در این مقاله می‌خواهیم به نحوه ایجاد ارتباط بی‌سیم بین تجهیزات صنعتی بپردازیم و چگونگی انجام آن را شرح دهیم.
از 30 سال گذشته تا به امروز ارتباط بی سیم در کاربردهای صنعتی مختلف استفاده شده است. از جمله برخی از کاربرد های اولیه آنها کنترل بی سیم وسایل نقلیه هدایت شده خودکار و جرثقیل های انبار بود است. بسیاری از انواع فناوری های ارتباطات بی سیم به طور تدریجی در کاربری های اتوماسیون صنعتی، با یکپارچه کننده های سیستم مانند PLC ها در سازمان های دولتی و شرکت های صنعتی باعث بهبود و گسترش در این زمینه های کاری شده اند. و طی 10 سال گذشته، فناوری های ارتباطی موج های رادیویی به صورت استاندارتری درآمده اند مانند شبکه بی سیم LAN و فناوری بلوتوث که در آن به فناوری های پیشرو در کاربردهای اتوماسیون صنعتی تبدیل شده اند.
مزایا و ویژگی های ارتباط بی‌سیم
یکی از ویژگی های شاخص و قابل ذکر در شبکه های بی سیم، قابلیت آسان سازی انتقال داده ها به مناطقی که نیاز به اجرای زیرساخت ها و کابل کشی هزینه بر دارند است. علاوه بر انعطاف پذیری مکانی، فناوری های بی سیم ارتباطات لحظه ای را برای کاربردهای ارتباطی مانند SCADA و RTU ایجاد میکنند. همچنین پهنای باند بالا انتقال داده های ویدئویی را که برای امنیت از راه دور استفاده می شود (پایش کارخانه و صنایع توسط دوربین های مداربسته) را ارائه می دهند و در کل هزینه اجرایی پایین تری دارند.
نقش الکترومغناطیس در ارتباطات بی‌سیم
برای شرح بهتر نقش الکترومغناطیس در ارتباطات از راه دور ابتدا با یک سوال بحث را آغاز می‌کنیم.
آیا تا به حال فکر کرده اید که چگونه اطلاعاتی مانند پیام های متنی، تصاویر، فیلم ها و صدا بین تلفن های همراه، رایانه ها، لپ تاپ ها و دوربین ها جابجا میشوند؟
تمام موارد بالا زمانی محقق میشود که ما در مورد نیروی نامرئی که تمام کارهای ذکر شده را انجام میدهد به نام الکترومغناطیس بدانیم. الکترومغناطیس در حقیقت ایجاد یک میدان مغناطیسی از حرکت ذرات باردار الکتریکی یا تعامل و اینترکشن بین برق و مغناطیس است. مانند هنگامی که تغییر در یک میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی ایجاد می کند یا به طور معکوس زمانی که یک میدان مغناطیسی متغیر یک میدان الکتریکی ایجاد می کند.
ارتباط بی‌سیم صنعتی
انتقالات بی‌سیم
الکترومغناطیس در انتقالات بی‌سیم نقش انتقال دهنده امواج رادیویی هنگام ایجاد جریان متناوب الکتریکی و انتشار سیگنال از طریق سیم ها به داخل آنتن فرستنده ها را دارد که به نوبه خود باعث ایجاد ارتعاش در الکترونها و تولید امواج رادیویی می شود.
اساساً، آنتن جریان متناوب الکتریکی را به عنوان یک موج الکترومغناطیسی به سمت گیرنده ها تابش رادیویی میکند و دقیقا اینجاست که انتقال بی سیم آغاز میگردد. سپس امواج رادیویی جدا شده از فرستنده با سرعت نور از طریق هوا عبور می کنند و هنگامی که این امواج به آنتن گیرنده می رسند، باعث ایجاد لرزشی در الکترون ها می شوند و همان شکل موج تولید شده توسط آنتن فرستنده را اینبار در گیرنده تولید می کنند.
در شکل زیر بخش 1 جریان برق به آنتن فرستنده می رود و با ایجاد ارتعاش الکترونها به سمت بالا و پایین، باعث بوجود آمدن امواج رادیویی می شود. امواج رادیویی در بخش (2) از طریق هوا با سرعت نور شروع به حرکت می کنند و هنگامی که امواج در بخش (3) به آنتن گیرنده می رسند، الکترون ها را در داخل آن مرتعش می کنند و این، به نوبه خود، یک جریان الکتریکی مشابه جریان اصلی را دوباره ایجاد می کند میتواند صدا یا داده ارسالی مورد نظر ما باشد.
