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电子称重仪-无线便携式无线仪表有哪几种存在形式

电子称重仪-无线便携式无线仪表有哪几种存在形式

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电子称重仪-无线便携式无线仪表有哪几种存在形式

无线传输在称重仪表系统中意义 目前市场情况下,大部分称重仪表还是单独使用,各仪表间联系不是很紧密。在需要将秤台 进行数据处理的时候,常常通过类似于使用电流环方式将仪表与大屏幕连接,使用 RS-232 方式将 单台仪表与计算机近距离连接,或使用 RS-485 方式将多台仪表与计算机连接。这种常规的连接方 式中有以下几点不便之处: a)称重仪表与计算机及其他附件之间的连接需要布线,布线的隐蔽性和维护方便性之间难以 取舍。 b)各种接口对连线的长度及负载的个数都有要求,且还要考虑负载能力的情况。 c)布线较长时容易受到现场环境干扰影响,在电气、电磁等环境较为恶劣的情况下尤为突出。 因此无线传输在距离较远、负载较多、环境较恶劣的情况下,对比常规布线方式有着很大的 优势。 而且,最近我国工信部提出了物联网的“十二五”发展规划,对我国物联网的发展高度重视。 无线物联网将是今后称重仪表行业,乃至电子行业的发展方向。


无线传输 射频即 Radio Frequency,通常缩写为 RF。表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从 300KHz~30GHz 之间。射频简称 RF 射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。 每秒变化小于 1000 次的交流电称为低频电流,大于 10000 次的称为高频电流,而射频就是这样一 种高频电流。在电磁波频率低于 100khz 时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,但电磁 波频率高于 100khz 时,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传 输能力,我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频,射频技术在无线通信领域中被广泛 使用。 本文所说的普通 RF 无线传输,即指在国内常用的 433Mhz 频段附近,采用透明传输方式进行 的无线传输。目前有市场上已经有不少产品使用了普通 RF 无线传输方案,如吊钩秤、无线大屏 幕、无线秤台等。上海耀华称重系统也拥有 XK-3190 DS3 无线仪表,可以通过普通 RF 无线传输 的方式,将数字传感器组成的秤台、无线数字称重仪表、计算机、无线大屏幕结合一起进行无线 组网通讯,满足大部分客户的需求。 图 1 使用 RF 无线传输的方式的称重仪表 普通 RF 无线传输的实现方式较为简单,大多是通过 GFSK 高斯频移键控,在调制之前通过 一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度,再通过 FSK 频移键控,利用载波的频率变化进行数 字调制,来传递数字信息。使用方法也比较简单,一般都是通过选择信道,及选择配对的频率, 即可进行配对无线传输。 普通 RF 无线传输有以下特点: a)传输距离可以在空旷地带、附近无同频干扰源及较大干扰的情况下,传输距离可达一至两 千公里。基本可以满足大部分客户需求,但在建筑较为密集、电磁环境较恶劣的情况下无法满足 要求。 b)使用方便,采用透明传输,但信息容易被窃取,需要额外做加密解密处理。 c)使用国内常用的 433Mhz 免费频段,不需额外申请,但该频段使用者较为集中,再加上频 点较窄,较难做到防碰撞,且频点漂移现象较为严重,在密集使用情况下串频、误码率较高。 d)系统价格低廉,后续维护费用低。 可见普通 RF 无线传输在适合在普通中等距离情况下及非密集使用场所下应用时,性价比较 为突出。

2.3. Zigbee 无线传输 Zigbee 无线传输也是一种 RF 无线传输方式。 Zigbee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距 离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡” (zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构 成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。 2 主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,Zigbee 就是一种便宜的, 低功耗的近距离无线组网通讯技术。 Zigbee 采用 DSSS 直接序列扩频通信技术,用高速率的伪噪声码序列与信息码序列模二加(波 形相乘)后的复合码序列去控制载波的相位而获得直接序列扩频信号,即将原来较高功率、较窄 的频率变成具有较宽频的低功率频率,以在无线通信领域获得令人满意的抗噪声干扰性能。 Zigbee 的组网功能强大,可以通过预先对各节点身份进行定义,运行后能自动组建网络或寻 找网络,可建立星状、树状、网状网络等复杂拓扑结构,并能自动寻找最近的路径进行数据传输。 图 2 Zigbee 的组网功能 Zigbee 与普通 RF 无线传输方式相比,有以下特点: a)由于 Zigbee 采用 2.4G 频段,频率较高穿透性能较差,传输距离较差,但 Zigbee 具有进行 自动组网功能,在使用密集的情况下可以自动寻找路径将数据传输到目的节点。 b)自动组网使用方便,且在节点变动时能自动调节,使用自有协议传输,具有加密功能,数 据传输安全。 c)使用 2.4G 免费频段,频点相对 433M 较宽,防碰撞机制较为完善,使用稳定。 d)系统价格较为低廉,后续维护费用低。 因此,Zigbee 无线传输方式适合在节点较为密集、结构较为复杂的环境下使用,如集贸市场、 生产车间、仓库等地方使用。 

2.4. GSM/GPRS 无线传输 GSM 全球移动通信系统,俗称全球通是世界上主要的蜂窝系统之一,主要承载语音业务和短 信业务。 GPRS 通用分组无线业务,是在现有的 GSM 系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。 所谓的分组交换就是将数据分装成许多独立的数据包进行传输,并且可以按照传输的数据流量计 价(而非占线时间),可以同时处理语音业务(通话)和数据业务(下载数据),两种业务互相独立, 互不影响。GPRS 是一种高速、高效的无线系统,我们可以通过 GPRS 访问互联网。GPRS 具有“永 远在线”、“自如切换”、“高速传输”、“按需计费”等特点。 GSM/GPRS 可以在移动网络覆盖的地方进行连接,应此应用在称重仪表上,可以达到超远距 离传输、控制的效果。 GSM 无线传输应用在称重仪表上,主要在短信收发的控制上,使用较为简便。可以通过使用 手机对连接有 GSM/GPRS 模块且安装有效 SIM 卡的称重仪表发送短信,仪表接收到短信后进行 分析处理,判断是否为预置手机号的有效命令,处理完毕后视情况回复相应的短信,达到远程控 3 制、监控的效果。 当称重仪表数量较多,且需要组网使用时,GSM 无线传输就比较难以完成,需要使用 GPRS 无线传输。 图 3 GPRS DTU 的接入方式 每台称重仪表配有安装有效 SIM 卡的的 GPRS DTU 模块,同时需要一台可以登录互联网,并 且通过外网地址可以访问到的计算机作为数据中心。将 GPRS DTU 模块通过互联网连接至数据中 心,就可以通过 TCP/UDP 协议,进行数据中心与 DTU 间的通讯。双方将接收到的数据包处理后 返回,进行双向通讯。数据中心可以和多个 DTU 同时进行通讯。 也可申请专用的 APN,这时 GPRS DTU 和数据中心只需要接入专网即可使用,不需要连接互 联网,此时专网和外网互相无法访问,安全性更高。但是申请专网需要昂贵的费用,如果没有特 殊要求,使用互联网是一种性价比比较高的方案。 通过 GPRS DTU 进行无线组网连接,实现称重仪表的物联网化,可以说是今后发展的一个趋 势。我们可以通过它对多个仪表同时进行超远程监测、控制。虽然使用 GPRS 进行称重仪表数据 无线传输面临着使用较复杂、技术要求高以及资费较高的情况,但如果今后随着技术的普及和 GPRS,甚至 3G 资费的下降,使用 GPRS 甚至 3G 进行称重仪表无线传输,必然会是很有竞争力 的方案。

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