Дипломдық жобасында өндірістік орынның параметрлерін бақылау

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация 

 

В  дипломной  работе  рассмотрена  возможность  применения  и 

реализация  беспроводных  технологии  в  системе  контроля  параметров  в 

производственных  помещениях.    Для  решения  задач  в  проекте  выбран 

беспроводная технология ZigBee и разработан интерфейс системы контроля в 

программной среде NI LabView 2011.  

В  технико  –  экономической  части  был  составлен  расчет  капитальных 

затрат  на  построение  сети.  Кроме  того,  были  рассмотрены  вопросы 

безопасности труда и жизнедеятельности. 

 

 

Аңдатпа 

 

Дипломдық  жобасында  өндірістік  орынның  параметрлерін  бақылау 

жүйесін  жасау  үшін  сымсыз  технологияларды  қолдану  мен  іске  асыру 

мүмкіндіктері  қарастырылған.  Жобаның  есептерін  шешуге  ZigBee  сымсыз 

технологиясы  таңдалынып,  NI  LabView  2011  бағдарламалық  ортасында 

бақылау жүйесінің интерфейсі жасалынған.  

Техника – экономикалық бөлімінде желінің ұйымдастыруына  бөлінетін 

капиталдық  шығындарын  есептеу  жүргізілген.  Одан  басқа,  өміртіршілік  пен 

еңбек қауіпсіздігі мәселелері қарастырылған. 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны 

Кіріспе 

7 

1 бөлім. Өндірістік орынның параметрлерін бақылау жүйесі 

8 

  1.1 Микроклимат параметрлерін бақылау жүйесі 

8 

1.2

 

Өрт қауіпсіздік жүйесі 

9 

2 бөлім. Сигналдарды сымсыз технологиялар арқылы жіберу 

11 

2.1

 

 WPAN желісі және  IEEE 802.15.4 стандарттары 

13 

2.1.1

 

 Желі хаттамасының құрылымы 

16 

2.1.2 Желіні құру және жұмыс істеу принципі 

19 

2.2

 

Zigbee сымсыз технологиясын өндірістік орынның параметрлерін 

бақылау жүйесіне қолдану  

25 

2.2.1

 

Параметрлерді өлшеу құрылғыларын таңдау 

31 

  2.3 Есептеу бөлімі 

32 

  2.3.1 Сигналдың әрекет ету аймағын есептеу 

34 

  2.3.2 Шуды есептеу 

38 

  2.3.3 Желілердің жоғалуын есептеу 

39 

2.4 LabView графикалық программалау ортасының сипаттамасы мен 

жұмыстың жасалуы 

41 

2.5 NI LabView 2011 графикалық программалау ортасында өндірістік 

орынның параметрлерін бақылау жүйесінің интерфейсін жасау 

44 

3

 

 бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі 

47 

3.1

 

Жарықтандыру 

48 

3.2

 

Ауа тазарту және желдету жүйелерін есептеу 

52 

  3.2.1Желдеткішті таңдау 

55 

  3.3 Өрт қауіпсіздігі 

55 

4

 

 бөлім. Техника – экономикалық бөлімі 

57 

4.1

 

Жоба мазмұны 

57 

4.2

 

Өндірістік жоспар 

58 

4.3

 

Инвестициялық шығынды есептеу 

59 

Қорытынды 

63 

Қолданылған әдебиеттер 

64 

Қосымша А 

65 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе 

 

Барлық  жүйелерді  құрудың  мақсаты  әртүрлі  қолданбалы  облыстарда 

сыммен  байланысқан  байланыс  сымдарының  орнына  сымсыз  арналарды 

қолдану болып табылады. Әсіресе, желідегі құрылғылар санын жүздеген және 

мыңдаған  болатын  мәліметтерді  жинау,  автоматтандыру  және  басқарудың 

таратылған жүйесінің сымсыз байланысқа өту сұрағы маңызды болып отыр.   

Сымсыз  желілер  көптеген  қолданушылар  мен  жасап  шығарушыларды 

өзінің  пайда  болғанынан  бастап,  сымды  желілермен  салыстырғандағы 

артықшылығымен  қызықтыруда.  Ол  икемді  құрылысы  мен  монтаж  жасау 

кезіндегі  шығынының  аздығымен  ерекшелінеді.  Кейбір  жағдайларда 

технологиялық  және  ұйымдастырушылық  себептерінен  аралық  сымды 

байланыс мүлдем болмауы мүмкін. Бұл жағдайда сымсыз байланыс көптеген 

мәселелерді  шешеді.  Сондықтан  мәліметтерді  жіберудің  сымсыз  жүйесі 

көптеген мәселелерді шешу үшін қолдануға өте ыңғайлы.  

Сымсыз  жүйелерді  тәжірибеде  қолдану  көптеген  уақыт  бойы  сымды 

байланыспен  салыстырғанда  радиоарнаның  сенімділігінің  төмендігінен, 

бағасының  қымбаттылығы  мен  элементті  базаның  энергия  тұтынуы  жоғары 

болуынан,  сонымен  қатар  орнату  нысанында  жүйені  орнату  мен  жүктеуінің 

күрделілігінен 

қиын 

болды. 

