無線技術提供了廣闊的可能性和很多好處利益——能夠降低布線成本；對過去由于物理位置無法測量的信號進行測量；分布式測量；智能自愈網(wǎng)絡。無線對未來測試系統(tǒng)的功能起著重要的影響。具體而言是什么影響以及將如何影響呢？無線系統(tǒng)會替代有線系統(tǒng)嗎？現(xiàn)存的投資在未來的系統(tǒng)中還可以使用嗎？在選擇無線數(shù)據(jù)采集設備之前，需要做哪些重要的決定呢？在什么情況下，不應該將無線作為一種可能的解決方案？
還有許太多問題需要回答，好在在現(xiàn)存的有測量系統(tǒng)要面臨技術淘汰的風險之前，仍然有時間考慮各種可能性。本文幫助回答了其中一部分問題，它對多種無線測量系統(tǒng)的高層次設計決策進行了考量，并且分析了如何為在現(xiàn)有存有線系統(tǒng)中集成增加無線技術。

無線測量系統(tǒng)

盡管在測試、測量與控制應用中采用的無線技術遠遠少于在消費電子中無線技術的應用，其中的益處卻一點也不少。但是，將有線系統(tǒng)替換為無線系統(tǒng)卻不是僅僅將電線拔掉、布置到一個無線網(wǎng)絡中那么簡單。通過幾十年的使用、經(jīng)驗和技術創(chuàng)新，工程師們開始期望得到一些測量系統(tǒng)的功能，而這些功能無線系統(tǒng)無法有效提供。在我們所討論的眾多無線系統(tǒng)中普遍存在的兩個重要的不確定性，即安全性和可靠性。為了解決這個問題，無線標準組織（通常由領先硅芯片制造商領導）不斷在新的無線標準協(xié)議中加強安全性和無線可靠性，從而使得數(shù)據(jù)采集供應商可以利用這些安全性和可靠性方面的改進，使用與之相兼容的射頻與軟件體系結(jié)構(gòu)。

簡單、安全的無線數(shù)據(jù)采集設備

觀看無線數(shù)據(jù)采集設備指南

此外，與現(xiàn)有的有線系統(tǒng)相比，目前無線測量系統(tǒng)還有很多要求正在努力實現(xiàn)，其中包括數(shù)據(jù)帶寬和延遲、同步、I/O選擇以及在多廠商系統(tǒng)中的集成。

帶寬和延遲

基于PC的測量系統(tǒng)通常受到所用的物理通信總線對帶寬和延遲規(guī)范的限制。帶寬等價于在固定時間內(nèi)，能夠通過總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。延遲確定了數(shù)據(jù)從起始位置發(fā)送到目的位置的速度。在將無線與其他當今數(shù)據(jù)采集應用中廣泛使用的總線(例如PCI Express、PXI、USB 2.0)的帶寬和延遲進行比較的時候，就好像跳入了一個時間機器，倒退了25年或更多。

在無線測量產(chǎn)品中使用最多的兩個流行無線網(wǎng)絡協(xié)議包括IEEE 802.11和IEEE 802.15.4。IEEE 802.11又稱為Wi-Fi，它是家庭和辦公室網(wǎng)絡的流行協(xié)議。IEEE 802.15.4是ZigBee基于的網(wǎng)絡協(xié)議，在小功率分布式網(wǎng)絡中比較流行。這兩個總線的理論帶寬與1980年代的ISA總線性能是相近的，甚至更差。與第一代x1(乘一)PCI Express鏈路相比，802.11n(最先進的無線總線)和802.15.4的性能分別小了10倍和1000倍。

無線網(wǎng)絡的自身限制意味著無線網(wǎng)絡無法在所有情形下替代有線系統(tǒng)。高速高通道數(shù)的動態(tài)測量會繼續(xù)得益于物理連接到PC的高帶寬總線。其他對總線帶寬要求不高的低速(動態(tài))或低通道數(shù)的動態(tài)測量與傳感器測量則可以利用新型的無線技術。

同步

大多數(shù)測量系統(tǒng)都有一個很重要的衡量標準，就是多通道之間、多設備之間以及多系統(tǒng)之間的同步測量。同步可以通過多種方式實現(xiàn)，但通常需要通過一條物理電纜共享時鐘或觸發(fā)信號，或是通過基于時間的方法，將多個本地時基同步的振蕩器同步到一個共同的時間點上，并且以相近的頻率進行工作。這些同步手段有各自的優(yōu)點和缺點。基于信號的同步能夠確保在不同通道、不同設備以及不同系統(tǒng)(可達到納秒或皮秒級的精度)之間更加精確、更加嚴格的同步，但是限制了在同步系統(tǒng)之間相隔的距離(最大距離為100米或更短)。對于基于時間的同步，可以在更長的距離之間同步系統(tǒng)(如果使用GPS就不存在距離限制)，但是可達到的精度也會降低(通常是毫秒級)。

對于定時和觸發(fā)，許多現(xiàn)代的無線測量系統(tǒng)與其他系統(tǒng)獨立工作，無法使用基于信號或基于時間信號共享的同步。為了測量采集數(shù)據(jù)的多個通道以及信號相位關系對于得到精確結(jié)果相關的信號時，同步是至關重要的。許多目前使用的這類有線測量系統(tǒng)使用了十分精確的基于時間的鎖相環(huán)(PLL)電路以及阻抗匹配信號通道。基于單獨的原理，為了滿足最嚴格的同步要求，需要使用有線系統(tǒng)。然而，有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡之間需要達到平衡，以便受益于新標準以及其他研究成果，如IEEE 1588和GPS技術。

