Využití krokového motoru k natáčení směrové antény - Úvod

WORKSHOP 2005
Ing. Jaromír ŠKUTA, Ph.D.
Využití krokového motoru k natáčení směrové antény pro wi-fi komunikaci
Abstrakt
Příspěvek popisuje možnost využití krokového motoru jako pohonu rotátoru
směrové antény pro bezdrátový (Wi-fi) přenos. Popisuje jak technické prostředky, tak
programovou podporu pro tyto prostředky, vytvořené v rámci tohoto příspěvku. Základem
řídicí jednotky je jednočipový procesor řady PIC. Ovládací program je vytvořen v prostředí
Visual Basic 6. Přenos dat je realizován pomocí standardního rozhraní RS 232. Protokol je
navrhnut pro poloduplexní komunikaci.
1. Úvod
Při použití směrové antény pro bezdrátový přenos, je potřeba přesného nastavení úhlu
zářiče směrové antény tak, aby byla co nejmenší odchylka mezi osou zářiče a spojnicí obou
antén (přístupový bod (AP) a vlastní anténa). To neplatí, pokud pro přenos využíváme odrazu
signálu. Ten je zpravidla tlumený. Důležitým předpokladem bezchybného přenosu je stálost
signálu (přenosové cesty). Při konfiguraci bezdrátové sítě se může stát, že signál mění svou
úroveň, což může mít za následek ztrátu spojení mezi AP a koncovým PC. Orientační ověření
dostupnosti a stálosti sítě lze provést příkazem PING na danou IP adresu přístupového bodu.
2. Technické prostředky
Komunikace mezi jednotkou styku pro ovládání motoru je zajištěna pomocí
standardního rozhraní RS 232, které je součásti každého PC. Jednotka styku je tvořena třemi
moduly (komunikační, řídicí, výkonový). Protokol je navržen tak, aby byl použitelný pro
komunikace, které jsou omezeny na poloviční duplex.
Základem komunikačního modulu je IO MAX 232, ten převádí TTL úrovně signálu
Tx, Rx, DTR a další na standard RS 232 a zpět. Obsahuje dva vstupní a dva výstupní kanály.
Schéma zapojení modulu je na obr. 1.
Obr. 1. Schéma zapojení komunikačního modulu jednotky styku
Katedra automatizační techniky a řízení - 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba
WORKSHOP 2005
Základem řídicí jednotky je jednočipový počítač řady PIC umožňující komunikaci
pomocí sériové linky. Použitý jednočipový počítač neobsahuje modul USART, proto byly pro
komunikaci použity standardní TTL vstupy/výstupy a logika komunikace je realizována
pomocí podprogramů komunikace. Logika řízení pro krokový motor je realizována také
pomocí jednoho z podprogramů. Schéma zapojení řídicí jednotky je na obr. 2.
Obr.2. Schéma zapojení řídicí jednotky
Výkonovou jednotku tvoří čtyři výkonové tranzistory. Ty spínají jednotlivé cívky
krokového motoru dle algoritmu vytvořeného v řídicí jednotce. Galvanické oddělení je
realizováno pomocí optočlenů. Schéma zapojení je na obr. 3.
Obr. 3. Schéma zapojení modulu výkonové jednotky
Katedra automatizační techniky a řízení - 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba
WORKSHOP 2005
Všechny tři moduly jsou spojeny společnou sběrnici. Toto řešení je výhodné pro
možnost dalšího rozšíření bez fyzických zásahů do jednotlivých modulů. Tuto modularitu lze
využít například při větší vzdálenosti mezi PC a anténou, pak by nebyl použit modul pro
komunikaci po RS 232, ale modul pro komunikaci po RS 485. Také protokol je tomu
přizpůsoben. Pokud se provede drobná modifikace ve vlastním programu, je možno využit
komunikační interface (RS 485) umístěný přímo na řídicí jednotce.
3. Programové prostředky
Pro ovládání z operačního systému Windows byl vytvořen program v prostředí Visual
Basic 6. Ten umožňuje komunikaci po sériové lince s jednotkou styku. Okno tohoto programu
je na obr. 4.
Obr. 4. Konfigurační okno rotátoru pro Wi-fi anténu
Algoritmus komunikace v jednočipovém počítači je připraven na komunikaci pomocí
rámců v průmyslové síti s využitím zabezpečení kontrolním součtem. Pro tuto aplikaci je
využit adresní byte, stavový byte, první datový byte, předposlední (nejvíce významové bity) a
byte zabezpečení.
Obr. 5. Foto modulů jednotky styku (pořadí: výkonový, komunikační a řídicí modul)
Katedra automatizační techniky a řízení - 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba
WORKSHOP 2005
4. Závěr
Výsledky tohoto příspěvku byly použity pro navázáni komunikace s přístupovým
bodem (AP) sítě CZfree. Pomocí VPN klienta byla zpřístupněná možnost konfigurace
vybraných laboratorních úloh katedry 352. Jelikož koncová stanice byla umístěna v zastavěné
oblasti, nebyl přímý směr k AP ten optimální. Pro optimální nastavení úhlu natočení směrové
antény byl právě použit popisovaný rotátor i obslužný program v PC.
Práce byla financována z projektu GAČR 101/04/1530.
Literatura
FARANA, R. Laboratorní modely pro podporu distanční výuky. In Proceedings of XXIX.
Seminary ASR '04 “Instruments and Control”. Ostrava : Katedra ATŘ, VŠB-TU
Ostrava, 2004, pp. 39-44. ISBN 80-248-0590-1.
HRBÁČEK, J. 1997. Programování mikrokontrolérů PIC 16CXX. Praha, BEN-technická
literatura, 1997, ISBN 80-86056-16-3.
HRBÁČEK, J. 1999. Komunikace mikrokontroléru s okolím. Praha, BEN-technická literatura,
1999, ISBN 80-86056-42-2.
SMUTNÝ, L., TŮMA, J., KOČÍ, P., ŠKUTA, J. & JURÁK, M. Research Laboratory of
Noise and Vibration Diagnostics at the Department of Control Systems and
Instrumentation. In Active Noise and Vibration Control Methods. Krakow (Poland) :
AGH Krakow, 7-9.5.2003, p. 54 (Abstract Proceedings). Full paper 6 pp. [CD ROM
Proceedings]. ISBN 83-916516-6-5.
ŠKUTA, J. Využití mikrokontroléru PIC 16F84 pro sekvenční spínání. In Proceedings of
XXVIII Seminary ASR 2003 „Instruments and Control“. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 6.
5. 2003, pp. 335-338. ISBN 80-248-0326-7.
STEPPING ENGINE USING FOR ROLL DIRECTIVE AERIAL FOR
WI-FI COMMUNICATION
The paper is dealing with the using of stepping engine for drive rotor directive aerial
for wi-fi communication. The paper describes hardware and software support for these tools.
The control unit is based on standalone chip series PIC. The control software is created in the
Visual Basic 6 environment. Data transfer uses the standard RS-232 interface. The protocol is
designed for half duplex communication.
Katedra automatizační techniky a řízení - 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba