Параметрлерді өлшеу құрылғыларын таңдау

 

 

2.8 кесте – Салыстырмалы ылғалдылық датчигінің түрлері 

 

2.9 кесте – Түтін датчигінің түрлері 

 

Осы  датчиктердің  ішінде  температура  датчигі  мен  салыстырмалы 

ылғалдылық  датчигі  ретінде  SUN  TH  датчигі  мен  М-501  түтін  датчигі 

таңдалынды.  

 

2.3 Есептеу бөлімі 

Сымсыз  жүйені  құру  үшін  Zigbee  модулі  мен  сымсыз  датчиктер 

қолданылады.  Бұл  жұмыста  қабылдағыш  контроллер  мен  ғимарат  ішіндегі 

датчиктер  арасындағы  желіні  жобалаймын.  Берілген  желіде  MaxStream 

компаниясының  XBeeTM  zNet  2.5  ZigBee  Development  Kit  желісін  жөндеу 

үшін стандартты дайын жиынын қолданады. 

   

Датчиктер 

сипаттамасы  

Ылғалдылық 

датчигі  KL 

Ылғалдылық 

датчигі SUN TH 

Ылғалдылық 

датчигі  WL 

Өлшеу диапозоны 

15-90% 

0-100% 

0-100% 

Дәлдігі 

 0,2% 

 1,8% 

 0,2% 

Ток 

4-20 мА 

20-30 мА 

4-20 мА 

Максималды 

жұмыс жасау 

радиус 

- 

300 м 

- 

Сымсыз хаттама 

стегі 

- 

IEEE 802.15.4 

- 

Мәліметтерді 

жіберу 

жылдамдығы 

- 

250 кбит/с 

- 

Датчиктер 

сипаттамасы 

Түтін датчигі 

ИП 212 

Түтін датчигі 

Jalo Lento 

Түтін датчигі 

М-501 

Өлшеу диапозоны 

-30°С…+60°С 

0-45 Сº 

-10...+50˚С 

Ток 

10 мА 

15 мA 

10 мкА 

Максималды 

жұмыс жасау 

радиус 

30м 

30м 

100 м 

Орнатылған дыбыс 

деңгейі 

85 дБ/м 

85дБ/м 

85 дБ/м 

 

 

Ерекшелігі: 



 

10 минутта 5 түйінді Mesh-топологиялы желі құру; 



 

әртүрлі типті антенналы 5 ZigBee модулі; 



 

RS-232  интерфейсі мен дербес компьютерге қосу үшін USB; 



 

өтпелі платаларға желілік және батареялы қорек көзі; 



 

қосымша батырмалар мен индикация жарықдиоды. 

XBee  Series  2  ZigBee-модулі  сымсыз  датчикті  желі  құруға  жақсы 

шешім. Жұмыс желіні құру ZigBee хаттамасының стегін зерттеуге уақыттың 

минималды  шығынында  мүмкін  болады.  XBeeTM  ZNet  2.5  ZigBee 

Development Kit жиынтығы ZigBee желісінің MESH топологиясын тестілеуге 

мүмкіндік береді. Жиынтық 5 модулді XBee Series 2 мен RS-232 интерфейсі 

мен USB-мен бірге 5 өтпелі платадан тұрады. Дербес компьютер үшін X-CTU  

бағдарламалық  қамтамасыздандыруы  жасап  шығарушыға  модульді  оңай 

тестілеуге,  түйіндерді  табуға  және  ZigBee-желісінің  мониторингін  жасап 

шығаруды  қамтамасыз  етеді.  Модульдерді  жөндеудің  басым  көпшілігі 

ZigBee- желіні қарапайым қосу үшін орындалған.  Бақылау датчиктері ретінде 

радиомодульді сымсыз датчиктер алынды.  

