Model Lucrare Licenta 2012 10.07

36
Sistem de gestiune şi control utilizând tehnologia ZigBee Propusă de Departamentul Electronică, Telecomunicaţii şi Inginerie Energetică ca Lucrare de Licenţă la Facultatea de Inginerie Electrică Universitatea VALAHIA din Târgovişte susţinută de Udrescu Gabriel-Constantin Specializarea – Tehnologii şi Sisteme de Telecomunicaţii iulie 12-13, 2012 SUPERVIZATĂ DE dr.ing. conf. Mihaiţa ARDELEANU

Transcript of Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Page 1: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Sistem de gestiune şi controlutilizând tehnologia ZigBee

Propusă de Departamentul Electronică, Telecomunicaţii şi Inginerie Energetică ca

Lucrare de Licenţă

laFacultatea de Inginerie Electrică

Universitatea VALAHIA din Târgovişte

susţinută deUdrescu Gabriel-Constantin

Specializarea – Tehnologii şi Sisteme de Telecomunicaţii

iulie 12-13, 2012

SUPERVIZATĂ DE dr.ing. conf. Mihaiţa ARDELEANU

Reproducerea se poate face doar cu permisiune din partea autorului

Page 2: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Facultatea deInginerie Electrică

Faculty ofElectrical

Engineering

Udrescu Gabriel ConstantinAUTOR LUCRARE / AUTHOR OF THESIS

Inginer (B.Sc.)GRAD / DEGREE

Inginerie Electronică şi TelecomunicaţiiDOMENIU / DOMAINE

Sistem de gestiune şi controlutilizând tehnologia ZigBee

TITLUL LUCRĂRII / TITLE OF THESIS

Mihaiţa ARDELEANUCOORDONATOR LUCRARE / THESIS SUPERVISOR

Henri - George COANDĂCO-SUPERVIZOR LUCRARE / THESIS CO-SUPERVISOR

EXAMINATORI LUCRARE / THESIS EXAMINERS

Henri-George COANDĂ

Nicoleta ANGELESCU

Gabriel PREDUŞCĂ

Dinu COLŢUC

Florian ION

Henri - George COANDĂDECAN FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ / DEAN OF ELECTRICAL ENGINEERING FACULTY

Reproducerea se poate face doar cu permisiune din partea autorului

2

Page 3: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Sistem electronic pentru testarea echipamentelor de telecomunicaţii MPR 9500 ALCATEL utilizand tehnologia PIC

Udrescu Gabriel Constantin

Abstract (max. 300 cuvinte)Am realizat acest echipament de interconecre a acestor doua echipamente

Se prezintă un sistem ce permite gestiunea şi controlul contoarelor de lumină, apă, gaz cu ieşiri în impulsuri, pentru locaţii distribuite (apartamente sau case) utilizând tehnologia ZigBee. Controlul este realizat prin intermediul aplicaţiilor software implementate la slave-uri iar gestiunea este realizată prin transferul datelor înspre elementul de tip controller central (master) şi aplicaţia de la dispecerat. Slave-urile monitorizează impulsurile celor trei tipuri de contoare, aplicaţia având ca suport placa BIGPIC5, microcontroller-ul PIC18F8520 şi rutine software în MikroC şi expediază datele înregistrare pe parcursul unei zile prin intermediul interfeţei ZigBee, masterul memorează şi afişează înregistrările fiecărui slave respectiv le transmite spre PC-ul de la dispecerat prin interfaţa RS232 iar aplicaţia desktop a dispeceratului permite vizualizarea consumului fiecărei locaţii în timp în mod tabelar şi grafic. S-au utilizat produse hardware şi software ale firmei Microelektronika iar pentru dispecerat s-a utilizat Visual Basic.

Cuvinte cheie: ZigBee, MicroChip, PIC18F8520, VisualBasic, MikroC Pro for PIC, energie, apa, gaz

Electronic system for testing telecommunications equipment Alcatel 9500

MPR using PIC technology

Abstract

It is presented a system that allows management and control meters of light, water and gas with impulse outputs, for distributed locations (apartments or houses) using ZigBee technology. The control is achieved through implemented software applications to slave’s and the management is made through data transfer toward the element by central controller (master) and application of the dispatch. The slave’s monitors the impulses of the meters, our application is supported by BIGPIC5 board, microcontroller PIC18F8520 and software routines in MikroC and send the recorded data during one day through ZigBee interface, master record and displays records of each slave respectively sends to PC from dispatch through RS232 interface and desktop application allow view consumption of each location in time in a spreadsheet and chart way. Were used hardware products of Mikroelektronica company and for dispatch was used Visual Basic.

