試論力學(xué)計量中短距離無線通信系統(tǒng)的運用

摘 要：隨著力學(xué)計量的發(fā)展，開始應(yīng)用現(xiàn)代無線通信技術(shù)，由此使傳統(tǒng)測量作業(yè)方式被改變，同時，現(xiàn)代無線通信技術(shù)設(shè)備成本較低，可在通信設(shè)備內(nèi)部嵌入，在實踐中廣受認可。基于此，本文著重分析了短距離無線通信系統(tǒng)在力學(xué)計量中的應(yīng)用，旨在為實際力學(xué)計量工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：力學(xué)計量 短距離無線通信系統(tǒng) 運用

一、引言

現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展中，不斷的提升其自動化程度，為將工作中的舒適程度及安全性提升，力學(xué)計量設(shè)備如具有較大的噪音，且需長時間工作，通常會分離測力單元和人機交互界面，而分離時采用的方式為傳感器與傳感線，但如果使用過長的傳輸線，會導(dǎo)致多種問題存在于使用過程中。力學(xué)計量中引入現(xiàn)代無線通信技術(shù)后，傳感線可利用短距離無線通信系統(tǒng)代替，不僅可避免原有的問題，而且計量設(shè)備整體工作效率及工作人員的安全性均得到明顯提升。

二、力學(xué)計量概述

在計量學(xué)中，最早開展的一個領(lǐng)域即為力學(xué)計量。力學(xué)計量以牛頓力學(xué)作為理論基礎(chǔ)，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，力學(xué)計量體系已經(jīng)較為完善，近年來，隨著力學(xué)計量領(lǐng)域中開始廣泛的應(yīng)用計算機技術(shù)、智能化技術(shù)、光電技術(shù)等新型科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)取得飛躍性的發(fā)展。

力學(xué)計量主要由5個參數(shù)計量組成：第一，振動計量，描述振動時，采用的物理量包含加速度、位移、頻率等，現(xiàn)代工程中，計量結(jié)果直接決定了振動測試數(shù)據(jù)的準確性，振動計量中，絕對法校準具有最高的準確度，即對振動傳感器靈敏度確定時，采用測量物理量基本的及導(dǎo)出的單位；第二，力值計量，目前，凈重式、杠桿式、疊加式及液壓式為主要的力值標(biāo)準裝置結(jié)構(gòu)形式，隨著檢定規(guī)定的制定，力值量傳體系逐漸完善，校準力傳感器時，階躍力法、正弦力法是兩種主要的動態(tài)校準方法，前者采用液壓力源進行，后者采用振動臺進行，二者的校準結(jié)果均比較好；第三，流量計量，是指準確測量流量，目的在于保障具有準確一致的流量量值，以被測量流體為依據(jù)，流量計量可細分為多種，如水流量計量、油流量計量，盡管無法互換測量介質(zhì)，但基本具有相同的計量方法；第四，壓力計量，工程技術(shù)測量中，壓力與壓強是相同的概念，因而壓力計量即為壓強計量，壓力計量主要內(nèi)容為檢定、校準壓力傳感器、數(shù)字壓力表、工作及壓力表等，并校準與檢測高準確度的數(shù)字壓力計等，壓力計量檢定中，既需要進行動態(tài)檢定，又需要進行靜態(tài)檢定，前者多以活塞式壓力計作為基準器與標(biāo)準器；第五，質(zhì)量計量，力學(xué)計量中，質(zhì)量屬于唯一的基本單位，國際單位以kg表示質(zhì)量，與“國際千克原器”的質(zhì)量相等。

三、短距離無線通信系統(tǒng)介紹

短距離無線通信是指信息傳輸利用電磁波進行，且僅有幾十米范圍的傳輸距離。短距離無線通信系統(tǒng)具有三方面的特點：第一，通信距離短，通常為10～200m的覆蓋距離；第二，發(fā)射功率低，不超過100mW；第三，應(yīng)用范圍廣，能夠與各種個人便攜式電子設(shè)備、計算機外部設(shè)備、家用電器設(shè)備自由連接，不僅能夠共享信息，還能實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的無線傳輸。

按照傳輸數(shù)據(jù)速率，短距離無線通信技術(shù)可分為高速與低速兩種類型，高速短距離無線通信技術(shù)最高數(shù)據(jù)速率在100Mb/s以上，通信距離在10m以內(nèi)，高速超帶寬技術(shù)（UWB）為此類型中的典型技術(shù)，在下一代便攜式消費電器、通信設(shè)備連接中應(yīng)用；低速短距離無線通信技術(shù)最低數(shù)據(jù)速率不足1Mb/s，通信距離不超過100m，藍牙技術(shù)、低速UWB、紫蜂技術(shù)（Zigbee）為此類型中的典型技術(shù)，家庭、工廠、倉庫的自動化控制、環(huán)境監(jiān)視等為其主要應(yīng)用領(lǐng)域。

四、短距離無線通信系統(tǒng)在力學(xué)計量中的應(yīng)用

近年來，無線技術(shù)發(fā)展速度非?？?，并廣泛的應(yīng)用到各個社會領(lǐng)域中，力學(xué)計量領(lǐng)域作為應(yīng)用之處之一，在應(yīng)用時，僅需稍稍改造傳統(tǒng)儀表后，計量工作效率即可明顯提升，本節(jié)以2000型標(biāo)準負荷測量儀為例，分析了力學(xué)計量中短距離無線通信系統(tǒng)的具體應(yīng)用。