 

 

 

   

2.10 сурет – Сымсыз  датчик 

 

 

Сымсыз фотоэлектрлік түтін датчигі. Көрінетін жанғыш өнімдерге әсер 

етеді. Егер түтіннің концентрациясы шектік деңгейден асатын болса, датчик 

орталық  орынға  өрт  сигналын  жіберіп,  орнатылған  дыбыспен  хабарлағыш 

қосылады.  Өрт қауіпсіздігін жіберу келесі 2.11 суретте көрсетілген.  

 

 

 

2.11 сурет – Өндірістік орындағы датчиктердің берілу жүйесі 

 

 

Менде  ауданы  504  м

2 

болатын  өндірістік  орын  қарастырылады.  Бұл 

ауданға  4  түтін  датчигі  және  1  температура  мен  ылғалдылық  датчигін, 

сонымен  қатар  желі  мониторингін  орнату  үшін  бақылау  модульдерін 

орналастырамын.  Құрылғы  орнатылған  модуль  арқылы  белгілі  бір  уақыт 

интервалында  датчиктегі  алынған  мәліметтерді  үйлестірушіге  жіберіп 

отырады. Үйлестіруші алынған бақылау мәліметтерін серверлік компьютерге 

USB  порты  арқылы  жібереді.  Датчиктерден  барлық  алынған  мәліметтер 

серверлік  компьютерде  өңделеді.  Серверлі  компьютер  өрт  болған  жағдайда 

немесе  мәндер  шектік  мәнінен  асып  кеткен  жағдайда  дыбыс  хабарлағыш 

арқылы қауіпсіздік сигналын береді.  

Шартты белгілері «(Қосымша А)»:  

−

 

DO – сымсыз түтін датчигі; 

−

 

DT – температура датчигі; 

−

 

DJ – желдеткіш; 

−

 

О.Б.– оператор бөлмесі (мәліметтерді қабылдайтын бақылау бөлмесі). 

Қосымша  А  құрылғылармен  көрсетілген  өндірістік  орынның  жоспары 

көрсетілген.  

2.3.1 Сигналдың әрекет ету аймағын есептеу 

Қашықтықты  есептейтін  өрнекті    жазамыз.  Ол  бос  кеңістіктегі 

жоғалтуды есептеуді инженерлік өрнектен алынады: 

 

)

lg

(lg

20

33

D

F

FSL







,                                    (2.1) 

 

мұндағы FSL (free space loss) – бос кеңістіктегі жоғалту (дБ); 

   

  F – байланыс жүйесінің жұмыс жасайтын арнасының орталық 

жиілігі (МГц);   

   

      D – екі нүкте арасындағы арақашықтық (км). 

 

FSL  жүйенің  суммалық  күшейткішімен  анықталады.  Ол  келесідей 

есептеледі: 

дБ

r

дБ

t

дБ

дБ

r

дБ

t

дБ

t

дБ

L

L

P

G

G

P

Y

,

,

min,

,

,

,













,

   

        (2.2) 

 

мұндағы 

дБ

t

P

,

 – таратқыш қуаты;  

               

дБ

t

G

,

 – жіберетін антенна күшейткішінің коэффициенті;  

   

      

дБ

r

G

,

 – қабылдағыш антенна күшейткішінің коэффициенті; 

   

      

дБ

P

min,

 – қабылдағыштың нақты сезімталғыштығы; 

 

 

дБ

t

L

,

  –  коаксиалды  шоғырсымы  мен  жіберу  трактының 

ажыратқышындағы сигналдарды жоғалту; 

   

дБ

r

L

,

  –  коаксиалды  шоғырсымы  мен  қабылдағыш  трактының 

ажыратқышындағы сигналдарды жоғалту. 

 

 

2.10 кесте – XВee, XBee-Pro модульдерінің сипаттамасы  

Параметрлері 

XBee 

XBee Pro 

Ғимараттағы әрекет ету радиусы, м 

30-100 

100-1000 

Кеңістіктегі әрекет ету радиусы, м 

100 

>1000 

Шығыс қуаты, мВт 

1 

100 

Жіберу жылдамдығы, кбит/с 

250 

250 

Сезімталғыштығы, дБм  

-92 

-100 

Қабылдау режиміндегі қолдану 

тогы, мА  

45 

270 

Жиілік диапазоны, ГГц 

2,4 

2,4 

Жұмыс температурасы 

-40ºС …+85 ºС 

-40ºС …+85 ºС 

Арналар саны 

16 

13 

 

FSL келесі өрнек арқылы есептеледі: 

 

дБ

FSL

Y

SOM





 

 

                

 

(2.3) 

 

мұндағы  SOM  (System  Operating  margin)  –  радиобайланыс 

энергетикасындағы қоры (дБ).  

