SZAKDOLGOZAT TÁVVEZÉRELHETŐ JÁRMŰFLOTTA KIALAKÍTÁSA
Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar
Készítette: Tóth Gábor János Mérnök informatikus BSc
Konzulens: Tihanyi Attila (PPKE-ITK)
2012
NYILATKOZAT
„Alulírott Tóth Gábor János, a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Karának hallgatója kijelentem, hogy ezt a szakdolgozatot meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a szakdolgozatban csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen a forrás megadásával megjelöltem. Ezt a Szakdolgozatot más szakon még nem nyújtottam be.”
……………………………………….
2
Tartalom 1
Összefoglalás ...................................................................................................................... 5
2
Abstract............................................................................................................................... 6
3
Bevezetés ............................................................................................................................ 7
4
A rendszer felépítése .......................................................................................................... 8
5
6
7
4.1
Járművek..................................................................................................................... 8
4.2
Telepek ....................................................................................................................... 9
4.3
Járművek mozgása ...................................................................................................... 9
4.4
PWM (Pulse Width Modulation) .............................................................................. 11
4.5
Alapvető követelmények a járművek mozgásával kapcsolatban .............................. 11
4.6
Járművek azonosítása, kamerák ............................................................................... 12
Vezeték nélküli hálózatok ................................................................................................ 13 5.1
WWAN-ok (nagy kiterjedésű vezeték nélküli hálózatok) ........................................ 13
5.2
WMAN-ok (nagyvárosi vezeték nélküli hálózatok) ................................................. 14
5.3
WLAN-ok (helyi vezeték nélküli hálózatok) ........................................................... 14
5.4
WPAN-ok (vezeték nélküli személyes hálózatok) ................................................... 14
5.4.1
Bluetooth .......................................................................................................... 14
5.4.2
Infravörös kommunikáció................................................................................. 15
5.4.3
Zigbee ............................................................................................................... 15
ZigBee .............................................................................................................................. 16 6.1
ZigBee/IEEE 802.15.4 felépítése ............................................................................. 16
6.2
A ZigBee helye a vezeték nélküli világban .............................................................. 17
6.3
ZigBee/IEEE 802.15.4 általános jellemzői, előnyei ................................................. 18
6.3.1
Zigbee hálózati topológiákról ........................................................................... 18
6.3.2
XBee ................................................................................................................. 19
A vezérlő áramkör ............................................................................................................ 20 7.1
Tápegység ................................................................................................................. 20
7.2
Az adó (kommunikációs port PC-vel) ...................................................................... 20
7.3
Vevő ......................................................................................................................... 21
3
7.3.1
Végfokozat ....................................................................................................... 21
7.3.2
Azonosítás ........................................................................................................ 22
A tervek kivitelezése, tesztek ........................................................................................... 23
8
8.1
A Kamionok átalakítása............................................................................................ 23
8.2
Az áramkörök megépítése ........................................................................................ 23
8.3
Végfokozatok vizsgálata........................................................................................... 24
8.4
A járművek megfigyelése kamerakép alapján .......................................................... 25
8.5
Az XBee modemek beállítása................................................................................... 27
A vezérlő szoftver............................................................................................................. 28
9
9.1
Xbee Java API, és használata ................................................................................... 28 Konklúzió, További fejlesztési lehetőségek ................................................................. 30
10 10.1
Konklúzió ................................................................................................................. 30
10.2
További fejlesztési lehetőségek ................................................................................ 31
11
Köszönetnyilvánítás ..................................................................................................... 32
12
Ábrajegyzék .................................................................................................................. 33
13
Irodalomjegyzék ........................................................................................................... 34
14
Mellékletek ................................................................................................................... 35 14.1
A kamionok bekötése ............................................................................................... 35
14.2
Az Xbee S1 modem lábkiosztása: ............................................................................ 36
14.3
A vezérlő áramkör teljes kapcsolási rajza: ............................................................... 37
14.4
A kamera élőképe, járművek azonosítása ................................................................. 38
4
1
Összefoglalás
Dolgozatom célja, hogy bemutassak egy olyan távvezérelhető járműflotta modellt, mely alapvetően a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar néhány fős csapatának munkája. A projekten többen is dolgozunk. A megvalósításhoz a feladatot kisebb részfeladatokra bontottuk, és azokat külön-külön valósítottuk meg. Mivel ez egy teljesen új projekt, a cél a megfelelő alapok lefektetése volt, amire a későbbiekben építkezni lehet. Emiatt kellett odafigyelni már a tervezésnél arra, hogy a rendszer a jövőben megfelelő bővítés esetén új feladatok elvégzésére is alkalmas legyen. A szakdolgozatomban bemutatom a projekt felépítését, felvázolom a rendszer egyes elemeit, elmagyarázom a feladatukat. Szemléltetem a járművekkel kapcsolatos alapvető követelményeket, valamint a tervezéssel kapcsolatos szempontokat. Ezek után ismertetem a főbb vezeték nélküli technológiákat. Ezen belül bemutatom a projekt szempontjából lehetséges alkalmazásokat, majd kiválasztom a megfelelőt, és sorra veszem annak azon tulajdonságait, mely a projekt szempontjából fontos lehet. A tanulmány második felében a vezérlő áramkörrel fogok foglalkozni. Első körben ismertetem az alapvető feladatát, tulajdonságait, majd megépítem azt. Később szót ejtek a rendszer egyéb feladatainak megvalósításáról, majd bemutatok néhány tesztet. A munka során folyamatosan a tesztek, visszajelzések alapján kellett az előzetes terveket átalakítani, hiszen a fejlesztés gyakran nem várt hibákba ütközött… A munkám fennmaradó részében bemutatom az általam megírt vezérlő program egy részét, végül rátérek a projekt további fejlesztési lehetőségeire. Remélem, hogy bővíteni tudom szakdolgozatom olvasójának látókörét az informatika és a mérnöki szakma szempontjából egyaránt.
5
2
Abstract
The main goal of my thesis is the presentation of a remotre-controlled vehicle fleet, that was created basically by a team in the Information Technology Department of Pázmány Péter Catholic University. We divided the project into several smaller parts and we implemented them separately. Since it is a totally new project, the objective was to determine the adequate basis, from which it is possible to set out from. During the planning it was necessary to bear in mind that later on the system should be able adapt nem functionalities. In my thesis I present the construction of the project, describe the elements of the system and explain their tasks. I demonstrate the basic requirements relating the vehicles and the main points concerning their design. After these I present the main wireless technologies and the possible applications regarding the project, then I select the suitable one and sum up its characterstics that can be important in connection with the project. In the second part of the dissertation I deal with the controller electronic circuit. First I sum up its characterisctis and its main task, then I implement it. I touch upon the implementation of the other tasks and then present some test results. During the project it was necassary to update the previous plans several times because unexpected problems came up. I also present one part of the controller application and finally I determine the possibilities of further development. I hope that I can widen the reader’s intellectual horizon concerning information technology.
