Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki   POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Praca Magisterska Wykorzystanie radiowej transmisji danych do zdalnego sterowania urządzeń automatyki Praca napisana pod kierunkiem Autor dr inż. Romuald Janion Michał Stelmasiński

Plan pracy Budowa i zasady sterowania serwomechanizmów Przegląd stosowanych rozwiązań układów zdalnego sterowania Charakterystyka łącz radiowych stosowanych do zdalnego sterowania urządzeń Koncepcja i założenia teoretyczne projektowanego układu Projekt układu zdalnego sterowania z wykorzystaniem transmisji radiowej. Wykonanie układów i pomiary sprawdzające Uwagi i wnioski Instrukcja obsługi i dokumentacja techniczna

Serwomechanizm Pr S kt k0 O I P P0 +  y Pr S kt k0 y0 O I  U U Ut Um 0 iw P P0 Uy Uy0 +  oś nadawcza oś wykonawcza kp k k0 T I kts y0 uy0 + ─ u u uy ut um  y Parametry: Współczynnik wzmocnienia prędkościowego kv = k kv’ gdzie kv’=. Układ otwarty: G0(s)= Układ zamknięty: Częstotliwość drgań własnych Współczynnik tłumienia Stała czasowa silnika T

Zdalne sterowanie PODCZERWIEŃ to promieniowanie elektromagnetyczne mieszczące się w zakresie długości fal pomiędzy światłem widzialnym i mikrofalami. D W kanał transmisyjny sygnały kontrolne sygnały rozkazonadawcze nadajnik odbiornik łącze urządzenie automatyki dyspozytor Zalety: Wady: brak zakłóceń pracy innych urządzeń tj. radio, TV odporność na zakłócenia zewnętrzne. tani koszt kierunkowe rozprzestrzenianie się wiązki świetlnej krótki dystans

Zdalne sterowanie SIEĆ ENERGETYCZNA W D systemy magistralowe, łączące wszystkie urządzenia elektryczne i sterujące w jednolity system. Magistrala komunikacyjna umożliwia w nich bezpośrednią transmisję między elementami pełniącymi funkcję czujników – sensorów, elementów wykonawczych – aktorów oraz między innymi, niezbędnymi elementami systemowymi D W kanał transmisyjny sygnały kontrolne sygnały rozkazonadawcze nadajnik odbiornik łącze urządzenie automatyki dyspozytor Zalety: Wady: przejrzystość instalacji system zdecentralizowany (magistralowy) możliwość indywidualnego programowania poszczególnych urządzeń oraz programowa już w trakcie eksploatacji koszt wrażliwe na zakłócenia (Prostowniki, telefony bezprzewodowe, transformatory ,elektroniczne zapłonniki)

Zdalne sterowanie SIEĆ TELEKOMUNIKACYJNA wykorzystanie pasma telefonicznego, internetu czy technologii GPS D W kanał transmisyjny sygnały kontrolne sygnały rozkazonadawcze nadajnik odbiornik łącze urządzenie automatyki dyspozytor Zalety: Wady: brak zakłóceń pracy innych urządzeń odporność na zakłócenia zewnętrzne. tani koszt bardzo duży dystans pomiędzy dyspozytorem, a obiektem wykonawczym sterowanie obiektami stacjonarnymi

Zdalne sterowanie Modulacja SYSTEMY RADIOWE Rozróżniamy dwa rodzaje fal radiowych – fale nośne niemodulowane i fale nośne modulowane. Oba rodzaje wykorzystywane są w systemach zdalnego sterowania jednak najczęściej stosowane są fale nośne o modulowanej amplitudzie. Źródłami fal radiowych mogą być specjalnie do tego celu skonstruowane nadajniki, jak i silniki komutatorowe oraz komputery. Możemy w/w źródła zaliczyć do źródeł sztucznych. Naturalnymi źródłami fal radiowych są np. gwiazdy czy wyładowania atmosferyczne.