Keywords: ZigBee, MicroChip, PIC18F8520, VisualBasic 6.0, MikroC Pro for PIC, energy, water, gas

Thesis Supervisor: HENRI - GEORGE COANDA

3

Page 4: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Associate professor, Ph.D. Eng., Electronic, Telecommunication and Power Energy DepartmentElectrical Engineering FacultyUniversity VALAHIA of Targoviste

4

Page 5: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Anexa 1UNIVERSITATEA “VALAHIA” DIN TARGOVISTEFACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICASpecializarea: Electronică aplicată Anul universitar 2010 - 2011

TEMAproiectului de licenţă al absolventului

Paduraru Costin-Gabriel

1. Tipul proiectului:

AplicativDomeniul: Inginerie electronică şi telecomunicaţii- Implementabil in cadrul unei (unor) lucrări didacticeDomeniul: Inginerie electronică şi telecomunicaţii- FundamentalDomeniul: Inginerie electronică şi telecomunicaţii

2. Tema proiectului:

Sistem de gestiune şi control utilizând tehnologia ZigBee

3. Conţinutul proiectului:

3.0 Introducere (motivaţia proiectului, rezumat capitole);3.1 Placa de evaluare BIGPIC5;3.2 Microcontroler-ul PIC18F8520;3.3 Tehnologia ZigBee;3.4 Echipamente monitorizate;3.5 Arhitectura hardware si software a sistemului;3.6 Rezultate si concluzii

Anexe (cod sursa aplicatii – end device, calculator de proces, PC dispecerat)

4. Locul unde va fi implementat proiectul:

Laborator Aplicaţii distribuite – B2-310;

5. Bibliografie:

5.1 Drew Gislason, ZigBee Wireless Netorking, Elsevier, 2008; 5.2 Shahin Farahani, ZigBee Wireless Networks and transdceivers, Elsevier, 2008;5.3 Fred Eady, Hands-on ZigBee. Implementing 802.15.4 with Microcontrollers, Elsevier, 2007;5.4 PIC18F8520 - DataSheet;

DECAN DIRECTOR DEPARTAMENTConf.dr.ing. Henri-George COANDĂ prof.dr.ing. Dinu COLŢUC

CONDUCATOR ŞTIINŢIFICConf.dr.ing. Henri-George COANDĂ

Tema a fost data spre împlinire la data 15.10.2010NUMELE si SEMNATURA STUDENTULUI

Paduraru Costin-Gabriel

5

Page 6: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Listă figuri

Figura I.1 Schemă bloc sistem.................................................................................................7Figura 1.1 Sistemul BigPIC5 [B1,p.3]............................................................................................8Figura 1.2 Grupurile de întrerupătoare ale BigPIC5[B1,p.7]..........................................................8

Listă tabele

Tabel 1.1 Familia microcontrolerelor PIC18Fxx20....................................................................9

Simboluri şi abrevieri

ALU Arithmetic logic unit APL Application LayerAPS Application Support SublayerAPSIB APS Information BaseAPSDE Application Support Sublayer

Data Entity

6

Page 7: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Cuprins

Introducere..................................................................................................................................7Capitolul 1 – Placa de evaluare BIGPIC5......................................................................................8

Modulul de citire a memoriilor externe MMC/SD......................................................................9Modulul de comunicaţie CAN.................................................................................................10Modulul de comunicaţie RS485..............................................................................................11Convertorul digital analogic...................................................................................................11Ceasul de timp real................................................................................................................121.1 Switch-urile......................................................................................................................13

Capitolul 2 – Microcontroler-ul PIC18F8520...............................................................................132.2 Microcontrolerul PIC18F8520...........................................................................................13

Capitolul 3 – Echipamentul ALCATEL 9500 MPR.........................................................................14Soluţii inovatoare...................................................................................................................14

Nivel de agregare multiserviciu:........................................................................................14Gradul de conştientizare:...................................................................................................15Pachet de nod:...................................................................................................................15Serviciul modulaţie adaptiva:.............................................................................................15

Descriere generala.................................................................................................................16MSS Scop, Funcţie şi Descriere:.........................................................................................16ODU V2..............................................................................................................................19Cablu MSS-ODU (interfeţe şi trafic)....................................................................................20Antena...............................................................................................................................20Configuraţii radio...............................................................................................................21Configuraţiile tipice de sistem............................................................................................21