6
3
Bevezetés
A Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kara, és a Magyar Villamosmérnök- és Informatikus-hallgatói Egyesülete szervezésében új projekt indult, melynek célja egy továbbfejleszthető, vezérelhető járműflotta kialakítása. Az Én feladatom ebben a projektben, hogy az ismert peremfeltételek, és a rendelkezésre álló eszközök alapján végezzek irodalomkutatást egyes részfeladatok lehetséges megvalósíthatóságáról, és válasszam ki közülük a megfelelő megoldást. Ezen kívül az áramkör kapcsolási rajza alapján építsem meg a távvezérlő áramkört, és folyamatosan tesztelve azokat, alakítsam a járműveket úgy, hogy megfelelően működjenek. A megvalósításnál modelleket készítünk, annak érdekében, hogy a kutatási feladat aránylag kis behatárolható helyen megvalósítható legyen. Fontos ugyanakkor odafigyelni a tervezésnél, hogy a rendszer a jövőben megfelelő bővítés esetén új feladatok elvégzésére is alkalmas legyen. A dolgozatban igyekszem bemutatni a rendszer elemeit, azok működését és feladatát, valamint a velük kapcsolatos teendőket. Az elvégzett irodalomkutatás alapján ismertetem a megvalósítandó megoldásokat. A fő célom, hogy megépítsek egy működőképes járművet. Bízok benne, hogy Aki ezt a szakdolgozatot elolvassa, a rendszert ez által megismeri és a feladat alapvető problémáiba, illetve annak megoldásaiba betekintést nyer.
7
4
A rendszer felépítése
Ebben a fejezetben a rendszer egyes részeit fogom bemutatni. Ismertetem a járművek és a kamera tulajdonságait, bemutatom az egyes részegységek technikai tulajdonságait.
1. ábra: A rendszer blokkvázlata
4.1 Járművek Az egyszerűség kedvéért a járművek kereskedelmi forgalomban kapható egyszerű távvezérelhető kamionok. Ezek eredeti távvezérlése nem használható, mivel nem képes azonos időben egymástól függetlenül vezérelni az autókat. Emiatt a vezérlésükön átalakításokat kell majd végezni. Jól kihasználható viszont a kormánymű és a mozgató motor, valamint a működtetéshez szükséges energiaforrás elhelyezése is megoldott, így a feladat során leginkább a vezérlési funkciók megvalósításával kell foglalkoznom.
8
4.2 Telepek A kamionok energiaforrásainak helye a jármű alsó részében van kialakítva. A teleptartókba 5db AA méretű akkumulátor, szén-cink, vagy alkáli elem illeszthető. Ezekből a telepek típusától függően sorba kötve 6V és7.2V közötti feszültség érhető el. Mivel az áramforrások végesek, ügyelni kell arra, hogy a telepek aktuális feszültségét lehetőleg ismerjük. Az alábbi ábrán egy hagyományos alkáli elem karakterisztikája látható. A kísérletben az elemre 1 Ohmos ellenállást kötöttek, majd folyamatosan vizsgálták a feszültségét.
2. ábra Az alkáli elem feszültség/idő karakterisztikája 1 Ohm terhelés esetén
Jól látható, hogy egy exponenciális csökkenés után egy hirtelen letörés, majd ismét exponenciális csökkenés következik be. Ebből arra következtethetünk, hogy az elemben valamilyen kétlépcsős kémiai folyamat zajlik, amelynek az első lépcsője lassabb lefolyású. Az éles letöréskor a második folyamat alapanyagai elfogynak a rendszerből, azonban pihentetés után az elem képes regenerálódni [1].
4.3 Járművek mozgása A kamionokban két villanymotor, (egy az elejében, egy pedig a jármű hátsó kerekeinél) található. A hátsó motor felel, a jármű mozgásának sebességéért, az első motorral állíthatjuk be a mozgás irányát. A villanymotor egy motorként működő villamos forgógép, amely az elektromágneses indukció elvén alapuló eszköz, az elektromos áram energiáját mechanikus energiává, forgó mozgássá alakítja. Ha egy mágneses térben elhelyezett tekercsbe elektromos áramot vezetnek, a benne kialakuló mágneses mező kölcsönhatásba lép az állandó mágnesek közötti mágneses mezővel és elfordítja a tekercset (a motor forgórészét). Ez a következő ábrán jól látható. 9
3. ábra: A villanymotor felépítése
Mivel a két villanymotor együttes fogyasztása használat közben kb 500mA óránként, ezért meg kell oldani, hogy fordulatszámuk változtatható legyen, ezáltal csökkentve a fogyasztást. Ehhez impulzusszélesség-modulációra, (pulse width modulation) van szükségünk. A külső gerjesztésű elektromotorok fordulatszám változtatására az egyik lehetőség az Ua (kapocsfeszültség) változtatása. Ez a legjobb, és leggyakoribb módszer fordulatszám szabályozására, emelett ez az eljárás veszteségmentes. A következő ábrán az elektromotor nyomaték-áramerősség karakterisztikája látható.
4. ábra Az elektromotor nyomaték áramerősség karakterisztikája
Megfigyelhető, hogy a nyomaték akkor a legmagasabb, amikor a motor elindul. Ahogy a feszültséget növelem, és nő az áramerősség is, úgy csökken a nyomaték. Azaz a nyomaték és a fordulat fordítottan arányos.
10
4.4 PWM (Pulse Width Modulation) Amikor az egyenáramú motor közvetlenül vezérlő nélkül kapcsolódik az akkumulátorhoz, akkor a csatlakozás pillanatában hatalmas áramokat vesz fel. Ez az áramtüske azért jön létre, mert a motor, ha azt forgatjuk, generátorként működik, s a generált feszültség egyenes arányban áll a motor sebességével. A motoron átfolyó áram erősségét szabályozhatjuk az akkumulátor feszültsége és a generált feszültség közötti különbséggel. Amennyiben vezérlőt használunk, indításkor, azaz amikor a motor sebessége nulla, a vezérlő nem fog feszültséget kapcsolni a motorra, ezáltal az áramerősség is nulla lesz. Ahogy a szabályozóval növeljük a feszültséget, a motor elkezd forogni. Eleinte csekély a motorra kapcsolt feszültség, ezáltal az áram erőssége is alacsony lesz, de ahogy a vezérlő egyre nagyobb feszültséget kapcsol a motorra, úgy növekszik az áramerősség, és a jármű sebessége is. Ezzel az induláskor fellépő áramtüskét megszűntettük és a gyorsítás is egyenletes lesz. A PWM jelek olyan állandó periódusidejű (és frekvenciájú) jelek, ahol az átlagfeszültség beállítása a jel kitöltési tényezőjének változtatásával történik. Ezt a projekt szempontjából jól fel lehet majd használni.
