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工业用无线传感器网络介绍

2014/7/7            
关键字:无线传感器  无线网络  
近年来,随着无线通信、电源效率、极度微型化(如透过MEMS传感器达到的迷你规格设计)以及嵌入式运算技术的不断演进,发展出越来越多适用于严苛工业环境的无线传感器网络(WSN)。预估在未来五年,工业用无线传感器网络的传感器安装点将达到2400万,爆发5.53倍的成长。

    近年来,随着无线通信、电源效率、极度微型化(如透过MEMS传感器达到的迷你规格设计)以及嵌入式运算技术的不断演进,发展出越来越多适用于严苛工业环境的无线传感器网络(WSN)。预估在未来五年,工业用无线传感器网络的传感器安装点将达到2400万,爆发5.53倍的成长。无线传感器网络的快速成长受益于其可靠度符合大多数工业级应用的需求,工业系统专用的无线传感器网络标准问世,以及无线传感器网络的效益逐渐受到重视与了解。在整合芯片解决方案的价格日趋亲民化后,各种无线传感器网络的全新用途、解决方案和应用纷纷推出,不仅为许多产业带来庞大的效益,同时也逐渐从本质上改变不同产业一贯的运作方式。

    无线传感器网络是由分散在实体空间内的数千个微型自主传感器(或节点)所组成的网络。这些传感器采用高效方式链接,透过射频(RF)波进行点对点通讯,藉由射频波监控并通报本机状态或状况,如温度、震动、压力、污染物、动作等(请参见图1)。这些智能型传感器可自动管理制程,除非发生无法透过智能节点或从远程启动人为命令修正的制程故障,否则一般不需要人为介入操作。

智能型传感器

    智能型传感器/节点以协同作业方式,透过网络上多种可用的路径,将数据传递至其他智能型传感器,再视情况导向由人工检视信息的主要位置、采取进一步处理与储存行动或采取相应行动。若将节点间所有可用路径以图像显示,多重通讯路径的冗余路径看起来会像一片网状结构。每一个传感器或节点就像一粒胡椒,内部装有处理器、微型内存(如:12 Kb内建RAM)、低数据传输速率 (40 Kb/s) 以及短收发范围(大多数为100英呎以下),皆相当省电。传感器之所以能够达到省电效益是因为成本降低、整合度提升、具备更精良的电源管理能力以及采用了更先进的算法。除此之外,能量整合功能也使用电达到近零耗能 (Net-Zero) 境界,而降低电池用量的智能型运转方式则带来此一新兴技术独具的解决方案。

    无线传输能力提供广大效益。不需布线即可新增远程传感器(通常配备若干本机决策制定功能),节省人力、材料,同时由于智能型手机是相当理想的人工操作员/维护接口,可随时随地提供更精准的监控与修正,因此制程效率及质量可获得提升。作业员不需要四处奔忙取得远程数据或在危险或不易操作的地点更换电池,因此可提高生产力。比起有线网络,无线传感器网络的安装更迅速,如需重新安置,过程也更简单。无线传感器网络具备极高的扩充弹性与链接可靠性,若搭配能量整合装置设置,还可提供实时功能与独立能源运作。无线传感器网络的工业用途正不断延伸扩大,包括机器健全度(如震动分析)、制造、条件式维护、自动化计量、远程监控、库存管理、载具与人员管理以及其他运作管理层面。设备需进行维护时,可透过传感器输入执行。相较于过去不管设备是否需要,一律定期维护的作法,及早于必要时执行维护,可延长设备的使用寿命并减少浪费(更具环保效益)。这又称为“条件式维护”。

责任编辑:陈浩
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