Министерство науки и высшего образования РФ

ФГБОУ ВО РГРТУ

Кафедра ТОР

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Системы и сети связи с подвижными объектами»

На тему: «Радиосеть управления освещением»

Часть 1

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:
Ст.гр. 619

Чигрина Т.А.

Проверил:

Бакке А.В.

 

 

Г. Рязань, 2019 г.

Краткое описание темы

Основная задача работы состоит в создании модели радиосети, предназначенной для управления освещения. Радиосеть состоит из светодиодных светильников, оснащенных радиотерминалами. По команде пользователя осуществляется дистанционное включение/выключение светильника, установку дежурного освещения, плавную регулировку яркости любого из имеющегося в сети светильника/группы светильников, запуск подготовленного светового сценария. В обратном направлении по запросу передается температура излучающей панели, источника питания, ток потребления лампы. Сообщение от пульта управления может быть широковещательным (адресуется всем активным лампам), может относиться к конкретному терминалу или к произвольной группе.

Исходные данные к проекту

·        Максимальное количество светильников в сети: 200

·        Радиус зоны покрытия: 300м (PR=80% покрытие на границе обслуживания)

·        Тип управления яркостью светильника: выбирается самостоятельно

·        Тип местности: торговое/выставочное/производственное помещение

·        Вероятность ошибки на бит Pb : 10^-5 

·        Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

1.     Постановка задачи и формулирование технических условий функционирования сети

1.1.   Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы. Формализация телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация отношений. Задачи терминального оборудования и интерфейса пользователя/объекта управления.

Целью данной работы является разработка сети дистанционного управления освещением.  Данную сеть можно разработать на примере картинной галереи, в которой используется светодиодное освещение. В представленном помещение необходимо устанавливать свет в различных залах с разным уровнем яркости и в связи со значительной площадью картинной галереи целесообразно использовать дистанционное управление освещением. Для организации работы данной сети необходимо, чтобы у пользователя на компьютере было установлено специально приложение, а каждый светильник был оснащен терминалом. С помощью пульта дистанционного управления (ПУ) и приложения (П) пользователь может управлять параметрами освещения.

По команде с ПУ должны осуществляться:

·        Включение/выключение отдельных групп светильников (с помощью интерфейса пользователя или акустическим способом);

·        Регулировка яркости отдельных групп светильников;

·        Установка дежурного освещения;

·        Запуск подготовленных сценариев.

Также в обратном направлении от светодиодной панели по терминалам к модулю управления по запросу должны передаваться:

·        Температура излучающей панели;

·        Температура источника питания;

·        Ток потребления лампы.

На рисунке 1 представлена структурная схема радиосистемы освещения картинной галереи.

Рис. 1 Структурная схема радиосистемы освещения

Нам необходимо обеспечить различные режимы работы светильников. Например, включение освещения только в том зале, в котором в данный момент идет экскурсия; обеспечение атмосферы полумрака в зале для соответствия концепции картин; включение освещения одновременно в 3 залах одновременно и т.д.

Как уже было сказано ранее, у пользователя есть возможность акустического управления освещением, т.е. включение/выключение освещения в той части помещения, где он находится. Для этого каждый светильник оснащен микрофоном. Принимая конкретный акустический сигнал, терминал отправляет сообщение на ПУ, который формирует команды включения/выключения для всех терминалов в заданной части помещения. На рисунке 2 представлена простейшая иллюстрация предполагаемой архитектуры сети.

Рис.2 Простейшая иллюстрация предполагаемой архитектуры сети

Отношения пользователь-сеть представлены на рисунке 3 в виде схемы.

Рис. 3 Отношение пользователь-сеть

Пользователь взаимодействует с объектом управления с помощью команд управления и в свою очередь получает от объекта управления данные телеметрии. Работа и выбор команд пользователем происходит непосредственно в интерфейсе. Пользовательское приложение связано с пультом управления. ПУ в свою очередь взаимодействует со службой управления сетевого терминала, который осуществляет команды, которые подает пользователь. Приложение и пульт управления осведомлены о составе объектов управления, кроме того каждый светильник имеет свой уникальный номер/идентификатор (МП).

1.2.       1.2.   Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, выявление ключевых параметров сеанса. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п. Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.

