Принципы построения беспроводных систем сбора первичной измерительной информации

Предлагаемые в настоящее время на рынке современных технологий беспроводные способы соединения модулей в единые измерительно-информационные комплексы основаны на использовании в качестве несущего сигнала оптического и радиоизлучения. Для этих целей международными соглашениями закреплено несколько частотных интервалов безлицензионного использования, в том числе диапазон 2,4 ГГц (ISM – Industry, Science, Medicine). В нем, в зависимости от желания заказчика, условий «видимости», расстояний, наличия помех выбор разработчика может быть остановлен на той или иной стандартизированной технологии передачи данных, например, Bluetooth, WiFi, WiMax, ZigBee, NanoNet и др. В таблице приведены характеристики приемопередатчиков различных производителей, выпускающих чипы для радиосвязи.

По значению энерговклада на передачу одного бита лидером является немецкая фирма Nanotron Technologies Gmbh, выпускающая продукцию для сетей NanoNet. Именно этот параметр (затраты энергии на передачу определенного объема информации) является определяющим в выборе технологии при разработке сетей датчиков, большинство которых питается от батарей, аккумуляторов.

При разработке беспроводных систем сбора данных рассматривают следующие важные аспекты проектирования:

· протоколы маршрутизации в сетях;

· экономия расходуемой энергии;

· стоимость обслуживания;

· обеспечение безопасности сетей датчиков;

· надежность связи между узлами;

· проблемы, связанные с накоплением собранных данных;

· организация соответствующей базы данных.

В настоящее время реализуют три типа таких измерительных сетей. В первом случае используется только один узел-сток сбора измерительной информации. Во втором типе сетей узлов может быть много, их число зависит от требуемой зоны покрытия, радиуса действия связи, конфигурации и режима работы сети, периода опроса датчиков, специфики решаемой задачи и других факторов. Третий тип узлов – это ретрансляторы (маршрутизаторы). Возможно также существование смешанных типов узлов сбора измерительной информации.

Принцип работы сетей данного типа основан на том, что датчики измеряют некоторый параметр, затем передают измерительную информацию в пакетном режиме узлу-стоку либо напрямую, либо через цепочку ретрансляторов. Пункт сбора информации подключен к компьютеру, на котором осуществляется обработка данных, их визуализация, накопление, передача через глобальные сети пользователям сети датчиков.

В состав узла-датчика входят четыре основных компонента:

· источник питания;

· преобразователь измеряемой физической величины в сигнал цифрового вида;

· вычислительный блок (микроконтроллер);

· приемопередатчик.

Иногда в состав узла может быть включен модуль для определения координаты (географической).

При разработке измерительных сетей данного типа необходимо учитывать ряд особенностей.

· Зачастую топология сети и местоположения датчиков не является детерминированными.

· Датчики, маршрутизаторы и пункт сбора могут быть мобильными. Поэтому такие сети должны быть способными к самоконфигурированию, к самоорганизации.

· Более остро, по сравнению с проводными сетями стоит проблема организации доступа к среде передачи информации. Например, в случае одновременного прихода информации от нескольких датчиков, возрастает влияние помех. Для решения этих проблем используют различные методы разделения во времени режимов приема и передачи информации.

· Существенное влияние на выбор аппаратуры, алгоритмов маршрутизации оказывает энергетический фактор. Такие датчики-узлы должны быть недорогими.

Регрессионный анализ и планирование эксперимента

Измерительные информационные системы (ИИС)

Основные характеристики электронных осциллографов

Подготовка и проведение измерений

Устройство и принцип работы электронных ваттметров и счетчиков энергии

Вернуться в оглавление: Методы и средства измерений электрических величин