ارتباط بی‌سیم صنعتی
طیف و فرکانس
فرکانس (یا شکل موج متناوب) براساس سرعت خروجی سیگنال از فرستنده تغییر می کند و همین باعث ایجاد امواج با فرکانس های مختلف میگردد. از فرکانسهای مختلف می توان برای اهداف مختلف استفاده کرد. همینطور بهتر است بدانیم که به گستره وسیعی از فرکانسهای مختلف طیف نامیده میشود که خود به بخش هایی با استفاده خاص یا باندها تقسیم میشوند.
در حقیقت فرکانس تعداد موج الکترومغناطیسی است که در هر ثانیه از یک نقطه مرجع عبور می کنند و با شمارش قله های هر موج که در واحد هرتز اندازه گیری می شود (یا سیکل در ثانیه) اندازه گیری می شود.
طول موج
طول موج به فاصله بین دو قله پی در پی در یک موج اطلاق شده و اندازه گیری می شود. از این فاصله به عنوان یک سیکل نیز یاد میگردد. جالب است بدانید طول موج ها می توانند کوچکتر از اندازه اتم و طولانی تر از قطر زمین باشند!
ارتباط بی‌سیم صنعتی
امواج رادیویی
در مجموعه باندهای امواج الکترومغناطیسی با فرکانسهای مختلف، امواج رادیویی بیشترین طول موج و کمترین فرکانس را دارند. این ویژگی به آنها این امکان را می دهد تا بالاترین میزان پخش را داشته باشند. طیف مختلف باندها به امواج رادیویی FM و AM، سیگنالهای تلفن همراه، سیگنالهای Wi-Fi و موارد دیگر اجازه می دهد تا فضای مشابهی را تقسیم کنند زیرا در محدوده های فرکانس خاصی قرار گرفته اند.
معرفی فرکانس های ELF ،VHF و UHF
معرفی برخی از باندهای فرکانسی خاص:
- ELF یا فرکانس بسیار کم با فرکانس 3-30 هرتز و طول موج 105-104 کیلومتر.
- VHF یا فرکانس بسیار بالا با فرکانس 30-300 مگاهرتز و طول موج 10-11 متر.
- فرکانس بالا UHF یا Ultra با فرکانس 300 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز و طول موج 1 متر تا 10 سانتی متر.
میرایی سیگنال
سیگنال مغناطیسی پس از انتقال و خارج شدن از فرستنده مستقیماً به گیرنده نمی رود بلکه از چند جهت تابش میشود. امواج رادیویی می توانند با برخورد به اشیاء و ساختمان های بر سر راه خود منعکس شوند، آنها می توانند خم شوند با برخورد به اشیاء کوچک پخش گردند ولی همچنان می توانند به گیرنده برسند. در بین زمان ارسال امواج از فرستنده تا گیرنده، آن ها از مسیرهای مختلفی انتشار میابند و همین باعث تاخیر، میرایی و تضعیف امواج میگردد. آنتن گیرنده تمام امواج را به عنوان یک سیگنال ترکیبی ضبط می کند.
همچنین گفتنی است، زمانی که موج بیش از یک مسیر را طی می کند تا به مقصد برسد کانال چند راهی نامیده می شود.
ارتباط بی‌سیم صنعتی
رمزگذاری و رمزگشایی سیگنال
سیگنال ترکیبی یاد شده در بخش قبل، پس از رسیدن به گیرنده مخدوش و مخلوط شده اند و باید توسط گیرنده رمزگشایی شود تا داده های تولید شده خوانده شود. این امر به راحتی محقق نمی شود زیرا سیگنال دریافتی شامل بسیاری از ناهنجاریهای ناخواسته است. بنابراین، برای سهولت کار گیرنده، داده ها را از برخی مراحل میگذرانیم. قبل از ارسال هرگونه داده، اجزای انتقال دهنده رمزگذاری را انجام می دهند. عملیات رمزگذاری بیت های دیگری را به پیام اضافه می کند که باعث می شود بازیابی اطلاعات در گیرنده بسیار ساده تر شود.
پس از رمزگذاری داده های دیجیتالی نشانه گذاری شده با نماد های مختلف، آنها را با تغییر در دامنه شان به پیکربندی خاصی در می آورند و سپس به آنتن فرستنده ارسال میکنند.