工业无线控制与检测

315mHz也是我国的ISM频段。
红外线的特点 1、红外线是一种电磁波。它可以实现数据的无线传输。 2、自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度(273℃)就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断 地辐射红外线。利用这一特性，科学家研制了红外摄像 机、夜视仪等设备 3、红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设 备表面的红外辐射信号，从而获得设备的热状态特征， 并根据这种热状态及适当的判据，作出设备有无故障及 故障属性、出现位置和严重程度的诊断判别。 4. 红外成像设备只能反映物体表面的温度。
电磁波的产生 1. 2. 要产生电磁波，就要产生变化的电磁场，要产生变 化的电磁场，就要产生变化的电流； 大小和方向都随时间周期性变化，且变化很快的高 频交变电流，称为振荡电流，能产生振荡电流的电 路，称为振荡电路；
L
C
DC
f
1 2 LC
S b a
LC振荡电路
电磁波的发射 1.要有效发射电磁波，振荡电路必须满足两个条件： ⑴要有开放电路 ⑵振荡频率足够高
各种电磁波的特点和用途 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. γ 射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。 用于金 属探伤、治疗癌症的放疗 X射线：伦琴射线，穿透力强，拍X光，X射线能够穿透 物质，可以用于人体透视，检查金属零件内部的缺陷 紫外线：有着显著的化学效应和荧光效应。杀菌。 可见光：人眼可见的电磁波 红外：热效应强，红外发热，夜视仪、红外成像，红外 制导，太阳光的热量主要通过红外线传到地球。 微波：微波炉、微波通信，雷达（无线电定位技术）， 直线传播 无线电波：广播、通信
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再加上引导码要发送的波形就为:
（数据：低位在前，高位在后）
由红外遥控器调节的智能电动阀
微波的特点 1. 2. 微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高 频电磁波”。 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。 对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。 对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属 类东西，则会反射微波。 微波通信是二十世纪50年代的产物。由于其通信的容量 大而投资费用省（约占电缆投资的五分之一），建设速 度快，抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。
工业无线控制与检测
赵清湘
无线数据传输在工业控制上的应用 1、无线遥控； 2、无线联锁； 3、控制与检测数据以无线方式传输； ……
无线数据传输在工业物联网上的应用 工业物联网是将具有感知、监控能力的各类采集或 控制传感或控制器以及泛在网络技术、移动通信、智能 分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，使生产 过程数据监视更全面，匹配更好的控制措施，从而大幅 提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消 耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。
的操作码,待接收端接收到后根据其进行不同的操作.
操作反码: 为操作码的反码,目的是接收端接收到所有数 据之后,将其取反与操作码比较,不相等则表示在传输过程中 编码发生子变 化,视为此次接收的数据无效,可提高接收数据 的准确性.
假如要发送一个数据 C8H 其客户码1为 AAH,客户码2为 55H 那么转换成的二进制数为
红外遥控接收器的基本组成
遥控接收器的基本组成
红外线遥控接收器的作用是将接收到的红外线遥控信号，经
过放大、解调和整形后输出功能指令信号，送至微处理器进 行识别和处理。
红外线信号传输协议 常用的红外线信号传输协议有 ITT 协议、 NEC 协议、 Nokia NRC 协议、 Sharp 协议、 Philips RC－5 协议、Philips RC－6协议，Philips RECS－ 80协议，以及 Sony SIRC 协议等。
调制
方法一：调幅 AM
调制 方法二：调频 FM
数字调制

无线传感器网络物理层
ASK （ Amplitude Shift Keying 幅 移 键 控 ） ， 结 构 简单易于实现，对带宽的要 求小，缺点是抗干扰能力差 FSK （ Frequency Shift Keying 频 移 键 控 ) 相 比 于 ASK需要更大的带宽 PSK (Phase Shift Keying 相移键控) 更复杂，但是具 有较好的抗干扰能力 它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率 和相位来传递数字基带信号
ISM频段
ISM(Industrial Scientific Medical) Band，此频段主要是开放 给工业，科学、医学，三个主要机构使用，该频段是依据美国联邦 通讯委员会(FCC)所定义出来，属于Free License，并没有所谓使 用授权的限制。 ISM频段在各国的规定并不统一。如在美国有三个频段902-928 MHz, 2400-2483.5 MHz und 5725-5850 MHz，而在欧洲900MHz 的频段则有部份用于GSM通信。 2.4GHz为各国共同的ISM频段。因此无线局域网，蓝牙， ZigBee等无线网络，均可工作在2.4GHz频段上。
电磁波的接收与处理
1）电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相 同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振， 相当于机械振动中的共振。 2）使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电 路叫做调谐电路。 3）检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做 检波，它是调制的逆过程，因此也叫解调。