Descriere funcţională.............................................................................................................23MSS (Indoor Unit)...............................................................................................................23Distribuţia energiei............................................................................................................24Unitatea Core-E..................................................................................................................24

Capitolul 4 – Tehnologia E1.......................................................................................................25Semnale analogice si digitale.............................................................................................25

Modulaţia impulsurilor în cod.................................................................................................263.1.1...................................................................................................................................26

Capitolul 5 – Arhitectura hardware şi software a sistemului......................................................26Capitolul 6 – Rezultate şi concluzii.............................................................................................27Capitolul 6 – Rezultate şi concluzii.............................................................................................27Bibliografie................................................................................................................................28Anexa........................................................................................................................................ 29

7

Page 8: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Introducere

Citirea utilităţilor din medii sau locaţii greu accesibile reprezintă o operaţiune prin care datele sunt preluate prin intermediul unor senzori speciali şi sunt prelucrate ulterior prin intermediul sistemelor de achizţii de date. Această citire automată de date elimină eroarea umană în privinţa corectitudinii datelor şi creste viteza de culegere a informaţiilor.

În lucrarea „Hibrid Automatic Meter Reading System[A2]”, Mohd Yunus Nayan prezintă sistemul de citire al utilităţilor folosit de Tenega Nasional Berhard (TNB) din Malayezia o societate furnizoare de energie care are implementate două metode de citire a utilitătilor: o metodă conventională îndreptată spre consumatorii obişnuiţi şi o metoda bazată pe comunicaţii folosind tehnologia mobilă, pentru consumatorii industriali.

Primul capitol prezintă placa de evaluare BIGPIC5 ce utilizează microcontrolerul din familia PIC18F numit PIC18F8520. În acest capitol se descriu echipamentele adiacente precum modul de alimentare al plăcii, modul de înscriere de programe în PIC, porturile de comunicaţie (RS232), porturile de acces direct ca I/O pentru semnale digitale.

Figura I.1 Schemă bloc sistem

8

Page 9: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Capitolul 1 – Placa de evaluare BIGPIC5

Sistemul BIGPIC5 este instrumentul perfect pentru aproape toate microcipurile PIC 64 şi 80 de pini cu microcontrolere. Acesta permite studenţilor şi inginerilor să testeze şi să exploreze abilităţile microcontrolerelor PIC. Mai mult de atât, permite microcontrolerelor PIC să se interconecteze cu alte circuite externe şi o mulţime de echipamente periferice. Astfel utilizatorul se poate concentra numai pe dezvoltarea de software. Figura de mai jos ilustrează sistemul BigPIC5.

Figura 1.1 Sistemul

BigPIC5 [B1,p.3]

Sistemul de

dezvoltare BigPIC5 – Figura 13, are aceeaşi structură ca şi sistemul EasyPIC5. În plus, mai are următoarele module: un convertor digital analogic (DAC) de 12 biţi, un modul de comunicaţie RS-485, un modul de comunicaţie CAN, un slot pentru un card de memorie MMC sau SD, o sursă de tensiune de referinţă de 4,096V, un ceas de timp real şi 2 porturi de comunicaţie serială RS232 cu posibilitatea de selecţie a semnalelor TX şi RX

9

Page 10: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Figure 1 Sistemul de dezvoltare BigPIC5.

Modulul de citire a memoriilor externe MMC/SDSistemul de dezvoltare BigPIC5 conţine un modul de citire a memoriilor

externe de tip MMC sau SD. Microcontrolerul comunică cu acest modul prin intermediu busului de comunicaţie serială SPI. Schema de conexiune între microcontroler şi memoria externă este redată în Figura 14.

Pentru activarea memoriei, comutatorul 8 din grupul SW3 şi comutatoarele 1, 2, 3 din SW4 trebuie închise. Tensiunea de alimentare a plăcii BigPIC5 este 5,0V, iar tensiunea de alimentare a memoriei este de 3,3V. Din această cauză pe placă este un stabilizator de tensiune cu circuitul MC33269DT-3.3. Totodată, tensiunea pe liniile de date este redusă cu ajutorul unor divizoare rezistive realizate cu rezistoarele R32-R37.

10

Page 11: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Figure 2 Conexiunile dintre memoria externă şi microcontroler.

Modulul de comunicaţie CANPlaca BigPIC5 poate comunica cu alte sisteme şi prin intermediul modului

CAN care este folosit în industria de automobile şi nu numai. Comunicaţia este realizată cu ajutorul a două circuite integrate specializate: MCP2551 – transceiver CAN de mare viteză şi MCP2510 – controler CAN; primul fiind circuit de interfaţă între linia de comunicaţie şi controler. Comunicaţia este activată cu ajutorul comutatoarelor din grupurile SW3 şi SW4 – conform Figurii 15.