Қазіргі 

кезде 

мәліметтерді 

жинау, 

автоматтандыру  және  басқару  сымсыз  жүйелері  кіші  аумақта  жұмыс 

жасайтын  және  нарықта  микросұлбалар,  радиомодульдер  мен  модемдердің 

жиынтығы  пайда  болудан  және  де  басқарудың  және  мәліметтерді  жіберудің 

стандартты  хаттамалары  қамтылған  бағдарламалық  қамтамасыздандырудың 

дамытылған сымсыз желі технологиясының арқасында іске асты. 

Қазіргі  таңда  «тұрмыста»  біз  радиоарна  арқылы  сымсыз  байланыстың 

кемінде  үш  түрін  қолданамыз:  GSM  телефонға  арналған,  үйдегі  немесе 

офистік  желі  үшін  Wi-Fi  және  құрылғылар  мен  периферияларды  қосу  үшін 

Bluetooth. Бірақ бұл стандарттар жиынтығы барлық желілік мәселелерді шеше 

алмайды.  Сондықтан  қолданушылардың  сұранысына  көптеген  альтернативті 

айрықшалар  пайда  болады.  Соның  бірі  –  IEEE  802.15.4  және  соған 

байланысты ZigBee стандарты таңдалынған.  

Дипломдық  жобада  өндірістік  орынның  параметрлерін  бақылау  үшін 

802.15.4  стандартының  ZigBee  технологиясы  микроклимат  және  төтенше 

жағдайларға қолдану мүмкіндігі қарастырылады.  

Жобада келесі қойылған есептерді шешу қарастырылған: 

1)

 

өндірістік орынның бақыланатын параметрлерін анықтау; 

2)

 

сигналдарды жіберудің сымсыз технологияларының талдауын жасау;  

3)

 

параметрлерді өлшеу құрылғыларын таңдау;  

4)

 

LabView графикалық бағдарламалау ортасымен танысу; 

5)

 

LabView  графикалық  бағдарламалау  ортасында  өндірістік  орынның 

параметрлерді бақылау жүйесінің интерфейсін жасау; 

6)

 

өміртіршілік қауіпсіздік бөлімінің есептерін қарастыру; 

7)

 

техника – экономикалық бөлімінде капиталдық шығындарды есептеу. 

 

 

1 бөлім. Өндірістік орынның параметрлерін бақылау жүйесі 

 

1.1

 

Микроклимат параметрлерін бақылау жүйесі 

 

Барлық  өндірістік  орындар  микроклимат,  жарық  пен  өрттен  сақтану 

қауіпсіздігінің  қалыпты  болуын  қамтамасыз  етуді  жоспарлайды.  Себебі 

өндіріс  орындарында  жұмыс  істейтін  қызметкерлерге  немесе  фермаларда 

өсіретін  жануарларға  және  т.б.  жағдайларда  ең  керек  параметрлер.  Ал  осы 

параметрлерді бақылау маңызды талаптардың бірі. Себебі олардың жұмысқа 

жарамдылығын,  істен  шыққанын,  яғни  олардың  жұмыс  жасап  тұрғанын  не 

жасамауын бақылау үшін қажет. 

Өндірістік  орынның  бақылау  жүйесінің  параметрлері  ретінде 

температура,  салыстырмалы  ылғалдылық,  желдеткіш  және  өрт  қауіпсіздігі 

алынды.  Олардың  қалыпты  жағдайлары  өндірістік  орындардың  түрлеріне 

байланысты әр түрлі мәндер алынуы мүмкін. Мысалы, инкубатор залында 18-

22  ˚С,  салыстырмалы  ылғалдылығы  55-70%  болса,  фермаларда  20-26˚С, 

салыстырмалы  ылғалдылығы  60-70%.  Сондықтан  қалыпты  деп  алынған 

мәндер  осыларды  толық  қамтиды.  Сонымен  қатар  микроклиматтық 

параметрлер  жыл  ауысымдары  мен  жұмыстың  ауырлығына  байланысты 

қалыпты  мәндері  қабылданған.  Жыл  ауысымдары  болып  жаздық:  +10˚С  тең 

немесе үлкен және қыстық: +10˚С-тан төмен температуралар алынады.  

Температура  –  макроскопиялық  жүйенің термодинамикалық  тепе-

теңдік  күйін  сипаттайтын физикалық  шама.  Температураның  жоғары  немесе 

төмен  болуы  өндірістің  өнімділігіне  әсер  етеді.  Микроклиматтық  шарттар 

бойынша  бекітілген  температураның  қалыпты  жағдайы  жазда  16-25  ˚С,  ал 

қыста 18-29 ˚С деп алынды.  

