Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group
HermesHermes-1 Alkalmazási Leírás Felépítés és alkalmazási lehetőségek
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
1/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group Tartalomjegyzék
Bevezető ...............................................................................................................................................3 1 A Hermes-1 képességei ................................................................................................................3 1.1 Vezetéknélküli kommunikáció.............................................................................................3 1.2 Vezetékes kommunikáció.....................................................................................................4 1.3 Audio kommunikáció ...........................................................................................................4 1.4 Mikrovezérlő ........................................................................................................................5 1.5 Memóriák .............................................................................................................................5 1.6 Digitális bemenetek..............................................................................................................5 1.7 Digitális kimenetek...............................................................................................................5 1.8 Analóg bemenetek................................................................................................................5 1.9 Analóg kimenetek.................................................................................................................6 1.10 Tápellátás..............................................................................................................................6 1.11 Külső modulok táplálása ......................................................................................................6 2 Alkalmazási lehetőségek ..............................................................................................................6 2.1 GPRS ....................................................................................................................................6 2.2 WLAN ..................................................................................................................................6 2.3 BlueTooth.............................................................................................................................7 2.4 ZigBee ..................................................................................................................................8 2.5 ISM433, ISM866..................................................................................................................8 2.6 Beszédgenerátor ...................................................................................................................8 2.7 Kamera .................................................................................................................................8 2.8 Ethernet ................................................................................................................................8 2.9 RS232 ...................................................................................................................................9 2.10 CAN......................................................................................................................................9 2.11 Digitális bemenet..................................................................................................................9 2.12 Digitális kimenet ................................................................................................................10 2.13 Analóg bemenet..................................................................................................................10 2.14 Analóg kimenet ..................................................................................................................10
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
2/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group
Bevezető A Hermes-1 vezérlőegység (VE) olyan ipari, autóipari alkalmazásokra készült, ahol a kommunikáció – akár egyszerre több médiumon is – elsődleges fontosságú. Ezek közé tartozik a vezetéknélküli, a vezetékes és az ember számára közvetlenül érthető audio kommunikáció is. A vezérlőegység a Freescale (Motorola) most megjelent, legnagyobb autóipari mikrovezérlőjét használja, ami páratlan számítási kapacitást ad összetett alkalmazásokhoz is.
1 A Hermes-1 képességei A vezérlőegység blokkrajzát az 1. ábra tartalmazza
WLAN 802.11b,g ant & radio
GPS ant & receiver
diff SPI Hermes-1
SPI
EEPROM 64kB
T BDM port
RS232 RS232
SRAM 32bit, 2MB
RS232 cl30
PWR Supply SM 5V, 3.3V, x5V, preserve
cl15 cl31 CAN A
Flash 32bit, 8MB
µC MPC5554 32bit, 132MHz, 2MB Flash, 111kB SRAM
RS232
DAC 1µsec, 12bit Audio (dpot, amp)
line-out
CAN B Din 4ch
Dout 4x2.2A
Ain 4ch
Aout 3ch
CAN C
1W, 8O 5V out
D_in
D_out
A_in
5V, 1A
A_out
1. ábra
1.1 Vezetéknélküli kommunikáció A bevezetőben foglaltaknak megfelelően a Hermes-1 a következő vezetéknélküli kommunikációs képességekkel bír: •
WLAN (IEEE 802.11 b,g)
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
3/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group •
BlueTooth
•
ZigBee
•
ISM433, ISM866
Mivel a vezérlőegységek elhelyezése a járművekben gyakorta nem a rádiózási szempontból optimális helyen történik, a Hermes-1 is külön antenna modul segítségével oldja meg a rádiózási feladatokat. Az antenna modul tartalmaz minden rádiófrekvenciás alkatrészt, sőt gyakran a protokol verem alsó néhány szintjét, és kis- vagy nagysebességű soros protokol szerint csatlakozik a Hermes-1-hez. Ez a megoldás a vezetékezés tervezését és kivitelezését is nagyban egyszerűsíti.
1.2 Vezetékes kommunikáció A Hermes-1 vezetékes kommunikációs képességeit az alábbi felsorolás tartalmazza: •
CAN 2B (Controller Area Network) 3 független csatornán
•
RS232 4 független csatornán
•
Differenciális SPI egy csatornán
A CAN kommunikáció 1MBaud-ig támogatott minden csatornán. Ez az erősen zavartűrő kommunikációs képesség teszi lehetővé a Hermes-1 alkalmazását Az RS232 illesztő 115200Baud-ig támogatja a szabványos adatsebességeket, illetve 230400Baudig képes különleges esetekben kommunikálni. A differenciális SPI a vezérlőegység leggyorsabb kommunikációs lehetősége. Az ismert SPI protokol itt úgy kerül kiegészítésre, hogy az egyes jelek differenciális érpárakon haladnak. Ez a megoldás nagy sebességek (25MBaud/sec) mellett is kis zavarérzékenységű kommunikációt enged meg 3..10m kábelhossz esetén.
