zigbee技术及其应用

zigbee技术及其应用（共10篇）

zigbee技术及其应用 篇1

ZigBee是基于IEEE802.15.4的一种新兴的无线网络技术,具有功耗低、组网能力强、成本低等特点.简要介绍了ZigBee技术,提出一种基于ZigBee的.微灌测控系统.根据ZigBee网络的特点,设计了微灌测控系统网络,表述其工作方式,给出了硬件和软件方案.利用ZigBee技术,可大大提高整个测控系统的性能和经济性.

作 者：李春 倪伟新 丁强 符伟杰 LI Chun NI Wei-xin DING Qiang FU Wei-jie  作者单位：李春,LI Chun(河海大学计算机及信息工程学院,江苏,南京,210098)

倪伟新,NI Wei-xin(水利部水文局,北京,100053)

zigbee技术及其应用 篇2

关键词：ZigBee,物联网,标准

1 Zig Bee与物联网的关系

Zig Bee联盟自2002年成立十年以来, 一直致力于开发基于无线技术的无线传感器网络标准, Zig Bee技术具有智能、方便、易建设、低成本、低功耗和免费使用等特点。Zig Bee针对物联网需求而建立, 在上述方面的努力促使其在家庭、商业环境及世界各地不同产业得到应用, 逐渐演变出近年来大家熟悉的物联网。

Zig Bee联盟最初是为了开发基于无线传感器网络的开放标准。当时的想法是将传感器和控制器以简单的方式和较低的费用集成到其他物体上, 使这些物体可以基于各种目的而方便的进行连接并交换信息。即是现在我们称之为物联网。

物联网是将我们每天接触到的最简单的设备联接在一起。这些设备可以是单纯的电灯开关、窗帘控制、门锁, 也可以是一些与整体环境互动的复杂设备及解决方案, 如:智能电网、电动汽车、智能交通、环境监控管理等等。这些设备可以基于Zig Bee标准进行开发设计和测试认证, 从而保证设备间的互通性, 提供更高的舒适度、方便性、效率及安全。

2 Zig Bee设备特点

Zig Bee认为构成物联网的设备只有具有以下特点, 才能真正促进物联网的应用推广:

●使用简易、安装方便、低成本、低复杂度;

●自主组网、自行恢复、在长时间的运营过程中不需要人员干预;

●容易扩展为大规模网络, 支持数千个以上的设备组网;

●长效电池寿命 (以年而非传统的小时为衡量单位) , 并支持多种供电方式;

●抗干扰性强、稳定性高;

●数据安全有保障。

这些需求与Zig Bee标准完全吻合, 同时Zig Bee的大规模联接能力 (单一网络可连接65 000个设备) 提供了对生活环境及日常活动更佳的智能性掌控。

其他的无线标准不但在十年前无法满足这些需求, 至今仍然不能。就蓝牙而言, 除了网络设备数最多只能到8个外, 至今也未能应对电池寿命、安全、通讯距离及抗干扰等物联网需求带来的挑战。而使用Wi-Fi搭建小规模的网络结构, 更需进一步改善。目前新式的家用路由设备在同时联接十个设备时就容易产生问题。如果要在物联网环境下使用, 哪怕是简单的200~300个设备的应用, 都涉及到多个路由器的联接, 而这些路由器及它们联接的终端再形成一个更大的应用网络, 这本身又是个更大的挑战——需更多的时间与成本投入, 更别提后续的维修问题了。

评估物联网技术时, 必须考虑几个很重要的问题:是否能很容易的建立及维护一个大范围的网络?成本是否在可负担范围?该科技产品是否有多重供货源、不具垄断性?这些不同货源产品是否具有统一标准、是否互通兼容?是否容易使用?是否低价?是否安全?是否稳定?如果这些问题的答案之一为否, 您将很难打造出一个容易使用的物联网应用方案。Zig Bee对这些问题的答案都是“是”。

除了符合必须的技术需求外, Zig Bee也为全世界的制造商及服务提供商创造了以下三个物联网产业市场条件。

●在全球标准趋势下, Zig Bee促进了产业界的良性竞争, 间接促进产品改良翻新及成本大众化;

●经过Zig Bee认证的产品在全球范围内实现互通性, 为用户和系统集成商提供了广泛的产品选择和可用性;

●标准驱动下的竞争为客户提供大量的产品选择, 并在产品的可靠性和信赖度方面提供保证。

Zig Bee是物联网的技术伙伴, 与物联网的需求紧密结合, 持续地为全球物联网进行贡献。Zig Bee的产品安装与使用非常便利。Zig Bee产品自动组网, 使用者无须深度的专业科技知识。Zig Bee的标准及产品测试认证使产品安装简单, 便于使用, 成本及维护费用低廉, 为物联网产业提供了便利的环境条件。

目前市场上有许多高度集成的Zig Bee芯片符合上述条件并能在电池供电的基础上维持数年的操作, 且成本低廉。Zig Bee产品容易组网, 可在短短30 ms完成入网, 在15 ms内从休眠状态激活, 并在15 ms内进入通信状态。Zig Bee产品家族使用IEEE 802.15.4标准协议作为产品的基础, 并能在许多不同地区运行。通信距离由于天线及发射功率等不同而有所不同, 但是一般在室内可维持至少10~40 m的通信范围, 而室外可达数百米。详见表1。

Zig Bee网状网由一组Zig Bee设备组成。Zig Bee协议栈所定义的下列三种类型的设备, 可以与传感功能组件、或是像可控温度调节器的控制功能组件配合使用, 也可单独使用。

●Zig Bee路由器:与其他Zig Bee路由器互动, 担负着多条信息的传递, 是形成网状网络的基础之一;

●Zig Bee协调器:在整个Zig Bee网络中仅需一个, 是网络组建的协调员, 任何的Zig Bee路由器都可以成为协调器, 并在网络形成后重新返回成为路由器;

●Zig Bee终端:选择性的网络组件, 担负着基本传输及网络组成, 但不包含网状网的数据包路由, 一般为低价终端产品如门窗监控器等。

Zig Bee网络规范基于“最少占用硬件资源并可在8位微控制器上实现核心功能”的原则而设计。对内存容量的占用视终端不同而有所区别, 协调器和路由器比终端使用较多的随机存储器 (RAM) 。

3 基于Zig Bee技术的物联网应用

Zig Bee技术应用广泛, 主要分以下10个领域:

●Zig Bee楼宇自动化 (高效的商业管控) ;

●Zig Bee遥控装置 (先进的遥控功能) ;

●Zig Bee智能能源 (能源节约) ;

●Zig Bee智能医疗 (健康监控) ;

●Zig Bee家庭自动化 (智能家庭) ;

●Zig Bee输入装置 (简便使用的鼠标、键盘、手写笔等) ;

●Zig Bee灯光控制 (LED智能灯光控制) ;

●Zig Bee零售服务 (智能购物) ;

●Zig Bee电信服务 (提供增值业务服务) ;

●Zig Bee网络设备 (辅助并扩展Zig Bee网络) 。

Zig Bee的测试认证活动确保了这些应用领域的产品互通性, 以及与Zig Bee标准的符合性。全部正式公开的网络及应用标准可从Zig Bee官方网站 (www zigbee.org) 下载。

下面以家庭网络为例, 介绍一下Zig Bee标准所发挥的作用。

2006年, 美国的几家主要公共事业公司达成共识, 认为如果他们可以成为家庭网络 (Home Area Network, HAN) 的一部分, 便可以启动一些以前从未有的消费者活动, 从而可以获得各种网络 (电网、燃气系统网络等) 运行的更详细的信息。当时已经存在的HAN环境就是指家庭自动化, 但是缺少更先进的抄表基础设施 (Advanced Metering Infrastructure, AMI) 以及相关的网络通信在智能电网的体系结构上实现这些功能 (图2) 。