Температуралық 

факторлардың 

сипаттамасы 

бойынша 

оның 

көрсеткіштерін,  олардың  қайталануын  қадағалау  керек.  Температураның 

өзгерісінен  ағзалардың  шыдау  шегінен  асып  кетсе,  онда  ол  үлкен  қайғыға 

әкеледі.  Температура  ағзаның  анатомды  –  морфологиялық  қасиеттеріне, 

физиологиялық процесстердің өтуіне, олардың өсуіне, дамуына әсер етеді. 

Салыстырмалы  ылғалдылық  –  ортаның  маңызды  экологиялық 

көрсеткіші.  Өндіріс  орындарында  жұмыс  жасайтын  адамның  не  қараудағы 

жануарлардың жақсы сезінуі үшін ауа ылғалдылығының қалыпты нормалары 

келтірілген: жаздың күндері – 60-75%, ал қыста – 55-70%.  

Параметрлердің қамту диапазоны ретінде өндірістік орынның қалыпты 

температурасы 18 – 26 ˚С, салыстырмалы ылғалдылықты 55-70% аралығы деп 

есептейміз.  

Желдеткіш  -  өндіріс орындарын  желдетуде,  аэроқоспаларды  құбырмен 

тасымалдауда,  т.б.  ауаны  немесе  басқа  газдарды  қозғалысқа  түсіріп  орнын 

ауыстыру үшін олардың артық қысымын тудыратын қондырғы. Желдеткіш - 

ғимарат  немесе  бөлменің  ішінде  ауа  алмасуды  ұйымдастырады.  Ол  жұмыс 

орнының  ауасын  сақтауға,  сонымен  қатар  технологиялық  құралдардың 

бұзылмауын  қарастыруға  мүмкіндік  береді.  Ол  ауа  алмасуына  байланысты 

 

 

табиғи  және  механикалық  болып  бөлінеді.  Табиғи  желдеткіш  өндіріс 

орынындағы  ауа  температурасы  мен  салмағына  байланысты  болады.  Табиғи 

желдеткіштің артықшылығы – құрылғының ыңғайлылығы және үлкен өндіріс 

орынын желдету мүмкіншілігі бар. Ал кемшілігі – оның ауаны жылыту және 

ылғандандыру  мүмкіншілігі  жоқ,  шаңнан  тазарту  тек  белгілі  бір  жер  ғана 

болады. Механикалық желдеткіштің кемшілігі  – ауа алмасу үшін күрделірек 

желдету қондырғысы керек және электрэнергиясының шығынын көп кетіреді. 

Бұл  жобадаа  желдеткіш  температура  мен  салыстырмалы  ылғалдылыққа 

байланысты болады. 

Желдеткіштің  негізгі  міндеті  –  өндірістік  орын  ішіндегі  зиянды 

бөлшектерден  тазарту.  Оларға  келесілер  жатады:  артық  жылу,  артық 

ылғалдылық, түрлі зиянды заттардын шығатын газдар мен булар және шаң. 

Апаттық  желдеткіштер  өндірістік  орынның  қауіпті  зиянды  заттар 

орналасқан  жерде  қойылады.  Егер  күтпеген  жағдайлар  болып  қалған  кезде 

оны тез жою мақсатында қолданады. 

 

1.2 Өрт қауіпсіздік жүйесі 

 

Өрт үлкен материалдық шығын әкеледі және кейбір жағдайларда адам 

өліміне  де  әкеледі.  Сондықтан  өрттен  қорғау  қоғамның  әрбір  мүшесінің 

маңызды міндеттерінің бірі болып саналады. 

Өндірістегі  өрттердің  негізгі  себептеріне  құрал-жабдықтардың 

технологиялық  жұмыс  тәртібінің  бұзылуы,  электр  жабдықтарының 

ақаулылығы,  жабдықтардың  жөндеу  жұмыстарына  нашар  дайындылығы, 

әртүрлі материалдардың өздігінен жануы және т.б. жатады. Жарылыс кезінде 

өртті  болдырмау  үшін  ыстық  жанғыш,  жарылысқа  қауіпті  ортаның  пайда 

болуына  мүмкіндік  бермей,  оталдыру  көзінің  пайда  болуына  кедергі  жасау 

керек. 

Өрттен  қорғанудың  мақсаты  —  өрттердің  алдын  алу  үшін  ең  тиімді, 

экономикалық жағынан пайдалы, техникалық  жағынан дәлелденген тәсілдер 

мен  құралдарды  іздестіру  және  өрт  сөндірудің  техникалық  құралдары  мен 

күштерді тиімді пайдалана отырып, өртті аз шығынмен тоқтату. 

Өрт  қауіпсіздігі  –  бұл  өрт  болу  мүмкіндігін  болдырмау  және  оның 

пайда болған кезінде адамдарға, құрылыс және материалдық құндылықтарға 

өрттің  қауіпті  факторларының  жағымсыз  әсерлерін  жою  үшін  қажетті 

шараларды  қолдану  болып  саналады.  Өрт  қауіпсіздігі  өрттің  алдын  алу 

шараларымен  және  белсенді  өрт  қорғанысымен  қамтамасыз  етіледі.  Өрт 

профилактикасы болып өртті болдырмау немесе оның салдарларын азайтуға 

бағытталған  іс-шаралардың  кешені  саналады.  Белсенді өрт  қорғанысы  – бұл 

өрт немесе жарылысқа қауіпті жағдайларымен белсенді күресуді қамтамасыз 

ету шаралары. 

