Меню

Передача напряжения по радиоканалу

Передача напряжения по радиоканалу


Обзорный проект

Основная идея проекта состоит в том, чтобы передать данные от одного пункта до другого. Эта передача может быть как беспроводная по радиоканалу, так и по проводам.
В данном проекте передаются 4 типа данных от различных типов датчиков по радиоканалу.
В качестве датчиков используется температурный датчик, датчик уровня топлива,
датчик давления и датчик числа оборотов за 1 минуту. Все эти датчики имеют аналоговый выход в форме напряжения, которое преобразуется в цифровые данные, которые мы можем передать.

Почему необходимо преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые?

Предположим, что мы преобразовали аналоговые сигналы в цифровые данные. Что дальше? Поскольку четыре различных типа данных мы должны передать по одному каналу, то нам надо их объединить. Аналоговые сигналы объединить невозможно, для цифровых сигналов мы можем использовать цифровой коммутатор, который будет объединять данные в один поток следующими один за другим.
Примечание: скорость передачи данных от 12 до 15 циклов в 1 минуту.

Передача данных:

Блок-схема показывает пример передачи данных с использованием
какой либо модуляции сигнала.

После получения данных от приемника и их демодуляции мы получим реальные данные,
которые передавались передатчиком и мы легко их показывать.

Функциональная блок-диаграмма:

Схема цифровой части:

Рис.1 (секция А)

Рис.2 (Секция В — радиочастотный передатчик)

Описание схемы:

В секции «А» изображен цифровой приемник сигналов от 4-х датчиков. Здесь используется аналоговый
переключатель IC M4066, который также хорошо работает как и цифровой.
Он имеет четыре устройства ввода/вывода и отдельные выводы для контроля передачи аналоговых сигналов через коммутатор. Линии управления коммутатором соединяются с выводами микроконтроллера (порты 2.1 — 2.4).
Поскольку эти все сигналы аналоговые, так что мы должны преобразовать их в цифровые форму
посредством аналого-цифрового преобразователя. Для этой цели мы использовали IC ADC0804.
Это 8-разрядный АЦП и на его выходе мы имеем цифровой эквивалент аналогового сигнала с
диапазоном значений от 0 до 255. Из АЦП 8-разрядные данные поступают в микропроцессор
(порты 1.0 — 1.7). Посредством мультиплексирования 4 аналоговых сигналов последовательно
переводятся в цифровую форму и в виде одного потока данных передаются в модулятор передатчика.

Рис.3 (комментарий к цифровой схеме)

Чтобы передать некоторый сигнал на расстояние мы должны промодулировать его в передатчике. Хорошо, когда схема модулятора совмещена с передатчиком. В данной схеме используется частотная модуляция из-за ее простоты и получения большой дальности передачи сигнала, которая может составить около 2 км. Так например вещательный диапазон FM достаточно широк для возможной передачи данных. Этот передатчик передает сигнал на частоте 98 МГц. Но сигнал передатчика не будет точно соответствовать модулирующему цифровому сигналу (форма меандра). Здесь мы говорим, что сигнал лишь похож по форме на меандр. Точный вид формы сигнала передатчика можно увидеть на осциллографе.

Радиочастотный передатчик в данном проекте собран по простейшей схеме (рис.2). Он представляет собой LC возбудитель на одном транзисторе совмещенный с цепями ЧМ модулятора. Выходная мощность передатчика около 0,8 Вт. Частота автогенератора 98 МГц. Приемник — обычный радиовещательный с подходящим УКВ диапазоном. Дальность уверенного приема и демодуляции цифровых данных не более 2-х километров. И при использовании данной аппаратуры не может быть улучшена.

PS:
Данная статья приводится лишь как пример использования технологии. В ней не конкретизируются типы эффективных модуляторов/демодуляторов и используется технически несовершенный радиоканал для передачи данных.

Источник



Замена проводов радиоканалом при работе с промышленным оборудованием

25 августа 2016

Денис Бушунов (ООО «СМК»)

Использование радиоканала в промышленной автоматизации улучшает удобство пользования оборудованием и повышает безопасность эксплуатации. В статье показано, как с помощью радиомодемов RFSerialBridge компании ООО «СМК», частотного преобразователя ПЧВ и панели оператора ИП320 компании «ОВЕН» можно вынести элементы контроля и управления двигателем на значительное расстояние. Применение готовых законченных модемов, работающих в режиме радиоудлинителя RS-232/RS-485, упрощает задачу до уровня подключения нескольких разъемов и выбора правильных настроек оборудования.

Радиомодем RFSerialBridge

Читайте также:  Перепад напряжения для варочных панелей

Рис. 1 Радиомодем RFSerialBridge

Рис. 1 Радиомодем RFSerialBridge

Радиомодем RFSerialBridge является конструктивно законченным изделием для монтажа на DIN-рейку (рис.1) и предназначен для работы в качестве «прозрачного» беспроводного удлинителя для самых распространенных индустриальных последовательных интерфейсов. Обобщенные технические характеристики модемов RFSerialBridge приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики модемов RFSerialBridge

Модем оснащен тремя интерфейсами для подключения к внешним устройствам — RS-232/RS-485/USB, причем одновременно может быть задействован только один из них (выбирается с помощью внутренних перемычек). При работе по RS-232 используется 4-проводное подключение (линии RX, TX, CTS, RTS) с помощью стандартного разъема DB-9 (папа). Интерфейс RS-485 выведен на 4-контактную клеммную колодку. На эту же колодку выведено опциональное напряжение 5В для питания внешних узлов. В типовом варианте подключения используются только два контакта разъема — линии A и B интерфейса RS-485. Несомненным достоинством модема является гальваническая изоляция интерфейса RS-485, что обеспечивает безопасное подключение к любому промышленному оборудованию, вне зависимости от используемой фазы питающей сети 220/380В. Интерфейс USB работает в режиме виртуального COM-порта и удобен в том случае, если один из модемов радиолинка должен быть подключен к персональному компьютеру. Таким образом, можно осуществить беспроводное соединение различного оборудования, при этом на разных концах можно использовать разные интерфейсы, осуществляя, таким образом, функцию конвертера интерфейсов (рис. 2).

Рис. 2 Варианты использования радиомодемов RFSerialBridge

Рис. 2 Варианты использования радиомодемов RFSerialBridge

С точки зрения оконечного устройства подключенного по последовательному интерфейсу (RS-232/RS-485/USB) к первому модему, порт модема эквивалентен оконечному оборудованию, подключенному по любому последовательному интерфейсу (RS-232/RS-485/USB) к порту второго модема. Таким образом, между последовательными портами двух связанных в единый радиолинк модемов существует прозрачный канал передачи данных. Поэтому два оконечных устройства «не видят», что вместо прямого проводного соединения между ними в реальности существует радиоканал протяженностью до нескольких километров. Когда оконечное устройство, подключенное к первому модему передает данные, эти данные выходят из последовательного порта второго модема в неизменном виде (и наоборот). Так работает система в идеальном случае. В реальности, потенциальная проблема может возникать из-за задержек передачи данных, связанных с объединением непрерывного потока данных в пакеты, передаваемые по эфиру. Вторая причина возникновения задержек – это ошибки в радиоканале и связанные с этим повторные отправки. С практической точки зрения это выглядит как возникновение пауз между группами символов. При высоком уровне принимаемого сигнала и отправке коротких пакетов данных (не более нескольких десятков байт) этой проблемы не возникает. В общем случае, только от конечного приложения зависит, насколько критичными будут являться задержки при передаче данных. В рассматриваемом в конце статьи примере управления двигателем подобных проблем не возникало.

Основные топологии радиосетей, где могут использоваться модемы RFSerialBridge – это «Точка-точка» и «Звезда». При необходимости передачи данных на большие расстояния применяется специальная конфигурация «Звезда с повторителями». Перечень доступных с сайта производителей прошивок (Firmware) модемов приведен в таблице 2. Компания имеет штат разработчиков, готовых в короткие сроки разработать модифицированную под требования заказчика версию прошивки.

Таблица 2. Программное обеспечение радиомодемов RFSerialBridge

153 Кб Bootloader.rar; Программное обеспечение, предназначенное для обновления «прошивки» радиомодулей MBee всех типов, позволяющее производить настройку параметров интерфейса UART
33 Кб SW4113.smcbin «Прошивка» для радиомодуля MBee-868-3.0 с сетевой ролью «LinkTo» для работы в составе RFSerialBridge с параметрами интерфейса UART: 9600 8Т1 CTS RTS
33 Кб SW4114.smcbin «Прошивка» для радиомодуля MBee-868-3.0 с сетевой ролью «LinkListen» для работы в составе RFSerialBridge с параметрами интерфейса UART: 9600 8Т1 CTS RTS
126 Кб SW1111.smcbin «Прошивка» для радиомодуля MBee-2.4-2.1 с сетевой ролью «координатор» для работы в составе RFSerialBridge с параметрами интерфейса UART: 9600 8Т1 CTS RTS
125 Кб SW1112.smcbin «Прошивка» для радиомодуля MBee-2.4-2.1 с сетевой ролью «маршрутизатор» для работы в составе RFSerialBridge с параметрами интерфейса UART: 9600 8Т1 CTS RTS
Читайте также:  Обвязка для стабилизаторов напряжения