 

Байланыстың  ұзақтыққа  теріс  әсер  ететін  мүмкін  факторларды 

анықтайды. Олар:  



 

қабылдағыш  сезімталдылығының  температуралық  дрейфі  және 

таратқыштың шығыс қуаты; 



 

барлық атмосфералық құбылыстар: тұман, қар, жаңбыр; 



 

антенна,  қабылдағыш,  таратқыштың  антенна  –  фидерлі  тракттың 

келісілмеуі. 

SOM  параметрі  10 дБ тең  деп  алынады. 10 дБ-дік  қор  инженерлік  есеп 

үшін жеткілікті деп есептеледі. Орталық жиілік 2.11 кесте арқылы алынады.  

 

2.11 кесте – Орталық жиілікті есептеу  

Арна 

Орталық жиілік (МГц) 

1 

2412 

2 

2417 

3 

2422 

4 

2427 

5 

2432 

6 

2437 

7 

2442 

 

 

 

 

 

2.11 кестенің жалғасы 

8 

2447 

9 

2452 

10 

2457 

11 

2462 

12 

2467 

13 

2472 

14 

2484 

 

2.12  кесте  бойынша  әртүрлі  тосқауылдар  себебінен  сигналдардың 

жоғалуын  табамыз.  Оларға  мысалы:  терезе,  қабырға,  есіктер  және  т.б. 

жатады. 

 

2.12 кесте – Сигналдарды тарату ортасының басылуы  

Атауы 

Өлш. бірлігі 

Мағынасы 

Кірпіш қабырғадағы терезе  

дБ 

2 

Металл жақтаудағы терезе 

дБ 

6 

Офистік қабырға 

дБ 

6 

Офистік қабырғадағы темір есік 

дБ 

7 

Кірпіштік қабырғадағы темір есік 

дБ 

12.4 

Шыны талшық 

дБ 

0.5-1 

Шыны  

дБ 

3-20 

Жаңбыр мен тұман 

дБ/км 

0.02-0.05 

Ағаштар   

дБ/м 

0.35 

Pigtale кабельді жиынтық 

дБ 

0.5 

Тілме сүзгі NCS F24xxx 

дБ 

1.5 

Коаксиалды кабель 

дБ/м 

0.3 

Ажыратқыш N-type 

дБ 

0.75 

Қорек көзінің инжекторы 

дБ 

0.5 

 

Алдыңғы  өрнектерді  оңайлатып,  қашықтықты  есептейтін  өрнекті 

аламыз:  



















F

FSL

D

lg

20

33

20

10

. 

 

 

 

(2.4) 

Шешімі:  

XBee PRO модулін қолданамыз. 

FSL параметрін анықтаймыз: 

,

t дБ

G

= 

,

r дБ

G

=0.  

Сигналдарды  тарату  кезінде  ғимараттағы  бөгеттер  әсер  етеді.  

Сондықтан  осы  жағдайға  байланысты  бөгеттер  кезіндегі  сигналдардың 

жоғалуын  есептеу  керек.  Координатор  мен  ең  алыс  орналасқан  датчик 

 

 

арасында  2  терезе  және  1  қабырға  бар.  Осыған  орай  2.12  кестеге  сәйкес 

олардың төмендеуі: 

2xL

терезе

=4, 

1xL

қабырға.

=6. 

