SVEUILITE U SPLITU SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE ODSJEK ZA ELEKTROTEHNIKU

IVAN VUKOVI

ZAVRNI RAD

Implementacija komunikacijskih protokolau beine senzorske mree

Split, lipanj 2015.SVEUILITE U SPLITU SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJEODSJEK ZA ELEKTROTEHNIKU

PREDMET: Elektroniki sklopovi

ZAVRNI RAD

KANDIDAT: Ivan VukoviTEMA ZAVRNOG RADA: Implementacija komunikacijskih protokola u beine senzorske mree

MENTOR: mr.sc. Tonko Kovaevi, vii pred.

Split, lipanj 2015.Sadraj:Uvod41. Senzorske mree42. HARDVER52.1 Arduino PRO mini52.1.2 USART62.1.1 SPI62.2 ESP826682.3 NRF24L01 +9LITERATURA10

Uvod1. Senzorske mree

Senzorske mree su distribuirani sustavi koji predstavljaju polja senzora razliitog tipa meusobno povezanih komunikacijskom mreom. Sustav se sastoji od individualnih meusobno povezanih modula sa razliitom namjenom (modul sa senzorima, modul za preusmjeravanje i modul za slanje stanja na razliite sustave za prikazivanje podataka).

2. HARDVER

2.1 Arduino PRO mini

Arduino PRO mini je baziran na ATmega328 mikrokontroleru. Atmel 8-bit AVR RISC mikrokontroler koristi 32KB flash memorije s itaj-dok-pie mogunostima, 1 KB EEPROM-a, 2KB SRAM, 23 ulazno izlazne linije ope namjene, 32 radna registra ope namjene, 3 tajmera, unutarnje i vanjske prekide, serijski programabilni USART (Universal Synchronous/Asynchronous Reciver/Transmitter), SPI serijski port, 6-kanalni 10-bitni A/D konverter (8 kanalni u TQFP i QFN/MLF pakiranju). watchdog broja sa unutranjim oscilatorom i 5 moguih power saving modova koji se mogu softverski ukljuiti. Slika 1. Arduino PRO Mini sprijeda Slika 2. Arduino PRO Mini straga

MicrocontrollerATmega328

Operating Voltage3.3V or 5V (depending on model)

Input Voltage3.35 -12 V (3.3V model) or 5 - 12 V (5V model)

Digital I/O Pins14 (of which 6 provide PWM output)

Analog Input Pins6

DC Current per I/O Pin40 mA

Flash Memory32 kB (of which 0.5 kB used by bootloader)

SRAM2 kB

EEPROM1 kB

Clock Speed8MHz(3.3V model) or 16MHz(5V model)

Slika 3. Tehnike karakteristike2.1.2 USART

USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) je mikroip koji olakava komunikaciju na serijskom portu koristei RS-232C protokol. USART prua suelje za komunikaciju sa serijskim ureajima. USART nudi opciju sinkronog moda. Razlike izmeu asinkronog (mogue sa UART ili USART) i sinkronog (USART) moda: Sinkroni mod zahtjeva takt i podatkovnu liniju, asinkroni samo podatkovnu U sinkronom modu podatci se prenose fiksnom brzinom, dok se u asinkronom modu ne treba slati fiksnom brzinom Sinkroni podatci se alju u blokovima, a asinkroni se alju bajt po bajt Sinkroni mod omoguava viu prijenosnu brzinu

2.1.1 SPI

SPI (Serial Peripheral Interface Bus) je suelje obino koriteno za slanje podataka izmeu mikrokontrolera i njegove periferije ( shift registri, senzori, registri, SD kartice). Koristi odvojene linije za takt i podatke ime dri oba ureaja sinkronizirana. SS linijom se odabire ureaj kojom se eli komunicirati. Slika 4. SPI bus

Raunala se pouzdaju u to da je sve sinkronizirano u taktu rada glavnog kristala tj.taktu mikroprocesora gdje dolazi do problema ako se taktovi ureaja koji komuniciraju razlikuju. Kako bi se rijeio taj problem asinkrona serijska komunikacija dodaje start i stop bit kako bi se prijemnik sinkronizirao sa podatcima koji dolaze. Obje strane se moraju postaviti na istu prijenosnu brzinu, npr.9600bps unaprijed. Male razlike u prijenosnoj brzini nisu problem jer se prijemnik sinkronizira startom svakog bajta.

Slika 5. SPI komunikacija radi drukije. Takt signal je oscilirajui signal koji govori prijemniku tono kada oitati bitove na podatkovnoj liniji. Moe se oitavati na padajui ili rastui brid takta signala. Kad prijemnik oita taj brid odmah e oitati bit sa podatkovne linije. Poto se takt alje skupa sa podatcima specificiranje brzine prijenosa nije potrebno ali ureaji imaju maksimalne brzine na kojima mogu raditi.

Slika

2.2 ESP8266

ESP8266 nudi kompletno i samodostatno rjeenje za Wi Fi umreavanje. Moe se samostalno spajati na Wi Fi mreu ili sluiti kao Wi Fi modul za spajanje drugih ureaja na Wi Fi mreu. Komunikacija kada slui kao Wi Fi modul se odvija preko UART suelja. Mogunost obrade i pohrane omoguavaju da se integriraju sa senzorima kroz GPIO (General Purpose Input Output) pinove. Sa visokim stupnjem integracije zahtjeva minimalne vanjske sklopove i cijelo rjeenje je dizajnirano da zauzima to manje mjesta. ESP8266 je dizajniran za mobilne aplikacije, nosivu elektroniku i internet stvari aplikacije s ciljem postizanja to manje potronje. Koritenjem naprednih tehnika za upravljenje napajanjem ESP8266 u sleep modu troi 12 A i manje od 1mW da bi ostao spojen na pristupnu toku. U sleep modu jedino kalibrirani sat stvarnog vremena i watchdog su aktivni. Sat stvarnog vremena se moe programirati da probudi ESP8266 u eljenom intervalu.

Slika

KARAKTERISTIKE: 802.11 b/g/n protocol Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP Integrated TCP/IP protocol stack Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network Integrated PLL, regulators, and power management units +19.5dBm output power in 802.11b mode Integrated temperature sensor Supports antenna diversity Power down leakage current of < 10uA Integrated low power 32-bit CPU could be used as application processor SDIO 2.0, SPI, UART STBC, 11 MIMO, 21 MIMO A-MPDU & A-MSDU aggregation & 0.4s guard interval Wake up and transmit packets in < 2ms Standby power consumption of < 1.0mW (DTIM3)

2.3 NRF24L01 +

LITERATURA

1. https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi 2. http://www.atmel.com/devices/atmega328.aspx3. https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardProMini4. http://www.atmel.com/images/Atmel-8271-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega48A-48PA-88A-88PA-168A-168PA-328-328P_datasheet_Complete.pdf 5. http://whatis.techtarget.com/definition/USART-Universal-Synchronous-Asynchronous-Receiver-Transmitter 6. http://www.electroschematics.com/wp-content/uploads/2015/02/esp8266-datasheet.pdf7.