4.5 Alapvető követelmények a járművek mozgásával kapcsolatban A projekt egyik lépéseként át kell alakítanom a mozgó járműveket majd meg kell valósítanom azok távvezérlési funkcióit. A vezérlő áramkör az egyes járművek tetején lesz elhelyezve, ezért az áramforrások, valamint a mozgató, és az irányító motorok csatlakozóit erre a helyre kell elérhetővé tenni. A járművek mozgásáról két PWM jel előállítására képes eszköz, és a hozzájuk tartozó végfokozat fog gondoskodni. Mivel a PWM kitöltése változtatható, ezáltal a jármű sebessége is állítható lesz. A minimum követelmény a járművek vezérlésével kapcsolatban az, hogy képes legyen a következőkre:
előremenet
hátramenet
jobbra fordulás
balra fordulás
5. ábra: Az alapvető vezérlési irányok
11
4.6 Járművek azonosítása, kamerák A vezérlésen túlmenően fontos feladat annak megvalósítása, hogy minden egyes jármű helyét folyamatosan nyomon lehessen követni. A feladat megoldása során a járművek helyzetének követésére egy vagy több kamerából álló rendszert kell készíteni. Ez a követelmény azt jelenti, hogy az egyes járműveket azonosítani kell tudni egy-egy képen, tehát optikailag jól látható azonosító rendszert kell megvalósítani. Mivel a flotta összes járműve a színeket leszámítva teljen egyforma, ezért szükség van egy olyan egyedi azonosítóra, mellyel egyenként felismerhetővé tehetjük őket. Rendelkezésre áll egy Axis M1031 típusú hálózati kamera. Ezen a szükséges teszteket el lehet végezni. A kamera rendelkezik RJ45 csatlakozóval, melynek segítségével egy vezetékes, vagy vezeték nélküli routerhez lehet csatlakoztatni, hogy képét egyszerre akár több eszközről is nyomon követhessük. A router konfigurációja után a kamerát fix ip címén egy böngészőn keresztül lehet elérni. A nyomon követhető kép 640x480 felbontású, 0.3 Megapixeles. A feladat megoldása során meg kell határozni, hogy egy kamera képével hány jármű különböztethető meg nagy biztonsággal, illetve járművek azonosítása milyen fényviszonyok, és kamera beállítások mellett valósítható meg.
12
5
Vezeték nélküli hálózatok
A vezetékes hálózatokhoz hasonlóan a vezeték nélküli hálózatok is különböző típusokba sorolhatók az adatátvitel távolsága szerint. A következő sorokban a vezeték nélküli hálózatokat fogom bemutatni.
6. ábra: A vezeték nélküli hálózatok csoportosítása
5.1 WWAN-ok (nagy kiterjedésű vezeték nélküli hálózatok) A WWAN (Wireless Wide Area Networks) technológia Internet elérést biztosít egy adótorony és cellahálózaton keresztül. Ezen összeköttetések nagy földrajzi távolságokat is képesek áthidalni műholdak, és adótornyok segítségével. Ilyenek például a mobilszolgáltatók adatkommunikációs szolgáltatása is, mely lehet GPRS alapú, vagy egyéb újabb generációs hálózaton üzemelő csomagkapcsolt adatszolgáltatás. Rendszerint okos telefonok és PDA-k használják ezt a mobilhálózaton keresztüli Internet elérést, azonban napjainkban egyre több laptopban is előfordul WWAN egység. Nagy előnye, hogy szinte mindenhol biztosítja az internet elérést, sebessége ma már elfogadható.
13
5.2 WMAN-ok (nagyvárosi vezeték nélküli hálózatok) A WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) technológiák teszik lehetővé a vezeték nélküli kapcsolatokat egy nagyváros különböző pontjai közötti (például több irodaház között egy városban vagy egy egyetem területén) az optikai kábel vagy rézvezeték, valamint a bérelt vonalak magas költsége nélkül.
5.3 WLAN-ok (helyi vezeték nélküli hálózatok) A WLAN (Wireless Local Area Network) rádióhullámot használó vezeték nélküli helyi hálózat, ami szórt spektrum vagy ortogonális frekvencia-osztásos technológia segítségével lehetővé teszi a közeli számítógépek összekapcsolódását. Általában irodákban és otthoni hálózatok megvalósítására használják. Telepíthető meglévő kábeles hálózat mellé, vagy önállóan is. A legelterjedtebb WLAN a Wifi (IEEE 802.11), melynek már 3. generációját használjuk.
5.4 WPAN-ok (vezeték nélküli személyes hálózatok) A WPAN (Wireless Personal Area Network) technológiák segítségével a felhasználók személyes működési környezetükben használt eszközei (pl. személyi digitális asszisztensek, mobiltelefonok és laptopok) ad hoc vezeték nélküli kommunikációra képesek. Manapság a WPAN három legfontosabb technológiája a Bluetooth, a Zigbee és az infravörös kommunikációs kapcsolat. A projekt szempontjából egy speciális WPAN hálózat megvalósítása a célunk. Lássuk e három vezeték nélküli technológia tulajdonságait.
5.4.1
Bluetooth
A Bluetooth egy olyan vezeték nélküli technológia, mely rádióhullámokat segítségével néhány méteres kommunikációs összeköttetésre képes. A Bluetooth adatok falon, zseben és aktatáskán keresztül is átvihetők. A Bluetooth 1.0-s verziójának specifikációját 1999-ben adta közre a Bluetooth technológia fejlesztéséért felelős szervezet, a Bluetooth SIG (Special Interest Group). A Bluetooth azóta egy jól bevált, napjainkban gyakran használt technológia. Kis fogyasztása miatt rendkívül elterjedt. Mobiltelefonokban, hordozható számítógépekben, különböző multimédiás eszközökben és kihangosítókban is megtalálható. Ma már bluetoothon keresztül vezérelhető villanykörte is kapható. E technológia mai (Bluetooth High Speed) elméleti maximális sebessége 24Mbps. A feladat megvalósítása szempontjából jól használható vezeték nélküli technika.
14
5.4.2
Infravörös kommunikáció
Az infravörös kommunikáció infravörös fényt használ az adatátvitelhez. Szinte minden televízió- és videó-távirányító ezzel a technikával kommunikál. A számítógépekben az infravörös kommunikáció a kábel és a hajlékonylemez alternatívája. Az infravörös kommunikáció két pont közötti olcsó lehetőség számítógépek egymással vagy más eszközökkel és berendezésekkel való összekapcsolására. Számos mobiltelefon rendelkezik infravörös porttal, ami lehetővé teszi számítógéppel történő csatlakoztatásukat telefonos hálózati kapcsolódás céljából. A járművek távvezérlése szempontjából az infravörös technika nem jó lehetőség, mivel többnyire mozgó eszközökről van szó, a folyamatos adatátvitelhez azonban érdemes fix helyű adó és vevő eszköket használni.
