Wykład nr 10 Protokoły transmisyjne Piotr Bilski

Prezentacja na temat: "Wykład nr 10 Protokoły transmisyjne Piotr Bilski"— Zapis prezentacji:

1 Wykład nr 10 Protokoły transmisyjne Piotr Bilski
Systemy wbudowane Wykład nr 10 Protokoły transmisyjne Piotr Bilski

2 Wstęp Współczesne systemy wbudowane są rozproszone
Wymagania przemysłowe oznaczają konieczność stosowania rozwiązań specjalizowanych Istnieje wiele standardów, w zależności od zastosowań

3 Standardy transmisyjne
Rodzaje transmisji Analogowa Cyfrowa Techniki transmisji cyfrowej Sieci miejscowe (Fieldbus) Sieci firmowe Sieci czujnikowe i urządzeń pomiarowych Sieci rozproszonych systemów sterowania Inne (np. GSM)

4 Transmisja analogowa Wykorzystanie sygnałów prądowych (zasięg)
Zmiana prądu jest proporcjonalna do przetwarzanej zmiennej procesowej Standardy: 0-5mA, 0-20mA, -20/+20mA Do transmisji wystarczą dwa przewody

5 Przykład układu do transmisji analogowej
Konfiguracja pętli prądowej Zasięg do 3 km

6 Standardy transmisji cyfrowej
HART (Highway Addressable Remote Transducer) ASI (Actuator Sensor Interface) CAN (Controller Area Network) Modbus Profibus DP Ethernet przemysłowy

7 Sieci miejscowe (fieldbus)
Składają się z urządzeń wyposażonych w specjalizowane lub uniwersalne standardy komunikacyjne Są sieciami czasu rzeczywistego, o zwiększonej odporności na zakłócenia

8 Model sieci miejscowej
Model związany jest z modelem ISO/OSI

9 Cechy sieci miejscowych
Transmisja szeregowa Komunikacja typu master-slave Węzły podrzędne mogą działać w trybie „burst” (powtarzanie komunikatu w pętli) Obecność w modułach mikroprocesorów Transmisja odbywa się poprzez przewody

10 Standard HART (1986) Służy do komunikacji z inteligentnymi układami I/O Przetworniki mogą pracować w trybie analogowym (4-20mA) lub cyfrowym W trybie cyfrowym możliwa jest diagnostyka urządzeń i zmiana ich nastaw (powolna!) Wykorzystywany głównie w przemyśle chemicznym

11 Warstwy standardu HART
Warstwa aplikacji Warstwa transportowa Warstwa sieciowa Warstwa łącza danych Warstwa fizyczna Specyfikacja poleceń, odpowiedzi i usługi raportowania Usługi pomyślnego dostarczania Trasowanie, bezpieczeństwo, usługi transportowe Specyfikacja prot. master-slave Specyfikacja standardu Bell 202 Wykorzystywany przez: Emerson, ABB, Yokogawa

12 Parametry transmisyjne HART
Oparte na rozwiązaniach Bell 202 (USA) Modulacja częstotliwościowa (FSK): 1200Hz (1) i 2200Hz (0) Tryby pracy: „punkt-punkt” (analogowo) oraz „punkt-wielopunkt” (cyfrowo) W konfiguracji wielopunktowej do 15 adresowanych modułów

13 Transmisja analogowa i cyfrowa
Prędkość transmisji: 1200 bps

14 Konfiguracje modułów HART
Slave 2 Master Slave Slave Master 1 1 3 Slave 4 Temporary Master

15 Ilustracja parametrów HART

16 Komunikaty HART Wstęp – 5 lub 20 znaków FF
SC – start (format ramki, kierunek transmisji itp.) AD – adres (mastera’ i slave’a)

17 Actuator Sensor Interface
Prosta sieć łącząca punkty binarne Metoda dostępu: odpytywanie Możliwe podłączenie do 31 modułów podrzędnych Konfiguracje: liniowa, gwiaździsta, drzewiasta Medium: kabel dwużyłowy, nieekranowany o długości do 100m (300m z regeneracją) Mała odporność na zakłócenia elektromagnetyczne

18 Model komunikacyjny ASI

19 Struktura systemu w ASI

20 Transmisja w ASI Transmisja w paśmie podstawowym
Kodowanie Manchester (brak składowej stałej!) Po stronie analogowej modulacja impulsowa (APM) napięcia zasilającego Transmisja synchroniczna (zegar 167 kHz)

21 Ramka ASI Komunikaty w postaci telegramów
Pauza modułu nadrzędnego trwa od 3 do 10 j. cz. Pauza modułu podrzędnego trwa 1 j. cz. Czas odpowiedzi sieci do 5ms

22 Standard CAN (1992) Standard dla potrzeb przemysłu motoryzacyjnego (ISO 11898, ISO ) Dotyczy warstwy fizycznej i łącza danych Medium transmisyjne: skrętka dwuprzewodowa (prędkość do 1Mb na dystansie do 40m) Typ magistrali: multi-master Istnieje wiele rozszerzeń (dla samochodów osobowych, ciężarowych itp.)

23 Organizacja węzłów sieci CAN
Kontrolery specyficzne i uniwersalne (z kanałami CAN) Magistrala zakończona terminatorami (120 Ohm)

24 Przykład sieci CAN Warstwa łącza danych dzieli się na obiektową (filtracja i obsługa wiadomości i statusu) oraz transferową (przygotowanie, transfer i rozpakowanie wiadomości, obsługa błędów, arbitraż)

25 Arbitraż w sieci CAN Metoda CSMA/CD z nieniszczącym arbitrażem
Dwie linie – CAN-H i CAN-L Wyjścia układów są w stanie: wysokiej impedancji dominującym (CAN-H – CAN-L > 0.9V) Recesywnym (CAN-H – CAN-L < 0.5V) Podczas podania przez dwa urządzenia stanu dominującego i recesywnego na magistrali ustala się ten pierwszy

26 Przykład arbitrażu Pierwsza reguła – stan dominujący vs. recesywny
Druga reguła – priorytet wiadomości

27 Formaty ramek CAN Format podstawowy i rozszerzony
Brak adresowania konkretnych węzłów! SOF – Start Of Frame RTR – rozróżnianie bitu dominującego i recesywnego IDE – format ramki

28 Obsługa błędów CAN Ramka błędu zawiera identyfikator (6 bitów)
Rodzaje błędów: Błąd bitu stanu Błąd szpikowania Błąd formatu ramki Do detekcji błędów służą: Kod CRC Liczniki błędów odbioru (REC) i nadawania (TEC)

29 Porównanie sieci miejscowych

30 Standard ZigBee Standard łączności bezprzewodowej dla sieci czujnikowych Wykorzystuje standard IEEE Sieci typu mesh i cluster tree Nacisk na niski pobór mocy Zasięg do stu metrów Główne firmy promujące: Motorola, Mitsubishi, Samsung, Philips, Honeywell

31 Stos protokołów ZigBee
Warstwa aplikacji Warstwa MAC Warstwa fizyczna Warstwa MAC + fizyczna = stos ZigBee Potwierdzanie odbioru ramek Adres węzła – 16 lub 64 bity Zapewnione bezpieczeństwo transmisji

32 Częstotliwości ZigBee
Pasma: 868 MHz (1 kanał), 915MHz (10 kanałów), 2,4 GHz (16 kanałów) Modulacja: BPSK i O-QPSK

33 Topologie ZigBee