Модемы RFSerialBridge построены на базе радиомодулей MBee. Существуют версии модемов для диапазонов 868 МГц и 2,4 ГГц, что определяется конкретным типом установленного внутрь радиомодуля. При использовании радиомодулей MBee-868-2.0 обеспечивается максимальная дальность связи, которая может достигать единиц и даже десятков километров (при прямой видимости антенн). Фотография внутренней платы модема с установленным модулем MBee-S1G-2.0 приведена на рис. 3

Рис. 3 Внутренняя плата модема RFSerialBridge с установленным модулем MBee-S1G-2.0

Рис. 3 Внутренняя плата модема RFSerialBridge с установленным модулем MBee-S1G-2.0

В принципе, в модемах RFSerialBridge могут использоваться разные модули – как диапазона 868 МГц, так и 2,4 ГГц. При использовании модулей MBee v2.1 диапазона 2,4 ГГц можно реализовать беспроводную сеть «Звезда» или полноценную сеть ZigBee. Выбор разумной топологии сети, рабочего диапазона частот и оптимальных настроек радиочастотных параметров модулей зависит от решаемой задачи. Следует учитывать, что при использовании Mesh-сети с ретрансляцией пакетов возрастают задержки передачи данных, что может явиться препятствием для систем управления в реальном времени. Если вы не уверены в возможности работы вашего оборудования по беспроводному каналу, то разумным выходом будет обратиться к инженерам компании ООО «СМК» за консультацией.

Беспроводное управление двигателем: практический тест

Для практического знакомства с возможностями модема RFSerialBridge воспользуемся оборудованием компании ОВЕН для систем промышленной автоматизации. Организуем беспроводное управление обычным трехфазным асинхронным двигателем. Для изменения числа оборотов будем использовать частотный преобразователь ОВЕН ПЧВ. Данный преобразователь позволяет производить удаленное управление с помощью выносной панели оператора ИП-320, которая подключается с помощью интерфейса RS-485. В нашем эксперименте мы разорвем прямое соединение ИП-320 и ПЧВ и поставим в разрыв два радиомодема RFSerialBridge. Упрощенная блок-схема тестовой установки приведена на рисунке 4. На схеме не показаны источники питания.

Рис. 4 Блок-схема подключения оборудования

Рис. 4 Блок-схема подключения оборудования

Для того чтобы ни панель оператора, ни частотный преобразователь не «заметили» изменения в способе связи необходимо установить в настройках RFSerialBridge параметры передачи данных по последовательному порту RS-232/RS-485 в те же значения, что и порты подключаемого оборудования. Для оборудования ОВЕН использованы следующие настройки – скорость передачи 9600, 8 бит, без четности. В частотный преобразователь были внесены минимальные изменения относительно заводских настроек:

  • Настройки связи: 8-30=2 (Modbus RTU); 8-33=2 (1 стоп-бит, нет контроля четности).
  • Источник задания: 3-15=11; 3-16=0; 3-17=0 (задание только по RS-485).

Изменение настроек производится с панели прибора.

В панель оператора ИП-320 был загружен демонстрационный проект по управлению ПЧВ, который описан на сайте производителя http://www.owen.ru/uploads/pchv+ip.pdf .

Для того, чтобы продемонстрировать возможность использования разных интерфейсов, при подключении RFSerialBridge к ИП-320 был задействован интерфейс RS-232, а к ПЧВ второй RFSerialBridge соединялся с помощью двух линий RS-485.

Рис. 5 Управление ПЧВ ОВЕН по радиоканалу

Рис. 5 Управление ПЧВ ОВЕН по радиоканалу

Рабочий макет системы (рис. 5) показал корректную работу панели оператора по беспроводному каналу через два RFSerialBridge. Как и в случае проводного подключения можно было менять скорость вращения двигателя и отображать реальные показатели его работы. Режим отображения параметров (рис. 6) продолжает нормально работать и при переключении ПЧВ на локальное управление, когда скорость вращения задается потенциометром на лицевой панели частотного преобразователя.

Рис. 6 Дистанционное отображение параметров двигателя

Рис. 6 Дистанционное отображение параметров двигателя

Источник

Управление на 16 команд по радиоканалу

Передача DTMF на частоте 433,хх МГц

Даная схема радиоуправления разработанная мной, позволяет передавать 16 команд (сигналов DTMF) по радиоканалу на частоте 433МГц с радиусом действия 100 метров. Представляет собой два устройства:
1. Пульт — 16 кнопок питающийся от аккумулятора 6 вольт. Внутри которого находится микроконтроллер PIC16F84A, работающий в режиме SLEEP (режим пониженного энергопотребления), генератор DTMF и маломощный передатчик.
2. Приемник. Осуществляет прием, с последующим декодированием сигнала и преобразованием его в бинарный код.
Модули приема и передачи являются копиями изготавливаемых промышленным способом фирмой «Телеконтролли» Достаточно просты в повторении.
Схема пульта приведена ниже.

