projeto de controle e automação de antena base é composta por um computador co-nectado via usb a...
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Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do IV Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
24 e 25 de setembro de 2014
Projeto de controle e Automação de AntenaWallyson Ferreira
Resumo expandido de Iniciação Tecnológica PUC-Campinas RA: 13015375
Lattes: K4894092P0 [email protected]
Omar C. Branquinho Sistemas de Telecomunicação – Gestão de Redes e
Serviços Planejamento Integrado e Gestão de Sistemas de
Infraestrutura Urbana [email protected]
Resumo: O projeto tem como objetivo desenvolver algoritmos de ajuste de posicionamento para antena, através da medida de RSSI. O movimento é automa-tizado, abrangendo uma área especifica. Toda siste-mática foi feita sobre a plataforma Radiuino, a fim de otimizar a área de cobertura, através do movimento adequado da antena em relação aos sensores.
Palavras-chave: Antena, RSSI, otimização.
Área do Conhecimento: Elétrica.
1. INTRODUÇÃO
Redes de Sensores sem Fio (RSSFs) é uma tecnologia que permite monitorar fenômenos físicos e possivelmente, controlar o mundo físico. Possui atuação em diversos campos, como militar, agricultu-ra, indústria e medicina. Devido ao avanço dos Sis-temas Microeletromecânicos (MENS) temos senso-res operando a baixa taxa de transmissão, baixo cus-to e consumo de energia, contribuindo na construção de novos algoritmos de roteamento. A RSSFs tam-bém vem sendo empregada em projetos de cidades e edifícios inteligentes [1].
Uma rede de sensores sem fio é composta por um ou mais sensores. Que são localizados em uma região de interesse, conectados a uma rede. Geralmente se encontram alimentados por bateria, ou até mesmo com fonte alternativa como conversor de campo magnético, células de energia solar etc[2]. A implementação dessas redes necessitam de um arranjo de antena adequado, para atender a topolo-gia da rede. Pois em geral, os sensores possuem uma pequena antena sem muitos ganhos, afinal a estação base opera com uma antena de maior co-bertura, estrategicamente posicionada diante dos sensores da rede. Sua função é estabelecer uma maior abrangência do sinal emitido.
Este trabalho tem por seu objetivo criar um sistema automático de posicionamento da antena da base, garantindo uma melhor captação e recebendo sinal enviado pelos sensores.
2. METODOLOGIA
Em uma rede típica de sensores, nomeia-se a estação base ou estação de controle, o local onde o usuário final obtém informações e envia comandos para a RSSFs através de um computador ligado a uma antena de cobertura.
A (Figura 1) apresenta uma topologia de re-de, na qual a comunicação pode ocorrer em diversas direções, sem exigir muito do arranjo de antena.
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Figura 1 – RSSF Topologia Malha
Na topologia Estrela (Figura 2), todo disposi-tivo da rede se conecta a um dispositivo central. Sendo ele, o responsável por todos os dados da rede e consequentemente, necessita de um arranjo de antena a fim de atender a região dos sensores. Para reduzir o arranjo das antenas e assim ampliar a regi-ão de cobertura. São feitas medidas de intensidade de sinal de todo o sistema. Tendo assim um melhor arranjo de antenas.
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Figura 2- RSSF topologia estrela
3. O PROJETO
O Projeto operara na topologia estrela onde a o base que se comunica com uma antena central, que por sua vez, atende os sensores espalhados na rede como mostrado a seguir (Figura 3).
Figura 3 - Estação da Base
O projeto dividiu-se na seguintes partes:
BASE
A base é composta por um computador co-nectado via USB a um modulo be900. Que através de um software chamado python, com uma lingua-gem de programação própria, envia comandos e re-cebe informações. Nessa interface, pode-se também, fazer todo tratamento dos dados, assim como, cons-truir uma interface, onde qualquer usuário possa ma-nipular.
ANTENA CENTRAL
O arranjo da antena central é composto por uma antena setorial acoplada a um motor de passo, conectada a placa controladora recebendo e envian-do dados ao sensores da rede.
PLATAFORMA RADIUINO
Os projetos desenvolvidos na plataforma Radiuino se dividem em três setores; hardware, fir-mware e software. Estruturado em uma hierarquia, na qual o software exerce a função de gerência, o firmware é o responsável por orientar o hardware a executar esses comandos e tarefas.
MOTOR DE PASSO
O stepper motor (Figura 4) ou mais conheci-do como motor de passo, é um motor que permite controlar precisamente a sua rotação, com autono-mia de 360° graus, seja no sentido horário ou anti-horário. Para o controle desses dispositivos existe uma biblioteca especifica na plataforma Radiuino, que permite controlar com maior praticidade os pul-sos elétricos que promovem a sua rotação. [3]
ANTENA SETORIAL
Toda antena possui um diagrama de radia-ção, que permite visualizar a sua área de abrangên-cia (Figura 5), porém o diagrama pode ser deforma-do de acordo com o ambiente inserido ou até mesmo impedir a comunicação.