I/O選擇和電源可用性

正如無線技術十分吸引人一樣，在測試、測量以及控制行業(yè)中，無線技術仍然十分年輕。這就限制了可以使用設備的數(shù)量和功能。對于成百上千的傳感器來說，它們都需要特殊的信號調(diào)理，以便提供精確的測量。在過去的20多年中，NI進行了創(chuàng)新，并將基于PC的測量產(chǎn)品引入了市場，在全球已經(jīng)總計達到5000萬個測量通道。無線測量系統(tǒng)并不會替代所有這些現(xiàn)有測量通道，但是在適當?shù)膽弥锌梢耘c現(xiàn)有系統(tǒng)互補。

在多廠商系統(tǒng)中的集成

盡管本文并沒有深入討論，當今無線測量系統(tǒng)最后也是最為重要的限制是與其他有線或無線測量與控制系統(tǒng)一起工作時的低效。可能與其他行業(yè)相似，對于一個新型、充滿潛力的技術而言，解決方案上市時間的重要程度比其完整性以及可互操作性更為重要。通常，現(xiàn)代的無線產(chǎn)品將重點放在進行普通測量(電壓或電流)上，然后安全可靠地發(fā)送數(shù)據(jù)，同時消耗盡可能少的功耗。重點是在硬件上，有時在私有無線網(wǎng)絡上。

對于為更大型企業(yè)提供可互操作性的設備而言，在設備軟件方面的關注并不是很多。《控制工程》雜志的過程工業(yè)編輯在2007年11月發(fā)表的關于無線拓撲的文章中說：“從控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)或向控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)通常使用專用軟件，它們并不能夠跨平臺工作。”您可能會認為這些設備已經(jīng)能夠很好地完成其功能。問題是無論數(shù)據(jù)是從何處以何種方式采集得到的，在任何工業(yè)中部署的測量產(chǎn)品都必須能夠與其他測量與控制產(chǎn)品進行通信。為了能夠讓無線技術得到更多應用，就必須解決通過更高層次軟件環(huán)境的可互操作性問題。

混和測量系統(tǒng)與無線技術

由于現(xiàn)有無線技術和產(chǎn)品的種種限制，許多應用都在尋求僅僅使用無線的解決方案。大多數(shù)測量系統(tǒng)都有針對與有線系統(tǒng)集成的要求，例如帶寬、同步、I/O可用性、功耗要求或是系統(tǒng)集成。可以通過使用混和系統(tǒng)實現(xiàn)無線技術的最大優(yōu)勢。混和系統(tǒng)聯(lián)系著多個測量與控制系統(tǒng)平臺的組件，無論其位置、數(shù)據(jù)傳輸方法或是廠商。混和系統(tǒng)是圍繞中央PC體系結(jié)構(gòu)的，它可能包含基于以太網(wǎng)或GPIB的獨立儀器、基于PC的為PXI中的儀器、使用USB總線的便攜式測量以及使用Wi-Fi或ZigBee的無線測量。混和系統(tǒng)使用開放式軟件開發(fā)環(huán)境，跨整個測量與控制系統(tǒng)進行管理和通信。

圖1：混和測量系統(tǒng)利用開放式軟件平臺，將基于不同通信總線或是廠商的測量產(chǎn)品整合在一起。

建立并維護混和系統(tǒng)的關鍵是實現(xiàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，使它能夠透明地包括多種總線技術，使用開放式軟件體系結(jié)構(gòu)在廠商特定的系統(tǒng)之間進行通信。采用這種方式，就可以根據(jù)任務的特點，為特定的任務選擇最佳數(shù)據(jù)采集和控制硬件并從中得益。NI LabVIEW可以作為使整個系統(tǒng)協(xié)同工作的“黏合劑”。使用LabVIEW就可以重用現(xiàn)有測量系統(tǒng)，包括基于PC的數(shù)據(jù)采集、模塊化儀器、獨立儀器并且整合新型無線產(chǎn)品。將LabVIEW與無線技術整合的實例包括：

• 使用包含TCP/IP在內(nèi)的內(nèi)置LabVIEW庫，基于標準協(xié)議進行通信
• 使用Wi-Fi以及藍牙通信將基于LabVIEW PDA模塊的LabVIEW程序部署到PDA上
• 將現(xiàn)有的基于以太網(wǎng)的NI可編程自動化控制器(PAC)(包括NI CompactRIO和Compact FieldPoint)連接到工業(yè)Wi-Fi接入點以及GPS射頻
• 使用現(xiàn)成的LabVIEW儀器驅(qū)動程序與多個第三方無線傳感器節(jié)點進行通信

要獲取更多關于將無線測量與現(xiàn)有系統(tǒng)進行整合的信息，請參考技術文檔：開發(fā)無線測量系統(tǒng)。

有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)的共存

在近期技術的發(fā)展藍圖中，無線是數(shù)據(jù)采集中最有前景的技術之一。然而，在新技術沒有替代老技術之前有一個過度時期，新技術必須與老技術一起工作。隨著新型系統(tǒng)的出現(xiàn)，很好地將新型基于模塊的PXI等儀器與傳統(tǒng)的獨立或VXI儀器結(jié)合在一起，這個潮流在測試與測量行業(yè)中更為明顯。通過使用例如LabVIEW等開放式軟件平臺，可以開始利用新技術、增加無線測量功能，并且同時保存現(xiàn)有的測量系統(tǒng)投資。