Szenzorok jelátvitele

PTE Műszaki és Informatikai Kar

DR. GYURCSEK ISTVÁN

Szenzorok jelátvitele Forrás és irodalom  Lambert Miklós: Szenzorok – elmélet (ISBN 978-963-874001-1-3) Bp. 2009  A. Bharathidasan – V. A. S. Ponduru: Sensor Networks: An Overview (Survey, Dept of Computer Science University of California, Davis)

1

2016.04.11..

SZENZOROK JELÁTVITELE – DR. GYURCSEK ISTVÁN

Amiről szó lesz…

JELÁTVITELI MÓDOK

ÁTVITELI KÖZEGEK

TÁVADÓK

INTELLIGENS SZENZOROK

Alapsávi

Rézkábel

Analóg távadók

SCADA rendszerek

Vivőhullámú

Optikai kábel

Digitális távadók

DCS rendszerek

Vezeték nélküli

2

2016.04.11..

Beágyazott technológiák


Szenzorok jelátviteli csoportosítása

1

2

3

Mérőátalakító (transducer)  erősítés (mVV), szabványos szint (5V, 10V, ±5V, ±10V) (0-20mA, 4-20mA), konverzió (U/I, U/f, A/D) Távadó (nagyobb távolság)  U kimenet (szabványos szint, zavarézékeny)  I kimenet (4…20mA, zavarvédett)  f kimenet (zavarvédett)  D kimenet (soros / párhuzamos) Intelligens szenzor (smart sensor)  helyi feldolgozás (𝞵𝞡)  autonóm döntések  info kimenet

SMART SENSOR Network Sensing Element

Signal Conditioning

Signal Processing Digital Output

Változás a jelfeldolgozásban … centrális struktúra  elosztott struktúra (Smart Sensor!) 3

2016.04.11..


Szenzorok jelátviteli csoportosítása

Jelátvitel típusai  Szimplex  csatorna mindig egyirányú  Félduplex  csatorna időosztásos (TDM)  Duplex  csatorna kétirányú (smart sensor!)

4

2016.04.11..


Jelátviteli módok Alapsávi átvitel (egyetlen jel a rézkábelen)  Kis sávszélesség (analóg:”TDM”, digit:”Kódolás” lehetséges)  Vivőfrekvenciás átvitel  MOD/DEMOD AM/FM/PAM/QAM/PCM  sávszélesség vivőfrekv. arányos  „FDM” csatorna „sokszorozás”  analóg techn.: modulátor/demodulátor  digitális techn.: codec/modem

5

2016.04.11..

Folytonos jelek átvitele  pazarló sávszélesség  AM, FM, PM, QM (=AM+PM) Mintavételezett jelek átvitele  Takarékosabb (Shannon tétele)  Impulzus moduláció  ASK, FSK(2), PSK(2), PWM, PCM, PDCM Digitális jelek átvitele  jelcsoport képzés  sávszélesség hatékony  kód (vagy vektor) moduláció PCM, PDCM  titkosítást is biztosít  SSMA (Spread Spectrum Multiple Access)  CDMA (Code Division Multiple Access)


AM, FM, PSK példák

6

2016.04.11..


Hol tartunk?

JELÁTVITELI MÓDOK

ÁTVITELI KÖZEGEK

TÁVADÓK


Alapsávi

Rézkábel

Analóg távadók

SCADA rendszerek

Vivőhullámú

Optikai kábel


DCS rendszerek

Vezeték nélküli

7

2016.04.11..



Jelátviteli közegek

kombinált mód

1 2

RJ45

3 „optika”

8

2016.04.11..


Hálózat topológiák (hogy ki ne maradjon)

9

2016.04.11..


Jelátviteli közegek Réz kábel  DC-n feszültség jelnél R lehet nagyobb is  DC-n áram vezetésnél R kritikus  AC-n elosztott paraméteres LC modell Sodrott érpár (UTP-Unshielded Twisted Pair)  nagy sávszélesség  Z0=50…300ohm

10

2016.04.11..


Jelvezetékek, kábelek Típusaik  érpár  szalagkábel  sodrott érpár (UTP)

 koaxiális kábel  triaxiális kábel - árnyékolt koaxiális  twinax kábel (STP, FTP) - árnyékolt sodrott érpár

 twinax kábel külső árnyékolással - kétszeres árnyékolt sodrott érpár Modelljeik  ideális modell (R,L,C=0THD=0,𝞓𝞈=∞)

 valóságos, koncentrált paraméteres modell

11

2016.04.11..


Optikai kábel  Belső „ér” törésmutatója nagyobb  teljes visszaverődés  (viszonylag) kis csillapítás  Előnyei  Zavarvédett (el.mágn. érzékeltelség)  Nagy sávszélesség (PCM…)  Hibái  Diszperzió ( jeltorzulást okoz)  Csillapítás ( korlátozott távolság, km!)  Terjedés  Monomódusú (gyorsabb átvitel)  Multimódusú (kisebb csillapítás)

12

2016.04.11..


Optikai kábel

PC (physical contact) UPC (ultra physical contact) APC (angled physical contact) 13

2016.04.11..


Vezeték nélküli jelátvitel (1) Frekvencia szerinti felosztás…  Ultrahang (megbízhatóság, sávszélesség)  Hosszúhullám (tengerészet)  Mikrohullám (!)  Infravörös (kiszorulóban)  Látható fény (szűk körben)

WSN Wireless Sensor Network

IWLAN

14

2016.04.11..


Vezeték nélküli jelátvitel (2)

ngMN:2020

15

2016.04.11..


Hol tartunk?

JELÁTVITELI MÓDOK

ÁTVITELI KÖZEGEK

TÁVADÓK


Alapsávi

Rézkábel

Analóg távadók

SCADA rendszerek

Vivőhullámú

Optikai kábel


DCS rendszerek

Vezeték nélküli

16

2016.04.11..



Távadók

𝟅

Szenzor (pl. 𝟅/U)

Jel kond. (pl. erősítő)

Analóg távadók  Feszültség kimenet  0-5,0-10, ±5, ±10 V  Zavar érzékeny (5-10m-ig!)  Áram kimenet  0-20, 4-20 mA  áramhurok, zavarvédett (kb. 30km-ig)  Impulzus kimenet  U/f konverzió (pl.)

17

2016.04.11..

Konverter (pl. U/I)

SZABVÁNYOS JEL  gyártó független illesztés  nagy távolság

Digitális távadók (A/D konverzió)  Párhuzamos kimenet  BCD, Gray kód, stb!  Szó szervezés (Frame: ID, dátum, hely)  Soros kimenet  Szinte kizárólagos  nagy gyártói támogatás  Frame (ID, parity, …)  RS-232, RS-485, stb.

Példa:


Hol tartunk?

JELÁTVITELI MÓDOK

ÁTVITELI KÖZEGEK

TÁVADÓK


Alapsávi

Rézkábel

Analóg távadók

SCADA rendszerek

Vivőhullámú

Optikai kábel


DCS rendszerek

Vezeték nélküli

18

2016.04.11..



Intelligens szenzor (Smart Sensor) Jellemzői…  Tartalmazza a kommunikációs protokoll „HW+SW”-t  Tartalmaz 𝞵𝞡-t az autonóm döntéshez ( adatfeldolgozás)  Konfigurálgató (határértékek, mértékegységek, stb.)  Elosztott intelligenciájú rendszerek kulcseszköze  SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition = PLC)  DCS (Distributed Control System) Elterjedt (szabványos) kommunikációs protokollok KNX/InstaBus, HART, Profibus, PA/DP, CAN, LIN, RS485, LON, ASI,Device-Net, FiberBus, Ethernet Elterjedt OS-ek Emb.Windows, Emb.Linux (Android), iOS, …

19

2016.04.11..


Köszönöm a figyelmet!

? 20

2016.04.11..


Szenzorok jelátvitele

Recommend Documents