5.4.3
Zigbee
A ZigBEE/IEEE 802.15.4 szabvány létrehozásával, a szenzor és vezérlő egységek speciális igényeit kielégítő vezeték nélküli kommunikációs szabványokat igyekeznek ellátni. Ez a technológia nem biztosít nagy sávszélességet, de ha szükséges a rövid várakozási idő, látencia, az alacsony energia felhasználás és a biztonságos kommunikáció, nagyszerű alternatívát nyújt. Természetesen az alacsony költségek is fontos paramétert jelentenek egy széles körben felhasznált vagy elterjeszteni kívánt szabványnál. A feladat szempontjából a Zigbee bizonyult a legoptimálisabb megoldásnak.
15
6
ZigBee
A vezeték nélküli technológiák tanulmányozása után nyilvánvaló volt, hogy a távvezérlő projekt vezeték nélküli összeköttetéseit a Zigbee kommunikációs megoldásokra építjük. A következő néhány oldalban bemutatnám a Zigbee-t, és annak előnyeit a projekt szempontjából.
6.1 ZigBee/IEEE 802.15.4 felépítése Az IEEE 802.15.4-es csoport célja kis adatrátájú, kis komplexitású nem engedély köteles rádió szabvány megalkotása, melynek telep élettartama hónapokban, években mérhető. A potenciális felhasználási terület a ház-automatizálástól az ipari szenzor hálózatokig terjed. Az ISO-OSI rétegek (fizikai, adatkapcsolati, hálózati, átviteli, viszonylati, megjelenési, alkalmazás) közül az IEEE 802.15.4-es szabvány a fizikai (physical layer (PHY) és az adatkapcsolati (media access controller (MAC)) réteg-et fedi le. Az alábbi ábrán látható az IEEE 802.15.4 a ZigBee és a felhasználói program rétegződése és egymásra épülése.
7. ábra: A ZigBee elhelyezkedése a hálózati rétegekben
Alap esetben az alkalmazási profilokat is a ZigBee Alliance, vagy a felhasználó határozza meg.
16
6.2 A ZigBee helye a vezeték nélküli világban A ZigBee kis sebességű vezeték nélküli személyes hálózatok számára (LR-WPAN) készült, ahol szöveg alapú átvitel szükséges (pl gép – gép kommunikáció). Az alábbi ábrán láthatjuk az elhelyezkedését a többi szabványos átvitel között. Az ábrából látszik, hogy a Bluetooth szabvány áll hozzá a legközelebb ezért azzal érdemes összevetni.
8. ábra: Az elterjedtebb vezeték nélküli hálózatok
A Bluetooth már egy kiforrott szabványnak tekinthető sok hardver és szoftvertámogatással. A ZigBee létjogosultsága a kis fogyasztás és bonyolult hálózat ad-hoc felépítésében rejlik. A következő táblázat összefoglalja a ZigBee és Bluetooth időzítési paramétereit: ZigBee
Bluetooth
Új eszköz felvétele a hálózatba
30ms
20s
Alvásból aktív állapotba váltás
15ms
3s
Aktív eszköz csatorna elérési ideje
15ms
2ms
A ZigBee eszközök a gyorsan csatlakoznak, információt cserélnek és lekapcsolódnak a hálózatról visszatérve egy mély alvási állapotba, elérve így egy nagyon hosszú telep élettartamot. Egy Bluetooth eszköz ugyanehhez a művelethez kb. 100-szor több energiát igényel.
17
6.3 ZigBee/IEEE 802.15.4 általános jellemzői, előnyei
Kétféle fizikai szint (2.4 GHz és 868/915 MHz)
Maximális adatátviteli sebesség 2.4 GHz-en 250 kbps, 915 MHz-en 40 kbps, és 868 MHz-en 20 kbps
Hatótáv: 10 – 500 m a környezet függvényében
Kis fogyasztás (1mW – A telep élettartalma több hónapban, akár években mérhető)
Többféle hálózati topológia: csillag, szövevényes hálózat (mesh), klaszter-fa
Alacsony költség. A chipset szintű megoldás körülbelül 10-12$, a modul szintű megoldások 20-25$ körül érhetők el.(100 db-os tételre kalkulálva)
Teljes kézfogásos (hand-shake) protokoll
Nagy átviteli kapacitás, kis késleltetéssel kis működési ciklusú eszközök esetén (pl.: szenzorok)
Kis működési (adási) ciklusú alkalmazásokhoz (< 0.1 %) optimalizált
Ad-hoc önszervező hálózat
Biztonságos AES-128 bites kódolás
6.3.1
Zigbee hálózati topológiákról
A ZigBee hálózatok alapvetően Mesh (hálós) topológiát használnak, de előfordul point to point (pont-pont), kialakulhat Star (csillag), vagy Tree (fa) struktúra is. Ezek a fizikai elhelyezés és az egyes egységek funkcióinak beállításával módosíthatók. A Zigbee rendszert leginkább a Mesh hálózati topológia nyújtotta előnyök kihasználására tervezték. A hálózati elemeket három típusba sorolhatjuk: Koordinátor Router End Node
9. ábra A Mesh hálózati topológia
18
A koordinátorok kitüntetett funkciójú elemek, melyek a hálózat létrehozásáért felelnek. A routerek szerepe általában az útvonalak irányítása, ezen kívül repeater (átjátszó) funkciót töltenek be. Az End Node-ok elsősorban rövid üzenetváltási feladatokra alkalmasak.Ezek az eszközök útvonal irányításra nem képesek, kizárólag végpontok lehetnek. A Mesh topológia talán legnagyobb előnye az átviteli akadályok leküzdése. Egy többelemű hálózatban az egyes elemek közt sokféle akadály felléphet. Előfordulhat, hogy egy rádióhullámokat elnyelő közeg kerül a két pont közé. Ilyenkor dinamikus routolás útján tiszta kapcsolatot keres a célállomásig. Dinamikus routolás esetében a routerek kommunikálnak egymással és routolási információkat cserélnek. A dinamikus routolás esetében a routolási tábla a hálózat változásának függvényében változik, a tábla bejegyzései törlődnek, vagy újak adódnak hozzá a táblázathoz. Mindez teljesen automatikusan történik. Érdemes emiatt már a rendszer telepítésénél odafigyelni (amennyiben fix helyűek az elemek), hogy a helyszín adottságait figyelembe véve telepítsük őket. A használandó területen figyelembe kell venni a működő
WIFI
berendezéseket,
valamint
a
nagyobb
teljesítményű
villamosipari
berendezéseket, ezek ugyanis a Zigbee hálózati teljesítményét kedvezőtlenül befolyásolják.
6.3.2
XBee
A projekthez felhasználható Zigbee eszközöket gyártó vállalatok termékei közül a választás a Digi International egy megoldására, az XBee S1-re esett. Ez az eszköz képes point to multipoint módban 30 m-es lefedettségre, ami a beltérben tervezett távvezérelhető flotta szempontjából bőven elég.