Figure 3 Figura 15. Schema de conexiuni cu modulul CAN.

11

Page 12: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Modulul de comunicaţie RS485Modulul de comunicaţie RS485 asigură interfaţa dintre sistemul BigPIC5

şi alte sisteme industriale în care este implementat acest standard. Modulul este realizat cu circuitul integrat specializat ADM485 care comunică cu microcontrolerul prin intermediul modului USART. Comunicaţia este permisă prin intermediul comutatoarelor din grupul SW2 – Figura 16.

Figure 4 Figura 16. Schema de conexiuni cu modulul RS485.

Convertorul digital analogicCele mai multe microcontrolere nu au integrat un modul de conversie

digital analogic. Placa BigPIC5 are un astfel de modul realizat cu circuitul integrat MCP4921, care este un convertor digital analogic de 12 biţi. Comunicaţia cu microcontrolerul se face prin intermediul modului de comunicaţie serială sincronă SPI. Sursa de tensiune de referinţă a convertorului poate fi atât tensiunea de 5,0V cât şi o tensiune de 4,096V realizată cu circuitul MCP1541. Selecţia sursei de referinţă se face cu comutatorul J16. Activarea comunicării se face cu comutatoarele din grupul SW3 – Figura 17.

12

Page 13: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Figure 5 Figura 17. Schema de conexiuni cu modulul DAC.

Ceasul de timp realCircuitul integrat specializat PCF8583P este folosit ca un ceas de timp

real sau calendar. Comunicaţia cu microcontrolerul se face pe busul I2C folosind două comutatoare din grupul SW4. Circuitul permite şi programarea unei alarme care poate fi transmisă la RB0 prin intermediul unui conector din grupul SW2. Alimentarea ceasului se face de la o baterie cu litiu de 3V şi 230mA conform Figurii 18.

13

Page 14: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Figure 6 Figura 18. Conexiunile cu ceasul de timp real.

1.1 Switch-urile

Figura 1.2 Grupurile de întrerupătoare ale BigPIC5[B1,p.7]

Capitolul 2 – Microcontroler-ul PIC18F8520

2.2 Microcontrolerul PIC18F8520

Familia microcontrolerelor PIC18Fxx20 are o arhitectura RISC îmbunătăţită şi o memorie concepută în tehnologia FLASH de pînă la 128 Kbiţi sau 65356 de cuvinte. Aceasta memorie program, adresabilă şi liniară face posibilă programarea unui microcontroler de mai multe ori inainte de a fi instalat intr-un montaj şi chiar dupa instalarea sa daca se intamplă unele schimbări în program sau parametrii de proces.

Tabel 1.1 Familia microcontrolerelor PIC18Fxx20[B2, p.10]

Dispozitiv Memorie

Memorie date I/O

canale 10 biţi

Modulul MSSP

USART

Timeri8biţi/

Frecveţa

14

Page 15: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

program

conversie A/D

16biţi Maximă

Mhz

RAM

biti

EEPROMBiti

SPI I2C

PIC18F6520

32Kbiţi 2048

1024 52 12 Da Da 2 2/3 40

PIC18F6620

64Kbiţi 3840

1024 52 12 Da Da 2 2/3 25

PIC18F6720

128Kbiţi

3840

1024 52 12 Da Da 2 2/3 25

PIC18F8520

32Kbiţi

2048

1024 68

16 Da Da 2 2/3 40

PIC18F8620

64Kbiţi 3840

1024 68 16 Da Da 2 2/3 25

PIC18F8720

128Kbiţi

3840

1024 68

16 Da Da 2 2/3 25

Capitolul 3 – Echipamentul ALCATEL 9500 MPR

9500 Microwave Pachet Radio (MPR) este o transmisie prin microunde radio digitale care accepta atât PDH, cât şi pachete de date (Ethernet)pentru migrarea de la TDM la IP.

9500 MPR oferă o platforma modulară IP pentru mai multe aplicaţii de reţea(inclusiv 2G/3G/HSDPA/WiMAX backhouling la zona Metro Ethernet)pentru a se adapta servicii de banda larga.Familia radio 9500MPR acceptă aplicaţii de nivel slab, mediu si de înalta capacitate utiliyand frecvenţe, planuri de canale, interfaţa de tributari şi rate de date:

-Rata de dateTDM/PDH:E1-Viteze de Ehernet:10, 100, 1000 Mb/s-Gama de frecvenţe radio:6-38 Ghz

Soluţii inovatoareSoluţiile inovative ale familiei 9500 MPR:

Nivel de agregare multiserviciu: Capacitatiile de a utilize Ethernet ca un strat de transport comun pentru

orice fel de trafic, independent de tipul de interfaţa. Ethernet devine layer-ul de convergenţa.