2007年, 由芯片厂商、OEM (代工厂商) 、抄表公司、公共事业公司以及政府机构和管理者组成的利益团体开始在Zig Bee联盟内推动AMI的开发, 也就是如今我们熟知的Zig Bee智能能源。虽然这些公司之间存在着较大的矛盾和竞争, Zig Bee智能能源标准以创纪录的速度完成并发布, 并于2008年5月发布了首批获得认证的Zig Bee产品。Zig Bee智能能源提供了下述功能:

●抄表 (实时测量, 记录历史信息等) ;

●支持分布式的发电站 (太阳能和风能等) ;

●按需响应和负载控制;

●计费 (多种单位和货币, 多种计费等级) ;

●消费者留言;

●设备种类繁多, 包括可编程的通信温度计, 负载控制器, 能源管理系统, 室内显示器和智能电器;

●提供多种安全级别, 包括仅用于消费者的、仅用于公共事业公司的或共享的;

●支持水表和燃气表的抄表装置。

整个网络通信分为几部分, 但首先需要一个网关, 使公共事业公司的AMI中心数据库的数据流可以和HAN中的设备进行交换。网关也作为信任中心和Zig Bee智能能源中的防火墙, 来保护公共事业部分的设备和资产, 并可根据通信量的不同设置成多种安全级别。来自网关的回程通信可以基于互联网或公共事业公司自有的网络。

公共事业公司网络的实现是多种多样的, 但多数都使用各种无线通信方式将数据发送到某一汇集点, 然后再通过可用的回程通信技术 (包括LTE, GPRS, 电力线通信 (PLC) 等) 将数据传回给中心数据库。制定一个统一的回程通信技术并非亟需, 因为这部分的网络往往都连接在固定的基础设施之上。

网关和HAN之间的通信是依靠Zig Bee智能能源无线传感器网络, 这与公共事业公司所要求的各种重要需求相吻合。HAN的产品需要一个开放的标准及一个竞争性的市场, 不能仅有单一的厂商来源, 其要成本低、安全性高并最好可以支持全球化。同时, 该标准必须要有大量经验丰富的工程师参与制定。目前, 北美已经安装及正在安装的Zig Bee智能能源电表超过了四千万个。

相关的应用显而易见, 安装了Zig Bee智能能源设备的消费者可以通过家庭显示器、电脑或智能移动终端读取表的数值并了解其历史数据。对于那些没有Zig Bee智能能源功能的传统设备, 消费者可以选择加载基于Zig Bee的智能插件, 这样就可以读取并报告使用电量。其最终的目的是, 使消费者可以很快地了解家中各个设备的用电情况。

4 Zig Bee前景

zigbee技术及其应用 篇3

关键词：ZigBee；定位；监狱人员定位系统

1.引言

目前的监狱人员定位管理，基本还停留在人工管理阶段，以监狱狱警巡查记录加摄像机监视报警方式进行管理，对于移动中的人员，信息更新慢，准确度不高。监狱人员位置信息采集主要靠狱警巡查然后手工记录完成，无法将实时位置和在押人员真正关联起来。

由于监狱人员定位管理水平不高，导致一系列恶性越狱事件未能及时被发现并制止，如呼和浩特的越狱事件，给社会造成极大危害。为防止越狱事件的再次发生，防止犯罪分子再次危害社会，建设监狱人员定位管理系统迫在眉睫。

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，Zig.Bee技术具备功耗小、时延短、网络容量大和安全等优点，在短距离、低功耗、无线通信中具备特有的技术优势，ZigBee技术应用于小范围的基于无线通信的控制和自动化等领域.我们针对监狱设计了基于ZigBee技术的监狱人员定位系统。

2.ZigBee技术

2.1ZigBee技术简介：ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率(250kB／s)、低功耗、低成本、自组网、低复杂度、安全可靠、高扩展性的双向无线通信技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网(PersonalAreaNetwork，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4ZigBee技术标准，主要适用于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能。作为一种无线通信技术，ZigBee技术具有以下特点：

低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。

成本低：ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5-2.5美元，并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(女nSE业控制场合等)应用。

网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个Zig—Bee网络，而且网络组成灵活。

可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都，必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验(cRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES.128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

2.2ZigBee技术在实现监狱人员定位功能中的优势

目前实现人员定位的技术很多，如GPS定位、手机基站定位、RFID定位、WIFI定位等。GPS定位与手机基站定位因需要类似手机终端，不便于管理，虽然定位功能不错，但并不适合监狱这一个管理严格的场所。RFID、WIFI、ZigBee技术都能很好的完成监狱人员定位功能，

ZigBee与WIFI采用同样的算法实现定位，但是WIFI设备的耗电量太大，设备需要频繁更换电池或充电，对人员定位功能有影响以及不方便管理：RFID与ZigBee相比，定位算法虽然不一样，但是在达到相同定位效果及密度的前提下，RFID设备的安装密度会远大于Zigbee设备，而且RFID采用的是有线传输需要布线，安装工程量都比较大。综上所述，ZigBee技术成本低、耗电小、传输可靠、实现复杂度以及应用适合度等优势，在目前常见的集中定位技术中更加适合于用以监狱人员定位系统的功能。

3.监狱人员定位系统的系统组成级工作原理

3.1系统组成：定位系统有软件系统和硬件系统组成，其中软件系统用于完成信息采集、识别、分析及其传输，硬件系统由地面监控计算机、传输适配器、射频基站、射频读卡器、射频身份卡和天线等组成，用于完成信息采集和识别，从而实现人员识别、定位的功能。软件系统和硬件系统共同支撑着整个系统的运行，并演绎出各种不同的功能应用。各硬件设备功能如下：

射频身份卡。具有唯一的全球眼ID，其内部储存着一个人员的信息，用来识别目标对象。射频身份卡分为干警用和犯人用2种，干警武警等人员使用的射频卡带有主动发送数据的按键，具有主动发信号让读卡器接收数据功能，用于值班人员定时上报所在位置，以防止人卡分离情况；犯人用射频卡安装与防插卸电子腕带上，由读卡器主动采取射频卡数据，不主动上传。

射频读卡器。根据监狱的定位要求，在每个定位点安装一个射频读卡器，射频读卡器能主动发送信号激活在定位范围内的射频卡上传射频卡数据，也可接收主动上传的干警射频身份卡数据。然后将数据通过ZigBee无线网络传至附近的射频基站。

射频基站。根据监狱的定位要求，将监狱分为几个定位区域，分别安装一个射频基站，用于接收射频读卡器上传的射频卡数据，并将数据传至人员定位系统，再由软件系统对数据进行识别、分析人员位置信息。

3.2工作原理：以满足监狱定位要求为目的，先将监狱划分几个区域，然后在每个区域内建设一个射频基站；然后在监狱周界围墙、建筑物内、各出入门禁处、监狱狱内活动场所等公共区域、监狱劳动场所、监狱押运车、巡更点等位置安装射频读卡器；最后给监狱的所有工作人员和犯人配发唯一的射频身份卡或电子腕带射频卡，工作人员的射频卡为主动式可以主动上传数据，犯人的为被动式需进入射频读卡器范围内并被激活后上传数据信息。射频读卡器的读取的数据通过ZigBee无线网络传输到人员定位系统，识别、分析出相关人员的具体位置。

4.监狱人员定位系统功能应用

采用ZigBee技术实现监狱人员跟踪定位，系统的软件设计能实现如下功能应用：

4.1地图与设备管理

4.1.1地图管理：监狱人员定位系统中的电子地图功能能够直观显示监狱所有射频卡、读卡器和基站的信息，可以通过鼠标直接点击查看相关的信息。地图管理功能能够支持电子地图功能运行并对地图进行一些配置，如地图加载信息的设置，可以有选择的设置地图上加载的信息：地图编辑可以对地图进行放大和缩小，

让定位位置更精确；地图属性管理可以对地图只读、控制、显示进行修改，方便对地图的管理。

4.1.2设备管理：监管人员可对监狱人员定位中的硬件设备进行管理配置，如基站、读卡器、射频卡的发射频率、扫描频率；无线传输网络配置；增加基站或者读卡器设备；射频卡对应的人员信息。

4.2人员监控定位

4.2.1出入管理：在监狱大门、二道门、监舍大门、监区门、医院、接见室、监舍、工厂、农场、煤场等进出区域可以安装定位读写器。当被监控人员通过时系统立刻记录下来通过犯人信息及时间。系统可指定时段指定对象进行出入管理，发现违规现象，系统立即告警并显示违规人员信息及最后定位系统定位位置。如在监狱大门通道里装上读写器，当车辆出入时，如果有犯人藏匿于车中，不再需要值班干警上车检查，只要车辆进入通道，读卡器就会扫描到犯人射频卡数据，则会发出报警告知值班人员和监管人员严格核查。

4.2.2全天行程监控：读卡器记录所有射频卡的信息及时间，然后通过人员定位系统分析得出人员的全天的行程信息，可以实现对人员进行全天行程监控的功能并支持人员行动轨迹的查看。

4.2.3区域人数监控：可以协助监管人员统计相关区域的人数管理，事先设定相关人员的区域，读卡器将记录读取的射频卡数据并有人员定位系统统计。区域人数监控能够有效监控区域的人数密集和人员迅速聚集情况，并且可以定时清点区域内人数，查看是否有犯人溜号等情况。

4.2.4行动区域监控：对所有人员的位置进行监控，根据人员的相关权限，对人员的行动区域进行监控，判断人员是否有越界行为，如果有越界行为则触发系统的越界告警。

4.2.5周界围墙管理：在监狱周界围墙每隔一段距离安装一台ZigBee读卡器，扫描范围设定为距围墙2米内，也就是监狱内部物理隔离网附近。当在此扫描范围内扫描到犯人的射频卡数据，则会发出周界围墙预警信息，提醒监管人员核查，如发现有越狱行为，可立即启动越狱事件应急处置预案进行处理。

4.2.6外出劳动管理：犯人在农田，矿场等开阔区域进行劳动改造，可快速搭建无线监控定位系统，对外出人员进行全程监控，防止外出劳动人员逃脱事件发生。监狱监控中心也可以通过监控终端随时了解外出人员情况，出现异常情况可即时采取措施。

4.2.7押运途中管理：对监狱在押人员外出就医、提审、转监等需要外出时除了对车辆进行定位管理，还可以辆内部在押人员及押车狱警进行全程监控，监控中心可随时了解在押运途中车辆及车内人员情况。

每个车辆内配置车载GPS定位器，用于定位车辆位置，并且车内安装ZigBee读卡器，押运狱警及在押人员佩戴身份卡，系统预制外出授权人员信息(时间段信息、人员信息)，读卡器接收的信息将通过无线网络传输到人员定位管理系统。当车内人员在途中离开车辆时，系统发出告警信息，监狱监控中心即可及时获取信息。当车辆驶出监狱门岗系统自动设置为监控状态，安全抵达后系统自动转成空闲状态。

4.2.8巡更管理功能：对犯人巡更进行监督管理功能，对巡更路线进行跟踪并监督巡更路线是否符合规定路线。设定犯人的巡更路线及巡更时间，一旦读卡器在规定时间未读取到巡更人员射频卡数据或者巡更点读卡器在非巡更时间读取到巡更人员射频卡数据等，系统均会发出报警并提醒监管人员处理。

4.2.9狱警考勤管理：对狱警的值班情况进行监管，读卡器定时扫描狱警身份卡数据、狱警身份卡定时上报自己的位置信息，人员定位系统对扫描的数据及接收的数据进行分析，判断预警值班情况是否正常，是否出现人卡分离、人员脱岗、私自调班等现象。

4.3违规告警功能：越界告警，对读卡器接收的射频卡信息进行登记，发现有未登记的射频卡数据，系统认定为携带此射频卡的人员有越界行为，系统会发出越界报警提示监管人员核查。如干警办公区域出现犯人射频卡数据、周界围墙附近出现犯人数据都会发出越界报警。

人员密集告警，系统对一些公共区域或监舍的人数进行限定，当读卡器读取的射频卡数据超过规定的人数后，系统会发出预警信息提示监管人员该区域人员密集；

人员快速聚集告警，系统对每个区域的读卡器每个时间读取的射频卡数据进行统计，当某段时间内几次统计结果显示人数不断决速增加，增加频率超过某一设定数据后，系统则发出人员短时间内快速聚集的预警信息提示监管人员对该区域进行核查；

值班人员考勤告警，值班人员使用的是身份卡，为防止人卡分离现象，干警身份卡要求定时上报手动按发送键上传数据信息。当值班室的读卡器扫描到值班人员身份卡信息并接收到身份卡主动上传的信息，而且身份卡信息与当前位置的值班表人员信息相符，则认为当前值班人员值班正常时，否则将会发出报警信息提示监管人员对值班情况进行核查。

巡更告警，巡更人(射频卡)没有按规定时间出现在巡更点(读卡器)接收数据里，则认为巡更不正常，有可能是未巡更或者没按巡更路线巡更，系统会发出巡更报警提示监管人员进行处理。

清点异常告警，规定时间规定区域内读卡器读取的数据信息经过分析统计后，出现少人、多人或者人员信息不符等系统会发出报警信息提示监管人员核查。

押解途中告警，押解车在途中当车内人员在途中离开车辆时，读卡器未扫描到人员信息后，系统发出告警信息提示监管人员紧急处置。

射频卡报警，防止卡被丢弃、保利拆卸、不工作等，系统会发出射频卡报警信息提示监管人员核查是否为人员破坏或者射频卡故障等。

纳米技术及其应用论文 篇4

摘要：主要介绍了纳米技术的内涵、主要内容及纳米技术在微机械和包装、食品

或总称为微型电动机械系统（MEMS），用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。MEMS使用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

（3）纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间相互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

（4）纳米电子学包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光／电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。“更快”是指响应速度要快。“更冷”是指单个器件的功耗要小。但是“更小”并非没有限度。

3．纳米技术在机械工业中的应用

3．1纳米技术在微机械领域中的应用

随着纳米技术应用途径的不断拓宽，微机械的开发在全世界方兴未艾。例如，进入人体的医疗机械和管道自动检测装置所需的微型齿轮、电机、传感器和控制电路等。制造这些具有特定功能的纳米产品，其技术路线可分为两种：一是通过微加工和固态技术，不断将产品微型化；二是以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品。3．1．1采用微加工技术制造纳米机械

（1）微细加工。日本发那科公司开发的能进行车、铣、磨和电火花加工的多功能微型精密加工车床（FANUCROBO nano Ui 型），可实现5轴控制，数控系统最小设定单位是1nm（10－3μm）。该机床设有编码器半闭环控制，还有激光全息式直线移动的全闭环控制。编码器与电机直联，具有每周6 400万个脉冲的分辨率，每个脉冲相当于坐标轴移动0．2 nm，编码器反馈单位为1／3 nm，故跟踪误差在±1／3 nm以内。直线分辨率为1 nm，跟踪误差在±3 nm以内。CNC装置采用FANUC－16i，实现AInano轮廓控制。并用FANUCSERVOMOTORαi伺服电机装上高分辨率检测装置及αi系列伺服放大器，实现了微细加工。