Figura 4 - Motor de passo
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Figura 5 - Diagrama de radiação antena setorial
Uns dos testes iniciais do projeto consistiu em medir a intensidade de sinal da antena setorial (Figura 6). Foi construído uma base com um motor de passo acoplado a antena setorial. Nesse setup, foi feito uma rotação de 360° na antena e medido o sua intensidade ao longo da rotação.
Figura 6 - RSSI da rede
O teste mostra que, quando o sensor está do lado oposto a base, a intensidade tem uma queda.
PLACA CONTROLADORA
Para controlar o movimento do motor de passo, foi necessário confeccionar uma placa de cir-cuito impresso (Figura 7) para drivar o motor. Isso se deve pelo fato de o motor de passo consumir elevada corrente elétrica. Visto isso, foi colocado um driver de controle especifico para controle do motor, o LN293d. Esse CI (circuito integrado), é composto por uma ponte H, que faz o controle do motor de passo.
Figura 7 - Layout da placa impressa
FIRMWARE
O firmware do Radiuino está estruturado em camadas de protocolos baseado no protocolo TCP/IP utilizado na Internet. Cada pilha (Figura 8) exerce uma função dentro da rede. Essas divisões de tare-fas permitem aperfeiçoar e alterar cada pilha, ou se-ja, pode-se alterar cada camada independentemente.
Figura 8 - Protocolo de pilhas (Radiuino)
No projeto foi usado uma versão de firmware disponível nas bibliotecas do Radiuino. As modifica-ções feita no firmware, foram elaboradas em conjun-to com o software (python). Ou seja, a programação do firmware foi diretamente baseada nos comandos do software. [4]
Para que não houvesse erros na execução do projeto, o firmware, permite criar variais de contro-le, para que o sistema tenha uma autocorreção, se qualquer falha acontecer.
A estratégia usada para comunicação entre base e sensor, foi a pooling, essa estratégia permite fazer a medição do RSSI e enviar o comando a base de quantos graus o motor de passo irá virar (Figura 9).
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Figura 9 - Comunicação da Rede
SOFTWARE
Para controle dos comandos da antena foi usado um software, python (Figura 10), nele foi feito toda parte da interface entre Radiuino/ Firmware.
Nesse sistema foram criados condições para que todo o sistema operasse de forma correta. Outra função do software foi de exibir informações para usuário.
Figura 10 - Área de trabalho python
4. RESULTADOS OBTIDOS
Os primeiros testes foram feitos somente com o uso do motor de passo, para que fosse possí-vel aplica-lo no projeto. Para os testes foi usada a plataforma Arduino (Figura 11).
Figura 11 – Arduino
Visto isso, na primeira parte do projeto, ocor-reu tudo como esperado, pois foi possível verificar como o motor de passo se comporta e também suas limitações.
Em seguida, foram feito os testes utilizando a estrutura com a antena e motor de passo acoplados (Figura 12). Nos testes foi verificado os erros do có-digo e os mesmo solucionados.
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Figura 12 - Estrutura da Antena
Após a estrutura montada, foram feitos tes-tes de precisão do passo do motor. Esses teste de-mandaram tempo, pois, foi preciso calcular quantos graus o motor percorria, a partir do comando enviado do software.
5. CONCLUSÃO
Concluísse que é possível obter a melhor posi-ção de uma antena através do RSSI. Foi possível verificar que é factível a construção de uma base inteligente capaz de otimizar a cobertura de sinal em grandes áreas com uso de antenas direcionais, con-seguindo uma maior distância entre os sensores e a base, principalmente em ambientes abertos.
O projeto apresentou desafios específicos, que com ajuda do orientador e dos responsáveis do labo-ratório, foi possível solucionar.
O projeto irá ser de grande valia para meio tec-nológico, pois abre um leque de possibilidades. O principal objetivo do projeto foi alcançado, que é, de elaborar uma plataforma, onde todos possam explo-rar seus potencias.
6. REFERÊNCIAS
[1] A. A. F. Loureiro, “Rede De Sensores Sem Fio,” Grandes Desafios Da Pesquisa Em Computa-ção Para O Período 2006-2016, 2005.
[2] F. Braga, J. Valentin e O. R. Baiocchi, “Aplica-
ções ambientais de lredes de sensores sem fio,” Re-
vista de Tecnologia da informação e comunicação,
2012.
[3] www.seeedstudio.com/.
[4] F. G. Brites E V. P. D. A. Santos, Motor De Passo, Niteroi - Rj: Universidade Federal Fluminense, 2008.