ZASTOSOWANIE PROTOKOŁU ZIGBEE DO TRANSMISJI SYGNAŁÓW W ROZPROSZONYM SYSTEMIE POMIAROWYM

Podobne dokumenty
Rozproszony system zbierania danych.

Projektowanie układów scalonych do systemów komunikacji bezprzewodowej

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

Rodzaje sieci bezprzewodowych

Miernik mocy w.cz nadajników RC i FPV 1 MHz 8 GHz

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska. Zygmunt Kubiak 1

Modem radiowy MR10-GATEWAY-S

Podstawy transmisji sygnałów

microplc Sposoby monitoringu instalacji technologicznych przy pomocy sterownika

OKABLOWANIE W WYBRANYCH SYSTEMACH KOMUNIKACJI

Technologie cyfrowe semestr letni 2018/2019

Politechnika Gdańska

Miernik mocy w.cz nadajników RC i FPV 1MHz - 8GHz

Media transmisyjne w sieciach komputerowych

Bezprzewodowy serwer obrazu Full HD 1080p, 300N Mb/s Part No.:

MOBOT-RCR v2 miniaturowe moduły radiowe Bezprzewodowa transmisja UART

Beskid Cafe. Hufcowa Kawiarenka Internetowa

Instrukcja obsługi. Czujnik radiowy NETINO NT(H)S-R-01. v r.

300 ( ( (5 300 (2,4 - (2, SSID:

SYSTEM ARANET KATALOG PRODUKTÓW

Wykład I. Administrowanie szkolną siecią komputerową. dr Artur Bartoszewski

Lekcja 16. Temat: Linie zasilające

WNL-U555HA Bezprzewodowa karta sieciowa n High Power z interfejsem USB

Dwa lub więcej komputerów połączonych ze sobą z określonymi zasadami komunikacji (protokołem komunikacyjnym).

KAM-TECH sklep internetowy Utworzono : 07 listopad 2014

Interfejsy systemów pomiarowych

AGENDA. Site survey - pomiary i projektowanie sieci bezprzewodowych. Tomasz Furmańczak UpGreat Systemy Komputerowe Sp. z o.o.

precyzja pomiaru m e t ering solu t ion s Zintegrowany system odczytu i rozliczeń mediów MBUS Radio, MBUS Line

Cyfrowy system łączności dla bezzałogowych statków powietrznych średniego zasięgu. 20 maja, 2016 R. Krenz 1

Technologie w logistyce

Adrian Jakowiuk, Bronisław Machaj, Jan Pieńkos, Edward Świstowski

Sieci sensorowe. Paweł Kułakowski

CZĘŚĆ I Podstawy komunikacji bezprzewodowej

REPEATER WiFi 300Mbps 8level WRP-300

TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA W ZDALNYCH KOMPUTEROWYCH SYSTEMACH POMIAROWO-STERUJĄCYCH

Instrukcja obsługi. Centrala radiowa NETINO NRU-01. v r.

ZIGBEE NETWORKS - INTERESTING APPLICATIONS SIECI ZIGBEE CIEKAWE ZASTOSOWANIA

Koncentrator komunikacyjny Ex-mBEL_COM

Politechnika Białostocka. Wydział Elektryczny. Katedra Automatyki i Elektroniki. Kod przedmiotu: TS1C

Czujniki podczerwieni do bezkontaktowego pomiaru temperatury. Czujniki stacjonarne.

Moduł radiowy AT-WMBUS-04. z wejściem impulsowym. Dokumentacja techniczno ruchowa DT DJ

Zestaw przedłużacza, 4K HDMI HDBaseT, 70 m

Zestaw przedłużacza, 4K HDMI HDBaseT, 100 m

Zadania do ćwiczeń laboratoryjnych Systemy rozproszone automatyki - laboratorium

Przemysłowe Sieci Informatyczne

Instrukcja obsługi. v r.

ZASTOSOWANIE SPEKTROMETRII IMPEDANCYJNEJ DO POMIARU WILGOTNOŚCI ZIARNA ZBÓŻ

Adapter bezprzewodowy istream HD do Gier oraz Multimediów 300Mb/s, b/g/n, 2T2R MIMO Part No.:

Projektowanie i symulacja systemu pomiarowego do pomiaru temperatury

TECHNOLOGIA SZEROKOPASMOWEJ KOMUNIKACJI PLC DLA SYSTEMÓW SMART GRID I SMART METERING.