Не трудно понять, что информационный поток в данной сети имеет двунаправленный характер: в прямом направлении передаются сообщения управления и широковещательное сообщение, а в обратном направлении сообщения о готовности к работе, выполнению команд и телеметрии. Трафик в данной системе нерегулярный. ПУ и Т управляемых объектов сети обмениваются между собой короткими информационными сообщения, которые включают в себя команды и пакеты телеметрии. Передача команд управления может выполняться раз в несколько секунд, а получение пакета телеметрии - раз в несколько минут. В данной сети существует только один сеанс, который начинается с момента запуска пользователем приложения. Условно назовем его сеансом управления, поскольку в рамках него решаются задачи управления параметрами освещения. Одновременно светильники не могут передавать информацию, так как неизбежно возникновение коллизий. Поэтому каждый светильник будет передавать свои сообщения в строго установленное для него время. Все светильники по очереди будут передавать свои пакеты через канал связи.

1.3.          1.3. Обоснованный выбор архитектуры радиосети. Разработка многозвеньевой модели сети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Проработка сценария выполнения телекоммуникационной задачи с использованием многозвеньевой модели взаимодействия элементов сети.

В данной система топология сети – звезда, потому что все объекты управления связаны с ПУ, но они не имеют связи между собой, т.к. в этом нет необходимости.

После запуска пользователем приложения, которой инициирует опрос состояния, пульт управления начнет запрашивать каждый объект системы о ее готовности к работе, после чего получает данные с датчиков телеметрии. Как уже было сказано ранее, ПУ получает пакет телеметрии раз в несколько минут, к тому же может при необходимости самостоятельно изменять параметры освещения. Данные телеметрии сохраняются в буфер. Опираясь на все выше перечисленные данные ПУ передает уведомление приложению, о том, что система готова к работе, а также передает данные о состоянии всех светильников. В это время приложение обновляет интерфейс с конечными данными о состоянии светильников, что позволяет пользователю следить за их состоянием.

С помощью интерфейса готовые к работе светильники, пульт управления и приложение формируют команды управления, которые благодаря радиотерминалу передаются на терминал нужного объекта или группы объектов. Микроконтроллер просматривает полученные команды и исполняет задания, поставленные пользователем, после чего посылает отчет о выполнении команд на пульт управления. В свою очередь ПУ передает отчет приложению, которое вновь обновляет интерфейс, чтобы показать пользователю результат о выполнении команд. На рисунке 4 представлена трехзвеньевая схема взаимодействия элементов сети.

Рис. 4. Трехзвеньевая схема взаимодействия элементов сети

1.4.       1.4.   Формулирование и пояснение стратегии поведения сетевых объектов, введенных в пункте 1.3. Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и выделенного (командного) узла.

С учетом того, что было введено в пункте 1.3 можно пояснить стратегию поведения терминала: он должен получать и исполнять такие команды от ПУ, как включение/выключение освещения и регулировка яркости светильников, а также передавать на ПУ данные телеметрии.

Для выполнения данной стратегии необходимо, чтобы терминал включал такие функциональные блоки, как:

·        Радиотерминал – принимает команды и передает телеметрию;

·        Микроконтроллер – обрабатывает и выполняет полученные команды, ведет сбор телеметрии с датчиков;

·        Источники питания: один для питания микроконтроллера и микрофона, второй для питания светильников;

·         Микрофон – принимает конкретный акустический сигнал;

·        Блок регулировки мощности – изменяет яркость освещения;

·        Выключатель – ручное управление.

На рисунке 5 представлена функциональный состав сетевого терминала.

Рис. 5 Функциональный состав сетевого терминала

Стратегия поведения ПУ заключается в том, что он формирует и передает команды управления, также он может передавать сообщения приложению и в обратном направлении их принимать. ПУ может самостоятельно осуществлять изменение параметров освещение в случае необходимости, а также принимать и хранить данные телеметрии в буфере.

Соответственно, стоит обратить внимание на функциональные блоки ПУ:

·        Радиотерминал – принимает команды и передает телеметрию;

·        Модуль управления – формирует команды управления;

·        Буфер – хранит телеметрию;

·        Диагностический модуль – анализирует данные телеметрии.

Рис. 6. Функциональный состав пульта управления

Приложение подает команды управления на модуль управления, он в свою очередь преобразует их для передачи и при помощи радиотерминала передает сетевому терминалу. Буфер хранит данные телеметрии, которые пользователь может запросить в любой момент. Данные будут выведены на интерфейс приложения. Также данные телеметрии попадают на диагностический модуль, он их анализирует и если это необходимо, то самостоятельно изменяет параметры освещения. На рисунке 6 представлен функциональный состав пульта управления.

 

Список используемых источников: 

1.      Д.Р.  Золотов - КП " Радиосеть управления освещением ". Часть 1. Исправленная.  http://omoled.ru/publications/view/1181

2.      А.В. Масленков – КП «Радиосеть управления освещением». Часть 1. Исправленная. http://omoled.ru/publications/view/1275

2. А.В. Бакке – лекции по курсу «Системы и сети связи с подвижными объектами»