都得到了改进,许多无线设备和模块已经配备了能量收集能力。 在工业生产的成本控制过程中,无线传感器发挥着重要作用。 当降低无线系统中的功耗时,应通过降低收发器功率或使用固有的低功耗拓扑(例如网状网络)来解决该问题。 根据数据速率、延迟和网络节点之间的距离,还可以使用多种不同的协议。

1. 紫蜂

Texas Instruments 的用于 Zigbee 的 CC2531 低功耗 SoC 是一款真正支持 USB 的片上系统 (SoC) 解决方案,适用于工业控制等 IEEE802.15.4 和 Zigbee 应用。 内置无晶USB接口,可以以较低的总成本构建USB加密狗或USB可升级网络节点。 CC2531 将 Chipcon 射频收发器的性能与行业标准增强型 32MHz 8051 微控制器、系统内可编程闪存和 8KB RAM 结合在一起。 对于需要超低功耗的系统,它还具有多种工作模式,并且每种工作模式之间的过渡时间很短,进一步保证了低能耗。

2. 无线HAR

根据IEEE802.15.4的规定,2.4GHz ISM频段被划分为16个互不重叠的信道。 WirelessHART 使用伪随机信道跳变序列来减少干扰其他网络(尤其是 Wi-Fi)的可能性。 信道跳频是指设备长时间不固定在IEEE802.11b/g网络使用的信道上。 使用时分多址 (TDMA) 协议可确保在任何给定时间只有一个设备在通道上通话,从而防止消息冲突并通过使用 10ms 时隙提供定义的延迟。

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无线HART网状网络

WirelessHART 使用带有 10dB 放大器的 2.4GHz 无线电,允许到下一个节点的最大通信距离为 200 米,而下一个节点又可以充当路由器,在整个电网中中继信息。 当不需要完全传输时,节点可以以较低功率传输,以减少干扰其他网络的机会。

它使用直接序列扩频 (DSSS) 提供约 8dB 的额外增益,其传输范围遍布所选通道的整个频率范围。 具有正确解码信息的设备可以接收数据,而其他设备则将传输视为白噪声并忽略它。 这允许接收多个重叠的无线电信号并共存。

3.蓝牙

蓝牙现已成为一种可行的工业自动化技术。 例如,蓝牙V4.0在核心规范中引入了低能耗技术,使新设备能够依靠微型纽扣电池运行数月甚至数年。

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由于该技术被多家制造商用于安全和消费应用,因此其成本在工业应用中变得非常有吸引力,特别是在需要扩展范围链路的情况下。

4.6低WPAN

6LoWPAN 的目标是低功耗无线通信、低数据速率和非常有限的外形尺寸。 工业自动化是一个重点领域。 通过指定如何在不同网络上发送相同的数据包,几乎不需要转换数据包,从而降低了复杂性、功耗和成本。

与此同时,互联网工作组一直致力于开发使用 IPv4 和 IPv6 连接传感器和设备的更高级别协议。 6LoWPAN(即 IPv6 低功耗无线个域网)定义了封装和标头定义,允许 IPv6 数据包通过 IEEE802.15.4 网络(例如 Zigbee)发送,以便这些数据包可以在更广泛的互联网上使用。

虽然这是一个更高级别的协议,但它直接影响无线网络中实现的处理要求和数据包大小,从而影响每个节点的功耗。

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