Материал: Пояснительная записка к диплому

1.1.4 Стандарт 434/868 МГц

Помимо диапазонов 2,4 и 5 ГГц, в качестве беспроводной среды передачи может использоваться субгигагерцовый диапазон. В отличие от своих старших братьев он обладает такими достоинствами как большая дальность действия, энергоэффективность и меньшая стоимость при разработки различных систем, связанных с безопасностью, домашней автоматизации и устройств промышленной телеметрии.

Увеличенная дальность связи по сравнению с диапазоном 2,4 ГГц субгигагерцовыми системами достигается следующим образом. В диапазоне 434/868 используется более узкая полоса пропускания приемника, благодаря чему чувствительность достигает значений -125 дБм, по сравнению с -102 дБм для 2,4 ГГц. Кроме того, радиоволны субгигагерцового диапазона, когда проходят сквозь препятствия, ослабляются гораздо меньше. Особенно это заметно в железобетонных зданиях. Даже в открытом пространстве ослабление низкочастотного сигнала меньше, поскольку дальность распространения радиоволн прямо пропорциональна длине волны [7, с. 20]. Общие технические характеристики и условия использования устройств беспроводной передачи данных в диапазонах 433/868 МГц приведены в табл.1.1.4.

Таблица 1.1.4 – Условия использования устройств беспроводной передачи данных в диапазонах 433/868 МГц

Обобщим и выделим основные отличительные особенности стандарта

434/868 [4, с. 21].:

1.Скорость передачи гораздо ниже по сравнению с устройствами диапазона 2,4 ГГц;

2.Радиоволны субгигагерцового диапазона 434/868 менее интенсивно затухают при распространении в различных средах и лучше огибают физические препятствия;

3.Огромное разнообразие компонентов. Для любой системы всегда можно подобрать компоненты, которые будут оптимальным образом соответствующие требованиям проекта по цене, степени интеграции, способу монтажа и т. д.;

4.Отсутствие стандартизации. Для любой системы можно выбрать или создать свой способ связи и взаимодействия между устройствами.

1.2 Общие технические требования к проектируемой системе

Проектируемая беспроводная система должна отслеживать и контролировать работу автоматического инкубатора.

Автоматические инкубаторы – это устройства для искусственного выведения птицы из яиц без использования живой наседки. Системы автоматического управления создаются для того, чтобы автоматически, без непосредственного участия человека поддерживать необходимый режим работы различных обслуживаемых этими автоматами объектов. Системы автоматического управления самостоятельно, без вмешательства извне либо поддерживают постоянной, либо изменяют по заранее заданному закону одну или несколько физических величин, характеризующих процессы, происходящие в обслуживаемых объектах, или же сами определяют в зависимости от ряда условий нужный или оптимальный закон управления объектом.

Автоматический инкубатор должен:

1.Выполнять терморегулирующую функцию, т.е. поддерживать нужную температуру внутри инкубатора;

2.Поддерживать нужное значение влажности;

3.Автоматически поворачивать лоток с яйцами по сигналу с таймер. Теперь рассмотрим беспроводную систему контроля и управления.

Проектируемая система должна обеспечивать:

1.Отслеживание в реальном времени значения температуры и влажности внутри инкубатора;

2.Отслеживание дня инкубации и тип закладываемого яйца;

3.Возможность внесения корректив в условия инкубации;

4.Возможность уведомления в случае окончания инкубации, либо нарушения условий инкубации.

1.3 Выбор стандарта для проектируемой системы

На основание всей информации, представленной выше, можно сделать заключение, что на практике разделение между стандартами беспроводной связи носит условный характер. Стандарты перекрываются друг другом и могут конкурировать в одних и тех же проектах. Каждый из рассмотренных стандартов имеет свои преимущества. Однако они не столь серьезны, поэтому часто выбор той или иной технологии беспроводной связи зависит от субъективных предпочтений разработчика или определяется какими-либо внешними специфическими условиями [6, с. 50]:

1.Наличие развитой инфраструктуры. В крупных городах в данный момент существует и активно развивается сеть точек доступа Wi-Fi. Понятно, что в данной ситуации разработчику наиболее целесообразно использовать в своей разработке модули стандарта

Wi-Fi;

2.Наличие высокого уровня стандартизации и широкая поддержка стандарта множеством устройств различных производителей. В этом случае абсолютными лидерами будут являться стандарты Bluetooth

и Wi-Fi;

3.Возможность покрытия беспроводной сетью обширных территорий при сохранении низкого энергопотребления. С этой точки зрения наиболее перспективными являются стандарты ZigBee и 434/868.

В разрабатываемой беспроводной системы управления и контроля сельскохозяйственной техники будет использоваться стандарт Wi-Fi 802.11n с центральной частотой 2,448 ГГц. Выбор аргументируется тем, что беспроводная связь Wi-Fi широко используется и применяется для создания беспроводных сетей промышленного использования (IWLAN). К примеру, промышленная беспроводная связь может использоваться в качестве беспроводного доступа к приборам полевого управления, интерактивного выполнения сервисных операций, обмена данными с аппаратурой, расположенной на подвижных станциях. Такие системы обладают высокой помехоустойчивостью и сами при этом не создают существенных помех для узкополосных радиосигналов. Выбор верхней частоты 2,448 Гц соответствует 6 каналу, который считается оптимальным, поскольку данный канал относится к «неперекрывающимся».

ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Требование к оборудованию

Согласно техническому заданию, необходимо подобрать комплектующие для проектируемой беспроводной системы и автоматического инкубатора.

Для поставленных ранее задач приняты следующие решения:

1.Подобрать микроконтроллер, который будет управлять автоматизированной системой;

2.Подобрать элемент нагревания и элемент контроля влажностью;

3.Подобрать элемент, осуществляющий поворот лотка в заданный интервал;

4.Подобрать приемопередатчик;

5.Подобрать маршрутизатор;

6.Разработать алгоритм управления проектируемой системой;

7.Разработать структурную и принципиальную схемы проектируемой системы;

8.Разработать макет проектируемой системы;

9.Отладить программное обеспечение и разработать беспроводной веб-интерфейс.

В качестве компонентов проектируемой системы будут использоваться:

1.Микроконтроллер с достаточной производительностью, малым энергопотреблением и гибкой системой команд;

2.Нагреватель, способный удерживать нужное значение температуры;

3.Диммер для изменения электрической мощности нагревателя;

4.Увлажнитель, способный поддерживать нужное значение влажности;

5.Датчики температуры и влажности с высокой частотой опроса и малой погрешностью;

6.Механизм, способный наклонять лоток с яйцами на 45°;

7.Часы реального времени для учета хронометрических данных;

8.Приемопередатчик, способный принимать и передавать сигнал по стандарту Wi-Fi 802.11n;

9.Маршрутизатор для приема и передачи в обе стороны;