（2）微型机器人。在工业制造领域，微型机器人可以适应精密微细操作，尤其在电子元器件的制造方面。美国迈特公司的研究人员最近设计出一种用于组装纳米制造系统的微型机器人，这种机器人的长度约为5mm。研究人员称，假设能利用纳米制造技术使这种机器人的体积不断缩小，其最终的体积不会超过灰尘的微粒。日本三菱公司也开发了一种微型工业机器人，该机器人采用了5节闭式连杆机构，以实现手臂的轻量化与高刚性，其动作速度及精度完全可以赶上专用机器人。往复上下方向25 mm，水平方向100 mm的拾取动作，所需时间缩短到0．28 s。另外，通过采用闭式连杆机构与高刚性减速机，实现了比以往机器人高10％的位置重复精度（±5 nm），可适用于精密微细操作。我国在微型机器人的研制方面也取得了可喜的成绩。据媒体报道，由哈尔滨工业大学研制的机器人，其操作精度达到了纳米级，可以应用于分子生物学基因操作，能够对细胞和染色体进行“手术”，并能在微电子、精密加工等精度要求较高的领域一显身手。（3）微型电机。美国俄亥俄州克利夫西

卡塞大学已建立了一所纳米级微型电机实验室，专门研究纳米技术及其超微机电系统。美国加利福尼亚大学伯克利分校研制的微型电动机，小到只能在显微镜下才能看得见。德国汽车零件制造商博士公司正在研制纳米技术传感器，这种传感器将为人们提供关于汽车上每个零部件在三维空间中运动的精确信息。当微型传感器探测到速度骤减时，就会自动释放安全气囊。3．1．2采用自组装技术制造纳米机械

（1）生物器件。以分子自组装为基础制造的生物分子器件是一种完全抛弃以硅半导体为基础的电子器件。将一种蛋白质选作生物芯片，利用蛋白质可制成各种生物分子器件，如开关器件、逻辑电路、存储器、传感器以及蛋白质集成电路等。美国密歇根韦思大学医学院生物分子信息小组，利用细菌视紫红质（简称BR蛋白质）和发光染料分子研制具有电子功能的蛋白质分子集成膜，这是一种可使分子周围的势场得到控制的新型逻辑元件。美国锡拉丘兹大学也利用BR蛋白质研制模拟人脑联想能力的中心网络和联想式存储装置。

（2）纳米分子电动机。美国IBM公司瑞士苏黎士实验室与瑞士巴塞尔大学的研究人员发现DNA能够被用来弯曲直径不及头发丝的五十分之一的硅原子构成的“悬臂”。上下弯曲，顶端则粘有单股DNA链。DNA自然形成双螺旋结构，双链被分开后，它们会力图重新组合。当研究人员将带有单股DNA链的“悬臂”置于含有与之对应的单股DNA链的溶液中，这两个链就会自动配对结合在一起，小“悬臂”在这种力的作用下开始弯曲。研究人员利用这种生物力学技术制造带有纳米级阀门的微型胶囊（纳米分子电动机）。通过控制这种驱动力来控制阀门的开合，可以将精确剂量的药物传送到身体的需要部位来达到治疗的目的。3．2纳米技术在包装机械领域中的应用

采用纳米材科技术对包装机关键零部件（如轴承、齿轮、弹簧等）进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高设备的耐磨性、硬度和寿命。碳纳米管还具有较高的机械强度和较高的热导率。由于具有非常大的长度—直径比，可以制造出任何复杂形状的零件，是复合材料理想的增强纤维。目前，用价格低廉的纳米塑料制成的齿轮、陶瓷轴承、纳米陶瓷蚊辊、电雕辊等印刷包装机械零件已 走进企业，开始代替金属材料。现代胶印机上应用着很多传感器．如控制飞达纸堆的自动升降、气泵供气时间检测、合压时间检测、空张检测、墨量控制等。纳米陶瓷具有良好的耐磨性、较高的强度及较强的韧性可用于制造刀具、包装和食品机械的密封环、轴承等以提高其耐磨性和耐蚀性，也可用于制作输送机械和沸腾干燥床关健部件的表面涂层。3．3纳米技术在食品机械领域中的应用

纳米SiC、Si3N4在较宽的波长范围内对红外线有较强的吸收作用，可用作红外吸波和透波材料，做成功能性薄膜或纤维。纳米Si3N4非晶块具有从黄光到近红外光的选择性吸收，也可用于特殊窗口材料，以纳米SiO2做成的光纤对600 nm以上波长光的传输损耗小于10 dB／km，以纳米SiO2和纳米TiO2制成的微米级厚的多层干涉膜，透光性好而反射红外线能力强，与传统的卤素灯相比，可节省15％的电能。经研究证明，将30～40 nm的TiO2分散到树脂中制成薄膜，成为对400 nm波长以下的光有强烈吸收能力的紫外线吸收材料，可作为食品杀菌袋和保鲜袋最佳原料。纳米SiO2光催化降解有机物水处理技术无二次污染，除净度高，其优点是：①具有很大的比表面积，可将有机物最大限度地吸附在其表面；②具有更强的紫外线吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力，可快速将吸附在其表面的有机物分解掉。这为污水处理量较大的食品企业提供了有力的技术支持。介孔固体和介孔复合体是近年来纳米材料科学领域较引人注目的研究对象，由于这种材料较高的孔隙率（孔洞尺寸为2～50 nm）和较高的比表面，因而在吸附、过滤和催化等方面有良好的应用前景。对纯净水、软饮料等膜过滤和杀菌设备又提供了一个广阔的发展空间。橡胶和塑料是包装和食品机械应用较多的原材料。但通常的橡胶是靠加入炭黑来提高其强度、耐磨性和抗老化性，制品为黑色，不适宜用在食品机械上。纳米材料的问世使这一问题迎刃而解。新的纳米改性橡胶各项指标均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用寿命长达30年以上，且色彩艳丽，保色效果优异。普通塑料产量大、应用广、价格低，但性能逊于工程塑料，而工程塑料虽性能优越，但价格高，限制了它在包装和食品机械上的大范围应用。用纳米材料对普通塑料聚丙烯进行改性，达到工程塑料尼龙－6的性能指标，且工艺性能好、成本低，可大量采用。

4．纳米技术在机械行业中的发展前景

（1）机械及汽车工业的滑配原件如：轴承、滑轨上应用纳米陶瓷镀膜能产生超底的磨擦界面，大大减低磨损并能提高负载。（2）塑胶流道的低粘应用：例如T型模、拉丝模、套筒和热胶道，可有效减少积料碳化的产生几率。（3）射出成型时发生的粘模、包封短射、镜面雾化及拖痕均具有革命性的改善，尤其是在滑块及顶针上所展现的干式润滑，更是任何金属所无法表现的优异性。（4）IC封装胶、橡胶及发泡塑料由于具有极高的粘着性，因此必须借助大量脱模剂来帮助脱模，纳米陶瓷的荷叶效应可减少脱模剂的使用及模具清理时间。

（5）纳米陶瓷的低摩擦、低沾粘特性使塑胶在模具内的流动大幅提升，特别是高精度模具例如薄光板、塑胶镜片、汽车聚光灯罩等模具应用后对产品的不良率上均有明显的改善。

5．结语

综上所述，纳米技术是近十多年来逐步发展起来的一门前沿性与综合性交叉的新学科，是现代科学和现代技术相结合的产物，它的迅猛发展将引发21世纪新的工业革命。美国商业通讯公司研究报告称，未五年，用于橡胶产品和油墨生产的碳黑填充料将继续高居纳米材料需求榜首。今后几年，全球纳米材料的需求将以2．7％年增长速度增长，到2010年将达到1 030万t，所以纳米包装具有较大的市场发展潜力。过去，我国机械包装工业的一些先进设备、先进技术，大多是依靠进口。纳米技术的出现，将对我国机械包装行业的技术创新带来新的发展机遇。相信在不远的将来，纳米技术将广泛应用于机械工业的各个领域，它给机械业带来的变化将是巨大的。参考文献

互均衡校正技术及其应用 篇5

为了有效利用四维地震勘探,保护由油藏本身引起的`地震响应差异而消除非油藏引起的地震响应差异,必须对四维地震数据体进行互均衡校正.论述了四维地震数据互均衡处理的原理,提出了寻找最佳匹配滤波器获得校正算子的处理方法,并结合某地区的四维地震资料,运用互均衡技术对其进行了校正处理,很好地消除了非期望差异,进一步验证了该方法的正确性和有效性.