1.3 Audio kommunikáció A Hermes-1 – a hozzá tartozó sw segítségével – képes írott szöveg “felolvasására”. Szemben a tárolt hangmintás beszédgenerálással, itt betük, számok, írásjelek sorozata a bemenet és egy változtatható hangfekvésű, tempójú, hanglejtésű szintetizált emberi hang a kimenet. Ezzel a megoldással előre ismeretlen szövegeket lehet generálni, vagy idegen rendszerek üzeneteit „megjeleníteni”. A vezérlőegység line-out kimenete alkalmas bármilyen hi-fi erősítő meghajtására, de az integrált 1W-os erősítő segítségével közvetlenül is csatlakoztatható hangszóró, mely hangereje alapján képes egy 3 ajtós busz belső hangosítására. A 8..12bit kvantálású hangot a gyári szűrőbeállítások mellett 16kHz maximális mintavételezéssel lehet kibocsátani. A hangerő szabályozását szoftverből lehet elvégezni, így tetszőleges kezelőfelület alakítható ki.
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
4/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group A vezérlőegység line-in bemenete és nagy számítási teljesítménye lehetővé teszi beszédfelismerő alkalmazások létrehozását.
1.4 Mikrovezérlő A Hermes-1 Freescale (Motorola) MPC5554 mikrovezérlővel épül. Ez a piacon 2006-ban elérhető legnagyobb teljesítményű autóipari minősítésű mikrovezérlő. Hűtés nélkül akár 132 MIPS számítási teljesítménnyel dolgozik 32 bites adatokon. Belső 2MB-os Flash memóriája és 111kB statikus RAM-ja segítségével komoly feladatok, számítások elvégzésére alkalmas. A mikrovezérlő belső perifériái hardveres megoldásokkal segítik a gyors alkalmazásokat. Az 5554-nek a 4 és 132MHz között állítható órajel mellett többféle kisteljesítményű működési módja is van, melyek segítségével energiaérzékeny alkalmazásokban is felhasználható. (www.freescale.com 32 bites mikrovezérlők)
1.5 Memóriák A Freescale 5554 saját memóriáin túl a Hermes-1 rendelkezik kiegészítő memóriákkal. Programok, rögzített adatbázisok tárolására 8MB (70nsec) Flash memória áll rendelkezésre, melyet 8, 16 és 32 bites szélességben is el lehet érni. Változók és dinamikus adatbázisok tárolására 2MB (10nsec) gyors statikus memória áll rendelkezésre, melyet 8, 16 és 32 bites szélességben is el lehet érni. Működési paraméterek, hibanapló tárolására maximum 64kB soros elérésű, 8 bites EEPROM áll rendelkezésre.
1.6 Digitális bemenetek A vezérlőegységnek négy digitális bemenete van, melyek segítségével 0 és 35V közötti jelek digitális érzékelése oldható meg.
1.7 Digitális kimenetek A vezérlőegységnek négy digitális kimenete van. Ezek nem csak egyszerű jelkimenetek, hanem alkalmasak egyenként 2.2A áram kiadására is. A kimenő feszültség megegyezik a vezérlőegységre kapcsolt tápfeszültséggel (8..30V).
1.8 Analóg bemenetek A vezérlőegységnek négy analóg bemenete van. A gyári beállítások szerint az ide kötött 0..30V tartományba eső feszültséget 12 bites egész számmá alakítja a mikrovezérlő. Alkaltrészcserével a bemeneti feszültségtartomány felső határa 5V és 30V között bármilyen értékre beállítható.
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
5/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group
1.9 Analóg kimenetek A vezérlőegység rendelkezik három analóg kimenettel. Ezek nem terhelhető, 0..5V jelkimenetek 8..16bit felbontással, 8kHz sávhatárral.
1.10 Tápellátás A Hermes-1 tápegysége úgy került kialakításra, hogy azt mind 12V, mind 24V névleges feszültségű, negatív testelésű akkumulátoros rendszerekben is használni lehessen. Ez 8..32V tápfeszültség tartományt jelent. Az egység jellemző fogyasztása 12V 180..400mA, illetve 24V 110..250mA külső modulok nélkül. Az egység be- és kikapcsolása történhet egy egyszerű kapcsolóval, mely a tápláláshoz szükséges áramot kapcsolja, vagy állandó táplálás mellett Kl15 jel bemenettel (gyújtás pozitív, [Bosch]). Ez utóbbi esetben egy másik elektronika is vezérelheti a be- és kikapcsolást. Az utóbbi esetben a Hermes-1 további lehetősége, hogy a gyújtás pozitív bemenet nullára esésekor, saját szoftvere irányítása mellett felülbírálja a kikapcsolási parancsot és tetszőleges ideig késleltetve kapcsol ki. Erre a funkcióra akkor lehet szükség, amikor kikapcsolás előtt még szükséges bizonyos adminisztrációs feladatok elvégzése (pl kijelentkezés egy rádiós hálózatból).