 

(2.2) өрнек бойынша суммалық күшейткіш келесіге тең:  

 

дБ

L

L

P

G

G

P

Y

дБ

r

дБ

t

дБ

дБ

r

дБ

t

дБ

t

дБ

110

,

,

min,

,

,

,















 

 

SOM=10дБ  кезінде,  бос  кеңістікте  жоғалу  келесі  (2.3)  өрнекпен 

анықталады: 

дБ

SOM

Y

FSL

дБ

120







. 

 

Осыны қорытындылай қашықтықты есептеу (2.4) өрнегін табамыз: 

 

      

 

   

  

 

  

  

        

 9,02. 

 

Шешімі:  

XBee модулін қолданып, FSL параметрін табамыз:  

,

t дБ

G

= 

,

r дБ

G

=0. 

Сигналдарды  тарату  кезінде  ғимараттағы  бөгеттер  әсер  етеді.  

Сондықтан  осы  жағдайға  байланысты  бөгеттер  кезіндегі  сигналдардың 

жоғалуын  есептеу  керек.  Координатор  мен  ең  алыс  орналасқан  датчик 

арасында  2  терезе  және  1  қабырға  бар.  Осыған  орай  2.12  кестеге  сәйкес 

олардың төмендеуі:   

2xL

терезе

=4, 

1xL

қабырға.

=6. 

 

(2.2) өрнегінен суммарлық күшейткіш жүйесін табамыз:  

 

дБ

L

L

P

G

G

P

Y

дБ

r

дБ

t

дБ

дБ

r

дБ

t

дБ

t

дБ

102

,

,

min,

,

,

,















.

 

 

SOM=10дБ  тең  болған  кезде,  бос  кеңістікте  жоғалу  (2.3)  өрнегімен 

анықталады:  

дБ

SOM

Y

FSL

дБ

112







 

 

(2.4) өрнегін қолданып, қашықтықты есептейміз: 

 

      

 

  

   

  

          

        

 

 

 

 

2.3.2   Шуды есептеу 

 

Кез  келген  мәліметтерді  жіберу  қабылданған  сигнал  үлгіге 

айналдырылған  әртүрлі  бұрмаланған  жіберілген  сигналдан  тұрады.  Олар 

жіберу  жүйесінен  енгізілген,  сонымен  қатар  жіберу  нүктесінен  қабылдау 

нүктесіне  дейін  таратылу  уақытының  кіріс  толқындарымен  өзара 

әрекеттесетін  қосымша  жағымсыз  сигналдар  енгізілген.  Осы  жағымсыз 

сигналдарды  шу  деп  атайды.  Шу  байланыс  жүйесінің  өнімділігін  шектейтін 

негізгі фактор болып табылады.  

Шуды төрт категорияға бөлуге болады: 



 

жылулық шу; 



 

интермодуляциялық шу; 



 

тоғыспалы кедергілер; 



 

импульсті кедергілер. 

Жылулық шу электрондардың жылулық қозғалыстарының нәтижесінде 

болады.  Бұл  кедергі  типі  барлық  электрлік  құрылғыларға,  сонымен  қатар 

электромагниттік  сигналдардың  жіберу  ортасына  әсер  етеді.  Жылулық  шу 

температура  функциясына  және  жиілік  спектріне  байланысты  бірдей 

таратылған, сондықтан бұл шудың түрі аққұла шуыл деп те атайды. Жылулық 

шуды  жоюға  болмайды,  сондықтан  тек  осы  ғана  байланыс  жүйесінің 

өнімділігінің  жоғарғы  шегін  анықтайды.  Жылулық  шу  байланыстың 

спутникті  жүйесі  үлкен  әсер  етеді.  Себебі  жердегі  станциялардан  алынатын 

сигналдар спутниктегі сигналдарға қарағанда әлсіз.  

Кез келген құрылғылар мен сымдар үшін 1 Гц ендік белдікке қатысты 

жылулық шу келесі өрнекпен анықталады: 

kT

N



0

, 

 

 

 

 

(2.5) 

 

мұндағы 

0

N

 – 1 Гц белдіктегі ваттық шудың қуат тығыздығы; 

   

      

k

 – Больцман тұрақтысы, 

К

Дж

k

23

10

3803

,

1







; 

   

      

T

 – Кельвиндік температура (абсолютті температура). 