作 者：苏云 李国福 黄倩 SU Yun LI Guo-fu HUANG Qian 作者单位：苏云,李国福,SU Yun,LI Guo-fu(成都理工大学,信息工程学院,成都,610059)

黄倩,HUANG Qian(中国石化,江汉油田,物探研究院,湖北,潜江,433100)

3D打印技术及其应用发展分析 篇6

摘 要：3D打印技术在近几年得到了巨大发展，备受社会各界的关注。虽然目前该技术还未能得到全面的普及推广，但其发展前景无可限量。文章对3D打印技术的现状进行探讨，分析目前3D打印技术发展所存在的问题。并对我国3D打印技术产业的技术发展提出一些建议。

关键词：3D打印技术；应用；发展分析3D打印技术简介

3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件作为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体[1]。当前3D打印技术主要应用于艺术创作、珠宝制作等领域。然而随着技术的发展，生物工程、医学、建筑等领域也越来越多的使用3D打印技术，为科技创新添加了新的活力。

与传统的工业制造业相比，3D打印技术有着无可替代的优势，这使得在当前高科技产业日新月异的今天，3D打印技术能在信息化社会中占有一席之地。3D打印技术有着以下特点：（1）生产效率极高。3D打印技术通过材料的层层推挤与叠加，在电脑数据的操控下堆砌成需要生产的物品，这与传统工业对原材料的剪裁制造完全不同。不仅省去了繁重的修整零部件工序，该大大增加了原材料的利用率，大幅降低生产成本，提高生产效率；（2）复杂零件可一次成型。传统工业在生产的过程中，需要经过模具设计、生产、修整等阶段，并在制作过程中对原材料进行锻造、打磨等加工，最终制作成复杂的产品。其生产周期长，生产工序繁琐，人力资源消耗大。而3D打印技术缩短了所有中间过程，它的模具通过电脑制作，产品根据电脑生成的设计图纸直接一次性打印完成，能够更加便捷、准确的制作出复杂产品，极大缩短了生产和设计周期。（3）可以满足不同消费者需要。传统工业注重批量化生产，3D打印技术则更能激发人的想象力，满足产品设计者和消费者的个性化需求。3D打印技术生产的产品不再千篇一律，而是独一无二。这将开创传统工业从批量制造到批量定制的华丽转变。3D打印技术的发展现状

尽管3D打印技术将对传统制造业产生翻天覆地的影响，但我们还是应当注意，目前3D打印技术的发展仍受到许多因素的制约。具体问题有：（1）3D打印技术对打印材料的要求较高。3D打印技术特殊的产品制造手段，成为了其发展的双刃剑[2]。一方面高效的生产方式促进了效率的提高，另一方面则对生产材料有着很高的要求。3D打印所使用的材料不仅要能够被“打印”，而且“打印”出的产品必须满足技术要求。因此在现阶段，3D打印技术可供选择的材料较少，这成为了制约3D打印技术发展的主要原因。以目前的材料科学发展情况，可成为3D打印技术的材料主要为工程塑料、部分金属材料等，然而这些材料都是专门为3D打印技术所研发，与传统工业的生产材料还有着较大差距。（2）3D打印技术受支撑技术限制。3D打印缺乏支撑性技术，是制约自身进一步发展的另一个重要原因。举例来说，包括打印产品速度过慢，打印出的产品精度不高等。这都从侧面反映出当前3D打印技术的发展仍处于较低的水平。（3）3D打印技术缺乏严格的技术规范。由于3D打印技术才刚刚起步，行业内部缺乏明确的、可执行的、有效地条款，造成了目前3D打印技术在打印材料的选择上缺乏统一规范，这也阻碍了3D打印技术的进一步发展。（4）3D打印技术在短时间内仍难以取代传统制造业。虽然相较于传统制造业，3D打印技术有着无可比拟的优势，然而在大规模批量制造及成本控制方面，目前3D打印技术由于各方面的限制，难以匹敌传统制造业；（5）国内3D打印材料不足。我国目前3D打印技术还远未形成完善的产业链，因此仅有少数企业能提供高质量的3D打印材料，难以满足当前国内3D打印技术发展的需要。大量的原料需要依靠进口，导致我国3D打印技术在推广和应用领域受到诸多限制。促进我国3D打印技术发展的对策

与欧美等发达国家相比，我国的3D打印技术仍有着一定的差距，而要在全球的科技发展浪潮中缩短与国外的差距，这绝非易事。除了政府要在政策面鼓励3D打印技术的发展之外，还要做到各行业的通力协作。

3.1 加强政府对3D打印技术发展的支持力度

政府是高新技术发展的统筹与规划者。3D打印技术有着广阔的市场前景，因此政府应当从政策完善、资金支持、人才培养、法律保护等多个方面[3]。主要包括：强化宏观调控，制定3D打印行业规范；加大财政拨款，为3D打印企业提供税收等财政优惠；鼓励高校设立3D打印技术专业，培养3D打印技术方面的人才；完善相关法律法规，保护3D打印技术的只是产权；强化社会监督，重视对3D打印技术可能引发的社会问题，严格控制3D打印材料的购买渠道。通过以上政策面的手段，加大对3D打印技术发展的投入，促进我国3D打印技术发展迈上新台阶。

3.2 增强创新能力

创新是企业乃至国家不断向前发展的动力源泉。只有强大的创新能力，才能保证企业、社会在日益激烈的竞争漩涡中生存下来。首先，要促进3D打印技术的理论创新。及时掌握全球3D打印技术的发展动向，加强3D打印技术同电子、医学、物理等学科的交流，为拓展3D打印的材料制造带来新的活力。其次，建立3D打印技术信息交流平台，以高校、科研所、企业研究成果作为基础，加强高新科研机构之间的交流，实现完美的科学研究机制。

3.3 完善3D打印技术产业链

促进我国3D打印产业技术联盟的形成，定期开展3D打印技术产业相关研讨会，鼓励高校、科研单位、相关企业的参与，早日实现3D打印产业链上下流资源的整合。各方针对3D打印技术材料研究，加大资金、人力的投入，鼓励企业将非金属材料应用于3D打印技术之中。同时，各高校与研究机构充分发挥自身技术资源优势，通过与企业资金资源全面整合，形成3D打印产业的产品设计，软件开发，材料创新、产品宣传等完整的产业链。

3.4 普及3D打印产品的应用

通过开展3D打印产品博览会作品等方式，将3D打印技术推广到中小学校，对少年儿童开展3D打印的教育宣传，普及3D打印技术的知识，激发他们对3D打印技术的兴趣。选取生物医疗、工业设计等领域，有目的、有计划地将3D打印技术进行推广应用，积极促进3D打印技术理论与应用的同步发展[4]。

3.5 加强国际间3D打印技术的交流

根据我国对3D打印市场的实际需要，通过高校、研究所等平台，积极开展通欧美发达国家的3D打印技术的国际交流，形成高校与高校之间、研究机构与研究机构之间的合作关系，互相吸取发展经验，深化合作，共同促进3D打印技术的进一步发展。结束语

随着各个学科研究的不断深入，3D打印技术的发展势必将进入新的层面。作为最具创新力的技术之一，3D打印技术正在以自身独特的优势，受到全世界的关注。3D打印技术当前还处于较低水平，其内在的经济、社会等方面的价值亟待人们进一步挖掘。文章对我国3D打印技术的未来发展趋势提出了一些建议，希望能对未来3D打印技术的推广和应用做出贡献。

参考文献

ZigBee技术与应用 篇7

随着人们对低速率无线个人域网的应用需求越来越大, Zig Bee技术在近年来得到了快速的发展。由于Zig Bee技术具有低功耗、低成本、低速率、近距离和网络容量大等特点, 其主要适合用于工业自动控制、消费性电子设备、汽车自动化、医用设备控制、无线传感器网络和远程控制等领域, 可以嵌入各种设备。简而言之, Zig Bee就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术。