Өрттің алдын алу шараларын мыналар кіреді: 

−

 

құрылыстық –жобалау; 

−

 

техникалық; 

 

 

−

 

ұйымдастырушылық; 

−

 

өрт сөндіру тәсілдері мен құралдары. 

Құрылыстық – жобалау шаралары ғимараттар мен құрылыстардың отқа 

төзімділігімен  анықталады.  Отқа  төзімділік  шегі  дегеніміз  –  бұл  оттың 

әсерінен құрылыс конструкцияларының бірінші сызат пайда болғанға дейінгі 

шыдайтын  уақыт  интервалы.  Барлық  құрылыс  конструкциялары  отқа 

төзімділік шегі бойынша 8 деңгейге бөлінеді. Ғимараттардың отқа төзімділік 

деңгейіне  байланысты  өрт  кезінде  эвакуациялау  үшін  шығатын  жерлерге 

дейінгі қашықтықтар белгіленеді. 

Техникалық шараларына мыналар кіреді: 

−

 

өмірге  қажетті  жүйелерді  (жылу,  жарықтандыру,  вентиляция  т.б.) 

орнатқан кездерде өрт қауіпсіздігі нормаларын сақтау; 

−

 

құрал-жабдықтар  жұмысының  тәртібі  мен  технологиялық  үрдістер 

параметрлерін сақтау; 

−

 

әртүрлі қорғану жүйелерін пайдалану. 

Өрт сөндірудің келесі тәсілдері қарастырылады: 

−

 

ыстық  жанғыш затты тотықтырғыштан бөлектеу; 

−

 

ауадағы оттегі концентрациясын азайту; 

−

 

ыстық  жанғыш  заттың  температурасын  оталдыру  температурасынан 

төмендету. 

Өрт  сөндіру  заттары  ретінде  су,  құм,  көпіршіктер,  ұнтақтар,  өрт 

тудырмайтын газ тәріздес заттар, инертті газдар, булар қолданылады. 

Өрт сөндіру құралдары 2-ге бөлінеді: 

−

 

қол  көмегімен  жұмыс  істейтін  құралдар  (құм  салынған  жәшіктер, 

асбест  жабындары,  өртке  қарсы  құрал-саймандары  бар  тақталар;  химиялық 

көпіршікті  от  сөндіргіштер;  ұнтақты  отсөндіргіштер;  көміроттекті 

отсөндіргіштер; хладонды отсөндіргіштер; құрама отсөндіргіштер); 

−

 

өртке  қарсы  жүйелер  (сумен  жабдықтау  жүйелері;  көпіршікті 

генераторлар; автоматты сигнал беру құралдарын қолдану арқылы автоматты 

өрт сөндіру жүйелері). 

Кез  келген  объектілерді  эксплуатациялауды  (туристік  фирмаларды, 

қонақ  үйлерді,  демалыс  базаларын)  бекітілген  нормативті  құжаттар 

талаптарына сай қатаң түрде жүзеге асыру қажет. 

Барлық  қоғамдық  және  өндірістік  ғимараттарда  нақты  көрсетілген 

кедергісіз  тез  шығуға  кепіл  беретін  апатты  жағдайларда  шығатын  жерлер 

болуы  тиіс.  Есіктер  іш  жағынан  ашылуы  керек.  Бұл  жерлерде  кедергі 

келтіретін  бөгде  заттар  мен  отқа  жанғыi  материалдар  болмауы  керек.  Бұдан 

басқа да құтқару жолдары қарастырылуы жөн. 

 

2 бөлім. Сигналдарды сымсыз технологиялар арқылы жіберу 

2001  жылы  IEEE  электроника  және  электротехника  инженерлер 

институтына WPAN сымсыз дербес желілер қатарына қатысты және 802.15.4 

мәнін алатын стандарт жасап шығару ұсынылған. 2002 жылы альянс ZigBee 

 

 

қалыптасты.  Альянс  ZigBee  –  кең  таралған  коммерциялық  емес  жартылай 

өткізгіш  компоненттер,  технологиялық  компаниялар,  ОЕМ-өндірушілер  мен 

бүкіл  әлемнің  қолданушылар  нарығындағы  жетекші  компаниялардың 

кешендік  консорциумы.  Альянс  IEEE  802.15.4  мәліметтер  пакетін  жіберу 

механизмін қолданып, сенімділігі жоғары, энергоэкономды, пайдалы сымсыз 

қосымшалар үшін ZigBee ғаламдық спецификациялық стекті жасап шығарды.  

  Кез  келген  стандарт  ол  не  мәліметтермен  сыммен  алмасу  интерфейсі 

немесе  сымсыз  байланыс  болсын,  тапсырмаларды  шешу  үшін  құрылады. 

