Poniższy dokument nie jest kompletną pracą dyplomową, a jedynie wycinkiem poszczególnych zagadnień. Wszystkie zagadnienia jakie były poruszane w

Transkrypt

1 Poniższy dokument nie jest kompletną pracą dyplomową, a jedynie wycinkiem poszczególnych zagadnień. Wszystkie zagadnienia jakie były poruszane w pracy wyszczególnione zostały w Spisie treści. Zabrania się rozpowszechniania treści w częściach lub całości bez pisemnej zgody autora.

2 WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI I ZARZĄDZANIA z siedzibą w Rzeszowie WYDZIAŁ ADMINISTRACYJNO - INFORMATYCZNY Kierunek: INFORMATYKA Specjalność: Teleinformatyka Krzysztof Kubik w25454 Projekt bezprzewodowego sterowania urządzeniami domowymi PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA Promotor: dr inż. Krzysztof Pancerz Rzeszów

3 Spis treści 1. Wstęp 1.1. Cel pracy 2. Teoretyczne podstawy łączności bezprzewodowej 2.1. Fale radiowe i mikrofale 2.2. Światło laserowe i podczerwień 2.3. Systemy transmisji bezprzewodowej 3. Przegląd aktualnie istniejących systemów 4. Opis wykonanej części praktycznej 4.2. Opis wykorzystanego modułu radiowego 4.3. Oprogramowanie układu nadawczego i układu odbiorczego Część nadawcza układu sterowania Część odbiorcza układów sterowania 4.4. Projekt płytki drukowanej 4.5. Oprogramowanie na komputer PC 5. Pierwsze kroki w programie 6. Sprawdzenie łączności wykonanych radiomodemów 7. Podsumowanie Wykaz tabel, rysunków i wzorów Literatura 3

4 Wstęp Na początku XXI wieku sterowanie urządzeniami domowymi przestaje być rutynową czynnością. Za wszystko zaczyna odpowiadać sztuczna inteligencja. Sterowanie to wychodzi już z laboratoriów a coraz częściej trafia pod dachy zwykłych użytkowników. Lokalne i zdalne komputery pozwalają nam na sterowanie wszystkimi urządzeniami gospodarstwa domowego oraz elektroniką rozrywkową. Komputery wykonują czynności, które dotychczas zajmowały czas oraz wprowadzały pewne ograniczenia. Systemy komputerowe umożliwiają w sensowny sposób całkowite sterowanie naszym domem z ekranu monitora lub telefonu komórkowego z każdego miejsca na Ziemi. Dom dzięki systemom w nim montowanym zostaje zastąpiony pojęciem inteligentnego domu. Pojęcie to powstało ponieważ współczesny dom coraz częściej nasycony jest różnorodnymi instalacjami sanitarnymi i elektrycznymi, spełniającymi wszelkie wymagania użytkownika, zapewniając mu komfort oraz pełną wymianę informacji z otoczeniem. Instalacje elektryczne łącznie z pozostałymi instalacjami budynku tworzą strukturę która spełnia wymogi użytkowników, poprzez wzajemne uzupełnianie się. Cechą wspólną takich budynków jest pełne wyposażenie w układy sterowania i regulacji instalacji technicznych, zapewnienie konstrukcyjnych możliwości adaptacyjnej funkcjonalnej struktury budynku w zależności od zmiennych wymagań użytkowników, jak również samowystarczalność energetyczna w określonym ściśle zakresie. Współczesny dom oprócz komfortowego powinien być również energooszczędny. Możemy to uzyskać instalując rozbudowane układy automatyki: oświetlenia, wentylacji, ogrzewania, odzyskania energii, jak również sterowanie poborem energii elektrycznej. Zatem wzrasta liczba urządzeń, których pracę należy kontrolować. Wiąże się to z koniecznością połączenia tych urządzeń z odpowiednimi układami elektrycznymi. Z punktu widzenia sieci WLAN nie ma już żadnej bariery, natomiast urządzenia sterujące były do tej pory bardzo drogie i awaryjne, a obsługa ich zbyt skomplikowana dla zwykłego użytkownika. Z powodu tych czynników ich popularność oraz uświadomienie społeczne było ograniczone. Dziś wizja ta zostaje wprowadzona w życie. 4

