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工业无线:稳定且易于使用的蓝牙技术

更新时间:2013-04-10

  工业无线:稳定且易于使用的蓝牙技术 摘要: 蓝牙在工业要求的鲁棒性、可靠性和无缝连接等方面表现优异,可以与无线局域网络共存。除了耗电量低之外,蓝牙还支持多种无线链路,具有快速连接功能,相比于其他无线技术蓝牙也更加容易配置和安装。 蓝牙技术是一款稳定、易于使用的工业无线应用解决方案,它和其他标准无线技术一样都是在2.4 GHz ISM网段上运行,在满足工业应用对于鲁棒性、可靠性和无缝连接方面表现最为出色,可以与无线局域网络共存。除了能耗较低之外,蓝牙还支持多种无线链路,具有快速连接功能,相比其他无线技术蓝牙也更加容易配置和安装。此外,还可以为工业应用提供量身定制的功能,进一步满足上述的需要。 蓝牙技术和机器人一样,能够满足工业应用需要的稳定性,是一种易于使用的无线解决方案。图片来源:connectBlue 无线通讯技术已经在工业领域使用了超过30年。采用无线通讯一般都是一个循序渐进的过程,最初的需求包括创建与现有基础设施或者有线网络连接的无线设备岛。

  下面是工业无线解决方案的主要优势:

■ 更强大的移动性能,不受线缆的约束,可以随意移动设备,并与智能手机和平板电脑连接;

■ 适用于线缆无法使用的远距离应用当中;

■ 快速方便的安装和调试;

■ 如果需要更改安装,灵活性很高;

■ 在配置和/或维护的过程,人员不需要在物理上靠近设备,提升了人员的安全性;

■ 设备可以轻易集成到网络中。 工业对于无线技术的需求包括:

■ 可靠稳定的通讯;

■ 先进的安全功能;

■ 与日常使用的自动化工具类似的配置和操作;

■ 实时和确定性的行为;

■ 温度范围更宽泛;

■ 与现有无线技术共存(没有干扰)。

  什么是蓝牙? 蓝牙技术已经成长为应用最为普遍的无线技术之一,2012年全球交付了超过90亿台蓝牙设备。这些设备中的绝大多数都是消费产品,但是蓝牙技术的独特性能也让其成为对于可靠性和稳定性要求很高的工业应用的标准。 蓝牙技术诞生于1998年,目标是用一种性价比较高的无线通讯方式取代连接线缆,很多开发蓝牙的工程师都具有工业自动化背景,明白蓝牙技术的稳定性和可靠性对于工业应用的意义。蓝牙现在由蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)管理,这家机构拥有超过17000名成员公司,一起推动蓝牙的发展。为了推广蓝牙设备,制造商必须要成为l蓝牙技术联盟的成员,这样它们的产品才能通过蓝牙资格认证计划。 蓝牙标准 蓝牙在全球的运行频段都是不需要许可的2.4 GHz工业、科学和医学无线频段。现在绝大多数产品都遵循蓝牙技术联盟在2007年采用的v2.1+EDR核心规范。EDR的意思是“增强速率”,可以提升数据输出。蓝牙技术联盟在2010年开始采用蓝牙v4.0,新标准的主要特征是低能耗,它是一款全新的协议栈,用于快速建立简单连接,电池使用时间也更长。

   人们最近在讨论是应该使用传统蓝牙还是蓝牙低能耗技术。特别需要注意的一点是,尽管蓝牙低能耗技术具有多项传统蓝牙的特征,但是无论是从技术还是从实施的角度,它们都是不同的,因此有下列一些实施选项:

■ 单工模式:传统的蓝牙都是单工模式应用。随着蓝牙低能耗技术的加入,出现了单工模式蓝牙低能耗设备,也被称为蓝牙智能设备。单工模式蓝牙低能耗设备的例子包括加速计、温度和压力传感器。

■ 双工模式:这些双工模式设备也被称为蓝牙智能就绪设备,既包括蓝牙低能耗技术也包括传统蓝牙技术。例如智能手机、电脑和工业平台。 蓝牙有一系列的“配置文件”,即应用定义的蓝牙设备彼此进行通讯的方式。 无线局域网、蓝牙技术和IEEE 802.15.4 都集中在相同的2.4GHz频段上。图示是蓝牙、802.15.4 以及三条最常用的无线局域网通道。 传统蓝牙在工业应用中使用的配置文件包括:

■ 串行端口配置文件(SPP)模拟了通过蓝牙进行硬件通讯的完整串行接口。传统的串行接口(UART、RS232、RS422或者RS485)可以被无线点对点、一点对多点以及多点连接所取代。SPP可以在计算机、控制系统或者其他设备通过串行接口进行数据交换的时候使用。

■ 个人区域网络(PAN)可以用来传输IPv4和IPv6协议。无论是点对点还是接入点操作都对此进行支持。PAN适用于与以太网兼容数据量较小的设备。除此之外,PAN还可以在配置和维护期间连接机器和系统网络。 蓝牙低能耗技术配置文件与传统蓝牙使用的并不相同,它是基于通用属性规范(GATT)。GATT用于服务和设备数据的读写。 通过频率技术,人们可以实现无线共存。在本图中,40条蓝牙低能耗通道与三条不重合的无线局域网通道共存。这些用于连接的通道(橙色表示)与无线局域网通道并不会发生冲突。图片来源:connectBlue 与传统蓝牙不同,产品开发人员可以开发他们自己的配置文件和服务,然后再将其添加到蓝牙技术联盟认证的设备上面。比如,connectBlue公司已经开发了下列可以替换线缆的服务,用于满足工业应用的需要:

■ 低能耗串行端口服务,是一项基于GATT服务,提供透明的串行通讯,对于使用低能耗蓝牙的工业应用非常重要。 多目标关键性工业应用中使用的无线传输必须是坚固可靠的。可能会有来自高压电线、焊接设备、电机磁场等方面的干扰,这些干扰也可能会发生在在同一频段下运行的无线技术之间。如果有干扰发生,它就会影响到连接的稳定性。因为2.4 GHz ISM频段上有多个无线标准,蓝牙也相对比较稳定。


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