1.11 Külső modulok táplálása A Hermes-1 képes a hozzá tartozó külső modulok (antenna modul, GPS, intelligens szenzorok) 5V-os táplálására. A gyári beállítások mellett maximum 1A kimenő áram előállítása lehetséges. A kimenő 5V független a belső áramköröket tápláló feszültségtől, így egy külső zavarás (zárlat, zaj) nem befolyásolja a vezérlőegység működését. A kimenő 5V szoftverből kapcsolható.
2 Alkalmazási lehetőségek 2.1 GPRS A Hermes-1 – valamelyik RS232 portja segítségével – képes GSM hálózaton való kommunikációra. Egy másik RS232 portra kapcsolt GPS segítségével számos ITS (intelligent transportation system) alkalmazás megvalósítható.
2.2 WLAN Mivel a Bay Zoltán Közalapítványban az ad-hoc hálózatok vizsgálata, készítése az egyik fő kutatási terület, a Hermes-1 fő kommunikációs képessége a digitális rádió. A WLAN (IEEE802.11a,b,g) jelenleg az egyetlen járműves alkalmazásra is használható nagysebességű digitális rádió szabvány.
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
6/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group A vezérlőegységhez csatlakoztatott WLAN modul segítségével különböző alkalmazások készíthetők, például: •
Internet szolgáltatás a tömegközlekedési eszközökön utazóknak (pl járat térkép, menetrendek, fontosabb hírek, fizetett hirdetések, on-line játékok a hosszabban utazóknak)
•
Tömegközlekedési eszközökön és egyéb, flottában közlekedő járművekre szerelt digitális fényképezőgép GPS segítségével adott helyeken és adott irányokban haladva képeket készít, melyeket WLAN (vagy GPRS) segítségével továbbít forgalom irányító központba
•
Tömegközlekedési eszközökön és egyéb, flottában közlekedő járművekre szerelt digitális fényképezőgép képei az üzemeltető honlapjára kerülnek, mint webkamera kép
•
Intelligens dinamikus utastájékoztatási rendszerek. Például a buszmegállóhoz közelítő buszjárat „értesíti” a buszmegállót és azon keresztül a várakozókat, hogy (a buszra szerelt GPS méréseiből becsülve) mikor érkezik és mi a járatszáma.
•
Bármilyen flottaszerűen üzemeltetett jármű a telephelyi behajtásnál kapcsolatba lép a telephely számítógépével és leadja a napközben gyűjtött adatokat (üzemanyag fogyasztás, megtett út, útvonal, egyes járműfedélzeti rendszerek hibaüzenetei, terheltségi adatok [pl utasszám], vezetési stílus adatai, ...)
•
A WLAN modulon keresztül a Hermes-1 az Internethez kapcsolható (WLAN kiszolgálón keresztül) és globálisan elérhető.
2.3 BlueTooth A Hermes-1 valamelyik RS232 portjára kapcsolt BlueTooth egység segítségével mód nyílik ezen rádiós kommunikációs protokol szerinti adatcserére. Mivel a BlueTooth hatótávolsága csekély (max 100m) és kapcsolat felépítési idje a WLAN-hoz képest nagyon hosszú, így álló jármű tud vele kapcsolatba lépni más álló járművel, vagy a közlekedési infrastruktúrával, illetve a járművön belüli kommunikációra lehet használni. •
Tömegközlekedési eszközökön, megállóhelyeken információk küldése az utasok mobil telefonjára, tenyérszámítógépére (közlekedési információk, on-line utiterv, reklámok...) A Hermes-1 WLAN vagy GPRS segítségével jut friss információkhoz, melyeket BlueTooth segítségével terít az utasoknak.
•
Az említett kapcsolat lehet kétirányú is, ami lehetővé tesz on-line jegyvásárlást, vagy a WLAN-nál leírthoz hasonlóan on-line játékokat a hosszaban utazóknak.
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
7/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group
2.4 ZigBee A Hermes-1 valamely RS232 portjára csatlakoztatott ZigBee rádió modul segítségével mód nyílik ezen rádiós kommunikációs protokol szerinti adatcserére. A ZigBee szabvány még nem elterjedt, intelligens szenzorhálózatok kommunikációs protokolljának szánják.