Features: Specyfikacja:

OPTYMALIZACJA STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PIECZARKARNI

Szczegółowy opis przedmiotu zamówienia

Modem LTE Huawei E3272s Router WIFI TP-LINK

Ethernet. Ethernet odnosi się nie do jednej, lecz do wielu technologii sieci lokalnych LAN, z których wyróżnić należy cztery podstawowe kategorie:

TRUST WIRELESS VIDEO & DVD VIEWER

DigiPoint Karta katalogowa DS 5.00

BEZPRZEWODOWE PRZESYŁANIE DANYCH W SYSTEMACH MONITOROWANIA I DIAGNOSTYKI NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH

BEZPRZEWODOWA KARTA SIECIOWA WL-8313 / WL-8314

rh-ao3 LR Moduł wyjść analogowych 0 10 V systemu F&Home RADIO. Wersja LR powiększony zasięg.

802.11g: do 54Mbps (dynamic) b: do 11Mbps (dynamic)

PROJECT OF FM TUNER WITH GESTURE CONTROL PROJEKT TUNERA FM STEROWANEGO GESTAMI

Ćwiczenie 1. Podstawowa terminologia lokalnych sieci komputerowych. Topologie sieci komputerowych. Ocena. Zadanie 1

FORMULARZ TECHNICZNY nr 4 dla Stanowiska do Pomiaru Promieniowania Mikrofalowego

Inspirują nas ROZWIĄZANIA

VLAN 450 ( ( (5 450 (2.4 (2, SSID:

OSI Physical Layer. Network Fundamentals Chapter 8. Version Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Public 1

Architektura Systemów Komputerowych. Transmisja szeregowa danych Standardy magistral szeregowych

Przemysłowe sieci informatyczne

Kod produktu: MP01105T

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Komplet do nadawania i odbioru obrazu video drogą radiową. Instrukcja obsługi

1. Wymagania funkcjonalne dla modułu pozycjonowania patroli zainstalowany moduł musi posiadać następującą funkcjonalność:

F&F Filipowski Sp. J Pabianice, ul. Konstantynowska 79/81 tel KARTA KATALOGOWA

rh-serwer Sterownik główny (serwer) systemu F&Home RADIO.

Wykład II. Administrowanie szkolną siecią komputerową. dr Artur Bartoszewski

417,98 PLN brutto 339,82 PLN netto

Plan wykładu. 1. Sieć komputerowa 2. Rodzaje sieci 3. Topologie sieci 4. Karta sieciowa 5. Protokoły używane w sieciach LAN 6.

Politechnika Warszawska

Instrukcja obsługi. v r.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY 1) z dnia 30 grudnia 2009 r.

Zagadnienia egzaminacyjne ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA studia rozpoczynające się przed r.

KATALOG KONWERTERÓW HDMI

ANALIZA EKONOMICZNA BUDOWY I EKSPLOATACJI SYSTEMÓW TELEFONII INTERNETOWEJ W PRZEDSIĘBIORSTWIE ROLNICZYM

Sieci bezprzewodowe w automatyce

Przemysłowe sieci informatyczne

Modele propagacyjne w sieciach bezprzewodowych.

X-Meter. EnergyTeam PRZYKŁADOWE SCHEMATY SYSTEMU X-METER. 1 punkt pomiarowy. System nr 1. 2 punkty pomiarowe. System nr 2

Nowe rozwiązania w układach sterowania firmy Tester

DigiPoint mini Karta katalogowa DS 6.00

Koncentrator komunikacyjny Ex-mBEL_COM

2. STRUKTURA RADIOFONICZNYCH SYGNAŁÓW CYFROWYCH

Podstawy Informatyki. Inżynieria Ciepła, I rok. Wykład 13 Topologie sieci i urządzenia

To jeszcze prostsze, MMcc1100!

Światłowodowy multiplekser styków RS-232, RS-485, RS-422

Wpisz ID i nazwę Projektu. Instalacja AMIplus. Opis modelu komunikacji modułu wireless M-BUS w licznikach AMI. wersja r.

Sylabus modułu kształcenia na studiach wyższych. Nazwa Wydziału. Nazwa jednostki prowadzącej moduł Nazwa modułu kształcenia

Dwuzakresowy Router Bezprzewodowy AC Mb/s Wireless N (2.4 GHz) Mb/s Wireless AC (5 GHz), QoS, 4-portowy przełącznik LAN Part No.