二、Zig Bee技术简介

Zig Bee的基础是IEEE 802.15.4, 这是IEEE无线个人区域网工作组的一项技术标准。Zig Bee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节, 或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点, 而几个协调器则可形成一个网络, 对路由传输的数目则没有限制。Zig Bee联盟还开发了安全层, 以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识, 而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。

Zig Bee读写器是短距离、多点、多跳无线通信产品, 能够简单、快速地为串口终端设备增加无线通信的能力。产品有效识别距离可达1500m, 最高识别速度可达200千米/小时, 同时识别200张标签, 性能稳定、工作可靠、信号传输能力强、使用寿命长等优势。

三、Zig Bee技术特点

(1) 超越蓝牙的简单实用

1999年, 蓝牙热潮席卷全球, 然而发展数年, 一直受芯片价格高、厂商支持力度不够、传输距离限制及抗干扰能力差等问题的困扰。低功耗、低成本的无线网络要求令Zig Bee应运而生, 大幅简化蓝牙的复杂规格, 专注于低传输应用, 不过相关规格已与现有的蓝牙脱钩。于是有媒体甚至预言:Zig Bee和UWB (Ultra-Wide Band, 超宽频道) 切入市场可能使蓝牙尚未普及即成历史。这种论调显然言过其实, 因为Zig Bee不支持语音, 但Zig Bee的低价格、低功耗和可靠支持成为其闪亮登场的亮点, 使得它超越蓝牙的简单实用成为事实。

(2) Zig Bee技术的主要特点

⊙数据传输速率低:只有10K字节/秒到250K字节/秒, 专注于低传输应用。

⊙功耗低:在低耗电待机模式下, 两节普通5号干电池可使用6个月到2年, 免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是Zig Bee的支持者所一直引以为豪的独特优势。

⊙成本低:因为Zig Bee数据传输速率低, 协议简单, 所以大大降低了成本, 且Zig Bee协议免收专利费。

⊙网络容量大:每个Zig Bee网络最多可支持255个设备, 也就是说, 每个Zig Bee设备可以与另外254台设备相连接。

⊙时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间。

⊙安全:Zig Bee提供了数据完整性检查和鉴权功能, 加密算法采用AES-128, 同时可以灵活确定其安全属性。

⊙有效范围小:有效覆盖范围10~75米之间, 具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定, 基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。

⊙工作频段灵活:使用的频段分别为2.4GHz;868MHz (欧洲) 及915MHz (美国) , 均为免执照频段。

随着研究的进一步深入, 传感器将变得更小, 而且功能会越来越多。最终, 他们可能会微缩到尘埃大小。届时, 数以千计的微小传感器或者称为“智能尘埃”将被释放到大气中来检测任何东西。

四、Zig Bee协议

随着无线网络市场对网络的高效性及标准化的需求日益增长, Zigbee协议作为一种支持低速率、低功耗、安全可靠的无线网络标准应用而生。它是目前远程监控传感网络应用领域惟一的标准化技术, 还处于不断成长与发展中, 但已显示出强大的生命力。

1. Zig Bee堆栈层

每个Zig Bee设备都与一个特定模板有关, 可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。设备是由模板定义的, 并以应用对象 (Application Objects) 的形式实现 (见图1) 。

每个应用对象通过一个端点连接到Zig Bee堆栈的余下部分, 它们都是器件中可寻址的组件。从应用角度看, 通信的本质就是端点到端点的连接 (例如, 一个带开关组件的设备与带一个或多个灯组件的远端设备进行通信, 目的是将这些灯点亮) 。端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的容器, 在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。

图2就是设备及其接口的一个例子:每个接口都能接收 (用于输入) 或发送 (用于输出) 簇格式的数据。一共有二个特殊的端点, 即端点0和端点255。端点0用于整个Zig Bee设备的配置和管理;应用程序可以通过端点0与Zig Bee堆栈的其他层通信, 从而实现对这些层的初始化和配置;附属在端点0的对象被称为Zig Bee设备对象 (ZD0) ;端点255用于向所有端点的广播;端点241到254是保留端点。

所有端点都使用应用支持子层 (APS) 提供的服务。APS通过网络层和安全服务提供层与端点相接, 并为数据传送、安全和绑定提供服务, 因此能够适配不同但兼容的设备, 比如带灯的开关。

APS使用网络层提供的服务, 网络层负责设备到设备的通信, 并负责网络中设备初始化所包含的活动、消息路由和网络发现。应用层可以通过Zig Bee设备对象 (ZD0) 对网络层参数进行配置和访问。

2. 802.15.4 MAC层

IEEE 802.15.4标准为低速率无线个人域网 (LR-WPAN) 定义了OSI模型开始的两层。PHY层定义了无线射频应该具备的特征, 它支持二种不同的射频信号, 分别位于2450MHz波段和868/915MHz波段。2450MHz波段射频可以提供250kb/s的数据速率和16个不同的信道。868/915MHz波段中, 868MHz支持1个数据速率为20kb/s的信道, 915MHz支持10个数据速率为40kb/s的信道。MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信, 它负责建立与网络的同步, 支持关联和去关联以及MAC层安全:它能提供二个设备之间的可靠链接。

3. 关于服务接入点

Zig Bee堆栈的不同层与802.15.4 MAC通过服务接入点 (SAP) 进行通信。SAP是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。Zig Bee堆栈的大多数层有两个接口:数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务;管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。

4. Zig Bee的安全性

安全机制由安全服务提供层提供。然而值得注意的是, 系统的整体安全性是在模板级定义的, 这意味着模板应该定义某一特定网络中应该实现何种类型的安全。每一层 (MAC、网络或应用层) 都能被保护, 为了降低存储要求, 它们可以分享安全钥匙。SSP是通过ZD0进行初始化和配置的, 要求实现高级加密标准 (AES) 。Zig Bee规范定义了信任中心的用途, 信任中心是在网络中分配安全钥匙的一种令人信任的设备。

5. Zig Bee堆栈容量和Zig Bee设备

根据Zig Bee堆栈规定的所有功能和支持, 我们很容易推测Zig Bee堆栈实现需要用到设备中的大量存储器资源。不过Zig Bee规范定义了三种类型的设备, 每种都有自己的功能要求:Zig Bee协调器是启动和配置网络的一种设备, 协调器可以保持间接寻址用的绑定表格, 支持关联, 同时还能设计信任中心和执行其他活动。一个Zig Bee网络只允许有一个Zig Bee协调器, Zig Bee路由器是一种支持关联的设备, 能够将消息转发到其他设备。Zig Bee网格或树型网络可以有多个Zig Bee路由器, Zig Bee星型网络不支持Zig Bee路由器。Zig Bee端终设备可以执行它的相关功能, 并使用Zig Bee网络到达其他需要与其通信的设备。它的存储器容量要求最少。然而需要特别注意的是, 网络的特定架构会戏剧性地影响设备所需的资源。网络层支持的网络拓扑有星型、树型和网格型。在这几种网络拓扑中, 星型网络对资源的要求最低。

五、Zig Bee应用

随着Zig Bee规范的进一步完善, 许多公司均在着手开发基于Zig Bee的产品。采用Zig Bee技术的无线网络应用领域有家庭自动化、家庭安全、工业与环境控制与医疗护理、检测环境、监测、监察保鲜食品的运输过程及保质情况等等。其典型应用领域如下:

1. 数字家庭领域

可以应用于家庭的照明、温度、安全、控制等。Zig Bee模块可安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系统、空调系统和其他家电产品等。例如在灯泡中装置Zig Bee模块, 则人们要开灯, 就不需要走到墙壁开关处, 直接通过遥控便可开灯。当你打开电视机时, 灯光会自动减弱;当电话铃响起时或你拿起话机准备打电话时, 电视机会自动静音。通过Zig Bee终端设备可以收集家庭各种信息, 传送到中央控制设备, 或是通过遥控达到远程控制的目的, 提供家居生活自动化、网络化与智能化。