15

Page 16: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Gradul de conştientizare:Manipularea traficului şi managementul calitaţi, ordonarea traficului in

functie de tipul serviciului atribuit, independent de tipul de interfaţa.

Pachet de nod:Fara limita de agregare de serviciu cu tot traficul agregat in pachete, în termen de: capacitate, tip de cerinţe ale serviciului şi tipul de interfaţa.

Serviciul modulaţie adaptiva:In functie de vreme echipamentul ape capacitatea de a schimba schema de

modulatie şi alocarea capacitaţii de transport.

16

Page 17: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Descriere generala

9500 MPR este format la baza din două componente Microwave Service Switch(MSS) şi Outdor Unit(ODU).

MSS si ODU sunt conectate intre ele fie prin:

Cablu coaxial de radio comunicaţii de 50 ohm; Cablu cu perechi torsadate (Ethernet) cat 6e; Fibra optica;

MSS Scop, Funcţie şi Descriere:

MSS-ul este disponibil in doua variate:- MSS-8;- MSS-4;

MSS-ul are funcţiile de cross-conection, agregare de porturi, switching şi managementul echipamentului.

17

Page 18: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

MSS-ul este un rack in care se introduce diverse carduri de radio periferice sau Core-E controller.

Slot#1:Main Core-E module

Slot#2: Spare Core-E module

Slot#9:FANS module

Slot#3:Transport module

Slot#4: Transport module

Slot#5: Transport module

Slot#6: Transport module

Slot#7: Transport module

Slot#8: Transport module

Slot#1:Main Core-E module

Slot#2: Spare Core-E module

Slot#5:FANS module

Slot#3:Transport module

Slot#4:Transport module

Modulele Core-E oferă cinci interfeţe utilizator Ethernet :- un port pentru managementul echipamentului;- patru porturi pentru transmiterea datelor in echipament (din care unul

poate fi folosit si ca port de management al echipamentului)

18

Page 19: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Main Core-E şi Spare Core-E au roluri diferite , în caz de defectare a main Core-E ,spare Core-e îi preia funcţiile pentru a nu se opri transmisiunile.

Main Core-E include, de asemenea matricea de inter-conexiune, care pune în aplicare toate conexiunile între modulele de transport, între porturile Ethernet de utilizator, precum şi între porturile Ethernet de utilizare si transportul modulelor. Matricea este un standard de switch Ethernet, bazat pe VLAN.Urmatoarele module de transport sunt folosite:

- modulul TDM 32E1/DS1 local access: ofera interfeţe externe pana la 32 x E1 tributari, gestionează încapsularea / reconstrucţiea datelor PDH la / de la pachete standard Ethernet şi trimite / primeşte pachete standard Ethernet la / de la ambele module Core-E, care conţine comutator pentru EPS-Core E de protecţie;

- modulul ODU 300 Radio Interface:  trimite / primeşte pachete standard Ethernet la / de la ambele module Core-E, gestionează cadru de legatura radio generarea /terminarea, interfaţa la / de la modulul de radio alternativ (pentru managementul PRC), in funcţie de cablul de interfaţă la ODU, conţine logica pentru EPS-Core E de protecţie, logica SEN ;

Pentru fiecare direcţie radio un modul al MSS–ului este asociat unui ODU şi se numeşte configuraţie 1+0, pentru 2 module ale MSS-ului şi 2 ODU asociate se numeşte configuraţie 1+1. În conformitate cu modulele de transport  instalate, diferite configuratii pot fi puse în aplicare.

19

Page 20: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Figure 7 .Schema bloc MSS-8

ODU V2

ODU V2 (ODU) este un transceiver controlat de un microprocesor, care interfaţeaza MSS-ul  cu antena.Circuitele emiţătorului, în ODU constau în:

- cablul de interfaţă,- modulator,- oscilator local, - upconverter / mixer,- amplificator de putere, 

20

Page 21: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

- demultiplexor.

Circuitele receptorului, în ODU constau în: - cablul de interfaţă, - demodulator- oscilator local, - downconverter / mixer,- amplificator cu zgomot redus , - demultiplexor.

