Измерительно-вычислительные системы с беспроводной передачей данных.
Рисунок. Структура информационно-измерительной системы с беспроводной передачей данных.
На рисунке:
ИП – измерительный прибор;
ИК – измерительный канал;
МП – микропроцессор;
АК – блок коммутации аналоговых сигналов;
АЦП – аналогово-цифровой преобразователь;
БТ – блок таймеров;
ЦП – цифровой порт;
БАР – блок архивирования результатов (ОЗУ);
Uartблок – блок обмена данных поUART$
ПУ1 – преобразователь уровней (из 5В в 3В);
ПУ2 – преобразователь уровней (из 12В в 3В);
ППМ – приемопередающий модуль;
ПК – персональный компьютер.
БАП – блок автономного питания.
Данная структура предполагает использование в качестве устройства сбора и обработки информации микроконтроллер.
На базе микроконтроллера должны быть реализованы функции следующих блоков:
Блок коммутации аналоговых сигналов
Блок аналогово-цифрового преобразования сигналов с измерительных датчиков
Блок таймеров для обработки частотных сигналов
Блок обработки цифровых сигналов.
Блок архивирования результатов
Блок обмена данных по UARTс приемо-передающим устройством.
Блок управления измерительным процессом
Сигналы, поступающие по UARTв приемо-передающий модуль, являются потенциальными. Уровень сигнала, соответствующий логической единице 0 В, а логическому нулю соответствует +5В.
Приемопередающий модуль не поддерживает данные уровни сигналов, он работает с данными от 0В до 3,3В. Поэтому в структуру данной системы введен преобразователь уровней ПУ, который преобразовывает TTLуровни в уровни, с которыми работаетUARTприемо-передающего модуля.
Приемопередающий модуль осуществляет буферизацию, поступивших с МК данных и последующую их передачу по радиоканалу с одной стороны, и прием запросов от удаленного приемопередающего модуля, подключенного к ПК, и последующую их передачу в МК.
Удаленный приемопередающий модуль подключается к COMпорту ПК так же через преобразователь уровней, только данный ПУ осуществляет преобразование уровней +12В и -12В до 0В и +3,3В соответственно.
ПУ не требуется, если микроконтроллер поддерживает CMOSуровни 2.8-3.4 В.
Рисунок. Схема подключения микроконтроллера к модулю Xbee.
В структуру данной ИИС так же необходимо включить блок автономного питания.
Таким образом, согласно данной схеме алгоритм работы ИИС будет следующий.
ПК подает запрос на передачу измерительной информации, выставляя соответствующий сигнал на линию TxDCOM-порта. Этот сигнал поступает через ПУ на приемопередающий модуль, сохраняется в приемном буфере, а затем передается по радиоканалу. Удаленный модуль принимает данные, сохраняя их в приемном буфере и передает их на линиюDO(dataout) своегоUARTпередатчика, соединенного через ПУ с МК. Сигнал запроса, поступив в МК, запускает блок управления измерительным процессом, в результате которого активируются все блоки обработки сигналов с измерительных каналов. Результаты измерений сохраняются в ОЗУ микроконтроллера и передаются в блок обмена данных для последующей передачи их в ПК.
Как только на линии DIприемопередатчика появляются последовательные данные, он начинает передачу их по радиоканалу к ПК.
1. Анализ современных беспроводных технологий.
Беспроводные технологии.
Беспроводные технологии - один из наиболее динамично развивающихся сегментов рынка в России и во всем мире. Сегодня мобильность становится ключевым направлением развития всей индустрии информационных и промышленных технологий. Интерес и необходимость к внедрению беспроводных технологий отмечается со стороны крупных компаний нефтегазового, энергетического комплекса, в местах, где проводная инфраструктура нерентабельна или недостаточна развита. Исследования рынка показывают, что инновационные беспроводные сетевые решения используют государственные и коммерческие предприятия различных отраслей промышленности, банки и финансовые центры, аэропорты и транспортные компании, гостиницы и бизнес – центры, предприятия военно-промышленного комплекса. Беспроводные решения нашли широкое применение в обмене данных, системах охраны и безопасности, системах радионавигации, телеметрии, транспортной электронике, бытовой электронике, дистанционном управлении и контроле, системах промышленной автоматизации и многих других областях.
Можно предложить два основных вида классификации беспроводных технологий: первый, боле близкий разработчикам продуктов и услуг – исходя из технологии, а второй, более близкий конечному потребителю- исходя из области применения (мобильные телефоны, авто-электроника и т.п).
Остановимся поподробнее на первом. Выделяются три основные показателя, которые характеризуют различные беспроводные технологии:
дальность
скорость
энергопотребление.
Рассмотрим классификацию БП по мере уменьшения дальности.
1.2. Технология gsm/gprs.
Область применения этих БТ сотовая связь.
GSM - global System for mobile Communications. Глобальная система связи с подвижными объектами, являющаяся всемирным цифровым стандартом сотовой связи основана на использовании технологииTDMA(множественный доступ с временным разделением каналов). Порядка 65% всех абонентов мобильной связи по всему миру пользуются этой технологией, что позволяет считать её самой распространенно технологией сотовой связи в мире.
GPRS-GeneralPacketRadioService(пакетная радиосвязь общего назначения) .Стандарт беспроводной связи, позволяющий обмениваться пакетными данными, например электронной почтой или информационным наполнениеweb-сайтов, по беспроводным телефонным сетям и Интернету. Основана на технологииCDMA–Code-DevisionMultipleAccess(множественный доступ с кодовым разделением каналов). Эта технология цифровой сотовой связи использует метод передачи данных срасширенным спектром. В отличие отSDMA, пользователю не выдается какая-либо частота, а используется весь доступный частотный спектр, при этом каждый разговор кодируется псевдослучайной цифровой последовательностью.
Технология беспроводной передачи данных по сотовым сетям широко используется в различных приложениях М2М (machinetomachine): системы телеметрии, системы безопасности и контроля доступа, управление удаленными объектами. В одних приложениях беспроводная передача данных заменяет использование проводов, в других- выступает в роли альтернативной или резервной. Одним из факторов быстрых темпов роста этого спектра рынка является снижение цен на необходимое абонентское оборудование и услуг операторов до уровня, когда применение беспроводных технологий оказывается дешевле проводных решений , при этом обеспечивается дополнительный сервис, повышающий привлекательность системы для потребителя.
Для передачи данных через GSM-сеть применяют специальные цифровые устройства - GSM-модемы. GSM-модем обеспечит передачу данных из любой точки земного шара, охваченной GSM-сетью.
Плюсами этих технологий является :
высокая скорость передачи данных до 1 Мбит/с.
передача информации на расстояния большие расстояния – больее километра (в зависимости от охвата сети).
большая площадь покрытия сетями.
Минусами этих технологий является:
дорогостоящее оборудование
устройства, работающие по этим технологиям способны создавать электромагнитные помехи.