无线测量应用解析 - 全文

　    概览

　　本文从水、土壤和气候监测直至桥梁与民用设施的结构完整性监测，无线测量系统的出现使得降低安装成本和系统成本、提高灵活性、简化系统部署成为可能，无线测量还能够解决之前使用有线解决方案难以解决甚至是不可能完成的应用。

　　无线测量简介

　　一个完整的无线测量网络无非有三部份组成：传感器部分（WSN），数据处理部分，数据应用部分。

　　感器部分就是WSN---无线传感器，可以根据现场需求进行选择使用；而数据应用部分实际上就是软件系统，可根据应用的需要进行分类设计；核心的部分是数据处理单元，可根据应用需要选择单片机或ARM系统。

　　无线测量系统的支撑系统也是很重要的，对WSN部分，肯定由电池供电，而对数据应用部分，只需要一台能够上网的计算机，而数据处理部分可根据实际需要采用不同的供电系统。

　　无线测量系统的最大优势是三个部分互相没有硬联接，换句话说它们之间除了数据交换之外，没有任何物理的关系，从而有效避免了相互间的复杂干扰和资源分配，我想，这才是无线测量技术获得大力发展的关键所在。

　　环境监测

　　环境监测主要包括检查土壤、水和空气的完整性，调节室内存储环境的温度与湿度。室外环境监测对于农业、公用事业和气象等行业而言是很重要的。室内监测应用包括家庭或建筑自动化以及零售或医疗。环境监测还包括有害气体检测，它对于工业设施或采矿应用十分重要。无线技术通过让您能够在户外或是在更大的地理区域内进行测量，扩展了这些应用。

　　嵌入式网络传感中心（CENS）正在领导热带雨林环境数据采集的项目。他们没有使用线缆，不但降低了成本，还简化了安装。采用NI的技术，CENS的科学家无需在雨林深处使用电力线缆、牵引电缆，也无需建立布线基础设施以及测量系统；他们安装了NI的无线传感器节点、电池、太阳能面板和移动调制解调器，通过因特网收集数据。他们使用谷歌地图来定位传感器节点的位置并记录部署位置。

　　能源监测

　　在当今，能源危机日益严重。全球市场中，资源生产和利用过程的监测具有极高的重要性。为了降低对环境的影响并且更加合理的利用自然资源，我们首先需要精确采集数据，然后再基于对这些数据的分析进行决策和改进。无线技术十分适合这些类型的应用，因为该技术可以轻易的实现分布式的采集，并且能够提供管理大型系统所需的足够数据。

　　这里我们举个例子，无线测量系统可以为电网建立一个分布式监测解决方案，用于测量能耗、检测故障和评估信号完整性。无线技术还适用于可再生能源领域，例如监测分布式太阳能或风场的能源输入、输出和环境状况。无线技术还可以用于住宅、商用和工业建筑，用于准确监测能源消耗，并将数据提供给公用事业企业或终端用户，以便降低能源使用量。

　　建筑监测

　　家庭和建筑自动化是十分适合无线技术的成长型行业。建筑自动化系统用于在建筑内提供关于室内环境状态、保护资产、降低辐射以及控制HVAC设备或其他系统的信息。许多建筑自动化集成商需要能够方便安装在现有建筑中的解决方案以减少价格昂贵的基础设施变更的需要，这使得无线技术相比有线技术而言更有吸引力。在新的建筑中，无线测量和监测解决方案可以帮助用户获得LEED认证。

机器状态监测

　　在科技发展迅速的当今，市场竞争越来越激烈，设备的可靠性、连续运行时间和运行成本都会大大影响其竞争地位。为了优化机器的预测性维护从而优化机器的可靠性和可用性，监测诸如机械、振动和能源因素等健康指标是广为采用的方法。使用无线振动和能源监测设备，可靠性工程师能够解决过去一直难以解决的成本问题。无线测量还适用于大面积或包含移动部件的机器监测应用。使机器的利用率有效提高，机器也可以得到有效保护。

　　结构健康监测

　　工程师和科学家正在使用最新的传感与测量技术，在全世界建立更智能、更安全的民用设施。无线技术通过允许工程师测量过去难以测量或无法测量的对象，从而扩展了测量技术。通过结合模块化、商业现成可用的无线硬件和灵活的NI LabVIEW图形化编程软件，工程师能够更加简单、安全的进行无线测量，提高世界上建筑的结构安全性。

　　在桥梁监测应用中，部署无线系统，可以剔除电缆安装成本，让研究员可以在不同桥梁之间重用硬件，从而降低了纳税人用于桥梁测量的总硬件成本。摒弃电缆的无线解决方案还解决了电缆被故意切断等破坏行为带来的问题。

　　分布式温度监测

　　分布式温度监测是跨越多个领域的应用。食品和饮料供应商必须在整个冷链中，将易变质食品保存在一定温度中。药店、医院和其他医疗相关设施必须监测和控制血液、药品和设备的温度。零售商店和超市必须在运输过程、仓库和货架上正确的储藏易变质食品。原料制造商还需要调节制造设施的温度。NI无线系统提供了高精度温度测量，并且可以与例如DIAdem等强大的数据管理软件结合，按照执法机构的要求记录这些产品的温度。

　　运输

　　人口的不断激增让人们对停车和运输的监测和管理产生了更多兴趣。很多城市就出现了停车难的问题。要得出有效的结论并建立更有效的运输系统，您必须对现有系统进行数据采集和分析。无线测量和监测解决方案可以用于跟踪记录行人、车辆、火车和地铁的行为；NI软件可以用于对数据进行可视化表达和分析。此类监测系统通常覆盖较大的地理区域，通常位于室外，从而让无线技术成为极具吸引力的解决方案。

　　无线测量系统是将交通引导到开放式停车区域的理想方法。为了实现这个方法，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的工程师团队基于NI无线传感器网络（WSN）平台成功部署了停车场空位监测系统，用于监测停车场的车辆进出事件，通过无线方式将数据传送到NI CompactRIO基站进行信息处理，并将该信息传送到网络数据库。

　　工业监测

　　工业监测指监测并控制不同的机器设备、工厂或生产状态，并将数据记录到企业系统中的过程。生产行业激烈的竞争，促使人们不断提升设备速度，使得人们更加重视机器和自动化效率以及性能和质量控制。通过为系统添加新的测量手段，无线技术能够帮助您改进流程。使用集中式的、实时设备健康数据采集系统和电子邮件或SMS报警系统，无线监测系统能极大的提高机器设备持续工作时间及可靠性，助力仪器制造商赢得更多市场份额。

　　医疗

　　无线解决方案可以用于医院的财产或温度监测以及血库或医药公司的温度监测。除了这些建筑和温度监测应用外，无线技术还非常适用于病人监测或在威胁生命状况发生时，向医疗专业人员发出警报。无线系统还可以用于在家庭环境下或者在救护车中监测病人情况，并将重要信息发送给待命的医生。

　　总结

　　无线通信还拓展了数据采集与I/O的距离或范围，使其超越了布线方式下的实际性能。因此，大规模操作，如水处理和储罐区，广泛使用了无线技术。虽然无线联网硬件所需的初始投资或许会高于传统的有线网络的硬件，但是包括系统安装开销和运营成本在内的整个系统的成本通常会有显着的下降。

        面向测量应用的无线技术的主要技术还有着能够最小化或者避免电线和电缆的使用的优势。根据应用与环境的不同实际状况，物理布线可能会相当昂贵、不便，或者甚至无法实现。其应用范例包括平台的移动/旋转、移动应用（如车辆和起重机）和使布线工作复杂化的结构。