Мысалы, WiFi видео және аудио мәліметтерді үлкен жылдамдықпен орташа 

арақашықтықта  жіберуге  мүмкіндік  береді;  Wi-Fi  корпоративті  желі  мен 

Интернетті  сымсыз  құрылғыларға  қол  жеткізуге  қолдануға  арналған. 

Сонымен  қатар  Bluetooth  мәліметтерді  кіші  арақашықтыққа  жіберуге 

арналған. Bluetooth жылдамдығы Wi-Fi жылдамдығына қарағанда аз, ол аудио 

немесе  видеоны  ағындық  жіберу  үшін  жақсы,  мысалы,  үй  кинотеатрының 

компоненттері  арасында.  ZigBee  көмегімен  шешетін  негізгі  тапсырма  –  аз 

көлемдегі  мәліметтерді  орташа  қашықтыққа  жіберу.  ZigBee-дің  ерекшелігі 

бұл  стандарттың  қабылдап  –  жіберуші  құрылғысы  минималды  энергия 

қолдануы  қажет.  IEEE  802.15.4  және  ZigBee  арқылы  сапалы  аудио  немесе 

видео ағынын жоғары дәлдікпен жіберілмеді, бірақ кез келген ортада күрделі 

сұлбаларды бақылау мен басқаруын жүзеге асыруға болады.  

 

 

 

2.1 сурет – Сымсыз стандарттар классификациясы 

 

Альянстың негізгі мақсаты – ZigBee протоколының бағдарламалық стек 

спецификациясын  жасау.  Ол  әр  түрлі  желілік  типтер  «жұлдыз»,  «ағаш 

кластері», «көпұяшықты желі» қауіпсіздік функциясы мен түрлі қосымшалар 

көрінісінің  сәйкестігімен  қамтамасыз  етеді.  ZigBee  спецификациясы 

ғаламдық  бірлік  стандартқа  негізделген,  жіберу  жылдамдығы  250  Кбит/с,  аз 

 

 

энергия  қолданатын,  ақпаратты  қорғау  мен  жүйе  сенімділігін  қамтамасыз 

ететін  сымсыз  желілік  шешімдерді  жасауға  мүмкіндік  береді.  Осыған  орай, 

ZigBee  –  802.15.4  стандарт  деңгейінің  қосымша  желілік  қабатын 

бағдарламалық  қамтамасыздандыруын  жасап  шығаратын  компаниялардың 

альянсы.  Альянс  мүшелері  сәйкес  сымсыз  желілердің  жаңа  нарықта  

қолдануын  анықтайды.  Консорциумға  қатысатын  барлық  активті  мүшелері 

ZigBee 

технологиясының 

техникалық 

ақпаратына 

және 

ZigBee 

спецификациясына  ықпал  жасауға  толық  қолжеткізе  алады.  ZigBee  802.15.4 

жалғыз  стандартталынған  сымсыз  технология  болып  табылады.  Ол  келесі 

коммерциялық,  өнеркәсіптік  және  үй  автоматикасында  қолданатын 

азтұтынылған    жүйелер  үшін  сымсыз  ақпараттық  желілерді  күшейтудің 

таратылған  желілердегі  датчиктердің  қосымшаларын  бақылау  мен 

мониторинг жасауға бағытталған: 



 

жарықты басқару жүйесі (өнеркәсіптік, муниципалды және үйдегі); 



 

өнеркәсіптік  және  үйдегі  автоматика  және  басқару  (жылу,  желдету 

және кондиционирлеу, қосымша құрылғылар мен қондырғылар); 



 

қолданылатын электроника (мультимедиа/ойын жүйелері, портативті 

электроника),  тұрмыстық  техникасы  (кір  жуғыш  машина,  кофеқайнатқыш, 

кондиционер, ауа фильтрлары және т.б.); 



 

дербес  компьютердің  перифериялық  құрылғысы:  тышқан,  ойын 

приставкалары, джойстиктер, пернетақта; 



 

сигнализация  және  қауіпсіздік  жүйелері,  апаттық  хабарландыру, 

қолжеткізудің  бақылау  жүйесі,  контактсыз  кілттер,  түтін,  газ,  температура, 

өрт, қозғалыс датчиктері және т.б.; 



 

емделушінің 

медициналық 

диагностикасының 

құрылғысы, 

спортшының  жағдайын  бақылауы,  биодатчиктер  мен  медициналық 

қондырғылар; 



 

алыс қашықтықтан басқару және технологиялық үрдістерді бақылау, 

қозғалыстағы  аппараттарды,  станоктарды,  өнеркәсіптік  қондырғыларды, 

тоңазытқыш 

қондырғыларды, 

қашықтықтағы 

мәліметтерді 

жинау 

құрылғысын, телеметрияны басқару; 



 

өнеркәсіптік және порттық активтерді бақылау, логистика; 



 

су,  газ  және  жылумен  қамтамасыздандыру  жүйесін,  электро-

энергияны  басқару  жүйесі  мен  құрылғымен  бақылау  жүйесін,  тұрғын  үй  -

коммуналдық шаруашылық жүйесін бақылау; 



 

ақпарттармен алмасудың сымсыз құрылғысы, радиомодемдер; 



 

автокөліктік  электроника  (шинадағы  қысымды  бақылау  жүйесі, 

идентификация және диагностика жүйесі) және т.б. 

