设备状态监测无线通信技术应用

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摘要：无线通信技术在当今的发展十分迅速，且在各行各业中都得到了广泛应用。将无线通信技术应用到设备状态的监测中，可全面革新现代设备状态监控工作模式，使其朝着更高的层次发展。基于此，文章对设备状态监测中的无线通信技术进行研究，首先分析了设备状态监测的主要原理，然后对红外技术、蓝牙技术、WIFI技术、超宽带技术以及ZigBee技术进行比较，通过比较发现，ZIgBee技术在设备状态监控中最为适用。最后着重对ZIgBee技术在设备状态监测中的应用进行分析。希望通过本次的分析，可以为无线通信技术在设备状态监测中的合理应用以及设备状态监测质量的提升有所帮助。

关键词：无线通信技术；设备状态监测；ZIgBee技术

引言

随着近年来我国工业化进程的不断加快，各种工业设备的运行状态也开始受到人们越来越多的关注。众所周知，在工业生产中，只有保障设备的正常运行，才可以满足实际的生产需求，保障产品生产效率和生产质量。在进行设备运行状态监测的过程中，通信技术是一项必不可少的技术。就当今的设备状态监测来看，传统的通信技术已经无法满足实际的监测需求。这就需要对当今先进的无线通信技术加以合理应用，以此来实现对设备运行状态的有效监测，及时发现潜在问题，使问题被解决在萌芽阶段。

1设备状态监测的原理分析

设备状态监测主要是通过相应的手段来进行设备运行数据的整理、分析，以此来做出设备运行状态的判断。具体的监测中，不仅应该对设备自身的特征进行充分分析，也应该通过监测对其发展趋势进行判断，以此来预测设备可能会出现的问题，并采取相应的措施进行维护。这种维护可以让设备保持在一个良好的工作状态中，避免由于自身问题或外部影响而导致设备运行停止情况。同时，合理的设备状态监测也可以帮助工作人员对设备的实时动态做到全面掌握，并通过合理化的措施来应对设备的异常情况，缩短维系时间，减少人力消耗。状态监控的系统十分复杂，但是其基本构成可按照四部分进行划分，一是传感器，二是数据捕获，三是检测元件，四是诊断元件。传感器可实现信息到电信号的转化；数据捕获可实现信息技术与微处理器之间的科学结合，并放大处理传感器中的信息；检测元件可正确判断出设备故障；诊断元件可对设备异常做出进一步的检测，并为工作人员提供出相应的维修指示和维修建议，有着计算快、成本低等的特点。

2几种典型的无线通信技术对比分析

在当今的设备状态监测中，可供选择的无线通信技术有很多，但是就目前来看，使用最广泛的几种典型无线通信技术分别是红外技术、蓝牙技术、WIFI技术、超宽带技术和ZIg-Bee技术。以下是对这几种典型无线通信技术所进行的对比分析。

2.1红外技术

红外技术在短距离的设备状态监测中十分常用，该技术的原理是通过红外线来进行数据的点对点传输，其传输距离为2m以内，最快传输速度可以达到16Ml/s。该技术有着体积小、成本低、保密性强和连接方便等的优势。但是该技术仅仅为一种视距传输技术，其信号的接收和发射都有方向性，且发射角度比较小，抗干扰能力不够强，一旦在传输过程中遇到障碍物，通信就很容易中断，其网络构成也不够灵活。因此，该技术可用来进行比较简单的无线数据传输，在设备状态监测中并不是十分适用。

2.2蓝牙技术

蓝牙技术属于一种近距离的无线连接技术，它有着比较高的宽带，能够实现全方位的数据传送。其主要的工作参数如下：但是因为蓝牙技术的传输距离比较短，抗干扰能力比较弱，且芯片的价格比较昂贵，与设备状态在线监测的低成本需求并不符合，所以该技术在设备状态监测中也并不是十分适用。

2.3WIFI技术

该技术有着比较广的覆盖范围，其通信距离可以达到300m以上，且数据传输速度较快。其最大的优势是兼容性，只要将无线网安装在终端，就可以进行网络资源的访问，可有效避免繁琐的布线。该技术在设备状态的远程监测领域比较适用，但是由于其信息传输量比较小，宽带比较低，技术标准比较复杂，且需要比较高的成本，所以该技术在设备状态监测领域中的应用也受到了一定程度的阻碍。

2.4超宽带技术

该技术属于一种无载波通信技术，主要借助于纳秒甚至是微秒级别的非正弦窄脉冲来实现数据传输，所以该技术有着很宽的频谱，其通信距离可达到10m以上，传输速度可达到100Mb/s。该技术的优点是功率低，宽带高。复杂程度低。但是在设备状态监测领域的应用中，该技术的安全问题、抗干扰问题等都有待进一步解决。

