POLITECHNIKA SLASKA WYDZIAL MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY KATEDRA MECHANIKI STOSOWANEJ Józef WOJNAROWSKI Bohdan BOROWIK Wladyslaw KALINSKI ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII ZigBee W SIECIACH SENSORYCZNYCH W BADANIU UKLADÓW MECHANICZNYCH MONOGRAFIA GLIWICE 2012
SLOWO WSTEPNE 3 Spis Tresci 5 WYKAZ WAZNIEJSZYCH OZNACZEN 9 1 WSTEP 13 11 Wprowadzenie 13 Przyklady wieloparametrycznej obserwacji dzialania obiektów mechanicznych 14 121 Oswietlenie dróg i autostrad 14 122 Wzbudzanie drgan slupów oswietleniowych i sygnalizacyjnych 18 123 Maszyny technologiczne 21 13 Literatura do rozdzialu 1 24 2 WLASNOSCI MECHANICZNE WYBRANYCH OBIEKTÓW 25 21 Znaczace wlasnosci mechaniczne 25 22 Badania wlasnosci przecinarek 26 221 Parametry drgan mechanicznych podzespolów przecinarek 26 222 Opis torów pomiarowych oraz zastosowanych przetworników 27 223 Sila oporu przecinania przekazywana na imadlo przecinarki 29 224 Wlasnosci modalne elementów i podzespolów przecinarek 35 23 Analiza obciazen przecinarki 36 231 Statyczne obciazenie pily tasmowej 232 Dynamiczne obciazenie pily i jej zebów 233 Regulacja natezenia wyplywu cieczy hydraulicznej 37 44 z cylindra 47 24 Podsumowanie i wnioski dotyczace eksploatacji przecinarek 49 25 Drgania slupów oswietleniowych 251 Badania eksperymentalne 49 50 2511 Opis torów pomiarowych i zastosowanych przetworników 50 2512 Wybrane wyniki badan 50 252 Analiza drgan sprzezonych slupów oswietleniowych 54 2521 Przekazywanie energii miedzy modami drgan 54 2522 Równania ruchu 54 253 Rozwiazanie równan ruchu sprzezonego 56 26 Wnioski 57 27 Literatura do rozdzialu 2 60 5
3 PRZYKLADY ZASTOSOWANIA SENSORÓW DO CIAGLEJ KONTROLI OBCIAZENIA I DRGAN SLUPA OSWIETLENIOWEGO ORAZ PRZECINARKI Z TASMOWA PILA BEZ KONCA 63 31 Drgania slupów oswietleniowych 63 32 Uklad pomiarowy do wykrywania drgan, w tym sprzezonych slupa oswietleniowego 64 33 Monitorowanie parametrów dzialania podzespolów przecinarki z tasmowa pila bez konca podczas procesu ciecia 34 Literatura do rozdzialu 3 68 70 4 SIEC SENSOROWA ZigBee W POMIARACH PARAMETRÓW DRGAN 71 41 Rozmieszczenie sieci czujników na maszynie 71 42 Bezprzewodowy protokól sieciowy ZigBee 72 43 Topologia Sieci Sensorycznych 44 PAN Adresses 45 Siec ZigBee MeshNetics 76 77 80 46 Architektura stosu ZigBee 83 461 Subwarstwa PHY 85 462 Listing kodu Code Snippet 86 463 Subwarswa MAC 88 464 Typy wezlów w sieciach ZigBee 47 Topologie sieci ZigBee 471 Tworzenie i laczenie sieci 472 Tworzenie sieci 473 Dolaczanie do sieci 474 Komunikacja sieciowa 89 90 91 92 93 95 475 ZigBee PAN ID 95 476 Adres sieciowy 96 477 Adres MAC 96 478 Bity Kontrolne 96 479 Klastry 97 4710 Profil ZigBee 97 48 Aplikacje podwarstw wspomagajacych 97 49 Wiezy APS 98 410 Profile urzadzen sieci ZigBee 411 Siec ZigBee Bacon-enabled 412 Protokól CSMA w sieci ZigBee 99 99 100 413 RFTrasceiver 102 414 Dobór Mikrokontrolera do wezla sieci ZigBee 415 Akcelerometryczny czujnik drgan MMA7260 4151 Funkcje akcelerometru 4152 Budowa akcelerometru 6 104 106 106 107
416 Akcelerometr MMA7455L 112 417 Dolaczenie akcelerometru do mikrokontrolera 115 4171 Ustawienia szerokosci pasma przy dostosowaniu wartosci kondensatorów C* oraz CV 116 4172 Ustawienia okresu DCM z/?set 117 4173 Ustawienia akcelerometru NOISE/BW 118 418 Montaz sensora akcelerometrycznego na pile 119 419 Transfer danych oraz ich gromadzenie za pomoca ZigBee 120 420 Badanie bezprzewodowej transmisji danych w sieci ZigBee 121 421 Analiza trafiku w sieci ZigBee 126 422 Analiza ruchu w sieci ZigBee 127 423 Wysylanie danych w sieci ZigBee 130 424 Konfiguracja systemu dla akcelerometru 131 425 Ustawienie transcivera w tryb odbioru 426 Podsumowanie 427 Literatura do rozdzialu 4 132 133 133 57 155 581 i 157 158 5 BADANIE PROTOTYPU SYSTEMU AKCELEROMETRYCZNEGO 137 51 Cechy akcelerometru-model MMA7260Q 137 52 Mikrokontroler PIC24HJ256GP210 141 53 Budowa mikrokontrolera 141 54 Oscylator 142 55 Timer 1 145 56 Przetwornik ADC 147 155 Specjalistyczna aparatura 58 Wyswietlacz LCD ABG240128N09 155 Funkcje cechy wyswietlacza 582 Schemat blokowy 156 583 Opis nózek wyswietlacza 156 584 Instrukcje i kontrola wyswietlacza 585 Karta pamieci SAD (Security Card)IMMC (Muti Media Card) 157 5851 Informacje ogólne 158 5852 Komendy sterujace przez SPI 5853 Procedury inicjalizacji 160 59 Podsumowanie 162 510 Literatura do rozdzialu 5 162 6 TESTOWANIE PROTOTYPOWEGO UKLADU AKCELEROMETRYCZNEGO 163 61 Schematy sieciowe 62 Widok podzespolów 7 163 167
63 Algorytm programu 169 64 Kod zródlowy 169 65 Program glówny mainc" 169 66 Podsumowanie 171 67 Literatura do rozdzialu 6 172 7 BADANIA SYSTEMU ZigBee 175 71 Wykrywanie wezla w sieci PAN 72 Przekaz danych w sieci ZigBee 73 Sciezka pomiarowa i wlasnosci transmisji danych 74 Diagnozowanie dzialania wezlów w sieci ZigBee 177 178 180 184 75 Transmisja stringu ASCII 189 76 Zdalna konfiguracja w sieci ZigBee 77 Pomiar wartosci analogowych za pomoca 192 modulu XBee 194 8 PRZETWARZANIE DANYCH W SYSTEMIE ZigBee 201 81 Opis utworzonego oprogramowania do konwersji danych 202 82 Diagnostyka sieci ZigBee 208 83 Przesylanie danych analogowych 84 Badanie przepustowosci sieci ZigBee 213 218 9 WNIOSKI Z BADAN I ANALIZ 223 91 Analiza i ocena uzyskanych wyników 228 92 Ocena dzialania sieci 231 93 Literatura do rozdzialu 9 237 10 ZAWARTOSC CD 239 101 Artykuly 239 102 Opracowania 240 103 Patenty 240 SKOROWIDZ 241 STRESZCZENIE 247 SUMMARY 248 8