2. 工业领域

通过Zig Bee网络自动收集各种信息, 并将信息回馈到系统进行数据处理与分析, 以利工厂整体信息之掌握, 例如火警的感测和通知, 照明系统之感测, 生产机台之流程控制等, 都可由Zig Bee网络提供相关信息, 以达到工业与环境控制的目的。韩国的NURI Telecom在基于Atme和Ember的平台上成功研发出基于Zig Bee技术的自动抄表系统。该系统无需手动读取电表、天然气表及水表, 从而为公用事业企业节省数百万美元, 此项技术正在进行前期测试, 很快将在美国市场上推出。

3. 智能交通

如果沿着街道、高速公路及其他地方分布式地装有大量Zig Bee终端设备, 你就不再担心会迷路。安装在汽车里的器件将告诉你, 你当前所处位置, 正向何处去。全球定位系统 (GPS) 也能提供类似服务, 但是这种新的分布式系统能够向你提供更精确更具体的信息。即使在GPS覆盖不到的楼内或隧道内, 你仍能继续使用此系统。从Zig Bee无线网络系统能够得到比GPS多很多的信息, 如限速、街道是单行线还是双行线、前面每条街的交通情况或事故信息等。使用这种系统, 也可以跟踪公共交通情况, 你可以适时地赶上下一班车, 而不至于在寒风中或烈日下在车站等上数十分钟。基于Zig Bee技术的系统还可以开发出许多其他功能, 例如在不同街道根据交通流量动态调节红绿灯, 追踪超速的汽车或被盗的汽车等。

六、结束语

为了推动Zig Bee技术的发展, Chipcon (已被TI收购) 与Ember, Freescale, Honeywell, Mistubishi, Motorola, Philips和Samsung等公司共同成立了Zig Bee联盟 (Zig Bee Alliance) , 目前该联盟已经包含130多家会员。该联盟主席Robert F.Haile曾于2004年11月亲自造访我国, 以免专利费的方式吸引中国本地企业加入。据市场研究机构预测, 低功耗、低成本的Zig Bee技术将在未来得到快速增长。

Zig Bee技术在Zig Bee联盟和IEEE802.15.4的推动下, 结合其他无线技术, 可以实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值, 在未来其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。由于各方面的制约, Zig Bee技术的大规模商业应用还有待时日, 但已经展示出了非凡的应用价值, 相信随着相关技术的发展和推进, 一定会得到更大的应用。

参考文献

zigbee技术及其应用 篇8

关键词：Zigbee　电梯　远程监控

中图分类号：TM937　文献标识码：A　文章编号；1674-098X(2012)01(c)-0027-02

1　引言

随着社会的进步，经济的快速发展，我国电梯的保有量呈现爆发式增长的局势。截至2010年底，我国电梯的数量达到160万台左右，并且还在以每年20％以上的速度快速增长。电梯作为特种设备之一，在人们日常生活中发挥着越来越重要的作用。但由于种种原因，电梯的安全事故不断发生，如北京“7.5”北京地铁自动扶梯事故，使得电梯安全问题越来越受到社会各方面的广泛关注。作为电梯的监管部门，如何找到经济有效的技术手段，对电梯实施安全监管，成为摆在监管部门面前的一个重要课题。

2　Zigbee技术简介

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度，低功耗、低速率、低成本的雙向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

简单的说，Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“基站”却不到1000元人民币。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbeo网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。

Zigbee网络通常由三种节点构成：Coordinator：用来创建一个Zigbee网络，并为最初加入网络的节点分配地址，每个Zigbee网络需要且只需要一个Coordinator；Router：也称为Zigbee全功能节点，可以转发数据，起到路由的作用，也可以收发数据，当成一个数据节点，还能保持网络，为后加入的节点分配地址；End Device：终端节点，通常定义为电池供电的低功耗设备，通常只周期性发送数据，不接收数据。

3　Zigbee技术在电梯远程监控中的应用

如上图1所示，电梯远程监控选用串口转无线的Zigbee数据传输模块DRF1605H，其无线传输视距最大可达1.6公里。该模块可以自由设置为从模块或主模块，从模块用于从电梯终端设备采集数据并通过Zigbee方式发送至主模块，主模块用于接收数据。主模块接收的数据通过RS232转TCP/IP模块进入互联网，监控中心通过互联网访问联网电梯设备状态信息，从而实现电梯的远程监控。

4　监控数据的传输

电梯远程监控的信息由电梯运行信息、层站信息，安全回路状态信息。故障状态信息、消防状态信息等。Zigbee的数据传输有透明传输和点对点传输两种方式，这里选择用点对点传输方式。此方式适用于任意节点间数据传输：数据传输的格式为：OxFD+数据长度+目标地址+数据。如发送：FDOA14 3E01 02 03 04 05 06 0708 09 10

其中，FD：数据传输指令

0A：数据区数据长度，共10个字节

14 3E：目标地址

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10：数据

接收数据格式：0x FD+长度+目标地址+数据+源地址

如接收到的数据为：FDOA14 3E01 0203 04 05 06 07 08 09 1050 F5

其中，FD：数据传输指令

0A：数据区数据长度，共10个字节

14 3E：发送方的目标地址，接收方本身地址

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10：数据

50 F5：发送方源地址

5　结语

网络视频教学技术及其应用论文 篇9

一、网络视频的关键技术

在计算机软硬件技术和宽带互联网技术迅猛发展的同时，各种影像视频的录制和后期制作技术也得到了突飞猛进的发展。目前，视频格式可以分为适合本地播放的本地影像视频和适合在网络中播放的网络流媒体影像视频两大类。后者在播放的稳定性和播放画面质量上可能没有前者优秀，但前者文件一般体积较大，不利于网络传输。所以因为后者的广泛传播性正被广泛应用于网络视频点播、网络演示、远程教育、网络视频广告等互联网信息服务领域。本文着重解释一下后者。

所谓流媒体就是指在internet中使用流式传输技术的连续时基媒体。目前在internet上传输视频还有许多困难，其根本原因在于internet的无连接每包转发机制主要是为突发性的数据传输而设计的，不适用于对连续媒体流的传输。为了在internet上有效、高质量地传输视频流，还需要多种技术的支持，例如基于视频的压缩编码技术、应用层qos技术、连续媒体分布服等。其中，原始视/音频经过视/音频压缩算法的预压缩存储在存储设备中。响应客户请求时，流服务器从存储设备中获得视/音频数据，应用层qos控制模块根据网络状态和qos要求来改变视/音频比特流。然后通过传输协议把压缩过的比特流打包并且发送到网上。由于拥塞数据包可能出现丢包或者过度时延，为了提高视/音频的传输质量，网络中配置了连续流媒体分布式服务。对于成功传输的数据包，它们首先通过传输层，然后在进行视/音频解码前经过应用层处理。为了获得在播放中的视频和音频的同步，还需要媒体同步机制。以下介绍的六个关键技术是网络视频架构的主要组成部分。

1.网络教学视频的压缩及编码

网络视频教学的视频文件的传输就是把数据包发送到网上，用户通过解压后像先前发送那样流畅播出。因为目前网络是异构性的，缺乏qos质量控制，并且带宽也在很大范围内变化。所以传统的不可扩展性视频编码不适合网络传输。为了适应网络带宽的变化，面向传输的可扩展性编码的思想应运而生。可扩展性编码就是将多媒体数据压缩编码成多个流，其中一个可以独立解码，产生粗糙质量的视频序列，它适应最低的网络带宽，称为基本层码流；其他的码流可以按层为单位在任何地点截断，称为增强层，用来覆盖网络带宽变化的动态范围，它们不可以单独解码，而只能与基本层和它以前的增强层联合在一起解码，用来提高观看效果。因此，可扩展性码流具有一定的网络带宽适应能力。