Zdalne sterowanie SYSTEMY RADIOWE Obecnie systemy zdalnego sterowania pracują na częstotliwościach rzędu 27MHz i większych. Jeżeli system nie wymaga wykupywania częstotliwości pracy (np. ze względów bezpieczeństwa) można skorzystać z jednej z nielicencjonowanych częstotliwości tzw. ISM band aplications (ang. Industrial-Scientific-Medical). W zakresie 700MHz  1GHz europejską nielicencjonowaną częstotliwością jest 868MHz, a w USA jest to pasmo 902MHz  928MHz. W granicach 300MHz  600MHz wolną częstotliwością jest 433MHz w Europie i 300MHz w Stanach Zjednoczonych. Jest jednak kilka warunków, które muszą dodatkowo spełnić urządzenia nadawczo-odbiorcze (modemy radiowe; z ang. transceivers). Pierwszym jest wymóg, aby zastosowano w układzie modulację FSK (ang. Frequency Shift Keying), o której będzie mowa w dalszej części pracy. Drugim narzuconym ograniczeniem jest szybkość transmisji, która powinna zawierać się w zakresie 2.4 kbit/s  128 kbit/s. Chyba najważniejszym jednak ograniczeniem jest moc nadajnika, która nie powinna przekraczać 10dBm przy czułości -110dBm. Zalety: Wady: możliwość sterowania urządzeniem z dowolnego miejsca, operator ma większą swobodę ruchów w miejscu działania. kodowanie sygnałów sterujących odbiornik nie musi „widzieć” nadajnika wysokie koszty

Projekt ZAŁOŻENIA PROJEKTOWE niezawodność możliwie duży zasięg stosunkowo mały koszt obsługa pracy dwóch urządzeń wykonawczych (serwomechanizmów) obsługa dwóch wyjść typu ON/OFF praca z kanałem zwrotnym z możliwością przekazywania do nadajnika m.in. informacji o stanie jednego wejścia odbiornika transmisja radiowa w paśmie 433MHz z mocą 10mW (nielicencjonowane pasmo) transmisja kodowana (cyfrowo)

Projekt NADAJNIK 1 antena Układy dopasowujące 2 AT90S2313 CC1000PP Układy wejść ON/OFF 1 2 kanał zwrotny Układy dopasowujące Układ detekcji poziomu napięcia zasilającego antena mikrokontroler AT90S2313 transciver CC1000PP Układy czasowe LMC555 układ transmisyjny Układy wyjść sygnalizacji przetworniki położenia elementy sterujące i sygnalizacyjne NADAJNIK

Projekt ODBIORNIK antena CC1000PP 1 AT90S2313 2 Układy dopasowujące układ transmisyjny Układ detekcji poziomu napięcia zasilającego transciver CC1000PP mikrokontroler AT90S2313 Układy wejść/wyjść ON/OFF 1 2 ON/OFF 1 ON/OFF 2 elementy sterujące Układy dopasowujące układy dopasowujące Serwo 1 Serwo 2 ODBIORNIK

CC1000PP Podstawowe parametry: Kompletny, gotowy do użycia transceiver Małe wymiary Montaż poziomy Praca w paśmie 433 MHz Zasięg do ok. 2000 m Prędkość transmisji do 76.8 kBaud Napięcie zasilania: 2.1 – 3.6 V Niski pobór mocy Moc wyjściowa programowana w zakresie -20 do 10 dBm Wysoka czułość: -110 dBm @ 2.4 kBaud Wyjście RSSI (Received Signal Strength Indicator – wskaźnik poziomu odbieranego sygnału) Częstotliwość nadawania i odbioru programowana z krokiem 250Hz (niezależnie) Nie wymaga strojenia Dostępne oprogramowanie do łatwego generowania danych konfiguracyjnych Złącze J1: 1 PALE Wejście zezwolenia dla magistrali konfiguracyjnej; wewnętrznie podciągane do zasilania 2 PDATA Wejście/wyjście danych dla magistrali konfiguracyjnej 3 PCK Wejście zegara dla magistrali konfiguracyjnej 4 DCLK Wyjście zegara dla danych w obu trybach: nadawania i odbioru 5 DIO Wejście danych (tryb nadawania), wyjście danych (tryb odbioru) 6 CHP Wyjście pompy ładunku, lub wskaźnik pracy pętli PLL Złącze J2: 1 GND Masa 2 ANT Wejście/wyjście sygnału radiowego 3 GND Masa 4 VCC Wejście zasilania dla modułu 5 RSSI Wyjście wskaźnika poziomu odbieranego sygnału, lub wyjście częstotliwości pośredniej 6 GND Masa

Transmisja kan zwr.

DEMONSTRACJA URZĄDZENIA

DZIĘKUJĘ...