Szenzorok jelátvitele

PTE Műszaki és Informatikai Kar DR. GYURCSEK ISTVÁN Szenzorok jelátvitele Forrás és irodalom Lambert Miklós: Szenzorok elmélet (ISBN 978-963-874001-1-3) Bp. 2009 A. Bharathidasan V. A. S. Ponduru: Sensor Networks: An Overview (Survey, Dept of Computer Science University of California, Davis) 1 2016.04.11..

Amiről szó lesz JELÁTVITELI MÓDOK ÁTVITELI KÖZEGEK TÁV- ADÓK INTELLIGENS SZENZOROK Alapsávi Rézkábel Analóg távadók SCADA rendszerek Vivőhullámú Optikai kábel Digitális távadók DCS rendszerek Vezeték nélküli Beágyazott technológiák 2 2016.04.11..

Szenzorok jelátviteli csoportosítása 1 2 3 Mérőátalakító (transducer) erősítés (mv V), szabványos szint (5V, 10V, ±5V, ±10V) (0-20mA, 4-20mA), konverzió (U/I, U/f, A/D) Távadó (nagyobb távolság) U kimenet (szabványos szint, zavarézékeny) I kimenet (4 20mA, zavarvédett) f kimenet (zavarvédett) D kimenet (soros / párhuzamos) Intelligens szenzor (smart sensor) helyi feldolgozás (μθ) autonóm döntések info kimenet Sensing Element SMART SENSOR Signal Conditioning Signal Processing Network Digital Output Változás a jelfeldolgozásban centrális struktúra elosztott struktúra (Smart Sensor!) 3 2016.04.11..

Szenzorok jelátviteli csoportosítása Jelátvitel típusai Szimplex csatorna mindig egyirányú Félduplex csatorna időosztásos (TDM) Duplex csatorna kétirányú (smart sensor!) 4 2016.04.11..

Jelátviteli módok Alapsávi átvitel (egyetlen jel a rézkábelen) Kis sávszélesség (analóg: TDM, digit: Kódolás lehetséges) Vivőfrekvenciás átvitel MOD/DEMOD AM/FM/PAM/QAM/PCM sávszélesség vivőfrekv. arányos FDM csatorna sokszorozás analóg techn.: modulátor/demodulátor digitális techn.: codec/modem Folytonos jelek átvitele pazarló sávszélesség AM, FM, PM, QM (=AM+PM) Mintavételezett jelek átvitele Takarékosabb (Shannon tétele) Impulzus moduláció ASK, FSK(2), PSK(2), PWM, PCM, PDCM Digitális jelek átvitele jelcsoport képzés sávszélesség hatékony kód (vagy vektor) moduláció PCM, PDCM titkosítást is biztosít SSMA (Spread Spectrum Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) 5 2016.04.11..

AM, FM, PSK példák 6 2016.04.11..

Hol tartunk? JELÁTVITELI MÓDOK ÁTVITELI KÖZEGEK TÁV- ADÓK INTELLIGENS SZENZOROK Alapsávi Rézkábel Analóg távadók SCADA rendszerek Vivőhullámú Optikai kábel Digitális távadók DCS rendszerek Vezeték nélküli Beágyazott technológiák 7 2016.04.11..

kombinált mód Jelátviteli közegek 1 2 RJ45 3 optika 8 2016.04.11..

Hálózat topológiák (hogy ki ne maradjon) 9 2016.04.11..

Jelátviteli közegek Réz kábel DC-n feszültség jelnél R lehet nagyobb is DC-n áram vezetésnél R kritikus AC-n elosztott paraméteres LC modell Sodrott érpár (UTP-Unshielded Twisted Pair) nagy sávszélesség Z 0 =50 300ohm 10 2016.04.11..

Jelvezetékek, kábelek Típusaik érpár szalagkábel sodrott érpár (UTP) koaxiális kábel triaxiális kábel - árnyékolt koaxiális twinax kábel (STP, FTP) - árnyékolt sodrott érpár twinax kábel külső árnyékolással - kétszeres árnyékolt sodrott érpár Modelljeik ideális modell (R,L,C=0 THD=0,Δω= ) valóságos, koncentrált paraméteres modell 11 2016.04.11..

Optikai kábel Belső ér törésmutatója nagyobb teljes visszaverődés (viszonylag) kis csillapítás Előnyei Zavarvédett (el.mágn. érzékeltelség) Nagy sávszélesség (PCM ) Hibái Diszperzió ( jeltorzulást okoz) Csillapítás ( korlátozott távolság, km!) Terjedés Monomódusú (gyorsabb átvitel) Multimódusú (kisebb csillapítás) 12 2016.04.11..

Optikai kábel PC (physical contact) UPC (ultra physical contact) APC (angled physical contact) 13 2016.04.11..

Vezeték nélküli jelátvitel (1) Frekvencia szerinti felosztás Ultrahang (megbízhatóság, sávszélesség) Hosszúhullám (tengerészet) Mikrohullám (!) Infravörös (kiszorulóban) Látható fény (szűk körben) WSN Wireless Sensor Network IWLAN 14 2016.04.11..

Vezeték nélküli jelátvitel (2) ngmn:2020 15 2016.04.11..

Távadók θ Szenzor (pl. θ/u) Jel kond. (pl. erősítő) Konverter (pl. U/I) SZABVÁNYOS JEL gyártó független illesztés nagy távolság Analóg távadók Feszültség kimenet 0-5,0-10, ±5, ±10 V Zavar érzékeny (5-10m-ig!) Áram kimenet 0-20, 4-20 ma áramhurok, zavarvédett (kb. 30km-ig) Impulzus kimenet U/f konverzió (pl.) Digitális távadók (A/D konverzió) Párhuzamos kimenet BCD, Gray kód, stb! Szó szervezés (Frame: ID, dátum, hely) Soros kimenet Szinte kizárólagos nagy gyártói támogatás Frame (ID, parity, ) RS-232, RS-485, stb. Példa: 17 2016.04.11..

Intelligens szenzor (Smart Sensor) Jellemzői Tartalmazza a kommunikációs protokoll HW+SW -t Tartalmaz μθ-t az autonóm döntéshez ( adatfeldolgozás) Konfigurálgató (határértékek, mértékegységek, stb.) Elosztott intelligenciájú rendszerek kulcseszköze SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition = PLC) DCS (Distributed Control System) Elterjedt (szabványos) kommunikációs protokollok KNX/InstaBus, HART, Profibus, PA/DP, CAN, LIN, RS485, LON, ASI,Device-Net, FiberBus, Ethernet Elterjedt OS-ek Emb.Windows, Emb.Linux (Android), ios, 19 2016.04.11..

Köszönöm a figyelmet!? 20 2016.04.11..