Читайте также:  Формула илларионова напряжение лэп

Схема пульта

Краткое описание принципа работы:
В исходном состоянии (кнопки клавиатуры отпущены) микроконтроллер «СПИТ», генератор DTMF выключен, передающий модуль обесточен.
При нажатии на клавишу (любую), микроконтроллер выходит из режима «SLEEP» с последующей выдачей на ПОРТ»А» бинарного кода RA1-RA4. Далее код кодируется в стандартный ряд DTMF.
Вывод 17 (RA0) предназначен для управления включением генератора DTMF и передающего модуля.
Диод VD5, предназначен для защиты от «переполюсовки» всей схемы, а также для снижения уровня питающего напряжения до 5.3 вольта. В основную схему также введена микросхема супервизора питания DA1. Порог срабатывания которой равен 3.0 вольта. Должен отметить, что при нажатии кнопки клавиатуры, светодиод HL1, включенный на выход данной микросхемы кратковременно зажигается совместно со светодиодом HL2, импульс зажигающий светодиод составляет 1-2 секунды. После чего — гаснет. Если свечение продолжается дольше, значит, пора заряжать аккумулятор — Uпит. меньше 3 вольт. Светодиод HL2 служит для индикации работоспособности пульта.
Резистором R4 подстраивается необходимый уровень сигнала для его последующей передачи на модуль передатчика.
Конденсатор С4 предназначен для формирования импульса записи значения переданного на генератор DTMF. Емкость конденсатора равная 10nf вполне достаточна для формирования четкого импульса.
Четыре диода стоящие между микроконтроллером и генератором (DD2) можно не устанавливать.

Небольшое уточнение по аккумулятору:
Примененный мной аккумулятор отчасти «самодельный». Готовых на такое напряжение не встречал. Поэтому мне пришлось взять аккумулятор типа «Крона» с рабочим током на 250mA. Аккуратно вскрыв его, внутри можно увидеть 7 призматических элементов.
Для получения напряжения 6,0 вольт необходимо взять из этой «гирлянды» 5 штук.
ВНИМАНИЕ! При разборке данного элемента питания необходимо соблюдать осторожность, что бы избежать повреждения элементов (призм) входящих в его состав. При разделении защитная оболочка может, и будет рваться. При формировании призм в другой вид, разделенные элементы можно «облачить» в «рубашку» из скотча.

Модуль передатчика самодельный. На авторство не претендую (смотреть ссылку).
Радиопередающий модуль с резонатором на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и внешней антенной
Основные характеристики:
RT4-XXX — Это гибридная схема, которая позволяет реализовать полный радиопередатчик, дополненный схемой кодирования. Благодаря толстопленочной гибридной технологии показывают стабильные электрические характеристики
XXX: Рабочая частота (315; 418; 433,92МГц)
Соответствует требованиям I-ETS 300-220 (RT4-433,92 – IETS)
Область Применения:
Беспроводные системы безопасности
Автомобильные сигнальные системы
Отдаленная контрольно-пропускная служба
Сообщения датчика
Для применения в моей схеме передатчик немного пришлось доработать. Добавить предварительный усилитель. при изготовлении необходимо учесть полную экранировку модуля. Сам модуль собран на элементной базе SMD, что позволяет изготовить достаточно миниатюрный и компактный корпус.
Схема модуля приведена ниже.

Приемник, как описывалось выше. Осуществляет прием, с последующим декодированием сигнала и преобразованием его в бинарный код. В состав приемника входят:
1. Копия модуля приемника «Телеконтролли».
2. Декодер сигналов DTMF. (Преобразование сигналов DTMF в бинарный код)
3. Дешифратор. (Преобразование бинарного кода в десятичный).
4. Монофонический усилитель. (Возможный контроль принятого сигнала). Опционально. можно не устанавливать

Схема общая принципиальная приводится ниже:

Приемник-декодер

Модуль приемника. Представляет собой супер регенеративный СВЧ приемник на 433,хх Мегагерца с амплитудной модуляцией. И имеющий два выхода: аналоговый и цифровой. Так как DTMF сигнал является аналоговой формой, то цифровой выход не используется. Прост в повторении. Есть возможность подстройки частоты приема конденсатором C12.
Экранировка модуля желательна.
ПРИМЕЧАНИЕ:
Как на передатчик, так и на приемник на АВТОРСТВО не НЕ ПРЕТЕНДУЮ. Ссылка

Источник