Bezdrátový přenos signálu v reálné aplikaci na letadle

Bezdrátový přenos signálu v reálné aplikaci na letadle. Jakub Nečásek

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Bezdrátový přenos signálu v reálné aplikaci na letadle. Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Motivace  Stávající odměřování s příliš dlouhým vedením  Možné indukování nebezpečných napětí  Přenos signálu přes kroužky a dodatečné kluzné kontakty  Bez prostoru pro další rozšíření

Cíle  Zkrátit cestu signálu  Zlepšit odolnost proti rušení  Rozšířit úlohu a zabezpečit možnost budoucích úprav



Gyroskop

Y

Z

X


Způsoby řešení  Freescale ZSTAR  Použití modulů 433/868 MHz  Wi-Fi měřící úloha  Náhrada RS232 s moduly Bluetooth


Technologie

volné frekvence

IEEE802.15.4 ZigBee

IEEE802.15.1 Bluetooth

IEEE802.11 Wi-Fi

Frekvence

433/868 MHz

2,4 GHz

2,4 GHz

2,4/5 GHz

Přenosová rychlost

50kbps

250kbps

3Mbps

600Mbps

Dosah

~50m

~75m

~100m

~250m

Účel

0/1 řízení

Bezdrátové snímače

Alternativa RS232 Osobní síť

Alternativa UTP Lokální síť

Výhody

Jednoduchost Cena

Řízené spoj. Jednoduchost

Rozšířenost Cena

Zabezpečení Rychlost

Nevýhody

Nezabezpečené a neřízené spojení

Málo rozšířené Malý bitrate

Malý bitrate

Složitost Cena

Možné průmyslové nasazení

Dálkové ovládání jednoduchých přístrojů

Vzdálené a pohybující se snímače

Soustavy snímačů, malé sítě

Lokální sběr dat, internet. spojení


Blokové schéma modulu v letadle


Blokové schéma modulu v měřící centrále


Použité součástky connectBlue OEMSPA310i     

Bluetooth 2.0 [www.connectBlue.com] profil SPA (Serial Port Adapter – přímá náhrada RS232) UART (Universal Asynchronous Receiver & Transmitter) Class 2 – 2,2mW (~10m) 921,6 kbps; 8bitů dat; lichá parita; 2 stop bity

Microchip PIC24F04KA201    

16bitový mikrokontroler Flash paměť programu 10bitový 500ksps A/D převodník UART, SPI [www.microchip.com]


Freescale MMA7260Q

 3-osý MEMS akcelerometr  nastavitelný rozsah 1.5/2/4/6g  napěťový výstup [www.freescale.com]

InvenSense ISZ-500  1-osý MEMS gyroskop  rozsah 110°/s  napěťový výstup

[www.invensense.com]

Cherry ILAPS AN101101

 bezkontaktní snímač polohy - na principu Hallova jevu  rozsah 120°  napěťový výstup

[www.alldatasheet.com]



Výsledný stav  Na laboratorní úloze je měřen odklon letadla od osy rotace, 2 tečná zrychlení, normálové zrychlení a úhlové zrychlení  Rychlost obnovy dat je 9 kHz  Zpětná komunikace umožňuje řídit 2 digitální výstupy v letadle  Díky unifikovanému signálu 0 – 10 V možnost použití i s jiným řídícím systémem


Naměřená charakteristika při skokové změně výkonu motoru


Naměřená charakteristika pro ověření rušení vibracemi


Možné další použití modulů  Odměřování podobných pohybujících se objektů  Bezdrátové dálkové ovládání pomocí pohybů ovladače  Zabezpečení vozu proti krádeži s odesíláním upozornění do domu (silnější vysílač)  Obecně přenos téměř jakéhokoli signálu na „kratší“ vzdálenosti s příslušným omezením datového toku


Děkuji za pozornost

Jakub Nečásek


Otázka vedoucího práce:

Současná konfigurace úlohy pracuje s tím, že výkonový signál pro motor je připraven již v základním stanovišti a vedením přiveden na svorky motoru. Máte představu, jak by se dalo využít bezdrátové komunikace k řešení ovládání výkonu motoru? Je na takovou úpravu stávající modul připraven?

Odpověď:

Ano, modul je připraven pro ovládání přídavných periferií pomocí 2 digitálních signálů. Pro ovládání výkonu motoru pomocí PWM by bylo nutné jen připojit stávající ovládací signál pro tranzistor na vstup modulu v centrální jednotce. Z modulu v letadle by poté tento signál vystupoval do připojeného výkonového tranzistoru. Po úpravě programu mikrokontroleru by bylo možné stávající ovládací desku zcela vynechat.


Otázka oponenta práce:

V kapitole 7.3 je popsána délka trvání jednotlivých operací s analogovým signálem, který je potřeba bezdrátově přenést mezi modelem letadla a měřící kartou počítače. Z písemné práce vyplívá, že modul umístěný na modelu letadla odesílá data maximální možnou rychlostí. Data přijatá modulem na straně měřící karty jsou předávána na DA převodníky s konstantní frekvencí 9 kHz. Podle čeho je zvolena tato konkrétní frekvence? Jaké maximální konstantní rychlosti vzorkování je možné dosáhnout za dobrých podmínek pro bezdrátový přenos?

Odpověď:

Tato frekvence odpovídá obnově všech dat z měřícího modulu. Komunikace má rychlost 921,6 kbps a pro přenos kompletní informace ze 4 snímačů je zapotřebí téměř 100 bitů. Zvolená frekvence 9kHz má tedy rezervu pro případné potíže s Bluetooth přenosem. Maximální frekvence je tedy mírně vyšší – 9,6 kHz.


Otázka oponenta práce:

Bylo provedeno měření pro zjištění velikosti šumu přidaného do analogového signálu? Pokuste se alespoň přibližně kvantifikovat velikost šumu zaneseného do analogového signálu.

Odpověď:

Vzhledem ke konstrukci modulu v letadle a úlohy jako takové, je toto měření v podstatě neuskutečnitelné. Není možné z pracující (= pohybující se) úlohy vyvést nezarušený „originální“ signál a porovnat ho s výstupním. Analogový signál ze snímačů vede na desce krátkou cestou. Plošný spoj je stíněn rozlitou mědí a uzavřen v krabičce z nevyleptaného Cuprextitu. Tím je signál dobře chráněn proti elektromagnetickému rušení.


Pohled z letadla

Bezdrátový přenos signálu v reálné aplikaci na letadle

Recommend Documents