聽不到的噪聲可能是大的問題

*，車間是一個(gè)非常嘈雜的地方：噪聲性聽力衰減是常見的職業(yè)病之一。但受噪聲影響的不光是車間工作人員，傳感器和通信系統(tǒng)也會(huì)受到電子噪聲的影響。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（iiot，也稱工業(yè)4.0）時(shí)代的來臨，這種情況會(huì)越來越常見。 為什么電子“聽力衰減”的現(xiàn)象會(huì)呈上升趨勢？因?yàn)閕iot是通過大數(shù)據(jù)分析來提供行業(yè)專家所說的“可操作的見解”，從而提升運(yùn)營效率、節(jié)省成本和預(yù)測故障。收集大量數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到云端是通過添加數(shù)千個(gè)敏感傳感器完成的，這樣就可以監(jiān)視工業(yè)流程，當(dāng)然這些傳感器還必須能在非定制環(huán)境下穩(wěn)定地運(yùn)行。 emc和互聯(lián)工廠 維基百科對電磁兼容性（emc）的定義為：“在電學(xué)中研究意外電磁（em）能量的產(chǎn)生、傳播和接收，以及這種能量所引起的有害影響。比如電磁干擾（emi）或?qū)ψ鳂I(yè)設(shè)備造成物理損壞”。emc的影響主要分為兩部分，即電磁干擾（產(chǎn)生不需要的電磁能量）和電磁敏感度（指設(shè)備受電磁能量影響的程度）。根據(jù)傳播方式（輻射或傳導(dǎo)），它們還可以分為四個(gè)不同的研究領(lǐng)域，產(chǎn)生四組問題。

是什么讓工廠成為了電磁噪聲重災(zāi)區(qū)？

在低功耗、低電壓模擬和數(shù)字技術(shù)發(fā)展之前的數(shù)年甚至是幾十年前所建立的工廠中，往往會(huì)混用多種有線/無線傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)。而如今的設(shè)備通常需要1v或更低電壓的電源，因此可能會(huì)受到電源和地線中的毫伏級(jí)電壓干擾。由于工廠在初設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員無法預(yù)見iiot會(huì)廣泛采用低功耗無線設(shè)備，因此并未重視將電磁干擾降至ghz以內(nèi)，也就出現(xiàn)了現(xiàn)在這種糟糕的局面。

一般來說，工廠中都會(huì)有許多機(jī)器，其中有些會(huì)導(dǎo)致低功耗無線設(shè)備出現(xiàn)emc問題。例如，弧焊機(jī)可能會(huì)引起輻射干擾和傳導(dǎo)干擾：輻射射頻（rf）能量來自于弧脈沖，傳導(dǎo)能量來自于電源和地線的電壓諧波和波動(dòng)。同時(shí)，其他機(jī)器可能也會(huì)遭受電磁干擾，導(dǎo)致運(yùn)行受到影響。

一些適用的emc標(biāo)準(zhǔn)

正如您所料，在意識(shí)到一臺(tái)嘈雜的設(shè)備能夠?qū)χ車h(huán)境產(chǎn)生極大影響后，各國政府紛紛制定了限制emc干擾的標(biāo)準(zhǔn)。美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（fcc）針對電信設(shè)備設(shè)置了低合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，法規(guī)的第15部分規(guī)定了防止有害射頻干擾所需的干擾測試。

歐盟頒發(fā)的r&tte指令99/5/eg適用于所有無線電控制產(chǎn)品。加拿大工業(yè)部也規(guī)定了無線電設(shè)備合規(guī)的一般要求（rss-gen），其他國家和地區(qū)也都有類似的法規(guī)。

監(jiān)管機(jī)構(gòu)針對每類emc都會(huì)頒發(fā)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，包括允許的噪聲級(jí)別和批準(zhǔn)的測試流程。政府機(jī)構(gòu)通常要求公司在發(fā)布新產(chǎn)品之前，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試和認(rèn)證。

不同的標(biāo)準(zhǔn)在電工委員會(huì)（iec）等標(biāo)準(zhǔn)主管部門的授權(quán)下，可用于不同的行業(yè)。對于工業(yè)設(shè)備，iec 61000-6-2規(guī)定的emc抗擾度對于iec61000-6-4 來說卻是常規(guī)干擾級(jí)別。很多應(yīng)用都有它們自己的標(biāo)準(zhǔn)：例如，iec 60974-1特別適用于弧焊機(jī)電源，而iec 60974-10則規(guī)定了弧焊機(jī)emc要求。

emc和無線網(wǎng)絡(luò)

雖然工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)已有幾十年的歷史，也使用以太網(wǎng)和can（控制器局域網(wǎng)絡(luò)controller area network）等標(biāo)準(zhǔn)，但隨著低成本、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)的崛起，構(gòu)建iiot工廠也越來越方便了。下面是工業(yè)應(yīng)用采用無線解決方案的幾點(diǎn)原因：

更出色的移動(dòng)性，能夠移動(dòng)設(shè)備并輕松連接智能手機(jī)和平板電腦

無需昂貴的線纜

快速方便的安裝和調(diào)試，尤其是遠(yuǎn)程或不方便操作的位置

更出色的靈活性和遠(yuǎn)程更新能力

設(shè)備能夠輕松集成到網(wǎng)絡(luò)

在過去十年間，已制定了多個(gè)用于互聯(lián)工廠的無線標(biāo)準(zhǔn)。下表列出了一些主要的標(biāo)準(zhǔn)以及它們在 iiot中的應(yīng)用： 

iiot架構(gòu)師們尤為鐘愛基于ieee 802.15.4的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檫@類網(wǎng)絡(luò)更適合iiot傳感器節(jié)點(diǎn)的小數(shù)據(jù)包和低更新速度。另一方面，802.11 wlan設(shè)備必須能夠適應(yīng)視頻流等應(yīng)用，從而大大增加了復(fù)雜度和功耗。

很多無線產(chǎn)品都能在一個(gè)器件中處理一個(gè)或多個(gè)iiot協(xié)議。例如，texas instruments提供的cc2630無線微控制器單元（mcu）具備6lowpan、zigbee和ti自己的simplelink功能。

此器件屬于cc26xx系列中高性價(jià)比的超低功耗2.4-ghz rf器件。cc2630包含運(yùn)行頻率為48 mhz的32位arm cortex-m3處理器內(nèi)核，以及搭載arm cortex-m0的rf塊。其中內(nèi)置的超低功耗傳感器控制器，能夠在系統(tǒng)休眠模式下與外部傳感器交互并收集模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，使得該器件成為了iiot低功耗遠(yuǎn)程傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的理想之選。