5 Cel pracy Celem pracy było zaprojektowanie i wykonanie bezprzewodowego systemu do sterowania makietą domu. Jako urządzenia wykonawcze zastosowałem dwa silniki krokowe oraz jeden przekaźnik do sterowania oświetleniem. Od strony komputera PC podłączony został jeden radiomodem, z którym komunikuje się odpowiednia aplikacja za pomocą łącza RS232. Z drugiej strony radiolinii umieszczony został drugi moduł, który współpracuje z układem wykonawczym. Praca pozwoliła na poszerzenie wiedzy zdobytej podczas studiów, zapoznanie z oprogramowaniem wspomagającym projektowanie założonych elementów wykonawczych. Rysunek 1.1. Widok wykonanej płytki modułu nadwaczego podłączanej do komputera za pomocą portu RS232 Rysunek 1.2. Widok zamontowanej płytki modułu odbiorczego. Rysunek 1.3. Widok modelu domu w którym został zamontowany układ odbiorczy wraz z elementami wykonawczymi 5

6 Opis wykonanej części praktycznej Założenia Sprzęt Jako modemy wykorzystane zostały urządzenia opisane na stronie producenta: Wielokanałowy transceiver FM 433MHz z mikrokontrolerem 8051 Wykorzystany moduł TLX9E5 jest układem nadawczo-odbiorczym małej mocy działającym w paśmie 433MHz. Moduł ten zawiera mikrokontroler 8051 który jest bogato wyposażony (m.in. 4- kanałowy 10-bitowy przetwornik A/C ADC 1, PWM 2, UART 3, WDT), do którego możliwości ma w całości dostęp użytkownik. Samodzielna realizacja wszystkich powyższych funkcji jest realizowana przez część radiową. Wymieniono poniżej funkcje które wiążą się z transmisją danych. Zaliczamy do nich sumy kontrolne, sygnały rozbiegowe, obsługę adresów nadawcy i odbiorcy. Od strony komputera należało dorobić konwerter TTL-RS232 w celu dopasowania poziomów napięć. Ponieważ moduły radiowe pracują z napięciem 3V konwersja jest wymagana. RS-232 TTL Logic -9V... -3V <-> +2V... +5V <-> high +3V... +9V <-> 0V V <-> low 1 Przetwornik analogowo-cyfrowy A/C (ang. A/D analog to digital; ADC analog to digital converter), to układ służący do zamiany sygnału analogowego (ciągłego) pochodzącego od obiektów świata realnego na reprezentację cyfrową (sygnał cyfrowy). 2 PWM (Pulse-Width Modulation) - modulacja szerokości impulsu to metoda regulacji sygnału prądowego lub napięciowego, polegająca na zmianie szerokości impulsu o stałej amplitudzie, używana we wzmacniaczach, zasilaczach impulsowych oraz układach sterujących pracą silników elektrycznych. Układ PWM zasila urządzenie bezpośrednio lub przez filtr dolnoprzepustowy, który wygładza przebieg napięcia lub prądu. 3 UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter, także USART - Universal Synchronus and Asynchronous Receiver and Transmitter) - obwód zintegrowany używany do asynchronicznego przekazywania i odbierania informacji poprzez port szeregowy. Zawiera on konwerter typu parallel-to-serial służący do konwersji danych przesyłanych z komputera i serial-to-parallel do konwersji danych przychodzących do komputera poprzez port szeregowy. UART zawiera także bufor do tymczasowego gromadzenia danych w przypadku szybkiej transmisji. 6

7 Rysunek 4.1. Schemat konwertera C1 C2 C3 C4 C5 0,1 μf 0,1 μf 0,1 μf 0,1 μf 0,1 μf W drugim modemie zastosowałem driver 2003 do sterowania silników oraz przekaźnik jak na schemacie poniżej. Rysunek 4.2. Schemat umieszczenia przekaźnika od strony odbiorczej 7

8 Sterowanie przekaźnika z uc: Rysunek 4.3. przekaźnik 3Vdc, T1 BC558, D2-1N4148, Oprogramowanie Aplikacja na PC została napisana z wykorzystaniem narzędzia Borland C++ 6, natomiast aplikacje na mikrokontroler z użyciem środowiska Keil, które dla programów do 2kB kodu jest darmowe. Oczywiście dostępny jest też kompilator na licencji GNU, o nazwie SDCC 4 bez żadnych ograniczeń

