无线ZigBee在燃气行业的应用探究

史怀宇

摘要：ZigBee技术是一种短距离，低功率无线通信方法，具低耗电、低成本、低复杂度、快速、可靠、安全、支持大量网上节点的特点，可以支持各个领域的基本无线网络应用。本文讨论了ZigBee技术在天然气行业中的应用前景，首先介绍了ZigBee技术的概念和优势，进而分析了ZigBee技术在燃气行业应用的意义，主要在于提高自动化水平、提高调试效率以及降低项目成本。最后，从监测监控系统和自动控制系统两个方面对ZigBee技术在燃气行业的应用进行了探究。

关键词：ZigBee  燃气控制  无线网络

引言：

随着互联网技术的发展，也带动了无线网络技术的发展。ZigBee技术作为低功耗无线网络技术，因为它的低成本、低复杂性和低耗电等特点，正日益受到人们的青睐。目前，我国ZigBee技术已经应用到诸多行业，例如工业自动化、遥测与遥控、汽车自动化、传感器、油田、电力、无线数据采集与监控、矿山和物流管理等领域。本文主要结合燃气行业的具体应用对 ZigBee技术在燃气行业应用的意义进行探究，进而提出基于ZigBee的无线网络技术的应用前景。

1 ZigBee的相关概念

1.1 ZigBee简介

低功耗无线网络技术简称ZigBee技术，是基于IEEE802.15.4协议的网络技术，其最大特点是短距离、低功耗。传统无线通信技术包括红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi等技术。红外技术是利用红外光线来传递信息的一种通信方式，速率高但是要求进行无障碍的直线传输，且传输距离限制在10m以内。Bluetooth技术是在固定设备和移动设备之间建立无线接口。ZigBee介于无线标记和蓝牙之间，可用于在大量无线敏感节点之间进行通信，传递数据，所用参加通信的传感器节点会以接力的形式传递数据，通信效率很高。无线传输器具有高传输速率和高功耗的特点，工作频段与 ZigBee相同，均为24GHz。

1.2 ZigBee技术优势

ZigBee技术与红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi等技术相比具有以下优势：

（1）节能。ZigBee技术采用低速传输，且多数时间处于休眠模式。

（2）可靠。采用了随机接入等避免冲突的策略，可以自动组网，通过路由的方式传递信息。

（3）时延短。ZigBee唤醒休眠和通信时延都很短，从唤醒休眠的时延为15ms，搜索入网的时延为30ms。

（4）容量大。ZigBee网络扩展性强，可通过使用网络协调器互联，整个网络可容纳的节点数可达数万，十分可观。

（5）安全性高。为了保证傳输传息的可靠性，能够发现传输过程中因干扰等因素而产生的误码。并且为了保证数据不被窃听，通过AES-128支持鉴定和认证，使用加密算法。

2 ZigBee技术在燃气行业应用的意义

2.1 提高自动化水平

当前，我国的天然气输配站、调压站自动化水平偏低，许多较小的站点更是很少安装压力记录器来记录和分析数据。ZigBee技术可以运用在较小燃气场站、调压箱、控制仪表等处，构成无线控制网络，也可从这些设备上采集收集数据。若燃气场站现场有执行机构，也可通过ZigBee网络实现实时操作。将 ZigBee监测仪器安装到燃气流量计、气表及相关输配设施后，可以很容易地组成网络，可以整个住宅小区、工业园区、商业综合体的天然气设施设备进行统一监控管理，从而大大降低了人员费用。

2.2降低项目成本

随着原材料价格的上涨，有线仪表的线缆成本将会越来越高，而无线仪表的使用将会把线缆成本降低到零。可见，ZigBee代替有线通信可以有效降低项目成本，可逐步取代有线通信，成为燃气行业控制和监控的主流形式。若工程采用无线仪表，可节约设备成本，也可以节省前期工程设计费用，后期维护费用和人工费用。

3 基于ZigBee无线网络的应用探讨

3.1 监测监控系统

燃气场站、调压站需要严格的监测监控系统，ZigBee无线网络可以应用于场站、调压站的无线监控系统中。基于ZigBee无线网络的监测系统的硬件平台由路由器、协调器、无线传感器、监控器等组成，采用多层网络结构，通过无线网络与多种场站监控设备、压力传感器、流量传感器相连。通过无线终端设备，系统中心向系统中心发送所收集的各种监测数据，并通过网络向目标终端设备发送指令。

3.2 自动控制系统

基于ZigBee的无线网络技术可以在燃气自动控制领域中得到广泛应用。系统主要包括发送、接收、供电三大模块。发送器模块包括 ZigBee主芯片、协调器芯片、GPRS模块等，接收模块包括 RF、D/A转换、V/转换电路、A/D转换等模块。单片机模块与单片机接口通过转换器连接在一起，通过转换电路将接收的数据信号转换为标准电流信号。在功率模块的设计中要考虑电磁兼容性，降低回路电阻，提高其抗噪声能力。每一个模块都需要设计相应的软件程序来驱动设备完成相应的指令。

4 结语

总体而言，ZigBee作为低能耗无线网络，具有低功耗，低成本，短延迟，高容量，以及很高的安全性等优点。将ZigBee与燃气行业的监测监控系统、自动控制系统相结合，具有很好的应用前景，能够率先有效提升燃气行业的自动化水平和智能化水平，为燃气行业的安全性、稳定性提供帮助。但我们在乐观的同时，还要积极地探索，不断地改进和完善技术，以创造一个更加高效、安全的无线网络环境。

参考文献

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