1.軟件結(jié)構(gòu)。2000型標(biāo)準負荷測量儀中，串行通訊接口以標(biāo)準RS-232電平作為輸出電平，采取連續(xù)數(shù)據(jù)輸出方式，儀表工作參數(shù)設(shè)定，使其串口數(shù)據(jù)傳輸速率一致于無線通信發(fā)送模塊，通常選擇9.6kbps。

NRF9E5無線數(shù)據(jù)包中，由4部分組成，分別為前導(dǎo)碼Peramble、地址碼ADDR、有效數(shù)據(jù)PAYLOAD、CRC校驗，除有效數(shù)據(jù)PAYLOAD外，剩余三部分均依據(jù)模塊寄存器配置，通過無線收發(fā)器自動完成。因此，本節(jié)僅需規(guī)定有效數(shù)據(jù)PAYLOAD的結(jié)構(gòu)，如圖1。

在每個數(shù)據(jù)幀中，字節(jié)包含10個，其中，起始字符為第1字節(jié)，經(jīng)儀表測量后，顯示出的數(shù)據(jù)為第2-7字節(jié)，儀表指示燈狀態(tài)由第8字節(jié)反映，數(shù)據(jù)為正數(shù)或負數(shù)、小數(shù)點位置均由第9字節(jié)表示，結(jié)束標(biāo)志為第10字節(jié)。

對于無線通信發(fā)送模塊，初始化為主程序首先進行的工作，初始化對象包含8501CPU、NRF905模塊、串行接口，程序循環(huán)開始之后，串口接受儀表發(fā)送信號與否的監(jiān)測工作持續(xù)進行，如果相應(yīng)數(shù)據(jù)受到之后，經(jīng)過緩沖區(qū)，利用無線信號向外發(fā)送數(shù)據(jù)。接收模塊中，程序化同樣為主程序的第一項工作，完成之后，進入到接收等待狀態(tài)中，對周圍無線信號做出檢測，同時，對發(fā)送模塊是否發(fā)送數(shù)據(jù)包裝做出判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)包裝判斷為有時，收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口出入到便攜式計算機中。數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機出之后，根據(jù)幀結(jié)構(gòu)定義，解讀該數(shù)據(jù)，由此一來，計算機端能夠還原儀表端顯示的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無線化顯示儀表數(shù)據(jù)的目的。

2.硬件結(jié)構(gòu)。

2.1無線通信模板。即金屬類線路模板，通過此模板，能夠固定傳感器與測量儀表信號傳輸過程中使用的路線，由此一來，傳輸信號時，穩(wěn)定性能夠得到足夠的保障?；c選擇為無線信號傳輸設(shè)備，測量儀器向數(shù)據(jù)接收端發(fā)送力學(xué)測量相關(guān)信息，此種方法既能實現(xiàn)相互分離傳感器和計量儀器，同時，使傳統(tǒng)方式中存在的問題得到良好的解決。

2.2芯片。芯片屬于基礎(chǔ)硬件，在無線通信系統(tǒng)中具有關(guān)鍵性的作用，短距離傳輸無線信號時，以無線信號能夠傳輸于芯片及無線電子模板之間為基礎(chǔ)，通過無線通信系統(tǒng)作用的發(fā)揮，實現(xiàn)有效的傳遞數(shù)據(jù)信息。傳統(tǒng)線路傳播方式被無線收發(fā)芯片取代后，不僅提升了設(shè)備外圍的整潔程度，而且傳輸效率也明顯的提高。無線收發(fā)芯片中，CC1010、nRF24E1、nRF9E5為能夠兼容8501CPU的，這些芯片均在一塊芯片上集成所有無線通信所需的設(shè)備，如調(diào)制/解調(diào)芯片，由此，外圍器件較少應(yīng)用情況下，無線通信即可高可靠性的實現(xiàn)。

2.3無線通信RF模塊。目前，多數(shù)RF模塊制作時均采用上述無線通信芯片。隨著短距離無線通信系統(tǒng)在力學(xué)計量中應(yīng)用的深入，其相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展速度也不斷的增快，生產(chǎn)商生產(chǎn)芯片過程中，無線通信芯片RF模塊一般以具體的計量設(shè)備進行，提升了其與計量設(shè)備的適應(yīng)性。本文中，通信模塊采用2個，核心為NRF9E5，此模塊通信接口為RS-232，工作模式為半雙工，使收發(fā)一體良好的實現(xiàn)。上述2個通信模塊中，一個與2000型標(biāo)準負荷測量儀串口相連接，另一個與便攜式計算機串口相連接。

五、結(jié)語

力學(xué)計量是計量領(lǐng)域中的重要組成部分，包含振動計量、質(zhì)量計量等多種參數(shù)計量，將短距離無線通信系統(tǒng)應(yīng)用到力學(xué)計量中后，可以固定測量儀表信號傳輸線的長度，并在無線通信作用下，測量儀表直接向數(shù)據(jù)接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，即實現(xiàn)了有效分離傳感器與顯示單元的目的，也使檢測人員工作期間的安全性得到明顯的提升，促進力學(xué)計量行業(yè)的良好發(fā)展。

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