Основная задача курсовой работы состоит в создании модели радиосети, предназначенной для управления освещением.

   В системе будет осуществляться:

1.     Включение/Выключение светильника.

2.     Плавная регулировка яркости любого из имеющихся в сети светильника/группы светильников.

3.     Дежурное освещение.

4.     Управление цветом светодиодных светильников.

    Основные требования у системе:

1.     Минимально возможная мощность излучения терминала.

2.     Минимальный диапазон занимаемых частот.

     Исходные данные:

1.     Вероятность битовой ошибки: 10-44

2.     Вид модуляции:  BFSK

3.     Вид CRC – CRC12

   В качестве модели возьмем выставочное помещение.  Оно разделено на секции и содержит в себе 200 светильников, работающих автономно, без системы радиоуправления. В курсовой работе будет разрабатываться со всеми дополнительная опция к этой системе: сеть дистанционного мониторинга светодиодными светильниками. В качестве точки доступа  будет выступать Центр Управления - ПК. Терминалами будут светодиодные светильники.

 
 

    С помощью ПО пользователь может выбирать работать ему с одним светильником, группой светильников или же со всеми одновременно. Также он может регулировать яркость и цвет светодиодов. Для этого он может выбрать любую команду. Так как светодиод может излучать свет только одного цвета,  в светильнике будут использоваться зеленый, красный и синий светодиоды. Для получения различных оттенков, необходимо управление интенсивностью излучения всех светодиодов. Для этого будет реализовываться модель RGB- аддитивного смешения цвета. С помощью пропорционального смешивания красного, зеленого и синего цветов будет образовываться белый свет.

             Список команд для выбора режима работы :                                       

Номер команды

Команды

1

Включить свет

2

Выключить свет

3

Уменьшить яркость

4

Увеличить яркость

5

Установить дежурное освещение

6

Выключить дежурное освещение

7

Увеличить интенсивность красного светодиода

8

Увеличить интенсивность зеленого светодиода

9

Увеличить интенсивность синего светодиода

10

Уменьшить интенсивность красного светодиода

11

Уменьшить интенсивность зеленого светодиода

12

Уменьшить интенсивность синего светодиода

13

Установить белый свет

14

Пакет телеметрии

   

 

    Каждому светодиодному светильнику присваивается ID адрес. Сообщение, передаваемое с ЦУ будет иметь следующий вид:

бит

Начальная комбинация

Адрес назначения

Поле данных

CRC

FEC

Первый бит указывает на вид адресации:

1.     0-индивидуальная адресация

2.     1-групповая адресация

3.     Если этот бит отсутствует, адресация широковещательная.

Начальная комбинация: содержит последовательность нулей и единиц синхронизации(подробнее в Ч2).

Адрес назначения: здесь указывается адрес светильника(при индивидуальной адресации), группы светильников (при групповой адресации). При широковещательной адресации это поле забито единицами. Каждый терминал, увидев в нем эту последовательность, приступает к выполнению команды.

Поле данных: содержит информационное/служебное сообщение.

СRC: необходим для проверки целостности данных.

FEC: помехоустойчивое кодирование.

Светильник изучает поле адреса и еcли его ID cовпадает принимает сообщение, если нет – игнорирует. Если поле адреса пустует, светильник так же принимает сообщение.

 

                                    Схема Светодиодного Светильника:

 

РМ – радиомодуль, осуществляет беспроводную связь между светильником и ЦУ.

ИП1 – источник питания радиомодуля. Необходим для обеспечения питания в случае, если светильник перегорит или по какой-либо другой причине перестанет работать, для того, чтобы радиомодуль смог уведомить пользователя об аварии.

ИИП – интегрированный источник питания.  Внедряется непосредственно в схему светильника для создания единого силового каскада, позволяет избежать значительных потерь электроэнергии. Необходим для обеспечения питанием светильника.

Драйвер. Защищает светодиоды от колебаний напряжения, а также от перенапряжения и скачков напряжения.

Отвод тепла. Светодиоды крайне чувствительны к температуре. Сильный нагрев снижает световой поток светодиода и может привести к выводу его из строя. В качестве средства отвода тепла будем использовать радиаторы и вентиляционные отверстия.

Светодиоды. Будут использоваться зеленого, красного и синего цветов. При изменении мощности ИИП, согласно цветовой модели RGB будем получать необходимый цвет на выходе.  

Датчик. Фиксирует температуру светодиодов и мощность, подаваемую на диоды.         