10. ábra: 200 JMF1 és az XBee S1
Ez a modem a további fejlesztések szempontjából is kiváló választás, ugyanis az eszközön helyet kapott a kommunikációt végző Zigbee modem mellett 8 Digitális I/O , illetve 4 analóg bemeneti interfész. Ezen kívül található két láb, melyen PWM modulált jelet képes előállítani. Ez utóbbi a projekt szempontjából sorsdöntő szempont, ugyanis a vezérlésnél kihasználjuk. Az eszköz teljes lábkiosztása a mellékletek közt megtalálható.
1
JMF: Jó Magyar Forint
19
7
A vezérlő áramkör
A vezérlő áramkör több feladatot ellátó eszköz. A projekthez egy olyan univerzális áramkört kellett tervezni, mely méreteit tekintve elhelyezhető a távirányítandó járműveken, ezen kívül megépíthető belőle a vezérlő, vagy a kliens eszköz is. Ez a fejezet a vezérlő áramkörről, valamint annak egyes részeiről fog szólni. Kétféle áramkört kell tehát megvalósítani. A feladathoz szükség van egy olyan adóra, mely a számítógépről
küldött
vezérlő
paramétereket
elküldi
a
járművek
vevőinek.
A járműveken pedig kell lennie egy vevőnek, mely a kapott paraméterek alapján állítja a PWM-et, ezáltal a végfokozatot.
7.1 Tápegység Az adó, és vevő áramkör egyaránt DC 6V minimális tápfeszültséget igényel. A vevő oldalon ezt cserélhető akkumulátorokkal fogjuk biztosítani, míg az adó energiaszükségletét egy hálózati adapter látja el. Az RS 232-es kapcsolat, valamint az Xbee modem 3,3V tápfeszültséget igényel, melyet egy TS1117 feszültségszabályozó biztosít. A tápegységet és az áramkört egyaránt egy dióda védi a károsodástól. Tekintve, hogy a diódán az áram csak egy irányban folyik, egy fordított polaritással csatlakoztatott energiaforrás sem tesz kárt az áramkörben.
7.2 Az adó (kommunikációs port PC-vel) Minden adó áramkörön helyet kapott egy soros kommunikációs port is (RS232), mely segítségével képesek vagyunk kapcsolatot teremteni a PC és az XBee modem közt. A kommunikáció szoftveres részéért az operációs rendszer, az XBee Java API, a soros, és Digi XBee modem illesztő programok, illetve a saját Java kód felel. Ezek együttes segítségével felépíthető a kommunikáció. A számítógép operációs rendszere szempontjából a szakdolgozat leadásának pillanatában volt megkötés, ugyanis az XBee modemekhez a gyártó (Digi) csak 32bites (x86) illesztő programot biztosított. A feladatom, hogy találjak megoldást a járműflotta egy tetszőleges tagjának vezérlésére. Ehhez minden esetben ismernem kell a cél eszköz valamely egyedi azonosítóját, hogy a megfelelő vezérlés, a megfelelő eszköznek jusson el.
20
7.3 Vevő A vevő áramkör a járművek tetején helyezkedik el. Rajta található az előre programozott Xbee végpont, a végfokozat, mely a motorok meghajtásáért felel, és a járművek egyedi azonosítására szolgáló led-ek.
7.3.1
Végfokozat
A járműveken két elektromotor kapott helyet. Egyik motor a jármű elő- és hátramenetét biztosítja, míg a másik az irányért felel. Ezek meghajtására két teljesen egyforma végfokozat lett megépítve. x Az Xbee modemek 6-os, és 7-es lábán kapott helyet a PWM0, és PWM1 kivezetés. Ezeket a kimeneteket kapcsoljuk a végfokozatok bemenetére.
11. ábra: A végfokozat kapcsolási rajza
A két végfokozat úgy lett megtervezve, és megépítve, hogy a pwm kitöltések alapján a 4 alapvető mozgási irány megvalósítható legyen. A végfokozat kimenete az alábbi pwm kitöltések alapján változik. PWM kitöltése
Az elektromotor elvárt működése PWM0/PWM1
0-19% közötti kitöltés esetén
A végfokozat ebben a tartományban nem erősít
20%-45% közötti kitöltés esetén
Hátramenet/balra kanyarodás
46%-54% közötti kitöltés esetén
Az elektromotorok nyugalomban vannak
55%-80% közötti kitöltés esetén
Előremenet/Jobbra kanyarodás
81%-100% közötti kitöltés esetén
A végfokozat ebben a tartományban nem erősít
21
A járművek előre, illetve hátramenetének sebessége változtatható. Az előre és hátramenet sebessége annál nagyobb, minél messzebb van a PWM kitöltés %-a az 50%-tól.
7.3.2
Azonosítás
Mivel a flotta összes járműve a színeket leszámítva teljesen egyforma, ezért szükség van egy olyan egyedi azonosítóra, mellyel egyenként felismerhetővé tehetjük őket. A vezérlő panel úgy lett kialakítva, hogy a négy sarkában, és az egyik oldalhoz közelebb középen elhelyeztünk 5 piros színű ledet. A ledeket két állásba lehet kapcsolni. A jobb megkülönböztethetőség értelmében az összes led valamilyen formában világít. Az egyik állásban folyamatosan égnek, a másikban szakaszosan világítanak. Mivel az 5 led egyenként 2 féle állásba kapcsolható, így összesen 2 5=32 féle különböző kombináció hozható létre. Az alábbi képen három különböző kombinációt láthatunk. A teli piros karikák jelölik a folyamatosan égő ledeket, míg a fehér karika piros peremmel a villogó ledet ábrázolja. Megállapítható, hogy amennyiben sikerül a járművekhez egy megfelelő kamera beállítást találni, az azonosítás megfelelően végrehajtható lesz.
Mivel a vevők tápellátása véges, így ügyelni kellet arra is, hogy időben értesüljünk az energiaforrások alacsony szintjéről. Emiatt az azonosítók ledek mellett helyet kapott egy plusz led, mely akkor kapcsol be, ha a telepek feszültsége kritikus szint alá csökken, ezáltal könnyebben észrevehetők lesznek a merülőben lévő járművek.
22
8
A tervek kivitelezése, tesztek
Ez a fejezet a megtervezett rendszer megvalósításáról szól. Bemutatom, hogy milyen átalakításokat kellett végezni a járműveken, valamint szó lesz az áramkörök megépítéséről.