Microprocesorul gestionează frecvenţa la ODU, transmite alarme de putere şi monitorizează performanţele. ODU este alimentat de la MSS la o tensiune de -48V dc si este dependent de frecvenţa.

Figure 8

Cablu MSS-ODU (interfeţe şi trafic)Un singur cablu coaxial de 50 ohm conectează o interfaţă radio ODU300 la ODU. Lungimea maxima permisa a cablului este de 150 m, la sfarsitul cablului catre ODU se pune un cablu de impamantare care se leaga de centura de impamantare a pilonului.Cablul transporta catre ODU cei -48v dc si cinci semnale:

- Tx telemetrie;- Semnal de referinţă pentru a sincroniza oscilatorul

ODU  Modulator / Demodulator ;- 311 MHz, semnal modulat de la interfaţa Radio ODU300 (transmisie);- RX telemetrie;- 126 MHz, semnale modulate de la ODU (receptive);

AntenaAntene pentru montarea directă o ODU sunt disponibile în diametre de

la 0,3 m la 1,8 m, în funcţie de benziile de frecvenţă. Prinderile antenei sunt proiectate pentru standardul industrial pe marimea 115 mm. Un ODU poate fi, de asemenea, folosit cu antene standard, prin intermediul unui kit de montare şi de la distanţă, numit ghid de undă.

Channel Modulation Capacity Net Bandwidth E1 Equivalent Capacity(TDM2TDM

7 MHz 4 QAM 10,88 Mbit/s 9,478 Mbit/s 4 E116 QAM 21,76 Mbit/s 20,358 Mbit/s 8 E164 QAM 32,64 Mbit/s 31,238 Mbit/s 13 E1

14 MHz 4 QAM 21,76 Mbit/s 20,358 Mbit/s 8 E1

21

Page 22: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

16 QAM 43,52 Mbit/s 42,118 Mbit/s 18 E164 QAM 65,28 Mbit/s 63,878 Mbit/s 27 E1

28 MHz 4 QAM 43,52 Mbit/s 42,118 Mbit/s 18 E116 QAM 87,04 Mbit/s 85,638 Mbit/s 37 E132 QAM 111,36

Mbit/s109,958 Mbit/s 48 E1

64 QAM 130,56 Mbit/s

129,158 Mbit/s 56 E1

128 QAM 156,80 Mbit/s

155,398 Mbit/s 68 E1

256 QAM 177,60 Mbit/s

176,198 Mbit/s 77 E1

56 MHz 16 QAM 166,40 Mbit/s

164,998 Mbit/s 72 E1

128 QAM 313,60 Mbit/s

312,198 Mbit/s 136 E1

Configuraţii radio

1 +0; 1 +1 Hot-Standby (HS) (două tipuri de cuplare: 3 dB /

3 dB cuplare echilibrat sau 1,5 dB  /6.0 dB cuplare dezechilibrată ); 1 +1 Hot-standby Diversitate Space (HSSD) (nu combiner); 1+1/2x(1+0) Frequency Diversity (FD) (homo-polar); 1+1/2x(1+0) Frequency Diversity (FD) (hetero-polar).

Configuraţiile tipice de sistem

TDM Over Ethernet Packet Node – mapare de 32 E1 pe Ethernet (Figure 12.);

22

Page 23: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

TDM and Ethernet Terminal Packet Transport - 32 E1 Access, 1 directie radio (Figure 13.);

TDM and Ethernet Add/Drop N1 Packet Node - Ethernet and 32 E1 Local Access, 1 Back Link, 1Haul Link (Figure 14.);

TDM and Ethernet Terminal Packet Node-Ethernet and 32 E1 Local Access, 2 Back Links (Figure15.);

23

Page 24: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

TDM and Ethernet Add/Drop Packet Node-Ethernet and 32 E1 Local Access, 2 Haul Links and 1 back Link (Figure 16.);

TDM and Ethernet Add/Drop NN Packet Node - Ethernet and 32 E1 Local Access, 2 Haul Links and 2 back Links (Figure 17.)

24

Page 25: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Descriere funcţională

MSS (Indoor Unit)MSS este independent de frecvenţă.Două  tipuri de MSS sunt disponibile:- MSS-8;- MSS-4;

MSS-8 este format din:- 1 subrack (MSS shelf);- 1 sau 2 Core E-Module (de lucru şi de rezervă);- 6 module de transport;- fan 1 unitate;

MSS-4 este format din:- 1 subrack (MSS shelf);- 1 sau 2 Core E-Module (de lucru şi de rezervă);- până la 2 module de transport;- fan 1 unitate;

Există două tipuri de module de transport:- modul de acces local la 32xE1;- modul radio ODU 300 ;

Distribuţia energieiSistemul primeşte alimentare prin intermediul bateriei de la 2 conectori de

putere montaţi pe structura subrack şi conectată direct la backplane. Fiecare placa primeşte alimentare de la bateriei  prin backplane. Gama de tensiune de alimentare este de la -40.5 pâna la -57.6 Vdc. Fiecare placa, în care un convertor DC / DC este montat, este prevăzut cu siguranţe fuzibile şi diode pe toate liniile, în scopul de a fi pe deplin independentă de celelalte. Fiecare unitate Radio Modul ODU 300 ofera -48V catre unitatea ODU.

25

Page 26: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Unitatea Core-EBazat pe tehnologia de pachete cu 8 GbEth interfeţe seriale interne

între Core-E şi periferice (cadre jumbo 9728 bytes permise).4x10/100/1000 Eth interfeţe încorporate (RJ45).1x1000-LX de bază sau Sx (SFP interferenţă optică), disponibil cu un plug-in optic.

Funcţii macro

26

Page 27: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Capitolul 4 – Tehnologia E1

Semnale analogice si digitale

Un semnal electric este numit analogic când este proporţional cu mărimea fizica pe care o reprezinta semnalul electric (exemplu: curentul generat de microfon este un semnal analogic, care este permanent proporţional cu presiunea acustica exercitată asupra membrane microfonului).

Un semnal electric este digital daca este compus dintr-o succesiune de simboluri, fiecare symbol putând lua o valoare dintr-un număr finit de valori posibile (exemplu: un semnal telegrafic poate fi compus dintr-o succesiune de simboluri binare, care pot avea una din doua valori posibile: prezenţa sau absenţă de semnal).

Modulaţia impulsurilor în cod

Sistemele digitale de telecomunicaţii pot folosi multiplexarea cu diviziune in timp de tip MIC (modulaţia impulsurilor in cod) sau PCM (Pulse Code Modulation)

Conversia analog – digitala

Pentru a transforma un semnal analogic in semnal digital, folosind MIC, este necesar sa se efectuam esantinarea semnalului analogic, cuantizarea si codarea esantioanelor de semnal.

27

Page 28: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Capitolul 5 – Arhitectura hardware şi software a sistemului

28

TRANSMIŢATOR

Eşantionare

Cuantizare

Codare

Page 29: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Capitolul 6 – Rezultate şi concluzii

Se prezintă un sistem ce permite gestiunea şi controlul contoarelor de lumină, apă, gaz cu ieşiri în impulsuri, pentru locaţii distribuite (apartamente sau case) utilizând tehnologia ZigBee. Controlul este realizat prin intermediul aplicaţiilor software implementate la slave-uri iar gestiunea este realizată prin transferul datelor înspre elementul de tip controller central (master) şi aplicaţia de la dispecerat. Slave-urile monitorizează impulsurile celor trei tipuri de contoare, aplicaţia având ca suport placa BIGPIC5, microcontroller-ul PIC18F8520 şi rutine software în MikroC şi expediază datele înregistrare pe parcursul unei zile prin intermediul interfeţei ZigBee, masterul memorează şi afişează înregistrările fiecărui slave respectiv le transmite spre PC-ul de la dispecerat prin interfaţa RS232 iar aplicaţia desktop a dispeceratului permite vizualizarea consumului fiecărei locaţii în timp în mod tabelar şi grafic. S-au utilizat produse hardware şi software ale firmei Microelektronika iar pentru dispecerat s-a utilizat Visual Basic.

Rezultatele au fost următoarele:

un program implementat pentru slave ce permite citirea la fiecare 20s (echivalent 6h) a datelor aferente celor 3 contoare de utilităţi şi vizualizarea consumului pentru fiecare utilitate zilnic efectuandu-se 4 citiri zilnice, la orele 10,16,22 şi 4 fiind înscrişi maxim 1 zi x 4 citiri/zi x 3 utilităţi x 2 octeţi = 24 octeţi/slave (acces direct la porturi PIC18F8520); scriere în EEPROM

iniţializare comunicaţie ZigBee şi transmisie date spre master (transmisie 24 octeti la fiecare 80ms – echivalent 12h)

un program implementat pentru master ce permite interogarea fiecărui echipament ZigBee în intervalul orar 4 – 5 noaptea urmând ca transmisia datelor centralizate să se efectueze prin GPRS (variantă în lucru); în aplicaţie se recepţionează date de la o singură locaţie, acestea fiind transferate spre Dispecerat prin RS232;

un program implementat pentru dispecerat ce permite evidenţierea tabelară a măsurătorilor precum şi grafică pentru fiecare din utilităţile în discuţie;

..................................