2.拥塞控制技术和差错控制技术

拥塞控制技术的目的是采用某种机制应对和避免网络阻塞，降低时延和丢包率。常用的拥塞控制机制有速率控制和速率整形。对于视频流，拥塞控制的主要方法是速率控制。

差错控制技术包括：(1)前向纠错（fec）：fec是通过在传输的码流中加入用于纠错的冗余信息，在遇到包丢失的情况时，利用冗余信息恢复丢失的信息。它的不足是增加了编码时延和传输带宽。(2)延迟约束的重传。通常流的播放有时间限制，因此，仅有当重传的时间小于正常的播放时间时，重传才是有价值的。(3)错误弹性编码（error-resilientencoding）：在编码中通过适当的控制使得发生数据的丢失后能够最大限度的减少对质量的影响。在internet环境下，最典型的方法是多描述编码（mdc）。mdc把原始的视频序列压缩成多位流，每个流对应一种描述，都可以提供可接受的视觉质量。多个描述结合起来提供更好的质量。该方法的优点是实现了对数据丢失的鲁棒性和增强的质量。其缺点是相比单描述编码（sdc），它在压缩的效率上受到影响。而且由于在多描述之间必须加入一定的相关性信息，这进一步降低了压缩的效率。(4)错误的取消（concealment）：错误的取消是指当错误已经发生后，接受端通过一定的方法尽量削弱对人的视觉影响。主要的方法是时间和空间的插值（interpolation）。近年来的研究还包括最大平滑恢复，运动补偿时间预测等。

3.连续媒体分布服务

连续媒体分布服务的目的是在internet尽力服务的基础上提供qos和高效的音/视频传输，包括网络过滤、应用层组播、内容复制等。

网络过滤:是拥塞控制的一种，不仅可以提高视频质量，还可以提高带宽利用率。网络过滤通常采用的是丢帧过滤器，其基本方法是客户端根据网络丢包率向过滤器发送请求来增减丢帧速率，以调节媒体流的带宽。这种速率整形可以在拥塞点进行，这样可以提高速率控制的效率和拥塞控制的响应时间。

应用层组播：ip层的组播存在诸如可扩展性、网络管理和对高层应用的支持等屏障。应用层组播机制打破了ip组播的一些障碍，其目的在于构建网络上的组播服务，以更灵活的方式实现组播控制，节约网络带宽。

内容复制：内容/媒体复制是提高媒体传输系统可扩展性的一项重要技术。内容复制具有以下优点:(1)降低网络连接的带宽消耗。(2)减轻流服务器负荷。(3)缩短客户端时延。(4)提高有效性。

4.服务器

当视频服务器响应客户的视频流请求以后，它从存储系统读入一部分视频数据到对应于这个视频流的特定缓存中，再把缓存的内容通过网络接口发送给相应客户，保证视频流的连续输出。目前存在三种类型的视频服务器结构：(1)通用主机方法。采用计算机主机作为视频服务器。它的主要功能是存储、选择、传送数据。缺点是系统成本高而且不利于发挥主机功能。(2)紧耦合多处理机。把一些可以大量完成某指令或者专门功能的硬件单元组合成的专用系统级联起来，就构成了紧耦合多处理机实现的视频服务器。这种服务器费用低、性能高、功能强，但是扩展性较差。(3)调谐视频服务器。这种服务器主板上有一个独特微码的嵌入式仿真器控制。通过在主板中插入更多的服务通路，可以方便地进行扩展。

5.媒体同步

所谓媒体同步是指保持一个数据流或者不同媒体流之间的时间关系。通常有三种类型的同步控制：流内（intra-stream）同步、流间（inter-stream）同步和对象间（inter-object）同步。

6.相关协议

(1)实时传输协议（rtp）与实时传输控制协议（rtcp），rtp和rtcp都是基于ip的应用层协议。(2)实时流协议（rtsp）是由realnetworks和netscape共同提出的一个应用层协议。(3)资源预留协议（rsvp）资源预留协议是运行于传输层的一个网络控制协议。

二、网络视频教学的实现方式

1.教学视频素材的存储及网上发布

通过全程数字化的设想录制及编辑，利用现有的网络平台，采用.MPEG/.MPG/.DAT/.AVI/.RA/.RM/.RAM/.WMV等影像格式将接收的节目和现场教学或课件有选择的进行存储，并对存储的节目进行编目、检索，最终实现网上发布。在这种模式中，信息的采集与获得都是基于DownloadandPlay的模式，必须全部下载下来后才能使用。由于目前我国许多地区网络条件还很不发达，这种方式可使网络教学正常化。

2.视频教学点播系统

根据各专业的特点，将部分有价值的教学课件和经典课程进行数字化存储，并在此基础上建立课件点播系统，根据教学需要进行实时或非实时单一广播（Unicast）或组播（Multicast），并对这些课件或课程进行编目和网上发布，以利于师生随时点播或网上补课，满足不同层次用户的需求。现代“流媒体”技术的应用，使得在线点播得以顺畅实现。因为音视频文件是一种时间性的连续数据，因此采用“流媒体”技术后可以无需等待全部数据下载完毕就可以开始浏览或播放数据，从而实现网络教学中学生与教师同步。而且“流媒体”处理的信号压缩比很大，这样可以大大减少存储体积，节省网上资源。

3.视频教学网络直播

利用实时视频压缩、大数据量网络直播，异步视频控制等流媒体技术，在Internet环境中，通过先进高效的数据传输技术，将采集到的视频数据，向整个网域内实时直播，达到网络内任何一台客户机均可同步观看电视节目、现场直播、摄像头视频、视频文件等。真正的基于Web应用的全新视讯直播系统，是按照国际标准的MPEG-4图像编解码技术和实时数据流传输的网络协议开发，可稳定运用于基于IP协议的任何网。采用软件技术实现视频通信，文件直播，字幕及图片的显示远程管理等功能，可广泛适用于教育行业的多媒体教学、远程教育、校园电视台等。

4.远程教育系统——可交互的多路实时视频的线性教学

早期的网络教育主要以课件下载、视频下载、视频点播等方式为主，相对于真实的课堂教学，在教与学之间音视频互动方面的表现力仍有一些缺陷，因此在教学效果上交互的效果较差。而在真实的课堂中，为了达到良好的学习效果，往往需要教师能够及时的与学生进行沟通，及时的答疑解惑、指点迷津。远程教育系统一直以来更侧重于多媒体交互技术，在处理多方多层次交互方面有着更多的技术处理手段和应用积累，网上家教、网上辅导有一对一和一对多两种模式。为远程教育和远程培训真正的打造出了基于网络的互动课堂，使网络视频教育更加生动和具体。

网络视频教学技术是建立在现代网络传媒技术基础上的多媒体应用，学校和机构可以解决跨地区的教学和培训，为教育教学改革做出贡献。

参考文献：

[1]王春海:网络视频技术及应用标准教程.人民邮电出版社

磁悬浮飞轮技术及其应用研究 篇10

针对目前卫星上使用的滚珠轴承动量飞轮的不足,概要介绍了磁悬浮飞轮的优点及其分类.首先综述了应用于卫星姿态控制执行机构的磁悬浮飞轮的发展历史与研究现状,重点分析了磁悬浮飞轮的主要关键技术.其次阐述了两轴主动控制型磁悬浮飞轮应用于卫星姿态控制的适应性,较为全面的.介绍了我们在磁悬浮飞轮技术研究上的工作与进展.最后展望了磁悬浮飞轮技术未来应用的发展方向,针对我国空间技术发展的实际需求提出了目前应重点研究的方向.

作 者：吴刚 刘昆 张育林 WU Gang LIU Kun ZHANG Yu-lin 作者单位：吴刚,刘昆,WU Gang,LIU Kun(国防科技大学航天与材料工程学院空间技术研究所,湖南,长沙,410073)

张育林,ZHANG Yu-lin(装备指挥技术学院,北京,101416)