Transkrypt:

Inżynieria Rolnicza 9(118)/2009 ZASTOSOWANIE PROTOKOŁU ZIGBEE DO TRANSMISJI SYGNAŁÓW W ROZPROSZONYM SYSTEMIE POMIAROWYM Dariusz Tomkiewicz Katedra Automatyki, Politechnika Koszalińska Streszczenie. W pracy przedstawiono badania dotyczące możliwości zastosowania bezprzewodowych metod danych w rozproszonym układzie czujników, znajdujących się we wnętrzu złoża ziarna. Stwierdzono, że najodpowiedniejszym standardem danych jest standard ZigBee, pod warunkiem stosowania w danych odpowiednich częstotliwości fal elektromagnetycznych. Słowa kluczowe: sieć bezprzewodowa, układ pomiarowy, protokół ZigBee, monitorowanie złoża ziarna Wprowadzenie Jedną z głównych przyczyn strat jakościowych produktów rolnych (takich jak ziarno zbóż, owoce, warzywa) przechowywanych w komorach lub silosach jest intensywność procesów życiowych. W celu prawidłowego przeprowadzenia procesu przechowywania konieczne jest ograniczenie intensywności procesów życiowych zachodzących w złożu przechowywanego produktu. Jedną z metod ograniczenia intensywności procesów życiowych jest kontrolowanie temperatury, wilgotności oraz składu powietrza otaczającego składowany produkt. Parametry termodynamiczne otaczającego powierza poprzez proces wymiany ciepła i masy wpływają na temperaturę oraz wilgotność materiału przechowywanego, od którego zależy intensywność procesów życiowych [Navarro, Noyes 2001]. Ze względu na charakter procesu, którego przebieg jest zależny nie tylko od czasu, ale i położenia w trójwymiarowej przestrzeni konieczne jest zastosowanie nie pojedynczych czujników, lecz zbioru czujników umieszczonych w takich punktach złoża, w których wrażliwość na zmianę mierzonego parametru jest największa. Układ takich czujników musi posiadać możliwość danych. Cel badań System pomiarowy umożliwiający pomiar zmiennych termodynamicznych opisujących parametry złoża ziarna podczas procesu przechowywania jest systemem rozproszonym. Użytkownicy dobrze zaprojektowanego systemu rozproszonego powinni go odbierać, jako jedno, zintegrowane środowisko obliczeniowe. 291

Dariusz Tomkiewicz W rozproszonych układach pomiarowych, w których występuje duża liczba punktów pomiarowych oddalonych od siebie w przestrzeni powstaje problem związany z transmisją sygnałów pomiarowych oraz zasilaniem czujników. Do tej pory do danych w takich układach były stosowane przewody miedziane lub światłowody w przypadku dużych ilości danych lub konieczności zapewnienia ich bezpieczeństwa. Przewód, do którego podłączone były czujniki umożliwiał przesyłanie sygnałów pomiarowych oraz umożliwiał zasilanie czujnika. W przypadku, gdy układ czujników był rozproszony na dużej przestrzeni, rozproszenie to powodowało konieczność zastosowania dużej ilości okablowania. Ponadto okablowanie było wrażliwą częścią systemu pomiarowego, która bardzo często ulegała uszkodzeniu [Stojmenović 2005]. Coraz częściej ze względu na wygodę użytkowania do danych stosowane są bezprzewodowe protokoły danych. Jedną z takich metod zastosowano w opracowywanym systemie pomiarowym. Celem badań był wybór bezprzewodowej metody danych oraz jej przetestowanie. Metoda ta będzie służyła do przesyłania danych pomiędzy elementami systemu pomiarowego znajdującego się we wnętrzu złoża ziarna tak, aby umożliwiło to budowę układu pomiarowego składającego się z autonomicznych czujników pomiarowych, które można umieścić w dowolnym punkcie złoża ziarna. Wybór protokołu danych Współcześnie na rynku dostępnych jest kilka standardów danych. Do najpopularniejszych można zaliczyć: GSM/GPRS, Bluetooth, Wi-Fi oraz ZigBee. Parametry ich porównano w tabeli 1. Systemy bezprzewodowe stosowane w układach monitorowania i automatyki powinny spełniać wiele wymagań [Stojmenović 2005; Wang Fei-Yue, Liu Derong, 2008]: Wymagania dotyczące połączenia: moc sygnału nadawanego, czułość odbiornika, typ anteny, selektywność odbiornika, możliwość oceny jakości kanału komunikacyjnego. Wymagania dotyczące ograniczenia mocy zasilania: zasypianie i budzenie poprzez sygnał radiowy, czas budzenia, możliwość włączania i wyłączania układów peryferyjnych, możliwość sterowania mocą nadawanego sygnału w zależności od zakłóceń występujących w środowisku. Wymagania systemowe: bezpieczeństwo danych, niezawodność, prędkość danych. Wymagania dotyczące zasobów systemowych: pobór energii elektrycznej, zapotrzebowanie na moc obliczeniową, zapotrzebowanie na zasoby pamięci, rozmiary geometryczne. W przypadku danych pomiędzy rozproszonym w przestrzeni układem autonomicznych czujników pomiarowych najbardziej dostosowanym do wymagań układu monitorującego procesy życiowe w złożu ziarna jest protokół ZigBee, gdyż spełnia większość zestawionych powyżej wymagań. Protokół ZigBee jest protokołem otwartym. Został wprowadzony w 2004 r. i bazuje na standardzie IEEE 802.15.4, opracowanym do komunikacji w sieciach WPAN (Wireless Personal Area Network). Standard ZigBee w stosunku do IEEE 802.15.4 został rozszerzony o wyższe warstwy modelu ISO-OSI, umożliwiając dodatkowo tworzenie struktury sieci 292

