隨著工廠(chǎng)企業(yè)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模不斷增加，動(dòng)輒幾千畝的生產(chǎn)廠(chǎng)區(qū)對(duì)于安全生產(chǎn)的全程人員管理提出更高要求，尤其是電力、煉油化工企業(yè)屬于高溫、高壓、易燃、易爆、有毒的危險(xiǎn)行業(yè)，加之具有生產(chǎn)裝置大型化、密集化、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)過(guò)程緊密耦合等特點(diǎn)，與其他工業(yè)部門(mén)相比具有更大的危險(xiǎn)性。
如何加強(qiáng)管控，及時(shí)定位工廠(chǎng)人員位置，降低危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率，一直是生產(chǎn)中的關(guān)鍵性問(wèn)題。工業(yè)級(jí)技術(shù)的定位精度要求更高，要區(qū)分人群中的個(gè)人等，與專(zhuān)用標(biāo)簽和傳感器配套使用。
本文主要來(lái)介紹zigbee工業(yè)級(jí)定位方案。
TOF測(cè)距功能：
ZM5168 模塊具有硬件Time-of-Flight(ToF)引擎，該引擎具有測(cè)量?jī)蓚€(gè)zigbee 節(jié)點(diǎn)間2.4GHz 信號(hào)傳輸時(shí)間的功能。通過(guò)測(cè)量節(jié)點(diǎn)間信號(hào)的傳輸時(shí)間，可推算出這兩個(gè)zigbee 節(jié)點(diǎn)的距離。在測(cè)量出zigbee 節(jié)點(diǎn)間的距離后可用于開(kāi)發(fā)zigbee 節(jié)點(diǎn)定位等應(yīng)用系統(tǒng)。
兩個(gè)zigbee 節(jié)點(diǎn)間執(zhí)行ToF 的運(yùn)行機(jī)制為：本地節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)ToF 報(bào)文給遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)對(duì)這個(gè)ToF 報(bào)文自動(dòng)回復(fù)一個(gè)應(yīng)答，如圖 所示。
ToF運(yùn)行機(jī)制
本地節(jié)點(diǎn)測(cè)量從發(fā)送ToF 報(bào)文到接收到應(yīng)答的時(shí)間，這個(gè)總的時(shí)間為。同時(shí)遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)會(huì)記錄回復(fù)ACK 所需要的時(shí)間。把總的時(shí)間減去遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)回復(fù)ACK 所耗費(fèi)的時(shí)間，就是信號(hào)在兩節(jié)點(diǎn)間來(lái)回總的時(shí)間。假設(shè)信號(hào)在兩節(jié)點(diǎn)間來(lái)回的時(shí)間相等，則兩節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)傳輸時(shí)間為來(lái)回總的時(shí)間的一半，如公式所示。
公式 1 ToF時(shí)間計(jì)算公式
因?yàn)?/span>ToF 測(cè)距是依靠測(cè)量本地和遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸時(shí)間的，他會(huì)受到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率誤差影響，為了減少這個(gè)影響，需要進(jìn)行反向測(cè)量，即由遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送ToF 報(bào)文，本地節(jié)點(diǎn)回復(fù)應(yīng)答，然后把正向測(cè)量和反向測(cè)量的結(jié)果求平均，就能消除這個(gè)頻率誤差影響。ZM5168 的ToF 測(cè)距命令提供正向和反向測(cè)距的功能。
測(cè)試示例：(CMD 為命令，RSP 為應(yīng)答)
CMD：DE DF EF E1 20 01 00 08 AA
RSP： DE DF EF E1 20 01 00 07 00 01 54 28 2D FB 2D E6 00 01 42 50 2D FF 2E FA 00 01 36 7E 2D F2 2D F9 00 01 36 9E 2D E7 2D EE 00 01 4D 6B 2D F4 2E EC 00 01 3E E4 2D F5 2E F3 00 01 44 E6 2D EC 2D EF 00
命令需要正向測(cè)距8 次，返回的應(yīng)答有7 次是測(cè)距成功，返回的測(cè)距數(shù)據(jù)如所示。
把測(cè)出的ToF 時(shí)間乘以0.03 得到兩節(jié)點(diǎn)的距離，單位是厘米。
表 1 示例測(cè)試數(shù)據(jù)
致遠(yuǎn)電子zigbee無(wú)線(xiàn)定位方案
zigbee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW左右，而且接納了休眠模式，功耗低，因此zigbee配置非常省電。另外一個(gè)星型布局的zigbee網(wǎng)絡(luò)在輪詢(xún)機(jī)制下，理論上節(jié)點(diǎn)容量高達(dá) 65535 個(gè)，而且網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活機(jī)動(dòng)。目前zigbee無(wú)線(xiàn)定位方案廣泛應(yīng)用于礦下人員定位、工廠(chǎng)人員定位以及隧道人員定位等應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。
ZM516x是ZLG致遠(yuǎn)電子基于NXP JN5168無(wú)線(xiàn)微控制器開(kāi)發(fā)的一系列低功耗、高性能zigbee模塊，并提供一個(gè)完整的基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ISM頻段的應(yīng)用集成方案。
同時(shí)ZLG致遠(yuǎn)電子研發(fā)生產(chǎn)了一款zigbee轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備——ZBNET-300C-U工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)zigbee網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)高速透?jìng)鳎瑹o(wú)需二次開(kāi)發(fā)即可快速將zigbee局域網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程zigbee控制和數(shù)據(jù)采集的目的。