2.5ZigBee技术

ZigBee技术是目前无线通信技术中发展最迅速的一种技术，该技术主要工作在

2.4GHz

免费频段中，其优势是自组织、复杂程度比较低、功耗比较低、成本比较低、可靠性和安全性比较高、监测点多，网络容量大。以下是ZigBee技术的具体工作参数：通过以上的分析可以发现，这五种典型的无线通信技术都有着各自的特点和优势，而它们的特点差异也就是其应用的领域有所不同，具体情况如下表所示：通过以上的对比可以看出，在设备状态监测中，WIFI技术和ZigBee技术是两种比较适用的无线通信技术。但是WIFI技术在无线局域网领域中更加适用，而将其应用到设备状态监测领域便显得有些大材小用。因此，在设备状态监测领域中，将以ZigBee技术为基础的无线传感器网络加以合理应用，凭借着其功耗低、成本低、组网灵活、系统简单而可靠等的优势，可全面满足当今设备状态远程无线监测的实际需求。同时，因为ZIgBee技术有着众多的节点数量，在具体的设备状态监测工作中，每一个节点都将会通过周期性的方式来进行频率采样，并将采集到的设备振动数据向监测计算机实时传递，以此来满足对设备运行状态的分析与处理要求。由此可见，相比较其他无线通信技术而言，ZigBee技术在设备状态监测中更加适用，将该技术应用到设备状态监测领域中，不仅能准确采集设备的实时运行数据，也可以实现设备状态的远程监控。

3ZIgBee技术在设备状态监测中的具体应用分析

3.1ZigBee技术的协议构架

一套完整的ZigBee技术协议主要的组成部分包括网络层、数据链路层、物理层和应用层，具体协议架构图如下：如图1所示，IEEE802.15.4协议主要负责的是数据链路层和物理层。物理层帧结构的组成部分主要有三个，一是物理层载荷，二是物理层帧头，三四同步包头。物理层对MAC子层和物理信道之间接口进行了定义，并为其提供数据和管理服务，它主要负责的是无线收发节点的启动与关闭，可进行信道选择，也可将信道评估清除，且能够发送与接受数据包。在该协议架构中，数据链路层被划分为两个子层，其一是MAC（媒体接入控制层）；其二是LLC（逻辑链路控制层）。前者可以接入所有的物理层无线通信，它主要负责的是PAN链路监理与断开；同时，该子层也可以对信道接入进行控制、确认模式的帧传送、校验与接收，也可以预留广播信息以及时隙管理等。网络层应基于MAC层建立，并通过ZigBee联盟来进行制定，其主要的功能是实现必要函数的提供，以此来保障MAC层的正常运行，并将适合的服务接口提供给应用层，这样就可以实现拓扑结构的科学建立，以此来实现设备寻址以及路由传送功能。网络层的服务实体主要有两个，其一是NLDE（数据服务），其二是NLME（管理服务），其帧结构的主要组成部分也有两个，其一是网络层有效荷载，其二是网络层帧头。应用层可以给实际应用进行相应框架模型的提供，它主要负责在ZigBee网络中映射不同的应用，以此来实现发现设备和鉴权设备等的功能。应用层主要的应用对象包括用户定义的应用对象、APS（应用支持子层）和ZDO（ZIgBee技术设备对象）。

3.2基于ZIgBee技术的设备状态监测系统

在设备状态监测中，可将ZigBee技术作为基础来进行设备状态监测无线传感网络的建设，以此来实现对设备振动参数的监测和采集，并对设备的实际运行状况作出诊断。在该系统中，传感节点可以对设备的振动数据进行采集和简单处理，以此来形成一个特征值，并对当前的一组波形数据进行储存，然后将这组信号和这个特征值进行比较，若发现异常，传感器节点会将与该特征值所对应的振动信号传送给收发器节点，让设备故障得到在线诊断。借助于收发器节点，可实现传感器网络和Internet等各种外部网络之间的连接，让通信协议在两种协议栈之间进行转换，然后将收集到的数据向外部网络转发，这样就可以让维修人员及时获悉设备的故障情况，进而及时采取合理措施来进行故障处理。

4结语

综上所述，在当今的设备状态监测中，无线通信技术发挥着至关重要的作用。通过无线通信技术，可实现设备运行状态的无线监测，及时发现设备故障，缩短维修时间，保障设备的安全稳定运行。因此，在当今的设备状态监测中，应加大力度进行无线通信技术的应用研究，使其发挥出更加充分的作用与优势，进一步提升设备状态的远程无线监测质量。

参考文献：

[1]曾昱.关于设备状态监测中无线通信技术的应用研究[J].通讯世界,2017(15):52-53.

[2]季卫松.设备状态监测中的应用无线通信技术的探讨[J].电子制作,2016(16):82.

[3]王鹤.无线通信技术在设备状态监测中的研究与应用[J].现代电子技术,2012,35(17):16-18.

作者：李启蒙 单位：陕西国防工业职业技术学院