Zastosowanie protokołu ZigBee... o rozbudowanej topologii, rutowanie pakietów w przypadku, gdy sieć jest rozbudowana wprowadzając autoryzację węzłów i szyfrowanie danych oraz tworzenie tzw. profili aplikacyjnych [Mahalik 2007]. Dzięki niskiemu poborowi energii elektrycznej, przez moduł komunikacyjny, możliwe jest zastosowanie zasilania bateryjnego. Tabela 1. Porównanie wybranych standardów bezprzewodowych metod danych Table 1. Comparison of selected standards for wireless data transmission methods Standard Zastosowanie Zasoby systemowe Żywotność zasilania bateryjnego Liczba węzłów sieci Prędkość Zasięg Zalety ZigBee 802.15.4 GSM/GPRS Wi-Fi 802-11b Bluetooth 802.15.1 Monitorowanie i Przesyłanie Dane z Eliminacja sterowanie głosu i danych Internetu, poczta połączenia na duże elektroniczna, kablowego odległości odtwarzanie wideo 32 >64 kb >16 Mb >1 Mb >250 kb 100 >1000 dni 1 7 dni 0,5 5 dni 1 7 dni Praktycznie 1 32 7 nieograniczona 20 >250 kb/s 64 >128 kb/s >11000 kb/s 720 kb/s 1 >100 m >1000 m 1 100 m 1 >10 m Niezawodność, niski pobór energii, niski koszt Zasięg, jakość Szybkość Niski koszt, prosta konfiguracja Układ pomiarowy W stanowisku badawczym do danych zostały zastosowane moduły XBee firmy MaxStraeam Inc. Moduły te wykorzystują protokół ZigBee. Modyły XBee umożliwiają przesyłanie i odbieranie danych poprzez port szeregowy pomiędzy układem mikroprocesorowym a modułem. Dodatkowo posiadają one po cztery wejścia analogowe i odpowiednio cztery wyjścia PWM (Pulse Width Modulation), oraz dwanaście wejść - wyjść cyfrowych. Dzięki tym wejściom/wyjściom można bezpośrednio dokonywać pomiarów i przesyłać dane pomiarowe do innych urządzeń. Do danych w tych modułach wykorzystywane jest pasmo 2,4 GHz [Digi International]. Pasmo to w standardzie IEEE 802.15.4 jest podzielone na szesnaście kanałów oznaczonych liczbami od 11 do 26 o częstotliwości 2,405 GHz dla kanału 11 z przyrostem 5 MHz dla każdego kanału, aż do częstotliwości 2,480 GHz dla kanału 26. 293