СиР – смешивание и рассеивание света. Включает в себя  линзы, устройства для направления, смешивания и рассеивания света.          

Контроллер. Отвечает за обработку информации, реализует сценарий взаимодействия Т и ЦУ. Также содержит информационную подсистему для хранения ID светильника, списка номеров команд от ЦУ, данных с датчика телеметрии, данных модели RGB.

 

Активное и пассивное состояния терминала.

Режимы работы терминалов в активном состоянии:

1.     Режим приема. Терминал принимает команды от ЦУ.

2.     Режим передачи. Терминал отправляет ЦУ сообщения о получении команд и пакет телеметрии.

3.     Режим исполнения команд. Терминал исполняет, полученные от ЦУ команды.

4.     Режим истечения времени ожидания. Если терминал не получит отчета о доставке, после передачи пакета телеметрии, он начинает повторную передачу.

   Пассивный режим необходим для обеспечения энергосбережения. Так как обмен сообщениями между терминалом и ЦУ происходит достаточно редко, разумно для экономии энергии отключать питание приемо-передающего тракта. Чтобы не «проспать» команду терминал через определенный пользователем промежуток времени включает питание и проверяет: не пришло ли сообщение. Если сообщение за это время было получено, терминал его исполняет, посылает отчет об исполнении на ЦУ и засыпает.         Также через определенное время терминал посылает пакет телеметрии на ЦУ, ждет ответа от ЦУ и переходит в пассивный режим.  В пакет телеметрии входит:

1.      Подтверждение правильного исполнения всех полученных команд. Терминал оповещает ЦУ о том, что, принятая  ранее команда исполняется. Это будет происходить до тех пор, пока не придет приказ о смене команды.

2.      Данные о функциональном состоянии терминала. Терминал посылает на ЦУ данные о мощности источника питания, температуре светодиодов.

 

                                                       Организация доступа к физическим каналам.

   Трафик в разрабатываемой системе нерегулярен, исходя из этого, использование алгоритмов множественного доступа будет эффективно.

Выбор метода множественного доступа будет осуществляться исходя из:

1.        Требования к разрабатываемой системе: минимального диапазона используемых частот. Следовательно, частотное разделение канала нам не подходит.

2.         В системе будут передаваться служебные сообщения, сообщения, содержащие номера команд управления и пакеты телеметрических данных. Речь в системе не передается, а значит, появление задержек по времени не является фатальным.

   Исходя из этого, в качестве метода доступа будем использовать TDMA. Физическим каналом будет являться временной слот с определенным номером, который отводится под сеанс связи.

              Выберем алгоритм множественного доступа.

     Следует отметить, что у Центра Управления будет собственный зарезервированный канал, а алгоритм доступа выбирается только для светильников.

      В качестве алгоритма доступа выберем CSMA/CA. Это связано с тем, что данный метод эффективно предотвращает возникновение коллизий. Терминал перед передачей сообщения прослушивает линию, если она свободна, задает время ожидания, по истечению этого времени, если другие светильники молчат, начинает передачу сообщения. Проигравшие в этой борьбе светильники, повторяют предыдущую борьбу, начиная с того момента времени на котором остановились.

 

                                    Разработка сценария соединения. Подробное пояснение графических диаграмм.

  Порядок работы системы:

            1. Центр управления получает команды от пользователя.

             2.Центр управления опрашивает светильники о готовности к работе, для того чтобы узнать какие из них    находятся в сети и все ли готовы к работе.

3.Светильники посылают ответ (положительный/отрицательный). Отрицательный ответ посылается радиомодулем светильника, если он вышел из строя: перегорел или отсутствует питание. Следует отметить, что ЦУ оповещает пользователя об аварии, произошедшей на терминале. Если ответа нет, через определенный промежуток времени терминал повторяет запрос.

4.Центр Управления отправляет команды. Если ответ на запрос был положительным, центр управления посылает команду на светильник.

5.Светильники принимают команды, отравляют отчет о получении команды. Команда будет выполняться до тех пор, пока светильник не получит новую или же не выйдет из строя.

6.При выходе светильника из строя, радиомодуль посылает сообщение об аварии на ЦУ.

7.Через определенные пользователем промежутки времени со светильника поступает пакет телеметрии на ЦУ.

 

 

Использованная литература:

1.     Бакке А.В. «Лекции по курсу ССПО»

2.     Скляр Б. «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение»

3.     Джонатан Вейнерт. «Светодиодное освещение»

4.     http://omoled.ru/publications/view/461