一种AM调制器 话筒相当于一个声控滑 动变阻器，将声音信号加载 到载波信号上，话筒就是调 制器。 为了使开放电路中产生 振荡电流，常用如图所示的 方法，使振荡器的线圈L2靠 近开放振荡电路的线圈L1 。 当振荡器中产生高频振荡电 流时，由于互感作用，就可 以在开放振荡电路中产生相 同频率的振荡电流，这种方 法叫做感应耦合。
红外与蓝牙的对比 1．距离 红外：对准、直接、0-10米，单对单 蓝牙：10米左右，加强信号后最高可达100米，可以绕 弯，可以不对准，可以不在同一间房间，链接最大数目 可达7个，同时区分硬件。 2. 速度 红外：慢 蓝牙：快 3. 成本 蓝牙稍贵 结论：随着科学的进步，红外数传已经逐渐在退出市场， 逐渐被USB连线和蓝牙所取代。但在家电遥控方面，红外还 有着无可替代的作用。
结论一. 变化的电场在周围空间（激发）产生磁场。这 个磁场实质是由运动电荷产生的。
麦克斯韦电磁场理论 法拉第电磁感应实验
结论二：变化的磁场在周围空间（激发）产生电场
麦克斯韦电磁场理论 麦克斯韦电磁场理论两大要点： 【要点1 】变化的磁场在周围空间（激发）产生电场； 【要点2 】变化的电场在周围空间（激发）产生磁场。
红外无线传输
红外数据协会(IRDA)将红外数据通讯所采用的光波波 长的范围限定在850nm至900nm之内。由于红外线的波长 较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短 距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。红外 无线控制不受电磁波干扰，可靠性高。
用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件(红 外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池) 的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光 波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获 得较高的传输效率及较高的可靠性。
3.
微波通信 1. 微波通讯国家通信网的一种重要通信手段。利用微波进 行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，普遍 适用于各种专用通信网。如电话、电报、数据、传真以 及彩色电视等均可通过微波电路传输。 利用微波在星体（包括人造卫星、宇宙飞船等航天器） 之间进行的通信。它包括地球站与航天器、航天器与航 天器之间的通信、以及地球站之间通过卫星间转发的卫 星通信。
麦克斯韦电磁场理论 按照这样的思路，1888年，德国科学家赫兹经过20年 的潜心研究，终于在实验室发现了电磁波的存在。从此， 人类进入无线电通信时代。 1893年，特斯拉展示了他的无线通信技术；1898年， 特斯拉制造了第一艘无线电遥控船，成为无线电的发明者； 1901年，马可尼成功的实现了跨大西洋无线电通信。
变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分 离的统一的场，这就是电磁场．
麦克斯韦电磁场理论 如果在空间某处发生了非均匀变化的电场，就会在空 间引起变化的磁场，非均匀变化的磁场产生变化的电 场……这样，变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域， 而是由近及远向周围空间传播开去。这种在空间传播的交
变电磁场，就是电磁波。
红外接收头
红外一体化接收头：其内部含有高频的滤波电路，专门 用来滤除红外线合成信号的载波信号（38KH），并送出接收 到的信号。当红外线合成信号进入红外接收头，在其输出端 便可以得到原先红外发射器发出的数字编码。
红外遥控器（IR）的基本组成 遥控器的基本组成如图所示。它主要由形成遥控信号 的微处理器芯片、晶体振荡器、放大晶体管、红外发光二 极管以及键盘矩阵组成。
2.
3. 在同一微波电路上不能使用相同 频率于同一方向，因此微波电路必 须在无线电管理部门的严格管理之 下进行建设。
微波中继通信示意图
由于微波的频率极高，波长又很短，共在空中的传 播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反 射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超 过视距以后需要中继转发。每隔50公里左右，就需要设 置中继站，将电波放大转发而延伸。
4.
红外遥控系统的组成
常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。 应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如下图所示。 发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部 分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
红外线遥控系统结构图
红外发光管
1、红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓 （GaAlAs） 等材料； 2、采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。 3、它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通 发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线 而不是可见光。