  ZigBee  802.15.4  стандартының  басты  артықшылығы    орнатуға 

оңайлығы  мен  ұқсас  құрылғылармен  жұмыс  жасауы.  ZigBee  –  дің 

спецификациясының ерекшелігі сымсыз дербес желіні оңай күшейтеді [1]. 

 

 

 

2.1 

WPAN желісі және IEEE 802.15.4 стандарттары 

 

Қазіргі кезде сымсыз есептеуіш желілердің келесі стандарттары кеңінен 

таралады:  

−

 

IEEE  802.11  –  Wireless  Local  Area  Network  (WLAN  —  сымсыз 

жергілікті есептеуіш желі); 

−

 

IEEE  802.15  –  Wireless  Personal  Area  Network  (WPAN  —  сымсыз 

дербес есептеуіш желі); 

−

 

IEEE  802.16  –  Broadband  Wireless  Access  (BWA  —  сымсыз  кең 

таралған қол жеткізу). 

Біз  барлық  сымсыз  желілердің  стандарттарын  талдауымыз  міндетті 

емес.  Бұл  бөлімде  ZigBee  желісі  мен  оның  жаңа  дербес  сымсыз  желі 

стандарты  IEEE  802.15.4  қарастырамыз.  Ал  802.11  және  802.16  желі 

стандарттарын салыстыруға қолданамыз.  

WPAN  сымсыз  дербес  есептеуіш  желісі  15...20  м  арасындағы  кіші 

радиусты  жергілікті  желіні  қарастырады.  Ол  дербес  компьютерлер  арасын 

байланыстыратын  кабельді  алмастыру  үшін,  сонымен  қатар  перифериялық 

және  мультимедиялық  құрылғыларды  (принтер,  факс,  сканер  және  т.б.) 

байланыстыру  үшін  арналған.  Бірақ  кейбір  WPAN  желілері  100  м  (ZigBee,  

Bluetooth)  қашықтықта  да  жұмыс  жасай  алады.  Берілген  мәселені  шеше 

алатын  алғашқы  стандарт  IEEE  802.15.1.  Стандарт  Bluetooth  vl.x 

спецификациясына негізделді және (PHY layer) физикалық деңгейі мен (MAC 

layer)  ортаға  қолжеткізу  деңгейімен  анықталды.  Келесі  қадам  802.15 

стандартын  кеңінен  тарату  үшін  802.11  және  802.15  класстарын  өзара 

байланыстыратын  стандарт  жасап  шығару  болды.  Кейіннен  WPAN-

желілерінің  аумағында  істейтін  құрылғылар  үшін  Bluetooth-дың  қамтамасыз 

ететін  жылдамдығы  аз  болды.  Сондықтан бұл қажеттілік оннан  мың  Мбит/с 

(IEEE  802.15.3)  болатын  мәліметтердің  сымсыз  каналын  құратын  стандарт 

қажет болды. Айтылып отырылған стандарттар үлкен көлемдегі ақпараттарды 

(дыбыстар, мәліметтер, видео) жоғары жылдамдықта (1-200 Мбит/с) жіберуге 

болады. Құрылғылар 10-нан 100 м аралықта автономды режимде (батарея мен 

аккумуляторлар) жібере алды. Бұл стандарттар біздің қазір қолданып жүрген 

(компьютерлер,  есептеуіш  желілер)  құрылғылардағы  сымды  байланысты 

алмастыра алады.  Бірақ  көптеген  көрінбейтін  жүйелерде (әртүрлі  датчиктер, 

мәліметтерді  жинау  жүйесі)  айтылған  технологиялар  жүз  пайыз  эффективті 

қолдана  алмайды.  Бұл  мәселені  шешу  үшін  аз  жылдамдықты  WPAN-желісі 

үшін IEEE 802.15.4 (ZigBee) стандарты жасап шығарылды (2.2 сурет). 

Аз  қашықтықтағы  сымсыз  желілер  өзара  байланыса  алады.  Алда 

сымсыз  желілер  арасындағы  шлюз  ретінде  қолданылатын  құрылғы  жасап 

шығару  керек  болды.  Себебі,  егер  ZigBee-да  орнатылған  қауіпсіздік  жүйесі 

қаскүнемді  анықтаса,  ол  IEEE  802.11  желісімен  қосылып  компьютерге  одан 

күзет  бөліміне  немесе  ғимарат  иесіне  мобильді  телефон  арқылы  хабарлама 

келеді.  802.15  және  802.lib  стандарттарының  сипаттамаларын  келесі  2.1 

кестеде салыстырып көрсетеміз. 

