Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder
description
Transcript of Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder
![Page 1: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/1.jpg)
Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå
Trådlös överföring mellan enkla noder
Magnus [email protected]
Johan [email protected]
Institutionen för DatateknikVästerås 2002-05-06
![Page 2: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/2.jpg)
Syfte
Syftet med examensarbetet är att skapa ett enkelt demonstrationssystem som klarar att skicka trådlös
data mellan enkla noder.
![Page 3: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/3.jpg)
Bakgrund
På datainstitutionen vid Mälardalens Högskola i Västerås finns behovet att kunna sända trådlös
data för olika ändamål.
![Page 4: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/4.jpg)
Tillvägagångssätt
• Förstudie
• Hårdvarukonstruktion
• Mjukvarukonstruktion
• Tester
![Page 5: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/5.jpg)
Resultat av förstudien
• Enkel- eller dubbelriktad överföring
• Frekvensband
• Standarder + undantagsföreskrifter
• Transceivermoduler
• Kommunikationsmetoder
![Page 6: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/6.jpg)
Enkelvägs-datakommunikation.
Dubbelvägs-datakommunikation.
Signalbehandling, ex: FPGA, ASIC,DSP
Signalbehandling, ex:
FPGA, ASIC,DSP
Sändare/mottagare
DutDut
DinDin
Sändare
DutDin
Sändare/mottagare
Signalbehandling, ex: FPGA, ASIC,DSP
DutDut
DinDin
Mottagare
Signalbehandling, ex: FPGA, ASIC,DSP
Din
Mobila enheter
Basstationer
Dut
RF-Signaler
AntennerAntenner
Figuren visar en blockkonstruktion över ett trådlöst kommunikationssystem.
Enkel- och dubbelriktad överföring
![Page 7: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/7.jpg)
Frekvensband
• ISM- bandet 433,05-434,79 MHz
![Page 8: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/8.jpg)
Standarder + undantagsföreskrifter
• EN 300 220-1
• PTSFS 2000:9
![Page 9: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/9.jpg)
Transceivermoduler
![Page 10: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/10.jpg)
Kommunikationsmetoder
• Non-Return-To-Zero
• Edge detection
• Manchester Coding
• Oversampling
• UART
![Page 11: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/11.jpg)
clk
Data ”10000001” ’1’ ’0’’0’ ’0’ ’0’ ’0’’0’ ’1’
Metoden används vid både sändning och mottagning.
Fördelar: EnkelNackdelar: Osäker i snabba system, känslig mot brus
Non-Return-To-Zero
![Page 12: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/12.jpg)
Edge detection
clk
Data ”101000”
Här samplas bitarna in
Metoden används vid mottagning.
Fördelar: Bra synkroniseringsmöjlighetNackdelar: Känslig mot brus
Här räknar interruptrutinen ut samplingstiden för varje bit.
![Page 13: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/13.jpg)
Bitlängd
Manchester Coding
Metoden används vid sändning och mottagning.
Fördelar: Säker
Nackdelar: Tidskrävande signalbehandling
Manchester kodning av det binära datat 110100.
Logiskt ’0’: Övergång från låg till hög i mitten av biten Logiskt ’1’: Övergång från hög till låg i mitten av biten
![Page 14: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/14.jpg)
F_16baud
F_16baud_1
F_baud
1:a 2:a 3:e 16:e
Antal Sampel
Under denna period kontrolleras 1 bit.
Oversampling
Metoden används vid mottagning.
Fördelar: Säker
Nackdelar: Tidskrävande signalbehandling, känslig mot frekvensavvikelser i kristallen.
![Page 15: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/15.jpg)
UART (Universal Asynchrounous Receiver Transmitter)
Enhet(er) som ansvarar för att utföra de huvudsakliga momenten vid sändning och mottagning av seriell data.
![Page 16: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/16.jpg)
Hårdvarukonstruktion
• Kretsschema
• Layoutritning
• Kretskortstillverkning
• Tester
![Page 17: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/17.jpg)
Kretsschema
• Antenn: En integrerad antenn i kretskortet med 400 Ω impedans.• Spänningsregulator: För att hålla en stabillikspänningsnivå användes en spänningsregulator.• PLL – Filter: Producerar en likspänningsnivå hos VCO:n.• VCO-Induktor: En induktans som sätter frekvensen för den interna VCO:n. • Kristalloscillator: Krävs för att kretsen skall komma i svängning.
![Page 18: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/18.jpg)
Layout
Layout gjord i programmet Designer.
![Page 19: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/19.jpg)
Kretskortstillverkning
Konstruktionen sett från ovansidan.
![Page 20: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/20.jpg)
Signalgenerator Sändare Mottagare Oscilloskop
Testning
Blockschema över signalöverföring vid test.
![Page 21: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/21.jpg)
Mjukvarukonstruktion
Block som behövs för konstruktionen:
• Transmitter: Sänder data.
• Receiver: Tar emot data.
• Clocks: Genererar signaler som bestämmer arbetstakten i resp block.
![Page 22: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/22.jpg)
’1’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’’1’’1’’1’’1’’1’ ’0’ ’1’ ’0’ ’1’ ’0’ ’1’ ’0’
Preamble
’0’ ’1’
startbit åtta databitar paritytbit stopbit
’1’ ’1’ ’1’ ’0’ ’0’ ’1’ ’0’ ’0’ ’0’
’1’ ’1’ ’1’ ’0’ ’0’ ’0’ ’1’ ’1’
Adress code word
Message code wordEnd of code word (optional) Checksum
4 5 6
1 32
Packets
Vid sändning av data bör ett packet användas. Exemplet ovan är ett bra exempel på hur ett packet vid trådlös överföring kan se ut.
![Page 23: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/23.jpg)
’0’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’ ’1’’1’’1’’1’’1’ ’1’ ’0’ ’1’ ’0’ ’1’ ’0’ ’1’ ’0’
preamble
’0’ ’1’
startbit De åtta databitarna paritetsbitstoppbit
’1’ ’1’ ’1’ ’0’ ’0’ ’1’ ’0’ ’0’ ’0’
Vald packet
![Page 24: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/24.jpg)
Nollställer alla signalerS1 S2
Interna vektorn får switcharnas värde.
S3Paustillstånd
1:a biten i första delen av preamblesekvensen sänds
De resterande 11 bitarna i del 1 av
preamblesekvensen sänds.
2:a delen av preamble-sekvensen sänds.
Startbiten sänds.
De åttadatabitarna sänds. .
Paritetsbiten sändsStoppbiten sänds
S4
S5
S6S7
S8
S9S10
Endast vid reset.
Transmitter
![Page 25: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/25.jpg)
S1 S2 S3
Starttillstånd 1:a biten i första delen av preamblesekvensen kontrolleras
Första delen av startbiten kontrolleras.
Kontrollerar de åttadatabitarna.
Kontrollerar paritetsbiten
Stoppbiten kontrolleras
S4
S5
S6S7
S8
S9
S10
De resterande 11 bitarna i del 1av
preamblesekvensen kontrolleras.
De åtta bitarna i andra preamblesekvensen
kontrolleras.
Andra delen av startbiten kontrolleras.
Sista delen i startbiten kontrolleras.
Endast vid reset.
Receiver
![Page 26: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/26.jpg)
Kontroll av databit (UART med NRZ och Oversampling)
F_16baud
F_16baud_1
F_baud
1:a 2:a 3:e 16:e
Antal Sampel
Under denna period kontrolleras 1 bit.
För att avgöra om den mottagna biten är ’1’ måste minst 8 av de 16 sampels vara logiskt höga men biten läses inte ut förrän samtliga 16 sampel har kontrollerats.
För att acceptera ’0’ får maximalt 7 av 16 sampels vara logiskt höga.
![Page 27: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/27.jpg)
Så här undersöks en startbit
1 startbit delas upp i 3 halvor som består av totalt 16 sampel
Del 1 Del 2 Del 3
Del 1: För att passera den här delen av kontrollen måste första sampeln vara logiskt låg, annars börjar sökandet av ny starbit.
Del 2: Då Del 1 är godkänd fortsätter kontrollen av de sju kommande samplena. Från och med sampel två till och med sampel sju får maximalt ett sampel vara lågiskt hög för att komma vidare till Del 3.
Del 3: I denna del får endast sex av de åtta återstående samplena vara lågiskt höga.
![Page 28: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/28.jpg)
Testning
Test med labplattor
![Page 29: Examensarbete LE 1400 10p C-Nivå Trådlös överföring mellan enkla noder](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/56815205550346895dc049d0/html5/thumbnails/29.jpg)
Resultat/Lösning
• Räckvidd: ca 20 m (Längre tester ej utförts med labplattor)
• Överföringshastighet: ca 20 kbit/s
• Kommunikationsriktning: Envägs
• Funktionalitet: Åttonde databiten utebliven, både vid trådbunden och trådlös kommunikation.
• Modifieringsmöjligheter i mjukvara: Dubbelvägskommunikation, energisparfunktion, utöka packetet med ” end
of message code word” och ”adress code word”, testbänk av klass 2 eller 3.
• Modifieringsmöjligheter i hårdvara: Antennförbättring, noggrannare kristall, ingående EMC-åtgärder.
SummeringArbetet resulterade i en trådlös digital förbindelse som skickar och tar emot data på ett avstånd upp till ca 20 m. Det som konstaterades under arbetets gång var bland annat att valet av implementeringsmetod är klart viktigare vid trådlös kommunikation än vid trådbunden pga att det finns större risk för omgivande störningar att upptas i systemet och tolkas som data. En annan viktig sak som förstudien bidrog till var vikten av att välja rätt frekvensområde och att undersöka vilka restriktioner som gäller vid respektive område.