9 Opis wykorzystanego modułu radiowego TLX9E5 433MHz Moduł TLX9E5 jest połączeniem mikrokontrolera 8051 z wielokanałowym transceiverem na pasma 433 MHz lub 868 MHz z i 4-kanałowym 10-bitowym przetwornikiem AC. Część radiowa modułu samodzielnie realizuje operacje podstawowe związane z transmisją radiową. Bufory odbiorcze i nadawcze nie powodują obciążenia pamięci danych mikrokontrolera dzięki czemu użytkownik ma do dyspozycji całą pamięć i moc obliczeniową. Rysunek 4.4. Wielokanałowy transceiver FM 433MHz z mikrokontrolerem 8051 Automatyczne obliczenie sumy kontrolnej (CRC) i dodanie adresu odbiorcy oraz sekwencji rozbiegowej odbywa się w momencie zapełnienia wewnętrznego bufora. Po wykonaniu tych czynności zostaje włączony nadajnik, który wysyła dane z szybkością maksymalną (50 kbit/s). W torze odbiorczym odbywa się podobny proces. Dane mogą być przeczytane z bufora układu z dowolną szybkością dopiero w momencie odebrania bezbłędnego pakietu ze zgodnym adresem. Powoduje to bardzo mały średni pobór prądu podczas nadawania oraz zmniejsza się ryzyko kolizji pakietów a mikrokontroler odciążony jest od zadań czasochłonnych związanych z obsługą transmisji. Mikrokontroler jest powszechnie znanym jądrem 8051, lecz przyśpieszony względem oryginału o około 3 razy oraz wzbogacony o 256 bajtów pamięci RAM i podwójny DPTR 5. Użytkownik ma do dyspozycji osiem wejść/wyjść dwustanowych oraz cztery wejścia analogowe. Moduł TLX9E5 dzięki zaawansowanemu trybowi oszczędzania energii oraz szerokiemu zakresowi napięć zasilania jest doskonałym rozwiązaniem dla urządzeń zasilanych bateryjnie. Podstawowe parametry: Wykorzystywany układ: nrf9e5. Częstotliwość: 433 MHz. Superheterodynowy odbiornik FM. Napięcie zasilania i poziomy logiczne: 1,9...3,6 V. Czułość: -100 dbm / 10E-3 BER. Moc nadajnika: 7dBm. Maksymalna szybkość transmisji: 50 kbps. Pobór prądu w stanie czuwania: 2,5 μa. Pobór prądu w trybie odbioru: 12,5 ma. Pobór prądu przy nadawaniu z mocą 8dBm: 30 ma. Pobór prądu przy nadawaniu z mocą -12dBm: 11 ma. Wymiary: 33,5x20,0 mm. Podstawowe parametry mikrokontrolera: Lista rozkazów zgodna z MCS bitowy 4-wejściowy przetwornik AC (80ksps, wewnętrzne napięcie odniesienia 1,22V). Rozkazy wykonywane w 4 cyklach. 5 DPTR - 16-bitowy wskaźnik adresu danych. 9

10 Częstotliwość pracy: 0,5...16,0 MHz. Pamięć programu: 4 kb. Pamięć danych 128B + 128B. Pobór prądu: 2,2 ma dla 16 MHz (2,5 μa w trybie uśpienia). Wydajność wyjść wysokoprądowych w stanie niskim (dla P06, P04, P02 i VOL = 0,4V): 10 ma. Wydajność wyjść wysokoprądowych w stanie wysokim (dla P07, P05, P03 i VOH = VDD-0,4V): 10 ma. Peryferia: PWM 13, UART 14, Timers (3) WDT, LF clock, RTC Wakup timer 6. Typowe zastosowania: Sprzęt sportowy. Automatyka przemysłowa. Automatyka domowa. Alarmy i systemy bezpieczeństwa. Zdalne sterowanie. Zabawki. Wymiary / Rozmieszczenie wyprowadzeń Opis wyprowadzeń Rysunek 4.5. Wymiary i rozmieszczenie wyprowadzeń w module TLX9E5 Opis Funkcja GND Masa (0V) +VCC Zasilanie 1,9...3,6 V P00...P07 Wejścia/wyjścia dwustanowe (P00...P07)* AIN0...AIN3 Wejścia przetwornika AC AREF Zewnętrzne napięcie odniesienia przetwornika AC ANTENNA Wyjście antenowe (50 omów niesymetryczne) CS SO Złącze SPI do programowanie pamięci EEPORM. Nie należy go WP wykorzystywać do podłączania innych urządzeń SPI. Pamięć można SCK zaprogramować dowolnym* programatorem obsługującym układy SPI. SI *Uwaga: poziomy sygnałów doprowadzonych do modułu nie mogą przekroczyć napięcia zasilania. Tabela 4.1. Opis wyprowadzeń modułu TLX9E5 6 Zegar czasu rzeczywistego (ang. Real-Time Clock RTC) jest elementem systemów komputerowych służącym do odliczania czasu niezależnie od stanu komputera. 10

