POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKAw Kielcach

Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

Wykorzystanie radiowej transmisji danych do zdalnego sterowania urządzeń automatyki

Praca napisana pod kierunkiem

dr inż. Romuald Janion Michał Stelmasiński

Autor

Praca MagisterskaPraca Magisterska

Plan pracy

1. Budowa i zasady sterowania serwomechanizmów2. Przegląd stosowanych rozwiązań układów zdalnego sterowania3. Charakterystyka łącz radiowych stosowanych do zdalnego

sterowania urządzeń

4. Koncepcja i założenia teoretyczne projektowanego układu5. Projekt układu zdalnego sterowania z wykorzystaniem

transmisji radiowej.6. Wykonanie układów i pomiary sprawdzające7. Uwagi i wnioski8. Instrukcja obsługi i dokumentacja techniczna

Serwomechanizm

y

PrSktk0

y0

O

I

U U

Ut

Um

0

iw

P

P0

Uy

Uy0

+

oś nadawcza

oś wykonawcza

kp k k0 T I

kpkts

y0uy0 +

─

u u +

─

uy ut

um y

Parametry:

Współczynnik wzmocnienia prędkościowego

kv = k kv’ gdzie kv’=. ek

Ik0

Układ otwarty:

G0(s)= )1( Tss

kv

Układ zamknięty:

12

1

11

1

)(1

)()(

)(

)(2

2

0

0

nnvv

p sssk

sk

TsG

sGsG

sy

sy

Częstotliwość drgań własnych

Współczynnik tłumienia

Tvkn

2

1

2

Tvk2

1

Stała czasowa silnika T

Zdalne sterowanie

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

PODCZERWIEŃ

to promieniowanie elektromagnetyczne mieszczące się w zakresie długości fal pomiędzy światłem widzialnym i mikrofalami.

Zdalne sterowanie

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)

SIEĆ ENERGETYCZNA

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

Zdalne sterowanie

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

SIEĆ TELEKOMUNIKACYJNA

wykorzystanie pasma telefonicznego, internetu czy technologii GPS

Zdalne sterowanie

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.

Modulacja

Zdalne sterowanie

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

SYSTEMY RADIOWEObecnie 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.

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

transciver

CC1000PP

mikrokontroler

AT90S2313

Układy dopasow

ujące

Układy wyjść sygnalizacji

Układy czasow

e

LM

C555

LM

C555

Układy w

ejść ON

/OF

F

12

kanał zw

rotny

antena

przetworniki położenia

elementy sterujące i sygnalizacyjne

układ transmisyjny

Układ detekcji poziomu napięcia

zasilającego

NADAJNIK

Projekt

ODBIORNIK

transciver

CC1000PP

mikrokontroler

AT90S2313

Układy dopasowujące

antena układ transmisyjny Układ detekcji

poziomu napięcia

zasilającego

Układy w

ejść/wyjść O

N/O

FF

1

2

Serwo 1 Serwo 2

elementy sterujące

ON/OFF 1

ON/OFF 2

układy dopasowujące

CC1000PPPodstawowe parametry:Kompletny, gotowy do użycia transceiverMałe wymiaryMontaż poziomyPraca w paśmie 433 MHzZasięg do ok. 2000 mPrędkość transmisji do 76.8 kBaudNapięcie zasilania: 2.1 – 3.6 VNiski pobór mocyMoc wyjściowa programowana w zakresie -20

do 10 dBmWysoka czułość: -110 dBm @ 2.4 kBaudWyjście RSSI (Received Signal Strength

Indicator – wskaźnik poziomu odbieranego sygnału)Częstotliwość nadawania i odbioru

programowana z krokiem 250Hz (niezależnie)Nie wymaga strojeniaDostępne 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...