 

Шу  жиілікке  тәуелсіз  деп  есептеледі.  Сондықтан  жылулық  шу  Гц 

диапазонға қатысты келесі өрнекпен өрнектеуге болады:   

 

.

kTB

N



 

 

 

 

 

(2.6) 

 

Осы өрнекті децибел – ваттты қолданып жазамыз:  

 

B

T

k

N

lg

10

lg

10

lg

10







. 

 

 

(2.7) 

Zigbee-дің  арнасының  енін  5  МГц-ке  тең  деп  алып,  (2.7)  өрнегі 

бойынша келесіні есептейміз: 

 

 

 

6

23

10

5

lg

10

293

lg

10

10

38

.

1

lg

10













N

 = 



137 (Вт/Гц). 

 

Егер  әртүрлі  жиіліктегі  сигналдар  бір  ортаға  берілсе,  онда 

интермодуляциялы  шу  болады.  Интермодуляциялы  шу  екі  негізгі 

сигналдардың  жиіліктерінің  қосындысы,  айырмасы  және  көбейтіндісі 

болатын жиіліктік кедергі болып табылады.  

Интермодуляциялы  шу  сызықты  емес  қабылдағыш,  таратқыш  немесе 

уақыттық жіберу жүйесінің салдарынан болады.  

Тоғыспалы  кедергілер  телефондарды  қолдану  кезінде  басқа  бір 

адамдардың  әңгімелерін  естуді  жатқызуға  болады.  Бұл  тип  жіберілген 

сигналдар  трактының  жағымсыз  қосылуы  кезінде  пайда  болады.  Мұндай 

қосылулар  көптеген  сигналдардың  берілетін  жақын  орналасқан  еспе 

парлардың  тұтасуынан  болуы  мүмкін.  Тоғыспалы  кедергілер  өте  жоғары 

жиілікті  диапазондық  антенналарда  басқа  сигналдарды  қабылдау  кезінде 

болуы  мүмкін.  Бұл  көрсетілген  байланыс  типтері  үшін  жоғары  дәлдікті 

антенналарды  қолданғанмен,  сигналдардың  тарату  кезінде  қуатын 

жоғалтудан құтылмаймыз.  

Бірақ  жоғарыда  айтылған  типтерден  басқа  да  кедергі  бар,  оларды 

импульсті кедергі деп атайды. Олар табиғатына қарай үзілісті және тұрақсыз 

импульстардан  немесе  жоғары  амплитудаға  қатысты  аз  уақыттық  шулы 

пакеттерден тұрады. Импульсті кедергілердің пайда болу себебі көп, сонымен 

қатар  сыртқы  электромагнитті  әсер  (мысалы,  найзағай)  немесе  байланыс 

жүйелерінің өзіндік ақаулары болуы мүмкін.  

 

2.3.3  Желілердің жоғалуын есептеу 

 

Көптеген  зерттеулер  азқуатты  сымсыз  арналар  байланысының 

сипаттамасы нақты жүйеде байланыс сапасы біршама ауытқитынын көрсетті. 

Одан басқа, түйіндер арасындағы қосылыс ассимметриялы, яғни таратқыштан 

қабылдағышқа  сәтті  қабылданғанмен  тура  солай  кері  қайтады  деген 

ықтималдық жоқ.     

Көптеген  Zigbee  тәжірибелік  қосымшалар  желісі  ғимарат  ішінде 

пайдаланылады. Менің жұмысымда Zigbee ауданы 504 м

2 

тең өндірістік орын 

үшін  қолданылады.  Ғимарат  ішінде  сигналдарды  таратуды  анықтау  үшін 

трактыдағы таратудың жоғалу өрнегімен есептеледі:  

 

2

2

2

,

,

,

,

)

4

(

d

G

G

Р

P

дБ

r

дЬ

t

дБ

t

дБ

r







,                                            (2.8) 

 

мұндағы P

tдБ

 – жіберетін антенна сигналының қуаты; 

   

Р

rдБ

 – қабылдағыш антеннасына түсетін сигнал қуаты; 

   

λ – толқын ұзындығы; 

   

d – екі антенна арасындағы сигнал арақашықтығы; 

 

 

   

G

tдБ

 – жіберетін антенна күшейткішінің коэффициенті; 

   

G

rдБ

 – қабылдағыш антенна күшейткішінің коэффициенті. 

