UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA ELETTRONICA
Progetto, programmazione e realizzazione
di un sistema per il controllo a
radiofrequenza di una caldaia
Elaborato di Laurea di
Relatore: Professoressa
Correlatore: Ingegnere
Oscar Belotti
Carla Vacchi
Daniele Scarpa
SCOPO DEL PROGETTO
Tale sistema permette di azionare a distanza una caldaia
usando un tradizionale termostato, al quale è stato abbinato
un sistema radio codificato.
SCHEMA GENERALE DEL SISTEMA
Il sistema è caratterizzato da una trasmissione via radio di tipo simplex,
alla frequenza di 433,92 MHz;
Sfrutta modulazione digitale 2FSK.
UNITÀ TRASMITTENTE
UNITÀ RICEVENTE
UNITÀ TRASMITTENTE
Composta da:
un termostato;
un microcontollore PIC 12F675;
un modulo trasmettitore.
TERMOSTATO
Intervallo di misura da 0 a 30 °C;
Realizzato con termistore NTC ked 102;
Termistore
Transcaratteristica
termistore
TERMOSTATO
È interfacciato direttamente con il pin GP0 del microcontrollore.
Presenta un’uscita digitale TTL compatibile:
livello alto se Tambientale > Timpostata
caldaia OFF
livello basso se Tambientale < Timpostata
caldaia ON
MICROCONTROLLORE PIC 12F675
• Il microcontrollore, si basa sulla tecnologia CMOS
a 8 bit con CPU interna di tipo RISC.
• dispone di 6 porte di input/output bidirezionali
configurabili singolarmente;
• memoria programma Flash di 1024 byte;
• un convertitore A/D a 10 bit.
PIN OUT
TRASMISSIONE DEI DATI
Prima modalità:
Trasmissione continua dei comandi di accensione e spegnimento.
Svantaggi
Occupazione continua del canale radio;
Il ricevitore può disattivare caldaia se non riceve
nulla;
Consumo batteria.
Seconda modalità:
Trasmissione dei comandi solo in corrispondenza di un cambiamento
dello stato di uscita del termostato.
Svantaggio
Se si perde un comando non si aggiorna lo
stato della caldaia.
SOLUZIONE ADOTTATA
Soluzione adottata
Vantaggi
Trasmissione periodica dei comandi.
Se il ricevitore perde una trasmissione recupera
con quella successiva;
Si riducono i consumi della batteria.
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE
Il formato della stringa di dati è:
Header - Comando di accensione/spegnimento
Header
Comando acc./speg.
Byte ( 10101010 );
Word di sei bit che differisce per
l’ultimo bit nei due casi
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE
Stringa inviata con il comando
Stringa inviata con il comando
di spegnimento
di accensione
Differiscono per l’ultimo bit
I 5 bit possono indicare
l’indirizzo del ricevitore.
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE
Il protocollo sviluppato risulta quindi:
Semplice per essere implementato nel linguaggio assembler;
Complicato per rendere robusto il sistema di fronte al rumore.
In definitiva:
subordina l’accensione o spegnimento alla corretta
ricezione della stringa di dati;
probabilità di confondere la stringa di bit con il rumore
molto bassa.
TRASMETTITORE PLL TX-4MAVPF10
•
modulazione di frequenza (2FSK) alla
frequenza di 433,92 MHz;
•
modulazione ON-OFF di una portante;
•
tensione di lavoro: 2,7 ÷ 5 V;
•
ha un consumo nullo in assenza di
segnale;
•
SCHEMA A BLOCCHI
richiede montaggio antenna esterna.
SOFTWARE TRASMETTITORE
Il software caricato nel micro si occupa di:
• Leggere lo stato di uscita del termostato;
• Inviare al trasmettitore la stringa di dati opportuna.
Uscita bassa
Trasmetto stringa di dati con il comando di
accensione.
Uscita alta
Trasmetto stringa di dati con il comando di
spegnimento.
UNITÀ RICEVENTE
Composta da:
un modulo ricevente;
un microcontollore PIC 12F675;
un relé.
UNITÀ RICEVENTE
RICEVITORE RX-4M50FM60SF
• ricevitore supereterodina di dati
digitali modulati in FSK ( 433,92 MHz );
• elevata sensibilità
( dovuta al filtro SAW );
e
selettività
• richiede montaggio antenna esterna.
SCHEMA A BLOCCHI
SOFTWARE RICEVITORE
Il software caricato nel micro si occupa di:
• Leggere i dati digitali ricevuti dal ricevitore;
• Verificare la sintassi della stringa di dati ricevuta;
• Aggiornare lo stato del relé a seconda del comando ricevuto.
Il valore logico del bit viene stabilito con certezza ricorrendo alla
tecnica del sovracampionamento.
SOVRACAMPIONAMENTO
Primo problema da risolvere:
Possibile presenza di rumore sovrapposto.
Critico per il primo bit
Obbiettivo
Introdurre una soglia di tolleranza
SOVRACAMPIONAMENTO
Secondo problema cruciale:
Scelta della durata temporale
del campionamento, in quanto
TX
e
RX
non
sono
perfettamente sincronizzati.
SOVRACAMPIONAMENTO
Per ogni bit si prelevano 100 campioni.
Il bit è stabile e ricevuto correttamente se:
almeno il 70% dei campioni assume valore logico 1 o 0.
È tollerata quindi una soglia di errore del 30%.
RELÈ a rilascio
Il suo stato è comandato dal valore assunto dal
pin GP2 del microcontrollore.
Lavora con tensioni di 220 V e correnti massime
di 1,5A.
Presenta i seguenti contatti:
• contatto di chiusura NA (normally open);
• contatto di apertura NC (normally closed);
• contatto di scambio.
CONTATTI DI USCITA
CONTATTI DI USCITA
Ricezione comando di accensione della caldaia
GP2 valore alto
La bobina si eccita e si chiude il contatto NA.
Ricezione comando di spegnimento della caldaia
La bobina si diseccita e il contatto NA si
apre.
SCHEMA COLLEGAMENTO CALDAIA
GP2 valore basso
CONCLUSIONI
Approfondimento di conoscenze riguardo programmazione
microcontrollori e gestione di moduli a radiofrequenza.
Attualità del progetto nello sviluppo di applicazioni embedded
basate su trasmissioni radio.
Possibilità di ampliare il progetto per creare una rete domestica,
in cui i dispositivi possano colloquiare tra loro.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE