Застосування радіомодемів стандарту IEEE802.15.4 (ZigBee) в системах промислової автоматики

  1. розробки
  2. досвід застосування
  3. література
  4. Про компанію Texas Instruments

Cтандарт IEEE 802

Cтандарт IEEE 802.15.4 (ZigBee) вироблений для низькошвидкісних мереж. Можливість роботи мережі на будь-якому з 16 виділених каналів виключає інтерференцію сигналів між сусідніми системами, а використання 16-бітної адресації допускає побудову мережі практично будь-якої складності з будь-яким необхідним числом модулів. Максимальна швидкість передачі, що дорівнює 250 Кбіт / с, досягається в діапазоні 2,4 ГГц (16 каналів з смугою 5 МГц і можливістю одночасної роботи на всіх каналах) [1].

У той час як в промисловості налічується безліч об'єктів автоматизації малої і середньої складності, основна їх специфіка полягає в наявності великої кількості рознесених в просторі датчиків, регулюючих органів і виконавчих механізмів. При цьому дальність їх розташування за допомогою одного з трьох вимірів рідко перевищує 25 м. Вести сигнальний провід до кожного з них вкрай неефективно, тому доцільніше використовувати бездротову обчислювальну мережу (WPAN) малого радіуса дії. А в разі розташування частини системи на рухомих об'єктах застосування бездротових мереж виявляється єдино можливим рішенням. Така мала віддаленість складових частин системи уможливлює зв'язок між модулями без використання ретрансляції, а значить, не вимагає додаткової апаратури і підвищує надійність системи. Гнучкість архітектури побудови бездротових систем дозволяє згодом легко і з невеликими витратами виробляти нарощування системи.

Спрощений приклад локальної розподіленої бездротової системи управління наведено на рис. 1.

Мал. 1. Приклад розподіленої бездротової системи управління

Виконавчими механізмами є електрифікована засувка, що регулює клапан і двигун насоса. Керуючі модулі встановлюються на корпусі механізмів або в безпосередній близькості від них. Зв'язок з центральним контролером здійснюється по радіоканалу, що автоматично забезпечує гальванічну ізоляцію між модулями. Застосування ж радіоканалу для зв'язку з пультом оператора дозволяє зробити його мобільним з автономним живленням. При цьому довжина кабельних ліній мінімальна. Іншим важливим перевагою розподіленої системи є висока живучість, так як при виході з ладу одного з керівників модулів непрацездатною виявляється лише невелика частина системи. За такої організації системи центральний процесор може мати менші обчислювальними потужностями, а, отже, бути доступнішим, дешевше і мати менші масогабаритні розміри.

При такому поділі завдань між частинами розподіленої системи керуючі модулі і, в багатьох випадках, центральний процесор можуть бути реалізовані на основі кристалів СС2430 і СС2431.

розробки

У 2005 році в спеціальному конструкторському бюро програмованих засобів і систем управління (СКБ ПСІС) розпочато вивчення можливості застосування стандарту бездротового зв'язку IEEE 802.15.4 в розподілених системах управління [2].

Першим результатом стало виробництво блоку бездротового інтерфейсу ZigBee PSIS2420SPI на основі радіо-модему СС2420. Зовнішній вигляд модуля представлений на рис. 2. Всі висновки, які використовуються для роботи з мікросхемою, доступні через контактний з'єднувач, а простий інтерфейс SPI модуля дозволяє з мінімальними витратами використовувати його для розширення функціональності існуючих виробів.

Мал. 2. Блок бездротового інтерфейсу PSIS2420SPI

Даний модуль також представляє великий інтерес для розробників нових пристроїв. При цьому найбільш раціонально спочатку орієнтуватися на розробку нових пристроїв для спільного використання з готовими модулями приймачів. У зв'язку з високою частотою (2,4 ГГц) сигналу, при проектуванні пристроїв на основі радіомодемів стандарту ZigBee необхідно використовувати електронні компоненти малого типорозміру 0402, друкарські плати високого класу точності і високоточний монтаж. Все це пов'язано з додатковими виробничими витратами при дослідному і дрібносерійного виробництва.

Після випуску радиомодема СС2430 з інтегрованим мікропроцесорним ядром (сумісним з С51) був розроблений блок бездротового інтерфейсу ZigBee PSIS2430. Ресурси мікропроцесора достатні для вирішення великого кола досить серйозних завдань. Важливим аргументом на користь цього є факт адаптації в СКБ ПСІС під СС2430 апаратно-незалежного комплексу МЕК 61131-3 програмування CoDeSyS компанії Smart Software Solutions GmbG (3S) [3]. Це дозволяє не тільки значно зменшити вимоги до кваліфікації розробника технологічних програм для програмованих контролерів і збільшити наочність розробки, але і скоротити час.