11 Programowanie mikrokontrolera Program może zostać napisany w dowolnym narzędziu służącym do programowania układów serii Zestaw rejestrów standardowych oraz instrukcji jest zgodny ze standardem Aby bootloader układu nrf9e5 mógł je prawidłowo zinterpretować pliki w formacie *.hex przed wpisaniem do pamięci muszą być zmodyfikowane. Bez modyfikacji polegającej na dopisaniu kilku bajtów konfiguracyjnych na początku pamięci (np. programem eeprep.exe) program nie będzie działał. Podstawowe parametry RF Part Częstotliwość pracy Modulacja Dewiacja częstotliwości Moc wyjściowa Antena Efektywna szybkość transmisji Czułość, BR=50kbit/s, BER<0,1% Odstęp 433MHz Napięcie zasilania Pobór prądu w trybie odbioru Pobór prądu przy nadawaniu z mocą 8dBm Pobór prądu przy nadawaniu z mocą -12dBm 433 MHz lub 868 / 915 MHz GFSK ±50 khz dbm (regulowana programowo) 50 ohm niesymetryczna 50 kbit/s -100 dbm 100 khz 1,9-3,6 V 12,5 ma 30 ma 11 ma Mikrokontroler Rdzeń Częstotliwość pracy Pamięć programu Pamięć danych Pobór prądu (16 MHz) Pobór prądu (tryb uśpienia) Wydajność wyjść wysokoprądowych w stanie niskim dla P06, P04, P02 i VOL = 0.4V Wydajność wyjść wysokoprądowych w stanie wysokim dla P07, P05, P03 i VOH = VDD-0.4V Peryferia 8051 (4-clock core) 0,5...16,0 MHz 4 kb 128B + 128B 2,2 ma 2,5 μa 10 ma 10 ma ADC, PWM, UART, Timers (3) WDT, LF clock, RTC Wakup timer, Przetwornik AC Rozdzielczość Wewnętrzne napięcie odniesienia Dryft wewnętrznego napięcia odniesienia Zewnętrzne napięcie odniesienia Częstotliwość przetwarzania (zależna od rozdzielczości) Pobór prądu 10 bits 1,22 V 100 ppm/oc 0,8...1,5 V 83,3 10 bit 1,0 ma Tabela 4.2. Podstawowe parametry modułu TLX9E5 11

