UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIAFACOLTA’ DI INGEGNERIA ELETTRONICA
Elaborato di Laurea di Oscar BelottiRelatore: Professoressa Carla VacchiCorrelatore: Ingegnere Daniele
Scarpa
Progetto, programmazione e realizzazioneProgetto, programmazione e realizzazionedi un sistema per il controllo adi un sistema per il controllo aradiofrequenza di una caldaiaradiofrequenza di una caldaia
Tale sistema permette di azionare a distanza una caldaia
usando un tradizionale termostato, al quale è stato abbinato un sistema radio codificato.
SCOPO DEL PROGETTO
SCHEMA GENERALE DEL SISTEMA
UNITÀ TRASMITTENTE UNITÀ RICEVENTE
Il sistema è caratterizzato da una trasmissione via radio di tipo simplex, alla frequenza di 433,92 MHz;
Sfrutta modulazione digitale 2FSK.
UNITÀ TRASMITTENTE
Composta da:
un termostato;
un microcontollore PIC 12F675;
un modulo trasmettitore.
TERMOSTATO
Intervallo di misura da 0 a 30 °C;
Realizzato con termistore NTC ked 102;
Transcaratteristica termistore
Termistore
TERMOSTATO
caldaia ON
livello basso se Tambientale < Timpostata
caldaia OFF
livello alto se Tambientale > Timpostata
Presenta un’uscita digitale TTL compatibile:
È interfacciato direttamente con il pin GP0 del microcontrollore.
MICROCONTROLLORE PIC 12F675
PIN OUT
• Il microcontrollore, si basa sulla tecnologia CMOS a 8 bit con CPU interna di tipo RISC.
• dispone di 6 porte di input/output bidirezionali configurabili singolarmente;
• memoria programma Flash di 1024 byte;
• un convertitore A/D a 10 bit.
TRASMISSIONE DEI DATI
Trasmissione continua dei comandi di accensione e spegnimento.
Prima modalità:
Seconda modalità:Trasmissione dei comandi solo in corrispondenza di un cambiamento dello stato di uscita del termostato.
Svantaggi Occupazione continua del canale radio;Il ricevitore può disattivare caldaia se non riceve nulla;
Svantaggio Se si perde un comando non si aggiorna lo stato della caldaia.
Consumo batteria.
SOLUZIONE ADOTTATA
Soluzione adottata
Trasmissione periodica dei comandi.
Vantaggi Se il ricevitore perde una trasmissione recupera con quella successiva;
Si riducono i consumi della batteria.
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE
Il formato della stringa di dati è:
Header - Comando di accensione/spegnimento
Header Byte ( 10101010 );
Comando acc./speg.
Word di sei bit che differisce per l’ultimo bit nei due casi
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE
Stringa inviata con il comando
di accensione
Stringa inviata con il comando
di spegnimento
Differiscono per l’ultimo bit
I 5 bit possono indicare l’indirizzo del ricevitore.
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE
Il protocollo sviluppato risulta quindi:
probabilità di confondere la stringa di bit con il rumore molto bassa.
subordina l’accensione o spegnimento alla corretta ricezione della stringa di dati;
Semplice per essere implementato nel linguaggio assembler;
Complicato per rendere robusto il sistema di fronte al rumore.In definitiva:
TRASMETTITORE PLL TX-4MAVPF10• modulazione di frequenza (2FSK) alla
frequenza di 433,92 MHz;
• modulazione ON-OFF di una portante;
• tensione di lavoro: 2,7 ÷ 5 V;
• ha un consumo nullo in assenza di
segnale;
• richiede montaggio antenna esterna.
SCHEMA A BLOCCHI
SOFTWARE TRASMETTITORE
Il software caricato nel micro si occupa di:
• Leggere lo stato di uscita del termostato;
• Inviare al trasmettitore la stringa di dati opportuna.
Trasmetto stringa di dati con il comando di accensione.
Trasmetto stringa di dati con il comando di spegnimento.
Uscita bassa
Uscita alta
UNITÀ RICEVENTE
Composta da:
un modulo ricevente;
un microcontollore PIC 12F675;
un relé.
UNITÀ RICEVENTE
RICEVITORE RX-4M50FM60SF
• ricevitore supereterodina di dati digitali modulati in FSK ( 433,92 MHz );
• elevata sensibilità e selettività ( dovuta al filtro SAW );
• richiede montaggio antenna esterna.SCHEMA A
BLOCCHI
SOFTWARE RICEVITORE
Il software caricato nel micro si occupa di:
• Leggere i dati digitali ricevuti dal ricevitore;
• Verificare la sintassi della stringa di dati ricevuta;
Il valore logico del bit viene stabilito con certezza ricorrendo alla tecnica del sovracampionamento.
• Aggiornare lo stato del relé a seconda del comando ricevuto.
SOVRACAMPIONAMENTO
Primo problema da risolvere:
Possibile presenza di rumore sovrapposto.
Critico per il primo bit
Obbiettivo Introdurre una soglia di tolleranza
SOVRACAMPIONAMENTO
Secondo problema cruciale:
Scelta della durata temporale del campionamento, in quanto TX e RX non sono perfettamente sincronizzati.
SOVRACAMPIONAMENTO
Per ogni bit si prelevano 100 campioni.Il bit è stabile e ricevuto correttamente se:
almeno il 70% dei campioni assume valore logico 1 o 0.
È tollerata quindi una soglia di errore del 30%.
RELÈ a rilascio
Il suo stato è comandato dal valore assunto dal pin GP2 del microcontrollore.
Lavora con tensioni di 220 V e correnti massime di 1,5A.
Presenta i seguenti contatti:
• contatto di chiusura NA (normally open);
• contatto di apertura NC (normally closed);
• contatto di scambio.CONTATTI DI USCITA
CONTATTI DI USCITA
SCHEMA COLLEGAMENTO CALDAIA
Ricezione comando di accensione della caldaia
GP2 valore alto
Ricezione comando di spegnimento della caldaia
GP2 valore basso
La bobina si eccita e si chiude il contatto NA.
La bobina si diseccita e il contatto NA si apre.
CONCLUSIONI
Attualità del progetto nello sviluppo di applicazioni embedded basate su trasmissioni radio.
Possibilità di ampliare il progetto per creare una rete domestica, in cui i dispositivi possano colloquiare tra loro.
Approfondimento di conoscenze riguardo programmazione microcontrollori e gestione di moduli a radiofrequenza.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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