Prezentacja programu PowerPoint

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
1.
2.
3.
Budowa i zasady sterowania serwomechanizmów
Przegląd stosowanych rozwiązań układów zdalnego sterowania
Charakterystyka łącz radiowych stosowanych do zdalnego
sterowania urządzeń
4.
5.
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
6.
7.
8.
Serwomechanizm
O
oś wykonawcza
iw
P

U y0 k0
uy0 +
U
kp
Ut
kut
Um
k
u +
S
─
─
uy
ut
Pr
k0
y
I
um
T

y
I
Uy
kts
kp
0
oś nadawcza
Uy0
Parametry:
Współczynnik wzmocnienia prędkościowego
kv = k kv’ gdzie kv’=. k0 I
ke
Częstotliwość drgań własnych
n
1 kv

2 2 T
Współczynnik tłumienia
1
 
2 k vT
Stała czasowa silnika T
Układ otwarty:
G0(s)=
+

y0
P0
kv
s(Ts  1)
Układ zamknięty:
y ( s)
G0 ( s )
1
 G(s) 


y0 ( s )
1  G p ( s) T s 2  1 s  1
kv
kv
1
2
 s 
s
   2
1
n
 n 
Zdalne sterowanie
PODCZERWIEŃ
to promieniowanie elektromagnetyczne
mieszczące się w zakresie długości fal
pomiędzy światłem widzialnym i
mikrofalami.
urządzenie automatyki
łącze
nadajnik
Zalety:
odbiornik
W
sygnały kontrolne
sygnały
rozkazonadawcze
kanał transmisyjny
• brak zakłóceń pracy innych urządzeń tj.
radio, TV
• odporność na zakłócenia zewnętrzne.
• tani koszt
D
Wady:
dyspozytor
• kierunkowe rozprzestrzenianie się wiązki
świetlnej
• krótki dystans
Zdalne sterowanie
SIEĆ ENERGETYCZNA
urządzenie automatyki
łącze
nadajnik
odbiornik
W
sygnały kontrolne
sygnały
rozkazonadawcze
kanał transmisyjny
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
Zalety:
• przejrzystość instalacji
• system zdecentralizowany (magistralowy)
• możliwość indywidualnego
programowania poszczególnych urządzeń
oraz programowa już w trakcie eksploatacji
dyspozytor
Wady:
• koszt
• wrażliwe na zakłócenia (Prostowniki, telefony
bezprzewodowe, transformatory ,elektroniczne
zapłonniki)
Zdalne sterowanie
SIEĆ TELEKOMUNIKACYJNA
wykorzystanie pasma telefonicznego,
internetu czy technologii GPS
urządzenie automatyki
Zalety:
łącze
nadajnik
odbiornik
W
sygnały kontrolne
sygnały
rozkazonadawcze
kanał transmisyjny
• brak zakłóceń pracy innych urządzeń
• odporność na zakłócenia zewnętrzne.
• tani koszt
• bardzo duży dystans pomiędzy
dyspozytorem, a obiektem wykonawczym
Wady:
D
• sterowanie obiektami stacjonarnymi
dyspozytor
Zdalne sterowanie
SYSTEMY RADIOWE
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.
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.
Modulacja
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:
• możliwość sterowania urządzeniem z
dowolnego miejsca, operator ma większą
swobodę ruchów w miejscu działania.
• kodowanie sygnałów sterujących
• odbiornik nie musi „widzieć” nadajnika
Wady:
• 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
1
2
LMC555
LMC555
Układy czasowe
przetworniki
położenia
Układy dopasowujące
kanał zwrotny
Układy wejść ON/OFF
Układ detekcji
poziomu
napięcia
zasilającego
antena
mikrokontroler
transciver
AT90S2313
CC1000PP
układ
transmisyjny
Układy wyjść
sygnalizacji
elementy sterujące i
sygnalizacyjne
NADAJNIK
Projekt
antena
układ
transmisyjny
mikrokontroler
CC1000PP
1
AT90S2313
2
elementy
sterujące
Układy dopasowujące
Serwo 1
Układy wejść/wyjść ON/OFF
transciver
Układ detekcji
poziomu
napięcia
zasilającego
ON/OFF 1
ON/OFF 2
układy
dopasowujące
Serwo 2
ODBIORNIK
CC1000PP
Złącze
J1:
Podstawowe
parametry:
Wejście zezwolenia
konfiguracyjnej;
 1 PALE
Kompletny,
gotowy dla
domagistrali
użycia transceiver
podciągane do zasilania
 wewnętrznie
Małe wymiary
Wejście/wyjście
 2 PDATA
Montaż
poziomy danych dla magistrali konfiguracyjnej
Wejście
zegara dla
magistrali
 3 PCK
Praca
w paśmie
433
MHzkonfiguracyjnej
 4 DCLK
Zasięg
do ok.
2000
m w obu trybach: nadawania i
Wyjście
zegara
dla danych
 odbioru
Prędkość transmisji do 76.8 kBaud
Wejście danych
(tryb nadawania),
danych (tryb
 5 DIO
Napięcie
zasilania:
2.1 – 3.6 wyjście
V
 odbioru)
Niski pobór mocy
pompy ładunku,
lub wskaźnikw
pracy
pętli PLL-20
 6 CHP
MocWyjście
wyjściowa
programowana
zakresie
J2:
doZłącze
10 dBm
 1 GND
Wysoka
Masa czułość: -110 dBm @ 2.4 kBaud
 2 ANT
Wyjście
RSSI (Received
Signal Strength
Wejście/wyjście
sygnału radiowego
Indicator
– wskaźnik poziomu odbieranego sygnału)
3 GND Masa
 Częstotliwość nadawania i odbioru
4 VCC Wejście zasilania dla modułu
programowana z krokiem 250Hz (niezależnie)
5 RSSI Wyjście wskaźnika poziomu odbieranego sygnału, lub
 wyjście
Nie wymaga strojenia
 Dostępne oprogramowanie do łatwego
częstotliwości pośredniej
generowania danych konfiguracyjnych
6 GND Masa
Transmisja
kan zwr.
DEMONSTRACJA URZĄDZENIA
DZIĘKUJĘ...