12 Oprogramowanie układu nadawczego i układu odbiorczego Część nadawcza układu sterowania Działanie programu zaczyna sie we funkcji main() Funkcja Init() inicjalizuje sprzęt, ustawia rejestry itp. Komunikacja z modułem radiowym odbywa się po wewnętrznym SPI 7 i w tym celu wykorzystuje się funkcje do komunikacji po SPI 11 takie jak SpiReadWrite(). Ustawione jest przerwanie void Timer0ISR (void) interrupt 1, w którym odmierzamy czas i migamy diodą. Funkcja Transmitter() obsługuje całą komunikację z komputerem i drugim modułem. GetChar() pobiera rozkaz z RS232 i jeśli jest to v lub c, to odpowiednio reaguje. TransmitPacket() wysyła pakiet 3 bajtów (komenda, silniki, obroty) do drugiego modułu. PutChar() wysyła bajt na port RS232. Kod programu usunięty. Część odbiorcza układów sterowania Działanie programu zaczyna sie we funkcji main(). Funkcja Init_Hardware() inicjalizuje rejestry podobnie jak poprzednio. W częsci odbiorczej też wykorzystujemy przerwanie Timer0ISR od timera ale w tym przerwaniu sterowane są silniki, za co odpowiedzialne są funkcje StepSilnik1() i StepSilnik2(). W funkcji main() jeśli odbierzemy pakiet z toru radiowego za pomocą funkcji RA- DIO_ReceivePacket(), to wykonujemy akcję w zależności co zostanie odebrane. Odebrane komunikaty są filtrowane w instrukcji Switch (komenda). W każdej sekcji case wykonywana jest inna akcja. Funkcje StepSilnik1() i StepSilnik2() są specyficzne do sterowania silnikami, w nich sterowane są 4 cewki silnika w odpowiedniej sekwencji, która wprawia w ruch silnik. Zmienne dir- Silnik1 i dirsilnik2 określają kierunek wirowania. Zmienne obrotysilnik1 i obrotysilnik2 określają prędkość wirowania silników, ale tutaj nie jest to wykorzystane. Kod programu usunięty. 7 SPI (ang. Serial Peripheral Interface) - szeregowy interfejs urządzeń peryferyjnych. Jeden z najczęściej używanych interfejsów komunikacyjnych pomiędzy systemami mikroprocesorowymi a układami peryferyjnymi takimi jak: przetworniki ADC/DAC, układy RTC, pamięci EEPROM itp. 12

13 Projekt płytki drukowanej Schematy płytek drukowanych zostały wykonane dla poszczególnych elementów w programie Protel: Programator Rysunek 4.6. Widok w programie Protel (schemat) Rysunek 4.7. Widok w programie Protel (układ ścieżek) 13

14 Rysunek 4.8. Widok 2D programatora w programie Protel Elementy programatora SPI: 2 x 3V dioda Zenera 2 x 4k7 rezystor 2 x 10k rezystor 1 x 15k rezystor 1 x BC547 tranzystor 1 x DB9 złącze żeńskie do montażu Radiomodem strona komputera PC Rysunek 4.9. Widok w programie Protel (schemat) - Moduł od strony PC 14

15 Rysunek Widok w programie Protel (układ ścieżek) - Moduł od strony PC Rysunek Widok 2D w programie Protel -Moduł od strony PC Elementy radiolinii od strony PC: 4 x 0.1uF kondensator elektrolityczny 10 x 1k rezystory R1 R2 R6 1 x 10uF kondensator C9 1 x DB9 złącze żeńskie do montażu 10 x LED dioda LED w obudowie x LV33CV stabilizator 3,3V 1 x MAX3232 konwerter RS232/TTL 1 x Złącze modułu TLX9E5J2 14PIN raster 100mils Radiomodem strona wykonawcza Elementy radiolinii strona odbiorcza (silników): 1 x LV33CV 2 x uln x Złącze modułu TLX9E5J2 14PIN raster 100mils 1 x przekaźnik 12 V (240V,1A) 1 x zacisk śrubowy 16 pól (8x 2) 2 x dioda prostownicza (niezbyt wielka gabarytowo) 15

16 Rysunek Widok w programie Protel (schemat) - Moduł wykonawczy Rysunek Widok w programie Protel (układ ścieżek)- Moduł wykonawczy Rysunek Widok 2D w programie Protel - Moduł wykonawczy 16

17 Oprogramowanie na komputer PC Założeniem projektu było bezprzewodowe sterownie urządzeniami domowymi. Moduł nadawczy miał otrzymywać polecenia z programu uruchomionego na komputerze. Połączenie między modułem a komputerem zostało jak wcześniej napisałem nawiązane poprzez port RS232. Aplikacja na komputer została napisana w środowisku Borland C++. Program umożliwia sterowanie roletą okienną, drzwiami garażowymi oraz oświetleniem. Konieczną rzeczą było dodanie możliwości wybierania ustawień przez użytkownika. Najważniejszą sprawą był wybór numeru portu RS poprzez który ma nastąpić komunikacja. Dodatkowo w programie została dodana opcja blokowania silników oraz możliwość wybrania określonej ilości obrotów na każdy z elementów. Wszystkie ustawienia są zapisywane w pliku cfg.ini. Program po wyłączeniu zapamiętuje ostatnio wprowadzone zmiany. Główne okno programu przedstawia Rysunek Rysunek Widok okna głównego programu sterującego radiomodemami Rysunek Okno Ustawienia w programie radiolinia. Okno ustawień opcji programu: 1 - Wybór portu COM 2 - Blokada silników (pozwala na blokowanie położenia po wykonaniu ruchu opcja automatycznie odznaczona w celu nie wytwarzania zbędnego oporu silnika) 3 - Ustawianie ilości wymaganych obrotów na poszczególnych silnikach. 4 Zapisywanie wprowadzonych ustawień 17

18 4. Pierwsze kroki w programie Program Radiolinia jest narzędziem służącym do kontrolowania działania bezprzewodowej transmisji pomiędzy dwoma modułami (nadawczym i odbiorczym). Połączenie nawiązywane jest za pomocą portu RS-232 z modułem nadawczym, na którym umieszczony został modem nadawczoodbiorczy małej mocy. Wygląd okna głównego programu Rysunek 5.1. Wygląd okna programu oraz oznaczenie przyborników ➊ - listwa narzędziowa ➋ - pole obsługi funkcji programu ➌ - listwa komunikatów Polecenia listwy narzędziowej ➊ Polecenia listwy narzędziowej zawierają komendy umożliwiające sprawne wykonywanie poleceń do jakich został przystosowany program, wprowadzanie ustawień oraz odnalezienie podstawowych informacji o aplikacji. 18

19 Polecenie Plik Rysunek 5.2. Wycinek programu z widokiem menu Plik Po kliknięciu na menu Plik a następnie na Funkcje program wyświetla listę możliwych do wykonania zadań. Wybór interesującej nas pozycji z listy spowoduje wykonanie zaprogramowanej czynności. W przypadku rolet oraz drzwi, położenie jest zmieniane poprzez ilość obrotów ustaloną w programie. Wartość ta jest ustalana w oknie Ustawienia. Wybór opcji oświetlenia spowoduje zaświecenie (Oświetlenie załącz), bądź zgaszenie (Oświetlenie wyłącz) światła. Zamknięcie programu zostanie wykonane po wyborze z menu Plik opcji Zakończ. Polecenie Ustawienia Rysunek 5.3. Widok okna programu Ustawienia Wybranie z paska menu pozycji Ustawienia powoduje wyświetlenie nowego okna, w którym w łatwy, przejrzysty sposób konfigurujemy ustawienia programu. Na początku wybieramy z rozwijalnej listy ➊ (COM 1 COM 9) port, pod którym znajduje się podpięty moduł nadawczy. W przypadku niewłaściwego ustawienia program nie zadziała, a podczas uruchamiania wyświetli komunikat pokazany na Rysunku 5.4. Zamknięcie komunikatu powoduje uruchomienie aplikacji, jednak bez możliwości wykonywania zadań. Informacja o błędzie jest wyświetlana pasku stanu, jak pokazuje rysunek

20 Rysunek 5.4. Błąd połączenia programu z modułem nadawczym. Rysunek 5.5. Komunikat wyświetlany na pasku stanu Możemy wybrać opcję blokowania silników podczas pracy ➋. Automatycznie jest ona odznaczona, aby nie powodować nadmiernego nagrzewania obwodów. Zakres obrotów ➌ ustawiany jest dla drzwi oraz rolet osobno. Wpisana ilość obrotów zostanie wykonana dla każdego kliknięcia żądanej opcji. Liczba ta dotyczy zarówno otwierania jak i zamykania okna (drzwi). Zapis ustawień następuje poprzez kliknięcie w przycisk Zapisz ➍. Polecenie pomoc Rysunek 5.6. Wycinek programu z widokiem menu Pomoc Wybierając Pomoc i kolejno Pierwsze kroki wyświetlone zostaje okno w którym użytkownik ma w jasny sposób przedstawione możliwości poruszania się po programie. Bezpośrednio w pomocy aplikacji wpisana jest pomoc tekstowa (brak obrazków), natomiast istnieje możliwość wyświetlania pomocy w przeglądarce poprzez wybranie przycisku Więcej Rysunek 5.7. Widok okna Pierwsze kroki 20

21 Informacje o aplikacji możemy otrzymać klikając kolejno Pomoc, a następnie O programie. Użytkownik powinien otrzymać widok okna przedstawiony na rysunku 5.8. Rysunek 5.8. Widok okna ukazującego informacje o uruchomionej aplikacji. Pole obsługi funkcji programu ➋ Rysunek 5.9. Wycinek aplikacji Radiolinia z widokiem pola obsługi funkcji programu ➊ - pole odpowiadające za obsługę rolety okiennej ➋ - pole odpowiadające za obsługę drzwi garażowych ➌ - pole odpowiadające za obsługę funkcji oświetlenia O aktualnym stanie rolety, drzwi oraz oświetlenia informują nas odpowiednie obrazki. Przedstawione na powyższym rysunku informują użytkownika o otwartej rolecie, otwartych drzwiach garażowych oraz wyłączonym oświetleniu. Zmiana tego stanu może nastąpić na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest kliknięcie w wyświetlony obrazek co spowoduje wykonanie ruchu w kierunku przeciwnym do aktualnie przedstawianego stanu, jednocześnie zamieniając wyświetlany obrazek na zgodny z wykonaną czynnością. Drugim sposobem jest kliknięcie w odpowiednie przyciski: 21

22 Otwórz powoduje otwarcie rolety okiennej lub drzwi garażowych. Zamknij powoduje zamknięcie rolety okiennej lub drzwi garażowych. Włącz powoduje włączenie oświetlenia. Wyłącz powoduje wyłączenie oświetlenia. Przyciski od rolety okiennej oraz drzwi garażowych (Zamknij, Otwórz) mogą być wybierane kilkakrotnie. Jeżeli w ustawieniach będzie wpisana mała ilość obrotów (np. 1), jednokrotne kliknięcie Otwórz spowoduje tylko uchylenie, a nie całkowite otwarcie wybranego elementu. 22

23 Sprawdzenie łączności wykonanych radiomodemów Na gotowych modułach wykonałem testy, które miały na celu wykrycie problemów podczas łączności jak również określenie maksymalnej odległości na jakiej mogą zostać zastosowane radiomodemy. Wykonywane próby podzieliłem na dwie kategorie. Pierwsza grupa testów była wykonywana w domu. Moduł wykonawczy umieszczony został w pokoju, na piętrze, a następnie przemieszczałem się po pokojach rozmieszczonych w różnych częściach domu. Podczas każdej próby, odłączany był moduł odbiorczy, było to dodatkowe utrudnienie ponieważ z każdego badanego miejsca radiomodemy musiały od nowa nawiązywać połączenie. Wszystkie próby, ich schemat, oraz rezultaty zostały przedstawione poniżej. Rysunek 6.1. Rozmieszczenie punktów podczas pomiarów wewnątrz domu Oznaczenia: N punkt oznaczający położenie modułu nadawczego 1 9 kolejne punkty rozmieszczenia modułu odbiorczego Nr kolejnego pomiaru Badany punkt Odległość [m] Wysokość [m] Połączenie Udane , ,5-2, ,5-2, , , , , , , , ,5-5, ,5-5,60 Nieudane 23

24 Tabela 6.1. Otrzymane wyniki podczas pomiaru wewnątrz domu Podczas pomiarów w domu udało nawiązać się połączenie w każdym mierzonym punkcie. Jednakże napotkałem na utrudnienia łączności. W przypadku pomiarów o numerach: 1, 4, 8, 9 i 11, nie udało się uzyskać łączności przy pierwszej próbie. Po rozłączeniu, a następnie ponownym podłączeniu zasilania moduł uzyskiwał łączność o czym świadczyło prawidłowe wykonywanie zadanych poleceń. Rozwiązaniem byłoby zastosowanie elementów, które umożliwiałyby badanie połączenia, po czym w przypadku braku łączności, same restartowałyby radiomodem. Drugą grupę testów przeprowadzałem pozostawiając moduł nadawczy w tym samym miejscu, natomiast moduł odbiorczy był rozmieszczany na zewnątrz domu. W tych pomiarach miałem na celu określenie maksymalnie wysuniętego punktu, do którego dociera sygnał. Punkty były rozmieszczone wg. następującego schematu. Rysunek 6.2. Rozmieszczenie punktów podczas pomiarów na zewnątrz domu Oznaczenia występujące na rysunku: N - punkt oznaczający położenie modułu nadawczego 1 6 kolejne punkty rozmieszczenia modułu odbiorczego Nr kolejnego pomiaru Badany punkt Odległość [m] Wysokość [m] Połączenie Udane , , , , , , , , ,50 Nieudane Tabela 6.2. Tabela wyników otrzymanych podczas pomiarów na zewnątrz budynku 24