Dariusz Tomkiewicz Rys. 1. Fig 1. Stanowisko badawcze do pomiaru mocy sygnału odbieranego Test stand for received signal power measurement W celu sprawdzenia, czy możliwe jest przesyłanie danych poprzez złoże ziarna o różnej wilgotności, zbudowano stanowisko doświadczalne. Składało się ono z dwóch rur grubościennych o wysokości 0,8 m połączonych razem tak, że uzyskano kolumnę o wysokości 1,6 m (rysunek 1). Na dnie kolumny umieszczono nadajnik w postaci modułu XBee. Na górze kolumny umieszczono również moduł XBee, który służył jako odbiornik. Oba moduły były podłączone do komputera. Na komputerze, w środowisku Matlab, została napisana funkcja umożliwiająca transmisję pakietu danych do modułu nadajnika, akwizycję tego pakietu z modułu odbiornika, wybór kanału danych oraz odczytanie z modułu wartości mocy sygnału odbieranego poprzez moduł. Moduł nadajnika zaprogramowano tak, aby nadawał sygnał maksymalną mocą, czyli 1 dbm (1,25 mw). Jeżeli moc odbieranego sygnału była mniejsza niż -95 dbm, moduł odbiornika nie jest w stanie odczytać przesyłanych danych. Procedura pomiarowa Zboże (żyto) przed pomiarami zostało namoczone do wilgotności 15% oraz 20%. Po namoczeniu było sezonowane przez dwa dni. W trakcie przeprowadzania doświadczenia kolumnę stopniowo wypełniano żytem dokonując pomiaru mocy transmitowanego sygnału na każdym z szesnastu kanałów. Pomiar powtarzano sześciokrotnie. Pomiar wykonywano dla wysokości złoża od pustej kolumny (0 m) co 0,2 m do wysokości 1,6 m. Dane pomiarowe dla wilgotności 15% zaprezentowano na rysunku 2 i dla wilgotności 20% na rysunku 3. Średnia moc odbieranego sygnału zmieniała się w zakresie od wartości mniejszej niż -95 dbm do -52 dbm i była uzależniona od grubości warstwy i częstotliwości sygnału nadawanego. 294

Zastosowanie protokołu ZigBee... Rys. 2. Średnia wartość mocy odbieranego sygnału dla zboża o wilgotności 15% Fig. 2. Mean value of received signal power for crops with humidity 15% Rys. 3. Średnia wartość mocy odbieranego sygnału dla zboża o wilgotności 20% Fig. 3. Mean value of received signal power for crops with humidity 20% W trakcie badań stwierdzono, że podczas dla niektórych częstotliwości fal elektromagnetycznych tłumienie spowodowane przez ośrodek (złoże ziarna) było zbyt duże i moc sygnału docierającego do odbiornika była zbyt niska. Ze względu na niską wrażliwość na zmiany wilgotności i grubości warstwy, do danych wybrano kanał 22, który przesyła sygnały wykorzystując częstotliwość fali 2,46 GHz. 295

Dariusz Tomkiewicz Wnioski Po przeanalizowaniu cech opisujących wybrane bezprzewodowe metody danych wybrano protokół ZigBee, jako najlepszy do celów danych w rozproszonym układzie pomiarowym służącym do monitorowania stanu złoża ziarna. Ze względu na to, że moc sygnału nadawanego przez moduły ZigBee jest wystarczająca do przesyłania sygnałów na odległości sięgające ponad 100 m w otwartej przestrzeni, to w przypadku umieszczenia go w złożu wilgotnego ziarna, sygnały przesyłane przez niektóre stosowane w standardzie kanały były zbyt silnie tłumione żeby można je było odbierać. Tylko niektóre kanały dawały możliwość prawidłowej danych. Najbardziej niewrażliwym kanałem na zmiany wilgotności i grubość warstwy zboża był kanał o częstotliwość fali 2,46 GHz Bibliografia Mahalik N.P. (Ed). 2007. Handbook of Sensors and Networks, Springer-Verlag Berlin. ISBN-10 3-540-37364-0 Navarro S., Noyes R. T. 2001. The Mechanics and Physics of Modern Grain Aeration Management, CRC Press, ISBN 0-8493-1355-4. Stojmenović I. (Ed). 2005. Sensor Networks and Configuration, John Wiley & Sons. ISBN-13 978-0-471-68472-5. Wang Fei-Yue, Liu Derong. 2008. Networked Control Systems, Springer-Verlag London, ISBN 978-1-84800-214-2. Digi International Inc., Noty aplikacyjne układów XBee oraz XBee-Pro, www.digi.com. USING THE ZIGBEE PROTOCOL FOR SIGNAL TRANSMISSION IN A DISPERSED MEASURING SYSTEM Abstract. The paper presents research on the possibility to use wireless data transmission methods in a dispersed system of sensors located inside grain bed. It has been observed that the ZigBee standard is the most appropriate data transmission standard, provided that proper electro-magnetic wave frequencies are used in data transmission. Key words: wireless network, measuring system, the ZigBee protocol, grain bed monitoring Adres do korespondencji: Dariusz Tomkiewicz; e-mail dariusz.tomkiewicz@tu.koszalin.pl Katedra Automatyki Politechnika Koszalińska ul Racławika 15 75-620 Koszalin 296