将无线测量集成到有线数据采集系统
目录
- 无线测量系统
- 混和测量系统与无线技术
- 有线系统和无线系统的共存
- 相关资源
无线技术提供了广阔的可能性和很多好处利益——能够降低布线成本；对过去由于物理位置无法测量的信号进行测量；分布式测量；智能自愈网络。无线对未来测试系统的功能起着重要的影响。具体而言是什么影响以及将如何影响呢？无线系统会替代有线系统吗？现存的投资在未来的系统中还可以使用吗？在选择无线数据采集设备之前，需要做哪些重要的决定呢？在什么情况下，不应该将无线作为一种可能的解决方案？
还有许太多问题需要回答，好在在现存的有测量系统要面临技术淘汰的风险之前，仍然有时间考虑各种可能性。本文帮助回答了其中一部分问题，它对多种无线测量系统的高层次设计决策进行了考量，并且分析了如何为在现有存有线系统中集成增加无线技术。
无线测量系统
尽管在测试、测量与控制应用中采用的无线技术远远少于在消费电子中无线技术的应用，其中的益处却一点也不少。但是，将有线系统替换为无线系统却不是仅仅将电线拔掉、布置到一个无线网络中那么简单。通过几十年的使用、经验和技术创新，工程师们开始期望得到一些测量系统的功能，而这些功能无线系统无法有效提供。在我们所讨论的众多无线系统中普遍存在的两个重要的不确定性，即安全性和可靠性。为了解决这个问题，无线标准组织（通常由领先硅芯片制造商领导）不断在新的无线标准协议中加强安全性和无线可靠性，从而使得数据采集供应商可以利用这些安全性和可靠性方面的改进，使用与之相兼容的射频与软件体系结构。
简单、安全的无线数据采集设备
观看无线数据采集设备指南
此外，与现有的有线系统相比，目前无线测量系统还有很多要求正在努力实现，其中包括数据带宽和延迟、同步、I/O选择以及在多厂商系统中的集成。
带宽和延迟
基于PC的测量系统通常受到所用的物理通信总线对带宽和延迟规范的限制。带宽等价于在固定时间内，能够通过总线传输的数据量。延迟确定了数据从起始位置发送到目的位置的速度。在将无线与其他当今数据采集应用中广泛使用的总线(例如PCI Express、PXI、USB 2.0)的带宽和延迟进行比较的时候，就好像跳入了一个时间机器，倒退了25年或更多。
在无线测量产品中使用最多的两个流行无线网络协议包括IEEE 802.11和IEEE 802.15.4。IEEE 802.11又称为Wi-Fi，它是家庭和办公室网络的流行协议。IEEE 802.15.4是ZigBee基于的网络协议，在小功率分布式网络中比较流行。这两个总线的理论带宽与1980年代的ISA总线性能是相近的，甚至更差。与第一代x1(乘一)PCI Express链路相比，802.11n(最先进的无线总线)和802.15.4的性能分别小了10倍和1000倍。
无线网络的自身限制意味着无线网络无法在所有情形下替代有线系统。高速高通道数的动态测量会继续得益于物理连接到PC的高带宽总线。其他对总线带宽要求不高的低速(动态)或低通道数的动态测量与传感器测量则可以利用新型的无线技术。
同步
大多数测量系统都有一个很重要的衡量标准，就是多通道之间、多设备之间以及多系统之间的同步测量。同步可以通过多种方式实现，但通常需要通过一条物理电缆共享时钟或触发信号，或是通过基于时间的方法，将多个本地时基同步的振荡器同步到一个共同的时间点上，并且以相近的频率进行工作。这些同步手段有各自的优点和缺点。基于信号的同步能够确保在不同通道、不同设备以及不同系统(可达到纳秒或皮秒级的精度)之间更加精确、更加严格的同步，但是限制了在同步系统之间相隔的距离(最大距离为100米或更短)。对于基于时间的同步，可以在更长的距离之间同步系统(如果使用GPS就不存在距离限制)，但是可达到的精度也会降低(通常是毫秒级)。
对于定时和触发，许多现代的无线测量系统与其他系统独立工作，无法使用基于信号或基于时间信号共享的同步。为了测量采集数据的多个通道以及信号相位关系对于得到精确结果相关的信号时，同步是至关重要的。许多目前使用的这类有线测量系统使用了十分精确的基于时间的锁相环(PLL)电路以及阻抗匹配信号通道。基于单独的原理，为了满足最严格的同步要求，需要使用有线系统。然而，有线网络和无线网络之间需要达到平衡，以便受益于新标准以及其他研究成果，如IEEE 1588和GPS技术。
I/O选择和电源可用性
正如无线技术十分吸引人一样，在测试、测量以及控制行业中，无线技术仍然十分年轻。这就限制了可以使用设备的数量和功能。对于成百上千的传感器来说，它们都需要特殊的信号调理，以便提供精确的测量。在过去的20多年中