 

 

2.1 кесте - 802.15. және 802.11b стандарттарының сипаттамаларын салыстыру 

Стандарт 

802.11b Wi-

Fi 

802.15.1 

Bluetooth 

802.16d 

WiМax 

802.15.4 Zigbee 

Жиілігі, ГГц 

2.4 

2.4 

1,5-11 

0.868 

0.915 

2.4 

Артықшылы

ғы  

Жылдамдығ

ы, 

икемділігі 

Бағасы, 

дыбыс 

жіберу 

Жылдамды

ғы жоғары 

Бағасы, энергияны 

үнемдеуі, жүйенің 

сенімділігі 

Макс.жылда

м-дығы 

11 Мбит/с 

және одан 

да көп 

1 Мбит/с 

70 Мбит/с 

20 

кбит/с 

40 

кбит/с 

250 

кбит/с 

Арақашықты

-ғы, м 

100 

100 

25-80 км 

10-100, 1000 

Сезгіштігі, 

дБм (орт). 

-76 

-70 

-95 

-92 

Стек өлшемі, 

кБайт 

>1000 

>250 

- 

4-32 

Батареяның 

қызмет ету 

уақыты, күн 

0,5-1 

1-7 

- 

100-1000 

 

Көрсетілген 

сипаттамаларға 

байланысты 

нағыз 

бәсекелес 

технологиялар  Bluetooth  және  ZigBee.  Осыған  сәйкес,  олардың  қолданылу 

аймағы бірдей – тұрмыстық және өнеркәсіпке арналған сымсыз құрылғы, ол 

қашықтан  басқару,  компьютерлік  периферия  және  т.б.  жүйелерді  қосады. 

Бірақ Bluetooth технологиясынан ZigBee-дің айырмашылығы – ол энергияны 

аз қолданылады.  

ZigBee  технологиясында  орындалған  құрылғылардың  белсенділік 

мерзімі  аз  болады,  яғни  батареяның  қызмет  ету  уақытының  ұзаруын 

қамтамасыз  етеді.  Wi-Fi  және  Bluetooth  микросұлбалары  кәсіпорын  және 

офистік  ғимараттардың  әртүрлі  құрылғыларының  көп  желі  негізінде 

ұйымдастыру  қымбат.  Ал    802.15.4/ZigBee  стандарты  аз  шығынмен  сымсыз 

интерфейс  жасап  шығаруға  мүмкіндік  береді.  Ол  схемотехниканың 

ыңғайлылығын, сыртқы пассивті элементтердің минималды санымен, жоғары 

тиімділікпен  жады  көлемін  тағайындауға  қолданылатын    стектің 

бағдарламалық  қамтамасыздануын  қамтамасыз  етеді  (2.1  кестесін  қараңыз). 

Стандарт  көп  ұяшықты  топологиямен  желі  құра  алады.  Осыған  орай, 

көптеген  түйіндерді  қызмет  ете  отырып  және  қуат  күшейткіште  еш 

шығынсыз байланыс ұзақтығын арттыра алады. 

ZigBee  технологиясы  Wi-Fi  немесе  Bluetooth  сияқты  үлкен  көлемді 

ақпараттар  үшін  арналмаған.  Бірақ  датчиктер  көрсеткішін,  яғни  көлемі  он 

байттан сирек асатын, үлкен жылдамдықты қажет етпейтін жібере алады. Бұл 

жағдайда  энергия  тұтынуда  жоғары  көрсеткіш,  бағасы  және  сенімділігі 

 

 

міндетті  болу  керек.  ZigBee  келесі  алгоритм  бойынша  жұмыс  жасайды: 

құрылғы  барлық  уақытта  «ұйқылы»  режимде  болады,  бұл  энергияны 

үнемдеуге    ыңғайлы  режим.  Жаңа  ақпарат  келіп  түскенде  не  құрылғының 

келесі байланыс сеансы болғанда қосылады да, мәліметтерді жылдам жіберіп 

қайта  төмен  энергия  тұтыну  режиміне  өтеді.  Типтік  уақыттық  кідіріс  жаңа 

құрылғының  желіге  қосылуы  30  мс  болса,  «ұйқылы»  режимнен  активті 

жағдайға  қосылу  уақыты  15  мс,  каналға  қолжету  уақыты  15  мс.  Бұл 

батареяның жұмыс істеуін 10 жылға дейін немесе одан да көп созуға болады 

және  ол  қосымшалар  типі  мен  жұмыс  циклінің  ұзақтығына  тәуелді  болады. 

Ток  жіберілу  кезінде  15...30  мА,  ал  «ұйқылы»  режимде  2  мкА  аз  болуы 

мүмкін. Нәтижесінде кідірістің аздығы соншалық адам бөлмеге кіріп, ZigBee 

сымсыз  байланысының  ауыстырып-қосқышын  басам  дегенше  жарықтың 

қалай қосылғанында  байқамай  қалады,  яғни   бұл  уақытта Bluetooth  желісіне 

құрылғылардың қосылу кідірісі 3с құрайды.  