25 Jak możemy zaważyć na podstawie powyższych wyników, połączenie nie zostało uzyskane za każdym razem. Jednak tym razem, w odróżnień od poprzednich prób, znalazłem przybliżoną odległość na jakiej wykonane moduły uzyskują łączność. Pomiary były wykonywane w terenie górzystym stąd w tabeli podaję przy każdym pomiarze odległość pomiędzy modułem nadawczym i odbiorczym jak również różnice wysokości pomiędzy poszczególnymi radiomodemami. Wartości na minusie oznaczają iż układ odbiorczy został umieszczony poniżej układu nadawczego, natomiast wartość dodatnia oznacza położenie części odbiorczej ponad nadajnikiem. Uzyskane wyniki spełniły moje oczekiwania, ponieważ przy tak krótkiej antence (9 cm) moduły umożliwiają bezproblemową komunikację nie tylko wewnątrz domu lecz również na podwórzu działki średniej wielkości. Problemem jest jednak już wcześniej opisywany, zdarzający się brak nawiązania połączenia, co wiąże za sobą konieczność restartu jednego z modułów. Jednak ten problem można rozwiązać rozbudowując moduły. 25

26 Podsumowanie Praca dyplomowa pozwoliła mi na poszerzenie wiedzy zdobytej na studiach oraz na zetknięcie się z problemami powstającymi podczas wykonywania podobnych projektów. Miałem możliwość poznania narzędzi, na których pracowałem na uczelni jak środowisko Borland C++, na którym zostało napisane oprogramowanie sterujące na komputer, jak również poznanie oprogramowania Protel służącego do projektowania układów oraz płytek drukowanych. Realizacja pracy umożliwiła również poznanie zasady działania pakietu oprogramowania Keil służącego do programowania kontrolera Najważniejszą jednak rzeczą była możliwość rzeczywistego wykonania układów. Powstałe oprogramowanie oraz płytki są możliwe do zastosowania w rzeczywistym modelu domu. Jednak układy te można znacznie rozbudować co pozwoliłoby na wprowadzenie dodatkowych funkcji jak np. kontrola aktualnego miejsca położenia rolety, otrzymywanie informacji o problemach np. z zamknięciem jednego z obiektów. Kontynuacją pracy mogłoby być wprowadzenie dodatkowych elementów do oświetlenia dzięki czemu żarówka mogłaby zapalać się przy zmierzchu, lub świecić w określonych godzinach. Aktualnie wykonany model pozwala na zaprezentowanie możliwych sposobów łączności oraz przedstawia możliwości jakie daje nam rozwój techniki. Uzyskana łączność (pomimo że nie za każdym razem) pozwala na stwierdzenie, że wybrany rodzaj łączności oraz wykorzystane moduły zostały trafnie dobrane. Świadczą o tym wyniki jakie uzyskałem podczas testowania w warunkach rzeczywistych. Uzyskane połączenie przy odległości około 100 metrów daje możliwość wykorzystania układu jeżeli nie we wszystkich, to w większości domów jednorodzinnych. 26

27 Literatura 1. B. Zieliński: Bezprzewodowe sieci komputerowe. Helion, Gliwice 2000, s E. Sroczan: Nowoczesne wyposażenie techniczne domu jednorodzinnego instalacje elektryczne. PWRiL, Poznań 2004, s , s B. Antoniewicz, E. Sroczan: Nowoczesne wyposażenie techniczne domu jednorodzinnego. PWRiL, Poznań 1998 s , s A. Daniluk: C++Builder Borland Developer Studio Kompendium programisty. Helion, Gliwice M. Smyczek: Instrukcja obsługi programu Protel 99 SE 6. Z.Raabe: Protel, Elektronika dla wszystkich, Luty 2002, s Z. Raabe: Spotkanie z Protelem 99 SE, Elektronika dla wszystkich, od numeru marzec 2002 do numeru lipiec Z. Raabe: Protel, Elektronika dla wszystkich, Luty 2002, s