8.1 A Kamionok átalakítása A Kamionok eredeti távvezérlése párhuzamos vezérlésre alkalmatlan, emiatt az eredeti vezérlést el kellett minden járműből távolítani. A kamionok egységekből épülnek fel, melyek szétcsavarozhatók. Mindegyik belsejében található egy „kábel rendező áramkör”, melyről forrasztással eltávolítottam az eredeti vezérlésüket. A járművek tetejére a tervezett új vezérlő áramkört rögzíteni kell. Ehhez az áramkörön 2db 2x5-ös 1cm magas tüskesor áll a rendelkezésre, megadott térközzel. Ez alapján kellett kialakítanom a kamionok tetején a lyukakat, amikbe a tüskesor aljzatokat fixáltam meleg ragasztóval. Amint
a
ragasztó
megkötött,
CAT5
típusú
csavart
érpárral
beforrasztottam
az
összeköttetéseket a kamion teteje, és a „kábel rendező áramkör” közt. Mellékletként csatolom az átalakításhoz általam készített kapcsolási rajzot. Tekintve, hogy minden járművet ez alapján alakítottam át, az áramkörök tetszés szerint cserélhetők az egyes kamionokon.
8.2 Az áramkörök megépítése Az áramkör SMD (Surface Mount Device – Felületszerelt) lapra lett tervezve, ugyanis a felületszerelhető alkatrészek mérete jóval kisebb a furatszerelhető alkatrészekénél, ezért lényegesen kevesebb területre van szükség a beültetésükhöz, az áramkör fizikai mérete pedig véges. A felületszerelési technológia lényege, hogy a speciálisan e célrakialakított alkatrészek elektromos kivezetői közvetlenül kapcsolatba kerülnek a panelen kialakított kontaktus felületekkel, az úgynevezett pad-ekkel.
12. ábra: Az SMD forrasztás
23
Az áramkörbe az egyes alkatrészeket a kapcsolási rajzok alapján ültettem be. Az áramkör kapcsolási rajza megtalálható a szakdolgozatom mellékletei közt.
8.3 Végfokozatok vizsgálata A megépített végfokozatokat az xbee modem vezérlőjele nélkül is lehet tesztelni. Függvény generátorról előállítható a kívánt 16,5kHz-es pwm-es négyszögjel. Az amplitúdó 3V, az offset értéke 1,5V, a kitöltés pedig manuálisan változtatható 20%-tól egészen 80%-ig.
13. ábra: A függvény generátor beállítása
A teszt során megvizsgáltam a bemenő PWM kitöltés függvényében a végfokozatok
Feszültség (V)
kimenetein mért feszültséget. 4 3
2 1 0
15
25
35
45
55
65
-1
75 85 PWM kitöltése (%)
-2 -3 -4
14. ábra: Feszültség-PWM kitöltés diagram
24
Az ábrán jól kivehető, hogy a pwm kitöltéssel arányosan növekszik az elektromotoron mért feszültség. A 20% alatti, illetve a 80% feletti kitöltési tartományokat hardveres okokból nem volt lehetőségem tesztelni, ezeket később szoftveresen2 elvégeztem. Megállapítható, hogy a két szélső tartományban a linearitás nem folytatódik. Erre vezérlő kódban megkötéseket kell majd tenni.
8.4 A járművek megfigyelése kamerakép alapján A projekt egyik célja, hogy a járműveket kamerakép alapján lehessen vezérelni. Az oldalsó képet a tesztkörnyezet beállítása után készítettem. A képen a kamion bal oldalán, a földön két méterrúd látható viszonyítás végett. A beállítások alapján kiszámolható, hogy a kamera magasság alapján mekkora területet képes lefedni, mekkora a belátható vertikális szög. A kép nem pontos, ugyanis a sárga vonallal rajzolt szárakat a b és a vele szemközti téglalap felezőpontjával kellett volna összekötni, viszont megítélésem szerint az ábra így szemléletesebb. A számításokat természetesen lehetőségeimhez mérten pontosan végeztem. A képen fekete téglalappal jelöltem a kamera által belátott részt a padló síkjában. Az a oldal hossza 1,5m, míg a b oldalé 2m, a kamera pedig 2,35m magasra volt szerelve. 15. ábra: A jármű megfigyeléhez beállított tesztelő környezet
Könnyen
kiszámítható
a
kamera
látószöge:
Rövid számolás után az eredmény α=17,7 , a kamera középpontjában a vertikális betekintési szög 2,35m magasan 35,4O. Ezen a magasságon rögzített kamerával 3m2 fedhető le. O
A kamerával 640x480 pixel felbontású kép készíthető. Az alábbi ábrán ebből egy pontosan 96x48 pixeles képet vágtam ki Megítélésem szerint ezen a képen a jármű teljes biztonsággal azonosítható.
16. ábra: A kamion, a kamera képén(részlet)
2
A szoftveres teszt alatt az xbee modem pwm kimeneteket a végfokozatok bemenetére kapcsoltam, majd a pwm kitöltéseket a megírt programon keresztül módosítottam. Itt lehetőségem adódott 0-100% közötti tetszőleges kitöltés beállítására.
25
Számításaim alapján az eredeti kép 640x480=307.200 pixeles összességében. Ez a ~0,3Mpixel fed le pontosan 3m2-nyi területet. Ugyanerről a képről vett jármű 96x48=6144 pixel, mely a kamera kép pontosan 2%-át teszi ki. Ez 6000 cm2, a kép azonban valójában kb 450cm2-t. A képhez hozzátartozik az autó körvonalaitól számítva minden irányban kb.3-5 cm.
17. ábra: A kamion 64x32 pixeles képen
Elvégeztem a kamionról készített képpel egy átméretezést. Az új méret 64x32=2048 pixel. Ha tudjuk, hogy a kamera képe 307.200 pixeles, és ebből a 2048 pixel valójában 450cm2, akkor ebből adódik, hogy a teljes kamerakép 307.200x450/2048=67.500cm2, ami 6,75m2. Tudjuk, hogy a kamera szabvány 4:3-as képaránnyal dolgozik. A lefedett terület egyik oldala B, a másik oldal A=0,75B. Ebből adódik az egyenlet.0,75B2=6,75, melyből következik, hogy B2=9. Mivel az oldalhossz nem lehet negatív, adódik, hogy B=3, A=2,25.
α=17,7O B/2=1,125m M=? A fenti egyenletből levezethető, hogy:
18. ábra: Az aránypár
M=3,525m
Megítélésem szerint tehát ahhoz, hogy a járműveket 64x32 pixelben lássuk a kamera élőképein, a kamerákat 3,525m magasságban kell elhelyezni. Egy kamerával ilyen magasságban 6,75m2 terület fedhető le, érdemes azonban a úgy elhelyezni őket, hogy legyen köztük kellő átfedés. Amennyiben minden irányból 0,5m átfedést tervezünk, úgy 1 kamera 5,75 m2-t lesz képes lefedni. Ezzel az adattal bármekkora játéktérre meghatározható a szükséges kamerák száma.