Сымсыз  төмен  жылдамдықты    дербес  желісі  (WPAN)    үшін  IEEE 

802.15.4  стандарты  PHY  физикалық  деңгейі  мен  MAC  ортасына  қолжеткізу 

деңгейін  анықтайды.  PHY  физикалық  деңгейі  радиосигналдарды  тарататын 

физикалық ортасына қолжеткізуді қамтамасыз етеді: модуляция типін береді, 

сигналдардың  жылдамдығы  мен  басқада  параметрлерді,  қабылдау  мен 

жіберуді орындайды. MAC деңгейі құрылғыларды желіге қосу мен шығаруды 

орындайды, мәліметтер пакетін жеткізуді бақылайды, мәліметтерді автоматты 

түрде  қабылдағанын  растайды,  128-битті  AES-  шифрлары  мен  басқа  да 

функцияларды  қамтиды.  ZigBee  стек  спецификациясы  желілік  деңгей, 

қауіпсіздік  деңгей  мен  қосымшаға  қолжеткізуді  анықтайды  және    802.15.4 

стандартының  шешіміне  сәйкес  құрылғымен  сәйкес  келуін  қамтамасыз  ету 

үшін  қолдануы  мүмкін.  PHY-деңгейінің  кілттік  функциялары  энергия 

бақылау,  байланыс  сапасы  мен  каналдарды  талдауды  қарастырады.  Ортаға 

қолжеткізу  ISM  (Industrial,    Scientific  and  Medical)  жиілік  диапазонында 

орындалады, физикалық деңгей 868/915 жиілікті екілік фазалық амал (BPSK) 

мен  2,4  ГГц  жиіліктегі  квадраттық  фазалық  амал  (O-OPSK)  қолданады. 

Арнаға  қолжеткізу  үшін  коллизияны  болдырмайтын  (CSMA-CA)  ортаға 

көптеген  қолжеткізу  механизмдері  қолданылады.  Жіберу  басталмай  тұрып 

байланыс каналының жағдайының анықталуына негізделген бұл механизм бір 

уақытта 

бірнеше 

құрылғылардың 

мәліметтерді 

жіберу 

кезіндегі 

соқтығысуларды азайтуға мүмкіндік береді. 802.15.4 стандарты мәліметтерді 

жартылай дуплексті (құрылғы мәліметтерді не жібере алады, не қабылдайдай 

алады) жіберуге негізделген, яғни CSMA-CA әдісін коллизияны анықтау үшін 

емес,  қайтару  үшін  ғана  қолдана  алады.  Сигналды  тарату  қашықтығы 

негізінен  30...50  м  болады,  бірақ  сыртқы  қуат  күшейткішті,  аз  шулы 

күшейткіш  пен  антенналарды  қолдану  арқылы  бар  жылдамдықты 

жоғалтпайтындай  100  м  қашықтыққа  дейін  ұзарта  алады.  Қажетті  өтеу 

мүмкіншілігі  таңдалынған  жиілікке  тәуелді.  Жіберудің  максималды 

жылдамдығы  250  Кбит/с  2,4  ГГц  диапазонында  жетеді  (16  арна  5  МГу 

 

 

қадаммен). Ал 868 МГц (1 арна) және 902 – 928 МГц (10 арна 2 МГц 2 қадам) 

жиілігі үшін жіберу жылдамдықтары 20 Кбит/с және 40 Кбит/с тең.  

 

 

2.2 сурет – 802.15.4 стандартының қысқаша сипаттамасы 

 

ZigBee/802.15.4  сымсыз  құрылғысының  нарықтық  бөлігі  2,4  ГГц  –  ті 

сақтап тұру күтілуде. Бұл негізінен, Еуропада 868,3 МГц диапазонда бір ғана 

каналға қол жетімді, ал АҚШ, Канада, Корея және Аустралияда тек 915 МГц 

диапазонына  рұқсат  берілген  (2.2  сурет).  Нәтижесінде  субгигагерцтік 

диапазондар ОЕМ- өндірушілер үшін потенциалды ұнамсыз болды, бұл кезде 

барлық  әлемде  болашақта  шығатын  құрылғылардың  сипаттамасы  болып 

табылатын  2,4  ГГц  қолданылады.  Бірақ  кейінгі  коммерциялық  жүйеге 

арналған  ZigBee  –  құрылғысын  әр  түрлі  802.15.4  стандартын  жиіліктік 

диапазонында  байланыстыратын  шлюздар  пайда  болуы  мүмкін.  InStat/MDR 

агентсва бойынша 2004 жылдан бастап бес жыл ішінде субгигагерцті қолдану 

көлемі мен 802.15.4 стандартының 2,4 ГГц трансиверінің арасында ешқандай 

айтарлықтай  өзгеріс  болмайды.  2,4  ГГц  микросұлбасының  нарық  көлемі 

ZigBee/802.15.4  құрылғысының  жалпы  нарығының  65…75%  құрайды.    2,4 

ГГц  диапазонының  кемшілігінің  бірі  –  әртүрлі  абонент  спектрінің 

(микротолқынды  пештер,  2,4  ГГц  жиіліктегі  сымсыз  телефондар,  Bluetooth 

құрылғылары және 802.lib) анықтылығын есептеуге болады [1].