Блок бездротового інтерфейсу ZigBee PSIS2431 виконаний на основі кристала СС2431, який є версією кристала CC2430, доповненої системою визначення місця розташування. Основна область застосування - системи стеження за положенням рухомих об'єктів в межах певної зони покриття.

Основна область застосування - системи стеження за положенням рухомих об'єктів в межах певної зони покриття

Мал. 3. Модулі серії СР6000: а) контролер; б) пульт мобільний

Розвитком лінійки продукції стала розробка закінчених промислових контролерів і пристроїв (рис. 3) на основі кристала СС2430 [2]:

  • СР6110 - контролер дискретний;
  • СР6210 - контролер універсальний;
  • СР6910 - пульт технологічний мобільний;
  • СР6920 - пульт технологічний стаціонарний.

Платформа для побудови систем промислової автоматики СР6000 створювалася для автоматизації об'єктів малої і середньої складності. Всі контролери серії СР6000 мають гальванічно ізольовані інтерфейси RS-485 і інтерфейс бездротового зв'язку, сумісний з промисловим стандартом ZigBee, що робить можливим застосування їх в якості самостійних пристроїв, а також як елемент системи в мережах різних топологій. В іншому контролери побудовані за класичною архітектурі. Також для даних контролерів розроблена гамма допоміжних пристроїв (джерела живлення, перетворювачі інтерфейсів, релейні підсилювачі, клемні колодки і т.д.), які роблять її закінченою системою для побудови систем промислової автоматики.

Для програмування технологічних задач використовується вже згадуваний апаратно-незалежний комплекс МЕК 61131-3 програмування CoDeSyS. Однак можливо і традиційне програмування на асемблері або мовами високого рівня. Для цього був розроблений блок програматора-емулятора psisCON2430D. Модуль призначений для програмування і налагодження пристроїв на основі мікросхем TI / Chipcon CC2430, CC2431. Сумісний з ін-інтегрованої середовищем розробки IAR Embedded Workbench for 8051 [4]. Підтримує використання фірмового програмного забезпечення Chipcon SmartRF04 Flash Programmer і Chipcon IEEE Address Programmer [5].

Для забезпечення настройки системи і оперативного управління розроблені стаціонарний і мобільний технологічні пульти. Для відображення використовується кольоровий графічний екран дозволом 320 × 240 точок. Для введення є клавіатура на 16 клавіш і сенсорний екран (стаціонарний пульт). Підтримуються інтерфейси ZigBee і гальванічно ізольований RS-485.

Таблиця 1. Склад лінійки продукції СКБ ПСІС на основі радіомодемів ZigBee виробництва Texas Instruments

Блок бездротового інтерфейсу PSIS2420
  • радіомодем СС2420
  • інтерфейс SPI
  • Харчування 3,3 В
  • Розмір 33х33х20
Блок бездротового інтерфейсу PSIS2430
  • радіомодем СС2430
  • ядро С51
  • Харчування 3,3 В
  • Розмір 33х33х20
Контролер дискретний СР6110
  • радіомодем СС2430
  • ядро С51
  • 18 дискретних входів
  • 16 дискретних виходів
  • 2 х RS-485
  • ZigBee
  • Харчування 24 В
Контролер універсальний СР6210
  • радіомодем СС2430
  • ядро С51
  • 8 дискретних входів
  • 8 дискретних виходів
  • 8 аналогових струмових входів
  • 2 х RS-485
  • ZigBee
  • Харчування 24 В
Пульти технологічні СР6910
і СР6920
  • дозвіл 320х240
  • ядро С51
  • Гальванічно ізольований RS-485
  • Харчування 3,3 В
Блок програматора-емулятора psisCON2430D
  • Підтримувані МК CC2430, СС2431
  • Інтерфейс USB1.1, USB2.0
  • Харчування від шини USB
  • Середа IAR Embedded Workbench for 8051

досвід застосування

Одне з перших практичних застосувань модулів бездротового зв'язку PSIS2420SPI - обмін даними між комп'ютером диспетчера і контролером ICPDAS серії I-7188, встановленого на борту автомобіля КАМАЗ (м Курган). Знімаються показники пробігу, часу приїзду на базу і ін.

Одним з типових дослідів застосування контролерів серії СР6000 є система з СР6210 і двох СР6110 для перевірки електрообладнання кабін тракторів на ВАТ Чебоксарский завод промислових тракторів. Зв'язок між АРМ оператора, що знаходиться в кабіні трактора, і контролером здійснюється по інтерфейсу ZigBee. Для написання технологічної частини програми використовувався комплекс CoDeSyS.

література

1. Матеріали сайту http://www.zigbee.org/
2. Матеріали сайту www. psis.ru
3. Матеріали сайту www.3s-software.com/
4. Матеріали сайту http://www.iar.com/
5. Матеріали сайту www. ti.com. .

