UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIAFACOLTA’ DI INGEGNERIA ELETTRONICA

Elaborato di Laurea di Oscar BelottiRelatore: Professoressa Carla VacchiCorrelatore: Ingegnere Daniele

Scarpa

Progetto, programmazione e realizzazioneProgetto, programmazione e realizzazionedi un sistema per il controllo adi un sistema per il controllo aradiofrequenza di una caldaiaradiofrequenza di una caldaia

Tale sistema permette di azionare a distanza una caldaia

usando un tradizionale termostato, al quale è stato abbinato un sistema radio codificato.

SCOPO DEL PROGETTO

SCHEMA GENERALE DEL SISTEMA

UNITÀ TRASMITTENTE UNITÀ RICEVENTE

Il sistema è caratterizzato da una trasmissione via radio di tipo simplex, alla frequenza di 433,92 MHz;

Sfrutta modulazione digitale 2FSK.

UNITÀ TRASMITTENTE

Composta da:

un termostato;

un microcontollore PIC 12F675;

un modulo trasmettitore.

TERMOSTATO

Intervallo di misura da 0 a 30 °C;

Realizzato con termistore NTC ked 102;

Transcaratteristica termistore

Termistore

TERMOSTATO

caldaia ON

livello basso se Tambientale < Timpostata

caldaia OFF

livello alto se Tambientale > Timpostata

Presenta un’uscita digitale TTL compatibile:

È interfacciato direttamente con il pin GP0 del microcontrollore.

MICROCONTROLLORE PIC 12F675

PIN OUT

• Il microcontrollore, si basa sulla tecnologia CMOS a 8 bit con CPU interna di tipo RISC.

• dispone di 6 porte di input/output bidirezionali configurabili singolarmente;

• memoria programma Flash di 1024 byte;

• un convertitore A/D a 10 bit.

TRASMISSIONE DEI DATI

Trasmissione continua dei comandi di accensione e spegnimento.

Prima modalità:

Seconda modalità:Trasmissione dei comandi solo in corrispondenza di un cambiamento dello stato di uscita del termostato.

Svantaggi Occupazione continua del canale radio;Il ricevitore può disattivare caldaia se non riceve nulla;

Svantaggio Se si perde un comando non si aggiorna lo stato della caldaia.

Consumo batteria.

SOLUZIONE ADOTTATA

Soluzione adottata

Trasmissione periodica dei comandi.

Vantaggi Se il ricevitore perde una trasmissione recupera con quella successiva;

Si riducono i consumi della batteria.

PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE

Il formato della stringa di dati è:

Header - Comando di accensione/spegnimento

Header Byte ( 10101010 );

Comando acc./speg.

Word di sei bit che differisce per l’ultimo bit nei due casi

PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE

Stringa inviata con il comando

di accensione

Stringa inviata con il comando

di spegnimento

Differiscono per l’ultimo bit

I 5 bit possono indicare l’indirizzo del ricevitore.

PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE

Il protocollo sviluppato risulta quindi:

probabilità di confondere la stringa di bit con il rumore molto bassa.

subordina l’accensione o spegnimento alla corretta ricezione della stringa di dati;

Semplice per essere implementato nel linguaggio assembler;

Complicato per rendere robusto il sistema di fronte al rumore.In definitiva:

TRASMETTITORE PLL TX-4MAVPF10• modulazione di frequenza (2FSK) alla

frequenza di 433,92 MHz;

• modulazione ON-OFF di una portante;

• tensione di lavoro: 2,7 ÷ 5 V;

• ha un consumo nullo in assenza di

segnale;

• richiede montaggio antenna esterna.

SCHEMA A BLOCCHI

SOFTWARE TRASMETTITORE

Il software caricato nel micro si occupa di:

• Leggere lo stato di uscita del termostato;

• Inviare al trasmettitore la stringa di dati opportuna.

Trasmetto stringa di dati con il comando di accensione.

Trasmetto stringa di dati con il comando di spegnimento.

Uscita bassa

Uscita alta

UNITÀ RICEVENTE

Composta da:

un modulo ricevente;

un microcontollore PIC 12F675;

un relé.

UNITÀ RICEVENTE

RICEVITORE RX-4M50FM60SF

• ricevitore supereterodina di dati digitali modulati in FSK ( 433,92 MHz );

• elevata sensibilità e selettività ( dovuta al filtro SAW );

• richiede montaggio antenna esterna.SCHEMA A

BLOCCHI

SOFTWARE RICEVITORE

Il software caricato nel micro si occupa di:

• Leggere i dati digitali ricevuti dal ricevitore;

• Verificare la sintassi della stringa di dati ricevuta;

Il valore logico del bit viene stabilito con certezza ricorrendo alla tecnica del sovracampionamento.

• Aggiornare lo stato del relé a seconda del comando ricevuto.

SOVRACAMPIONAMENTO

Primo problema da risolvere:

Possibile presenza di rumore sovrapposto.

Critico per il primo bit

Obbiettivo Introdurre una soglia di tolleranza

SOVRACAMPIONAMENTO

Secondo problema cruciale:

Scelta della durata temporale del campionamento, in quanto TX e RX non sono perfettamente sincronizzati.

SOVRACAMPIONAMENTO

Per ogni bit si prelevano 100 campioni.Il bit è stabile e ricevuto correttamente se:

almeno il 70% dei campioni assume valore logico 1 o 0.

È tollerata quindi una soglia di errore del 30%.

RELÈ a rilascio

Il suo stato è comandato dal valore assunto dal pin GP2 del microcontrollore.

Lavora con tensioni di 220 V e correnti massime di 1,5A.

Presenta i seguenti contatti:

• contatto di chiusura NA (normally open);

• contatto di apertura NC (normally closed);

• contatto di scambio.CONTATTI DI USCITA

CONTATTI DI USCITA

SCHEMA COLLEGAMENTO CALDAIA

Ricezione comando di accensione della caldaia

GP2 valore alto

Ricezione comando di spegnimento della caldaia

GP2 valore basso

La bobina si eccita e si chiude il contatto NA.

La bobina si diseccita e il contatto NA si apre.

CONCLUSIONI

Attualità del progetto nello sviluppo di applicazioni embedded basate su trasmissioni radio.

Possibilità di ampliare il progetto per creare una rete domestica, in cui i dispositivi possano colloquiare tra loro.

Approfondimento di conoscenze riguardo programmazione microcontrollori e gestione di moduli a radiofrequenza.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE