Praca Magisterska

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

2. 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

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

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

5. SIEĆ ENERGETYCZNA Zalety: Wady: 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 • 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) urządzenie automatyki łącze nadajnik odbiornik W sygnały kontrolne sygnały rozkazonadawcze kanał transmisyjny D dyspozytor Zdalne sterowanie

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

7. 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 SYSTEMY RADIOWE

8. 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 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. ISMband aplications (ang. Industrial-Scientific-Medical). W zakresie 700MHz  1GHz europejską nielicencjonowaną częstotliwościąjest 868MHz, a w USA jest to pasmo 902MHz  928MHz. W granicach 300MHz  600MHz wolną częstotliwością jest 433MHzw 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 2.4kbit/s  128 kbit/s. Chyba najważniejszym jednak ograniczeniem jest moc nadajnika, która nie powinna przekraczać 10dBm przy czułości -110dBm.

9. 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

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

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

12. 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 odbieranegosygnału) • 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 CC1000PP

13. kan zwr. Transmisja

14. DEMONSTRACJA URZĄDZENIA

15. DZIĘKUJĘ...