 

Ашық  ғимаратта  мәннің  әлсізденуін  децибелде  есептеу  үшін 

көрсетілген қатынастан ондық  логарифм  алып,  алынған мәнді 10-ға  көбейту 

керек.   

2

2

2

,

,

)

4

(

log

10

log

10

d

P

P

P

дБ

r

дБ

t

L











.                                   (2.9) 

 

Тракттағы логарифмді – нормалды таратуды жоғалтудың моделі:  

 

 

 

           

  

  

   

         

  

        .                    

 (2.10) 

 

P

tдБ

= 100 мВт (20 дБ мВт), G

tдБ

=1,  G

rдБ

=1  ,  λ=0,125  м,  d=100  м,  (2.8) 

өрнегін  қолданып,  қабылдағыш  антеннасына  келіп  түсетін  сигнал  қуатын 

табамыз: 

,

10

27

,

2

10

27

,

2

)

4

(

5

8

2

2

2

,

,

,

,

мВт

Вт

d

G

G

Р

P

дБ

r

дЬ

t

дБ

t

дБ

r



















 

 

44

,

46

)

10

27

,

2

log(

10

5

,











мВт

P

дБ

r

дБ мВт. 

 

Тракттағы логарифмді – нормалды таратуды жоғалтудың моделі кедергі 

есебінен әлсізденуі:  

 

 

       ̅

 

  

 

          

  

(

 

 

 

)    

 

, 

 

(2.11) 

 

мұндағы 

 ̅

 

  

 

 

 

– эталонды қашықтықтағы өшу; 

 

 

 

  –  децибелді  стандартты  ауытқудағы  нөлдік  гауссты 

кездейсоқ шама значения взяты с интернет сайта [11]; 

 

 

  –  жібергіш  пен  қабылдағыш  модульдер  арасындағы 

арақашықтық (бос кеңістікте 1200м);  

   –  жібергіш  пен  қабылдағыш  модульдер  арасындағы 

эталондық арақашықтық (ғимараттарда 100м); 

   –  тракттағы  жоғалу  дәрежесінің  көрсеткіші  (ғимараттар 

үшін орташа мәні n= 3, ауытқуымен 7дБ).   

 

Жоғарыдағы өрнектен келесі алуға болады:  

 

 ̅

 

  

 

         

  

  

   

          

  

            

 

,   

(2.12) 

 

мұндағы 

  – 2400 МГц- ке тең модуль жиілігі;  

ғимарат ішіндегі модульдер арасындағы арақашықтық 100 м; 

   

     Х – мәнін 2.9 кестені қараңыз. 

 

 

Алынған мәндерден келесіні табамыз:  

 

 ̅

 

           

  

                             

 

      . 

 

Менің  жобамда  өндірістік  орын  бірнеше  қабаттық  болмағандықтан, 

сигналдардың  қабаттар  арасындағы  кедергілердің  таралуы  мен  әлсізденуін 

анықтамаймын.  Бірнеше  қабаттық  ғимараттардың  кедергілерді  қоса 

сигналдардың әлсізденуін есептеу үшін келесі өрнек қолданылады: 

 

 ̅

 

           

  

  

   

       

  

   

  

              ,           (2.13) 

 

мұндағы 

 

  

  –  бірдей  өлшемдегі  кедергілер  үшін  сымның  жоғалу 

шамасының экспонентасы;   

   

FAF

(Floor  Attenuation  factor)  –  қабаттық  кедергілердің  өшу 

коэффициенті [11]. 

жүктеу/скачать 3,08 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: