Баранов И. – Радиосистема управления освещением

Основной целью курсового проекта является разработка радиосистемы управления освещением.

Разрабатываемая система предоставляет пользователю следующие возможности:

-          управление световым потоком любого из имеющегося в сети светильника;

-          информацию о потребляемой светильником мощности и температуре излучающей панели и источника питания;

Требования к системе:

-          максимальное количество светильников в сети: до 64;

-          радиус зоны обслуживания: 170 м;

-          количество градаций яркости: 128;

-          количество различных команд управления светом:  в соответствии со спецификацией DALI;

-          вероятность ошибки на бит Pb: 3* 10-5;

-          мощность  излучения подвижной станции: < 0.15 Вт;

-          модель предсказания потерь: в соответствии с рекомендациями МСЭ

-          минимальный диапазон используемых частот.

 

Разрабатываемую систему реализуем на примере музея. Вся территория данного объекта разделена на 7 залов. В каждом зале находится система освещения, которая состоит из светодиодных светильников, предназначенных для освещения экспонатов и внутреннего помещения, и неподвижных абонентских терминалов (НАТ). В подсобном помещении находится центральный узел управления всей радиосистемой (ЦУ). ЦУ включает в себя ПК и РС (радиосредства), которые соединены между собой проводной линией. 


Рис.1. Обобщенная структурная схема радиосистемы освещения

Через определенное время ЦУ опрашивает все светильники на предмет работоспособности. В обратном направлении на ЦУ присылается информация о температуре излучающей поверхности и температуре источника питания, которые снимаются с датчиков, расположенных на соответствующих элементах, и потребляемая светильником мощность.

Система освещения будет функционировать в часы работы музея. В ночное время будет активно дежурное освещение, включающее в себя включенные светильники около входов в залы. Однако, при необходимости у охранника должна быть возможность включить светильники в любом из залов музея, чтобы произвести обход всей территории. Так же охранник должен контролировать температуру излучающей панели светильников, которые включены постоянно, чтобы она не превышала допустимое значение, во избежании пожара.

Управление светом будет осуществляться с помощью центрального узла (ЦУ). На каждом светильнике и источнике питания находятся датчики, измеряющие температуру излучающей поверхности и температуру источника питания, а так же приборы, измеряющие мощность, потребляемую светильником. Эти приборы и датчики связаны с РС, которые будут отправлять информацию на ЦУ. В результате получаем два типа устройств:

-          оконечные устройства (РС, установленные в каждом зале);

-          ЦУ (станция, с которой осуществляется управление светом, и на которую РС отправляют информацию о температуре и мощности).

Разрабатываемая радиосистема управления освещением будет иметь структуру типа «ЗВЕЗДА».


Рис.2. Топология «звезда»

Согласно этой топологии обмен информацией ведется через центральный узел (ЦУ). Неподвижные абонентские терминалы, расположенные в каждом зале, не обмениваются информацией между собой. Их задача предоставлять информационные сведения на ЦУ и получать от него команды.

Каждый НАТ должен иметь свой уникальный номер (ID), с помощью которого ЦУ имел бы возможность различать залы и обращаться к конкретному устройству. В составе ЦУ имеется персональный компьютер (ПК), в памяти которого хранится информация о том, какому именно НАТ соответствует конкретный ID. Каждой команде, которую должен выполнять светильник, также ставиться в соответствие уникальный код (УК). Информация о соответствии команд и их уникальных номеров будет храниться в памяти ПК, а также в модуле управления светом на каждом НАТ. Это позволит нам передавать НАТ не сами команды, которые они должны выполнить, а лишь соответствующие командам номера, что в свою очередь уменьшит время передачи, позволит сэкономить трафик и немного снизить потребляемую энергию.

Система будет функционировать следующим образом:

1) При включении питания НАТ регистрируются в сети, отправляя свои ID на ЦУ. Далее производятся измерения температуры и мощности, которые также отправляются на ЦУ. После этого НАТ переводятся в режим ожидания команд от ЦУ.

2) При отправлении команды, радиосредство, расположенное в каждом НАТ сверяет ID, передающийся вместе с УК, и если номер совпадает с номером данного НАТ, он принимает УК от ЦУ.

3) Устройство обработки информации находит в модуле управления светом команду, которой соответствует принятый УК, и выполняет ее. Команда может касаться изменения градации света, или же может соответствовать  требованию - предоставить информацию о температуре и мощности.

- в первом случае устройство обработки информации подает команду на устройство изменения мощности светильника, меняя тем самым его яркость.

- во втором случае устройство обработки информации собирает информацию с датчиков и отправляет ее на ЦУ.

4) Система также должна автоматически через определенные интервалы времени собирать данные о температуре и потребляемой мощности и передавать эти данные на ЦУ. При одновременной передаче информации с НАТ будет возникать коллизия. Решить эту проблему можно было частотным разделением каналов, т.е. радиосредство каждого НАТ работает на своей заданной частоте, тем самым не мешая другим НАТ. Но в задании сказано, что диапазон  частот должен быть минимален. Из этого следует, что частотное разделение не подходит. Тогда используем временное разделение каналов  передачи данных. Т.е. интервалы времени, в которые каждый НАТ будет отправлять данные на ЦУ должны быть сдвинуты относительно друг друга на строго фиксированную величину времени.


Рис.3. Принцип принятия сообщений от НАТ

На рис.3. изображен принцип принятия сообщений от НАТ. Период передачи пакета данных от одного и того же НАТ обозначен параметром «Т». Между пакетами данных, передающихся от двух соседних НАТ, существует защитный временной интервал, предохраняющий пакеты от коллизии. Период передачи информации «Т» может задавать пользователь с помощью ПК через ЦУ.

На рис.4. представлена функциональная схема системы освещения. В верхней части рисунка, выше канала связи, изображена совокупность устройств, входящих в состав каждого НАТ. Ниже канала связи изображены устройства, входящие в состав ЦУ.


Рис.4. Функциональная схема радиосистемы управления освещением

 

Список литературы:

1)«Лекции по курсу ССПО», Рязань, РГРТУ 2012. Бакке А. В.

2)«Лекции по курсу ОТССПО», Рязань, РГРТУ 2012 Зайцев А. А.