来自天花板照明的无线信号，用于互联制造

 
WLAN和蓝牙的带宽有限，使得传统的无线通信在生产环境中成问题。尽管如此，仍需要无线连接许多组件，例如传感器和机器人。为了克服这一挑战，位于莱姆戈的Fraunhofer IOSB-INA的研究人员团队正在Ostwestfalen-Lippe(OWL)应用科学与艺术大学的帮助下研究解决方案。希望很快，工厂厂房中的机器将使用光脉冲相互通信。这项技术不是新技术，但是现在需要对其进行调整以用于工业中。
无人驾驶运输系统，传送带，发动机，机器人，传感器，无人机，监控系统，移动设备以及各种各样的机器和设备-它们彼此通信并在生产环境中交换数据。它们通常在不同的位置安装和操作，因此必不可少的无线连接-如果要避免生产停机，则必须平稳工作。长期以来，我们一直在我们的职业和个人生活中享受无线连接(例如WLAN(WiFi)和蓝牙)的优势，但是在制造过程中，传统的无线通信已接近极限：WLAN和蓝牙的带宽有限。鉴于用户，接收器和设备的数量不断增加，无线频谱已超载。虽然5G技术将缓解这一问题，但位于弗兰霍夫光电，系统技术和图像开发IOSB的莱姆戈的Fraunhofer IOSB-INA的研究人员认为，存在一种更有效且无许可证的方式来克服这一难题。制造环境中的沟通挑战。他们采用了不同的方法，并选择了可见光谱用于无线数据传输。专家称这种技术为可见光通信(VLC，请参见方框)。 Fraunhofer IOSB-INA的研究人员Daniel Schneider说：“光谱大约是整个可用无线光谱的4000倍。它的波长范围是380至800纳米。”他与他的同事和OWL应用科学大学一起致力于将VLC推向工业。由德国联邦经济和能源部(BMWi)资助的“生产中的可见光”项目的研究工作已经开始，该项目是由德国自动化与微电子研究协会(DFAM)牵头的工业合作研究项目。 。
缺乏对工业环境中VLC条件的研究
VLC已经在办公室，家庭和实验室中使用，并且自最近以来，也已用于购物中心中的室内导航系统。但是，工厂大楼中的干扰源要多得多，这对通信技术提出了重大挑战，但尚未进行足够深入的研究。施耐德说：“作为常规无线网络访问的替代方法，我们将在可见光通信解决方案中使用市售的节能LED。关键是能够建立一个被证明能够抵抗尽可能多的干扰的系统，”施耐德说。当可以克服由于墙壁，金属物体，机器和其他干扰信号引起的覆盖问题时，这种系统是可靠的。 “人工照明，阴影效果和反射会影响光的数据传输。我们与五家工业公司合作，进行了测量，以分析它们在何种程度上以及在哪些领域和数量上。”在测试的其他工具中，他们使用了可以绕两个轴旋转的光谱仪，该光谱仪可以测量干扰源的空间分布。测量活动主要关注三个影响因素：环境光，粒子和环境反射，专家也将其称为多径散射。
测试表明，灰尘颗粒对光信号没有影响。研究人员说：“工厂建筑物通常通风良好，因此典型的颗粒浓度不会吸收任何相关程度的光信号。”缓慢移动(0.2 m / s)的人员和车辆也不会影响信号质量。另一方面，环境光会影响整个光谱。项目合作伙伴确定了总共十个模型，这些模型的照明条件会影响VLC系统。其中包括焊接工艺，荧光灯管以及光学跟踪系统，但这些影响严格来说是局部的，不会影响周围区域。因此，根据测试结果，VLC系统必须能够对照明条件做出自适应响应，以最小化这些类型的干扰因素。研究人员还将多径散射视为干扰因素：“一盏灯向多个方向发射光，并且该光通过反射到达接收器。如果这些反射变化很大，那么光将在不同的时间以不同的吸收程度到达接收器。这会在纳秒范围内使有用信号失真，并降低传输质量。”根据定量测量结果，Schneider和他的团队正在开发适合工业使用的环境适应性VLC系统。
没有数据失窃的机会
VLC不仅提供了比WLAN更大的带宽，还确保了数据安全性。无线信号穿过墙壁传播，因此可以在工厂建筑物外拦截和操纵通信。光是不可能的。潜在的攻击者没有机会在这里。 VLC的另一个优势是可以无线连接1000多个设备。 “一旦基于我们的测量活动为VLC系统建立了理想的设计，我们将能够在一个位置操作1000多个设备，从而节省能源，确保安全，不受干扰并且对电磁场不敏感， ”来自Lemgo的研究人员说。除天花板照明外，所需的硬件预计将仅限于Internet连接和与终端设备连接的收发器。现有的演示器目前正在Lemgo的SmartFactoryOWL中的真实条件下进行测试。预计大型公司和中小型企业都将从2021年中旬受益于完整的系统。