BC/NW 2007, №1, (10) :9.4

СОЗДАНИЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ СПЕЦИФИКАЦИИ IEEE 802.15.4

А.О. Титов, М.А Гальперин, С.С. Меркулов, К.С. Лялин,

МГИЭТ(ТУ)

Бурное развитие науки и техники в последние годы привело к тому, что в производственной среде появилось все больше параметров для контроля и сбора информации. Естественно, это приводит к усложнению систем, к увеличению количества соединительных проводов и общей потери надежности. Единственным правильным решением в такой ситуации может быть использование распределенной радиосети сбора и обработки телеметрии. На сегодняшний день самое гибкое решение задачи – использование устройств на базе протокола ZigBee. Часто такой подход оказывается не самым эффективным: этот стандарт связи не является свободно распространяемым, а также бывает несоразмерно сложен для простых систем. Под сложностью здесь понимается ячеистая топология сети, способная соединять тысячи узлов в одну интеллектуальную сеть. По замыслу Zigbee Aliance такие сети способны собирать информацию на многих десятках километров, в то время как отдельные устройства-узлы работают на расстоянии до 100 метров и при этом имеют крайне низкое потребление. Из-за этого возрастает время разработки конечного устройства и интеграции в него приложений пользователя.

На кафедре МРТУС были проведены исследования по разработке системы сбора телеметрии на базе приемопередатчиков стандарта Zigbee, которая использует только приемопередатчик, соответствующий спецификации IEEE 802.15.4, прочие элементы стека протоколов были созданы самостоятельно. Физический уровень, а также часть MAC-уровня созданы на основе микросхемы CC2420 фирмы Chipcon. Она обладает низким электропотреблением и полной совместимостью со спецификацией IEEE 802.15.4. То есть это оптимальные характеристики для радиоканала телеметрической системы:

- модуляция DSSS позволяет повысить помехоустойчивость;

- скорость передачи данных до 250 кбит/с;

- низкое потребление, а также наличие режима sleep (в этом режиме потребление 1 мкА);

- определение мощности принимаемого сигнала и адаптивная регулировка собственной мощности;

Управление СС2420 осуществлялось с помощью микроконтроллера фирмы Atmel ATmega128. Его программное обеспечение позволило конфигурировать устройство при помощи AT-команд посредством интерфейса UART, а также реализовать управление топологией радиосети, соединением точка-точка. Лучшие результаты по электропотреблению показала топология типа «звезда». Она и была применена в конечном устройстве.

Особое внимание было уделено выбору антенны для устройства. Здесь нужно было найти компромисс, широко известный в антенной технике: выбор оптимального соотношения размера антенны и её энергетических свойств. В итоге из нескольких видов миниатюрных антенн была выбрана керамическая антенна. В её основу положен принцип уменьшения длины волны в средах с относительно большими величинами показателя диэлектрической проницаемости. Естественно, ради этого пришлось пожертвовать потерями в диэлектрике.