26
8.5 Az XBee modemek beállítása Az XBee modemek beállításához a DIGI honlapjáról letölthető a modemek illesztőprogramja, és a hozzájuk tartozó szoftver, az X-CTU. A program elindítása után ki kell választani, hogy melyik RS232-es porton csatlakoztattam az XBee eszközt, majd érdemes egy tesztet végezni, hogy felismerte-e. A fenti ábrán egy teszt eredménye. A típus mellett a modem az eszköz szériaszámát is 19. ábra: XBee modem csatlakoztatva
kiírja.
A programon keresztül lehetőségünk van két számítógép között is kipróbálni a kommunikációt. Ehhez mindkettő gépen szükség van egy kommunikációs portra (RS232), valamint két Xbee modemre. A program fő részében a modem minden paraméterét testre szabhatjuk. Íme a projekt szempontjából néhány fontos konfigurálható paraméter: A eszközök közötti kommunikációs csatorna Hosszú azonosító (64bites) A rövid azonosító (16 bites, változtatható) Konfigurálhatók az I/O interfészek (PWM Output) Beállíthatók, hogy koordinátor (Mesh esetén), vagy végpontként funkcionáljanak.
27
9
A vezérlő szoftver
Ebben a fejezetben a vezérlő szoftver egy részének működését fogom bemutatni, illetve kitérek a tesztelés közben felmerült problémákra is.
9.1 Xbee Java API, és használata A vezérlő szoftver segítségével megvalósítható a vezeték nélküli irányítás a PC, és bármely jármű között. A vezérlő szoftver alapja az ingyenesen letölthető Xbee Java API, emellett a DIGI által közzétett illesztőprogramok.
xbee.open("COM7", 9600); Ezzel az API-ban előre definiált paranccsal lehetőségünk van összeköttetést teremteni a soros porttal. Ezután be kell állítani a cél eszköz MAC3 címét:
XBeeAddress64 addr64 = new XBeeAddress64(0x00, 0x13, 0xa2, 0x00, 0x40, 0x70, 0x83, 0xf9); A célcím alapján már küldhető üzenet. A következő két példában értékadó üzeneteket olvashatunk. Az alábbi paranccsal konfigurálható a modem p0 kapcsolódási pontja. Itt három lehetőség közül lehet választani. A vezérlő paramétert int típusú tömbben kell megadni. 0-Disabled 1-RSSI 2-PWM Outoput
RemoteAtRequest request = new RemoteAtRequest(addr64, "P0", new int[] {2}); RemoteAtResponse response = (RemoteAtResponse) xbee.sendSynchronous(request, 10000); Esetünkben a PWM kimenetet kellett aktiválni. Ez után megadható az érték is, ami alapján a PWM0
kimeneten
megjelenik
várt
kitöltésű
négyszögjel.
Az PWM0 kimenetek lehetséges kitöltéseit az M0 változó értékadásával alakíthatjuk. Az állítható értékhatárok:0-1023 közötti egész számok. Az értékek megadása viszont kicsit izgalmasabb a vártnál. Mivel a leírásban csak az értékhatárok szerepeltek, ezért kellett egy kis idő, hogy rájöjjek a megoldásra. Rendelkezésemre állt ugyanis egy hasonló API alapján Pythonban írt értékadó parancs, mellyel ugyancsak az értékadásnál adódtak a problémák. 3
Minden járművön található egy előre konfigurált Zigbee modem. Ezek a modemek egyedi azonosítóval rendelkeznek, ez a MAC cím. A MAC cím egy 16 számjegyből álló 16-os számrendszerbeli számsor.
28
A vezérlés nem engedélyez, csak 0-tól nagyobb, 255-től kisebb számot paraméterként az M0 változónak. Le lett tesztelve, és 0-110-ig a jármű semmilyen irányba nem mozdult. 110 felett egészen 255-ig viszont megindult hátrafelé. Végül sikerült megoldani a problémát. A vezérlő program úgy lett kialakítva, hogy a vezérlő értékét int típusú tömbként lehet megadni. Mégpedig egy maximálisan 2 elemű tömbként. A két paramétert 256-os számrendszerben kell megadni. Értelem szerűen tehát a nullát {0,0}, az 1-et {0,1}, a 256-ot {1,0}-ként lehet beállítani. A következő kódban egy ilyen vezérlő paraméter megadását láthatjuk
request
=
new
RemoteAtRequest(addr64,
"M0",
new
int[]
{2,255}); response = (RemoteAtResponse)Xbee.sendSynchronous(request, 10000); Ezekkel a vezérlő kódokkal el lehet érni, hogy a kamion változó sebességű előre, vagy hátramenetet produkáljon. Az oldalirányú mozgásokhoz szükség van a másik motor vezérlésére is. Az oldalakat irányító motor az előzőkhöz teljesen hasonlóan működik. Ehhez az XBee modem PWM1 kivezetését kell beállítani a p1 értékadásával. Majd szintén 0-1023 közötti értéket kell adni az M1 változónak. Ezek által tetszőleges számú jármű bármilyen megadott célra távvezérelhető, határt csak a vezeték nélküli lefedettség, illetve a jármű energiaszintje szab.
29
10 Konklúzió, További fejlesztési lehetőségek 10.1 Konklúzió .A megfelelő irodalomkutatás után a szükséges információk birtokában sikerült a rendszerrel kellőképp megismerkednem. A járművek megépítése során sikerült elsajátítanom az SMD forrasztás alapjait, melynek a későbbiekben bizonyosan hasznát veszem. Ezen kívül úgy gondolom, hogy a rendelkezésemre álló eszközökkel, a feladatokat sikerült elvégeznem. A néhány megépített prototípus a rendeltetésének megfelelően működik. A vezérlő egységgel a számítógép kommunikálni tud, a Java vezérlő kód segítségével tetszőleges járműnek tudunk vezérlést küldeni, amennyiben a cél eszköz be van kapcsolva (megfelelő a töltöttségi szintje), egyedi azonosító száma ismert, és hatótávolságon belül található. A kamera képét sikerült tesztelni, sebessége elegendő a járművek azonosítására, majd azok mozgása esetén, nyomon követésükre is. Emellett sikerült meghatározni a megfelelő kamera elrendezést, melyben még a rendszer a követelményeknek megfelelően képes működni, tehát a járművek azonosíthatók.
30
10.2 További fejlesztési lehetőségek Mivel a megépített kamionok működnek, és e járművek és vezérlők elkészítéshez szükséges tervek, átalakítások ismertek, ezért a flotta méretének bővítése is lehetséges. A kamera élőképe alapján a rendszer továbbfejleszthető. Szűrő segítségével amennyiben a fényerőt minimalizáljuk, az azonosító fények sokkal inkább láthatóvá válnak. Egy képfeldolgozó alkalmazásával a járművek a vezérlőprogram számára is felismertethetők, ezáltal a rendszer automatizálható lenne.
20. ábra: A kamera kép az átalakítás után
Az eredeti kép a mellékletek közt található. A fenti kép energiatakarékosság szempontjából a fényerő minimalizált kép negáltja. A jól látható fekete azonosítási pontok alapján a 4 jármű megkülönböztethető. Megállapítható ugyanakkor az is, hogy ebben az esetben a járművek, és a vezérlő áramkört jól elkülöníthető matt színnel kell lefedni, a villogó/égő ledek jobb azonosítása érdekében. Amennyiben szükséges a jövőben a kamionok önálló szenzorokkal is felvértezhetők, amelyek adatai szintén vezeték nélkül továbbíthatók, ezáltal a központi vezérlés még kifinomultabbá tehető.
31
11 Köszönetnyilvánítás
Először is szeretném megköszönni elsősorban Szüleimnek, valamint az egész családomnak mindazon anyagi és erkölcsi támogatást, amivel hozzájárultak egyetemi tanulmányaimhoz! Tudom, sokszor erejükön felül támogattak ezekben az években. Köszönet illeti Tihanyi Attila tanár urat a maximálisan helytálló segítségéért, tanácsaiért, ötleteiért. Bármikor, bármivel fordultam Hozzá, kielégítő választ kaptam kérdéseimre, emellett biztosította mindenkor a laborhasználatot, és a munkához kapcsolódó irodalommal látott el. Valamint rendelkezésemre bocsátotta a projekt szempontjából nélkülözhetetlen vezérlőáramkör kapcsolási, és ültetési rajzát. Köszönet illeti a projekt vezetőjét, Fülöp Tamás doktoranduszt, akihez elsősorban a projekttel kapcsolatos szoftveres kérdésekkel fordulhattam. Minden esetben sikerült választ kapnom kérdéseimre. Az általa megírt python nyelvű vezérlőkód pedig nagy segítségemre volt a Java kód megírásánál. Köszönet illeti Bati Dániel hallgatótársamat, aki a projekt kezdete óta aktív tagja a csapatnak. A megfelelő járművek, és X-bee modemek kiválasztása legfőképp az Ő érdeme. Ezen kívül a vezérlő áramkörök megépítésébe, azok esetleges hibáinak javításába rengeteg munkát fektetett. Amennyiben az XBee modemek felépítésével kapcsolatban merült fel kérdés, Dani tapasztalatai mindig megoldásra vezettek. Köszönet illeti a MAVE-t (Magyar Villamosmérnök- és Informatikus-hallgatók Egyesülete) a projekt eszközeihez (XBee, járművek, áramköri alkatrészek) szükséges anyagi források biztosításáért.
32
12 Ábrajegyzék 1. ábra: A rendszer blokkvázlata ................................................................................................ 8 2. ábra Az alkáli elem feszültség/idő karakterisztikája 1 Ohm terhelés esetén .......................... 9 3. ábra: A villanymotor felépítése ............................................................................................ 10 4. ábra Az elektromotor nyomaték áramerősség karakterisztikája ........................................... 10 5. ábra: Az alapvető vezérlési irányok...................................................................................... 11 6. ábra: A vezeték nélküli hálózatok csoportosítása ................................................................. 13 7. ábra: A ZigBee elhelyezkedése a hálózati rétegekben ......................................................... 16 8. ábra: Az elterjedtebb vezeték nélküli hálózatok ................................................................... 17 9. ábra A Mesh hálózati topológia ............................................................................................ 18 10. ábra: 200 JMF és az XBee S1............................................................................................. 19 11. ábra: A végfokozat kapcsolási rajza ................................................................................... 21 12. ábra: Az SMD forrasztás .................................................................................................... 23 13. ábra: A függvény generátor beállítása ................................................................................ 24 14. ábra: Feszültség-PWM kitöltés diagram............................................................................. 24 15. ábra: A jármű megfigyeléhez beállított tesztelő környezet ................................................ 25 16. ábra: A kamion, a kamera képén(részlet) ........................................................................... 25 17. ábra: A kamion 64x32 pixeles képen ................................................................................. 26 18. ábra: Az aránypár ............................................................................................................... 26 19. ábra: XBee modem csatlakoztatva ..................................................................................... 27 20. ábra: A kamera kép az átalakítás után ................................................................................ 31
33
13 Irodalomjegyzék
[1] Z. Zsigó, „Tartós elemek tesztelése,” Sulinet, 06 07 2004. [Online]. Available: http://hirmagazin.sulinet.hu/hu/tudomany/tartos-elemek-tesztelese. [2] S. Papp, „Vezetéknélküli hálózatok biztonsági kérdései,” Debreceni Egyetem, szakdolgozat,
[Online].
Available:
http://ganymedes.lib.unideb.hu:8080/dea/bitstream/2437/3133/1/Szakdolgozat.pdf. [3] Á. Ballagi, „Zigbee: vezeték nélküli komplex szenzorhálózatok gyorsan, olcsón,” Miskolci Egyetem, Automatizálási Tanszék, 27 10 2007. [Online]. Available: http://publikacio.uni-miskolc.hu/data/ME-PUB-16513/Ballagi_Zigbee_Poster.pdf. [4] G. Turi, „Rádióhálózatok Zigbee adatátvitel alapján,” Makro Budapest Kft, [Online]. Available: http://www.macrobudapest.hu/WEBSET_DOWNLOADS/620/%C3%A1lltal%C3%A1n osan%20a%20Zigbee-r%C3%B3l.pdf. [5] A. Sobor és P. Davidovics, „A felületszerelt gyártástechnológia,” Óbudai Egyetem, http://www.uni-obuda.hu/users/grollerg/Elektronikaitechnologia/Jegyzet/2-Szereleselm.pdf. [6] MaxStream,
manual_xb_oem-rf-modules_802.15.4_v1.xAx,
Digi
International,
„Teljesítményelektronika,”
BME,
2007.05.31.. [7] Z.
dr
Puklus,
http://109.74.55.19/tananyag/tananyagok/Jegyzetek/Teljesitmenyelektronika.pdf, 2007. [8] Z.
Kleinheincz
és
A.
Major,
„Mikroszámítógépes
Irányítás,”
BME,
http://www.vgt.bme.hu/okt/mikroszg/mikroszamitogepes_iranyitas.pdf, 2005-01-24. [9] G.
Tomozi,
„Elektrotechnika
jegyzet,”
http://www.sze.hu/~kurtosi/Elektrotechnika_jegyzet_1-2.pdf, 2004.
34
14 Mellékletek 14.1 A kamionok bekötése
narancs-fehér,barna-fehér kék narancs,barna kék-fehér zöld zöld-fehér
2 3 4 5 6 7
TELEPTARTÓ negatív HAJTÓMOTOR pozitív TELEPTARTÓ pozitív HAJTÓMOTOR negatív IRÁNYMOTOR pozitív IRÁNYMOTOR negatív
35
14.2 Az Xbee S1 modem lábkiosztása:
36
14.3 A vezérlő áramkör teljes kapcsolási rajza:
37
14.4 A kamera élőképe, járművek azonosítása
38