Технічна інформація, замовлення зразків, поставка комплектуючих та модулів - по
e-mail: [email protected]

Новий DC / DC-перетворювач від Texas Instruments

Компанія Texas Instruments представила TPS40K - універсальний синхронний понижуючий перетворювач, що дозволяє істотно спростити схему джерела живлення телевізорів з ЖК-екраном і ТБ-приставок авторизованого мовлення, в яких використовуються цифрові процесори обробки сигналів (DSP) і програмована логіка FPGA.

TPS40195 підтримує ряд особливостей, які дозволяють поліпшити енергетичні характеристики систем, що вимагають напруги харчування 4,5 ... 20 В. Наприклад, інтегральна схема використовує преобразуемое вхідна напруга для свого ж харчування, що виключає необхідність формування додаткових напружень для харчування ІС. Контролер TPS40195, який розміщений в 16-вивідному корпусі TSSOP, має двонаправлений висновок синхронізації, який дозволяє організувати протифазні роботу з іншим знижувальним контролером. Така конфігурація дозволяє знизити ємність великих конденсаторів і заощадити розміри плати і знизити вартість при роботі з 5- і 12-вольта харчуванням. Крім того, якщо цей висновок підключений до основного джерела тактового сигналу, то TPS40195 випромінює менший рівень електромагнітного сигналу.

Контролер має чудові можливості по визначенню струму при роботі з малими коефіцієнтами заповнення імпульсів і обмежує віддається в навантаження потужність шляхом виявлення струмового перевантаження в кожному МОП-транзисторі верхнього і нижнього рівня. TPS40195 також виконує функції управління і захисту, в т.ч. управління відключенням, індикацію коректності вихідної напруги, регульованою блокування при зниженні напруги, опціонально має функцію плавного пуску з цифровим керуванням, а також програмованого плавного пуску зі зворотним зв'язком і функцію захисту від короткого замикання.

Про компанію Texas Instruments

В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown. (Як відомо, Burr-Brown увійшла до складу TI так само, як і компанії Unitrode, Power Trend і Klixon). З цього часу компанія КОМПЕЛ отримала доступ до постачання всієї номенклатури вироблених компанією TI компонентів, технологій та налагоджувальних засобів, а також ... читати далі

20 лучших книг по саморазвитию личности
В книгах можно найти немало полезных знаний. Вы получаете опыт людей, которые уже разобрались – научились решать проблемы, налаживать отношения, сформулировали свои знания в доступной для всех заинтересованных

Избавление от психологических проблем и саморазвитие. Психологические техники.
Психологические техники – упражнения, которые нацелены на решение той или иной проблемы или для самосовершенствования и саморазвития.   Техника "Линия аксиом" Эта техника подойдет тем людям,

Саморазвитие - скачать бесплатно fb2, txt, читать онлайн
В течение всего пути развития человеческого общества, являясь инструментом для достижения многих целей, важнейшую роль выполняли деньги. Страны с разными культурными и религиозными ценностями, нравами

Рейтинг книг по психологии. Лучшие книги по психологии и саморазвитию
Как говорил Фредерик Перлз, известный психотерапевт и психиатр, желание измениться основывается на неудовлетворенности. Каждая попытка измениться или изменить свое окружение является следствием неудовлетворенности.

5 способов как стать лучше. Саморазвитие человека — Блог Personalitica
Хотите быть ”лучшей версией себя” и двигаться только вперед? Посещать выставки, лекции для саморазвития? Обучиться чему-то новому, развить память и внимание? Освоить графический дизайн или игру на

С чего начать саморазвитие? Одно полезное упражнение
Вы получите ответ на вопрос с чего начать саморазвитие , прочитав данную статью. Здесь я поделюсь с вами методикой, занятия которой будут занимать у вас всего лишь 40 минут в день. Эти занятия будут вашим

Топ-10 лучших книг по саморазвитию – Букля
Одна из ключевых потребностей современного человека – развитие. Мы постоянно стремимся стать лучше и образованнее, превзойти своих коллег и знакомых и уверенно движемся к вершине Олимпа. И если посещение

С чего начать саморазвитие? Список лучших книг по саморазвитию
Необходимость духовного и физического развития сомнений не вызывает. Воспитанием маленьких детей обеспокоены их родители. Человек постарше себя как личность выстраивает сам. Но как правильно организовать

С чего начать саморазвитие? Одно полезное упражнение — Пси-Фактор
Вы получите ответ на вопрос  с чего начать саморазвитие , прочитав данную статью. Здесь я поделюсь с вами методикой, занятия которой будут занимать у вас всего лишь 40 минут в день. Эти занятия будут

Дополнительное образование как источник саморазвития, самоопределения и самореализации личности
Дополнительное образование детей в Оренбуржье стало приоритетным направлением образовательной политики области, неотъемлемой частью учебно-воспитательного процесса всех типов образовательных учреждений,