试论力学计量中短距离无线通信系统的运用
摘 要：随着力学计量的发展，开始应用现代无线通信技术，由此使传统测量作业方式被改变，同时，现代无线通信技术设备成本较低，可在通信设备内部嵌入，在实践中广受认可。基于此，本文着重分析了短距离无线通信系统在力学计量中的应用，旨在为实际力学计量工作的开展提供参考。
关键词：力学计量 短距离无线通信系统 运用
一、引言
现代企业发展中，不断的提升其自动化程度，为将工作中的舒适程度及安全性提升，力学计量设备如具有较大的噪音，且需长时间工作，通常会分离测力单元和人机交互界面，而分离时采用的方式为传感器与传感线，但如果使用过长的传输线，会导致多种问题存在于使用过程中。力学计量中引入现代无线通信技术后，传感线可利用短距离无线通信系统代替，不仅可避免原有的问题，而且计量设备整体工作效率及工作人员的安全性均得到明显提升。
二、力学计量概述
在计量学中，最早开展的一个领域即为力学计量。力学计量以牛顿力学作为理论基础，经过数十年的发展，力学计量体系已经较为完善，近年来，随着力学计量领域中开始广泛的应用计算机技术、智能化技术、光电技术等新型科学技术，已经取得飞跃性的发展。
力学计量主要由5个参数计量组成：第一，振动计量，描述振动时，采用的物理量包含加速度、位移、频率等，现代工程中，计量结果直接决定了振动测试数据的准确性，振动计量中，绝对法校准具有最高的准确度，即对振动传感器灵敏度确定时，采用测量物理量基本的及导出的单位；第二，力值计量，目前，净重式、杠杆式、叠加式及液压式为主要的力值标准装置结构形式，随着检定规定的制定，力值量传体系逐渐完善，校准力传感器时，阶跃力法、正弦力法是两种主要的动态校准方法，前者采用液压力源进行，后者采用振动台进行，二者的校准结果均比较好；第三，流量计量，是指准确测量流量，目的在于保障具有准确一致的流量量值，以被测量流体为依据，流量计量可细分为多种，如水流量计量、油流量计量，尽管无法互换测量介质，但基本具有相同的计量方法；第四，压力计量，工程技术测量中，压力与压强是相同的概念，因而压力计量即为压强计量，压力计量主要内容为检定、校准压力传感器、数字压力表、工作及压力表等，并校准与检测高准确度的数字压力计等，压力计量检定中，既需要进行动态检定，又需要进行静态检定，前者多以活塞式压力计作为基准器与标准器；第五，质量计量，力学计量中，质量属于唯一的基本单位，国际单位以kg表示质量，与“国际千克原器”的质量相等。
三、短距离无线通信系统介绍
短距离无线通信是指信息传输利用电磁波进行，且仅有几十米范围的传输距离。短距离无线通信系统具有三方面的特点：第一，通信距离短，通常为10～200m的覆盖距离；第二，发射功率低，不超过100mW；第三，应用范围广，能够与各种个人便携式电子设备、计算机外部设备、家用电器设备自由连接，不仅能够共享信息，还能实现多业务的无线传输。
按照传输数据速率，短距离无线通信技术可分为高速与低速两种类型，高速短距离无线通信技术最高数据速率在100Mb/s以上，通信距离在10m以内，高速超带宽技术（UWB）为此类型中的典型技术，在下一代便携式消费电器、通信设备连接中应用；低速短距离无线通信技术最低数据速率不足1Mb/s，通信距离不超过100m，蓝牙技术、低速UWB、紫蜂技术（Zigbee）为此类型中的典型技术，家庭、工厂、仓库的自动化控制、环境监视等为其主要应用领域。
四、短距离无线通信系统在力学计量中的应用
近年来，无线技术发展速度非常快，并广泛的应用到各个社会领域中，力学计量领域作为应用之处之一，在应用时，仅需稍稍改造传统仪表后，计量工作效率即可明显提升，本节以2000型标准负荷测量仪为例，分析了力学计量中短距离无线通信系统的具体应用。
1.软件结构。2000型标准负荷测量仪中，串行通讯接口以标准RS-232电平作为输出电平，采取连续数据输出方式，仪表工作参数设定，使其串口数据传输速率一致于无线通信发送模块，通常选择9.6kbps。
NRF9E5无线数据包中，由4部分组成，分别为前导码Peramble、地址碼ADDR、有效数据PAYLOAD、CRC校验，除有效数据PAYLOAD外，剩余三部分均依据模块寄存器配置，通过无线收发器自动完成。因此，本节仅需规定有效数据PAYLOAD的结构，如图1。
在每个数据帧中，字节包含10个，其中，起始字符为第1字节，经仪表测量后，显示出的数据为第2-7字节，仪表指示灯状态由第8字节反映，数据为正数或负数、小数点位置均由第9字节表示，结束标志为第10字节。
对于无线通信发送模块，初始化为主程序首先进行的工作，初始化对象包含8501CPU、NRF905模块、串行接口，程序循环开始之后，串口接受仪表发送信号与否的监测工作持续进行，如果相应数据受到之后，经过缓冲区，利用无线信号向外发送数据。接收模块中，程序化同样为主程序的第一项工作，完成之后，进入到接收等待状态中，对周围无线信号做出检测，同时，对发送模块是否发送数据包装做出判断，当数据包装判断为有时，收到的数据经过串口出入到便携式计算机中。数据发送至计算机出之后，根据帧结构定义，解读该数据，由此一来，计算机端能够还原仪表端显示的数据，实现无线化显示仪表数据的目的。
2.硬件结构。
2.1无线通信模板。即金属类线路模板，通过此模板，能够固定传感器与测量仪表信号传输过程中使用的路线，由此一来，传输信号时，稳定性能够得到足够的保障。基点选择为无线信号传输设备，测量仪器向数据接收端发送力学测量相关信息，此种方法既能实现相互分离传感器和计量仪器，同时，使传统方式中存在的问题得到良好的解决。
2.2芯片。芯片属于基础硬件，在无线通信系统中具有关键性的作用，短距离传输无线信号时，以无线信号能够传输于芯片及无线电子模板之间为基础，通过无线通信系统作用的发挥，实现有效的传递数据信息。传统线路传播方式被无线收发芯片取代后，不仅提升了设备外围的整洁程度，而且传输效率也明显的提高。无线收发芯片中，CC1010、nRF24E1、nRF9E5为能够兼容8501CPU的，这些芯片均在一块芯片上集成所有无线通信所需的设备，如调制/解调芯片，由此，外围器件较少应用情况下，无线通信即可高可靠性的实现。
2.3无线通信RF模块。目前，多数RF模块制作时均采用上述无线通信芯片。随着短距离无线通信系统在力学计量中应用的深入，其相关的应用技术发展速度也不断的增快，生产商生产芯片过程中，无线通信芯片RF模块一般以具体的计量设备进行，提升了其与计量设备的适应性。本文中，通信模块采用2个，核心为NRF9E5，此模块通信接口为RS-232，工作模式为半双工，使收发一体良好的实现。上述2个通信模块中，一个与2000型标准负荷测量仪串口相连接，另一个与便携式计算机串口相连接。
五、结语
力学计量是计量领域中的重要组成部分，包含振动计量、质量计量等多种参数计量，将短距离无线通信系统应用到力学计量中后，可以固定测量仪表信号传输线的长度，并在无线通信作用下，测量仪表直接向数据接收端发送数据，即实现了有效分离传感器与显示单元的目的，也使检测人员工作期间的安全性得到明显的提升，促进力学计量行业的良好发展。
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