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蓝牙技术分析及在工控行业的应用

2012-12-03 11:32
Minor昔年
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1 引言

  随着网络技术的不断发展,现场总线技术被越来越广泛地应用在现场控制领域。但是,现场总线网络一般使用有线介质作为传输媒介,有线传输介质使通信设备的位置相对固定,一些特殊工业现场环境要求现场设备具有一定的移动性,故有线通信技术不太适合移动设备的连接。蓝牙技术(bluetooth)作为一种中短距离无线通信技术,具有无线性、协议开放、低能耗、高安全性等优点,所以非常适合于连接具有移动性的现场设备,使用蓝牙无线技术作为线缆代替方案可以实现一种无线现场总线,并可通过网关类设备实现无线网络与有线现场总线系统的互联。

  当然,无线技术尤其是蓝牙技术作为当今世界最具活力的新兴技术之一,具有有线技术无法或很难取代的优势,并且已经大量应用于商业与民用环境中。但是,如果无线技术要在工业领域得到更广泛的应用,还需要解决通讯可靠性、成本和低功耗等一系列问题,其中通讯可靠性是蓝牙技术应用的最大障碍。本文也将对蓝牙技术在工业现场应用可靠性进行分析。

2 蓝牙技术简介

  蓝牙技术最初由爱立信创制,后来由蓝牙技术联盟(bluetoothsig)制定技术标准。作为一种中短距离无线通信的技术规范,它最初的目标是取代现有的移动设备或固定电子设备之间的连接电缆,如掌上电脑、移动电话等各种数字设备等。

  在制定蓝牙规范之初,就建立了全球统一的目标,向全球公开发布,工作频段为全球统一开放的2.4ghz工业、科学和医学(industrial,scientific and medical,ism)频段。ism频段的范围是2.4~2.4835ghz,使用该频段的设备无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证,其中也包括使用蓝牙技术的工业产品。

  不同的蓝牙设备通讯时,可以建立临时性的对等连接(ad-hoc connection),在工业通讯应用中,需要保证通讯的可靠性和稳定性,可建立实时连接(real-time connection)。根据蓝牙设备在网络中的角色,可分为主设备(master)与从设备(slave)。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备,几个蓝牙设备连接成一个皮网(piconet)时,其中只有一个主设备,其余的均为从设备。

  皮网是蓝牙最基本的一种网络形式,最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。最多一个主设备可以连接7个从设备(见图1)。

  在工业控制领域使用无线技术,通讯距离能否满足需要也是硬性需求之一。实际上,通讯距离的远近和无线信号发射源的发射功率有关,蓝牙通讯协议把蓝牙信号的发射功率按照发射强度分为三个等级,分别为class1、class2和class3。通常class1为1mw(0dbm)~100mw (20dbm);class 2:是0.25mw (0dbm)~2.5mw (4dbm),class3则为≤1mw (0dbm)。通常情况下,class1可达100米左右,class 2可达10米左右,class3可达5米的连接。

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