Contribuţiile autorului sunt:

analiza stadiului în domeniu (circa 5 articole de limbă engleză din care 5 au fost citate); implementarea comenzilor AT aferente tehnologiei ZigBee (prima lucrare de acest gen

din facultate); realizarea a 3 aplicaţii, 2 în MikroC pentru slave şi master respectiv a unei aplicaţii în

Visual Basic 6.0, ce pot fi utilizate pentru lucrările de laborator la disciplina Sisteme cu microcontrolere aferentă celor 2 specializări din domeniul Electronică şi Telecomunicaţii, anul IV, sau la studiile de masterat;

Cercetările vor continua în cadrul studiilor de masterat fiind îndreptate spre:

implementarea unei comunicaţii reale utilizând GPRS; achiziţionarea unor date reale de la contoare de apă, gaz cu interfeţe pentru impulsuri; realizarea unor sisteme prototip, simulate în Proteus şi Orcad, pentru slave şi

calculatorul de proces, care să răspundă unui preţ cât mai mic; realizarea unei interfeţe în PHP conectată la o bază de date MySQL pentru accesul

abonatului prin Internet, interfaţă cară să permită vizualizarea facturii pentru fiecare abonat;

implementarea protocolului MBUS; contactarea reprezentanţilor celor 3 companii pentru implicarea într-un proiect în

competiţiile naţionale pentru implementarea sistemului; publicarea a minim 2 articole, împreună cu absolventul Nedelcu Constantin, diseminând

rezultatele notabile; brevetarea sistemului, împreună cu absolventul Nedelcu Constantin, în măsura

posibilităţilor, după ce acesta va fi validat.

29

Page 30: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Bibliografie

Cărţi, articole de specialitate, lucrări de licenţă/disertaţie

[A1] Adrian-Ioan PETRARIU, „Studiul privind dezvoltarea sistemelor de localizare indoor a produselor, pag. 37-39 ( http://www.eed.usv.ro/SistemeDistribuite );

[A2] David C. Ni.,Chou Hsin Chin, “Sensor Network for gas meter application”, Third International Conference on Senzor Technology and Applications, 2009;

[A3] Mohd Yunus Nayan, Aryo Handoko Primicanta, Mohammad Awan, „Hybrid Automatic Meter Reading System”, International Conference on Computer Technology and Development, 2009;

[A4] Tony Richards and Phil Crewe, „The Development of Remote Wireless Meter Reading System”, Plextek Ltd .United Kindom, 2008;

[A5] Miles S H Choi, „Overviews of CEM Automatic Meter Reading System for Large Commercial and Industrial Customers”, Comphania de Electricidade de Macau – C.E.M. S.A., 2007;

[A6] Nedelcu CONSTANTIN, Sistem de gestiune şi control pentru instalaţii şi utilităţi publice, Universitatea VALAHIA din Targoviste, lucrare de licenţă, 16 iulie 2010

BIGPIC5 si PIC18F8520

[B1] MikroElektronica, BIGPIC5 Manual[B2] MicroChip, PIC18F8520 Datasheet, 2004

Tehnologia ZigBee

Curs2 – Reţele digitale plesiocrone http://lexus801.tripod.com/srtc/2.html

30

Page 31: Model Lucrare Licenta 2012 10.07

Anexa

Slave.c#include "Slave_Global.h"#include "Slave_GLCD.h"#include "Slave_ZigBee.h"#include "Slave_Contoare.h"

unsigned int cnt;

void write_EEPROM(){ valoare=(lumina>>8) & 0xFF; EEPROM_Write(adr_W,valoare);adr_W++;delay_ms(20); valoare=lumina & 0xFF; EEPROM_Write(adr_W,valoare);adr_W++;delay_ms(20); valoare=(apa>>8) & 0xFF; EEPROM_Write(adr_W,valoare);adr_W++;delay_ms(20); valoare=apa & 0xFF; EEPROM_Write(adr_W,valoare);adr_W++;delay_ms(20); valoare=(gaz>>8) & 0xFF; EEPROM_Write(adr_W,valoare);adr_W++;delay_ms(20); valoare=gaz & 0xFF; EEPROM_Write(adr_W,valoare);adr_W++;delay_ms(20);}

31