2.5 ISM433, ISM866 Szintén RS232 portra kapcsolható rádiós modul segítségével a Hermes-1 képessé tehető a 433MHz illetve a 866MHz ISM sávokban való kommunikációra. Ezekben a sávokban működnek a különféle kódolt, vagy kódolatlan távirányítók és egyéb, kis adatmennyiséget max 200m-re továbbító rendszerek. Egy ilyen alkalmazás lehet, amikor zárt területre való behajtásnál (pl Budai Vár, Margit Sziget) a buszjárat ilyen rádió segítségével nyithatja a sorompót.
2.6 Beszédgenerátor A Hermes-1 beszédgenerátora segítségével számos alkalmazás támogatható: •
Tömegközlekedési eszköz megállóhelyén a várakozó utasok tájékoztatása (text-tospeech).
•
Tömegközlekedési eszközön az utasok tájékoztatása
•
Ember-gép kapcsolat (kijelző helyett szövegbemondás)
2.7 Kamera A Hermes-1-hez több módon is lehet digitális kamerát illeszteni. A kamerás alkalmazások egy része már más fejezetekben szerepel, itt csak egy újabb kerül leírásra: •
A buszsávokban haladó illetéktelen járműveket a Hermes-1-hez csatlakoztatott kamera figyeli és ha járművet érzékel ott, akkor fényképet készít, melyhez csatolja a GPS által szolgáltatott adatokat is. A telephelyre hajtás után az aznapi fényképek a rendőrségnek kerülnek továbbításra.
2.8 Ethernet A Hermes-1 differenciális SPI portján keresztül Ethernet periféria köthető hozzá, melyen keresztül a Hermes-1 az Internetre kapcsolható és globálisan elérhető.
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
8/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group
2.9 RS232 Az RS232 protokol ugyan sok szempontból nem ideális, de elterjedtsége miatt mégis igen jelentős. A Hermes-1 négy RS232 porttal rendelkezik, melyek segítségével a legkülönbözőbb kiegészítők kapcsolódhatnak hozzá: •
Rádiós modulok: WLAN, BlueTooth, ZigBee, ISM433, ISM866
•
GSM modul
•
GPS
•
Digitális fényképezőgép
•
Billentyűzet
•
Intelligens kijelző (LCD modul, többnégyzetméteres tájékoztató tabló)
•
személyi számítógép, laptop, palmtop
•
egy másik Hermes-1
•
külső intelligens szenzor modul (pl gyorsulásmérők, amikkel cégautók rendeltetésszerű alkalmazotti használatát lehet ellenőrizni)
2.10 CAN A CAN (Controller Area Network) a ma legelterjedtebb autóipari vezetékes kommunikációs protokol mind személygépkocsikban, mind haszonjárművekben. Nagy zavartűrése miatt alkalmazzák egyéb ipari területeken is. A Hermes-1 három CAN porttal rendelkezik, melyeken keresztül különböző más rendszerekhez kapcsolódhat: •
más járműfedélzeti rendszerek (motorvezérlő, fékvezérlő, műszerfal, ...)
•
más rendszerek paramétereinek naplózása, kritikus érték figyelése
•
intelligens szenzorok
•
diagnosztikai eszköz
•
másik Hermes-1
•
CAN gateway (CAN-CAN, CAN-RS232, CAN-WLAN, CAN-BlueTooth, ...)
2.11 Digitális bemenet A Hermes-1 funkciói irányításához szükséges nyomógombok, kapcsolók érzékelése. Használhat szenzor bemenetként (pl tömegközlekedési jármű ajtónyitás érzékelése, olajnyomás kapcsoló, ...).
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
9/10
Bay Zoltán Foundation for Applied Research – Ambient Intelligence Group
2.12 Digitális kimenet Kimenetenként maximum 2.2A fogyasztású jelzőfények, mágneskapcsolók, elektro-pneumatikus szelepek, elektro-hidraulikus szelepek, tetszőleges fogyasztók (másik bármilyen vezérlőegység, elektro motor, ...) működtetése.
2.13 Analóg bemenet A négy analóg bemenetre kapcsolható bármilyen analóg feszültség (vagy áram) kimenetű szenzor (0..5V) jele, potenciométer mint kezelői bemenet, vagy akár mikrofon.
2.14 Analóg kimenet A három analóg kimenet használható audio jelkimenetként (effektek, hangjelzések, vagy akár beszéd), illetve például valamilyen külső eszköz analóg vezérlőjeleként,
A felsorolt alkalmazási lehetőségek inkább alkalmazás töredékeknek tekintendők. Egy valódi alkalmazás több ilyen kombinációjából áll össze.
06.12.01.
HRM1_Alk_Leir.doc
10/10
