UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTA’ DI INGEGNERIA ELETTRONICA

1. UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTA’ DI INGEGNERIA ELETTRONICA Progetto, programmazione e realizzazionedi un sistema per il controllo aradiofrequenza di una caldaia Elaborato di Laurea di Oscar Belotti Relatore: Professoressa Carla Vacchi Correlatore: Ingegnere Daniele Scarpa

2. Tale sistema permette di azionare a distanza una caldaia usando un tradizionale termostato, al quale è stato abbinato un sistema radio codificato. SCOPO DEL PROGETTO

3. 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 RICEVENTE UNITÀ TRASMITTENTE

4. UNITÀ TRASMITTENTE Composta da: un termostato; un microcontollore PIC 12F675; un modulo trasmettitore.

5. TERMOSTATO Intervallo di misura da 0 a 30 °C; Realizzato con termistore NTC ked 102; Termistore Transcaratteristica termistore

6. 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

7. 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

8. 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.

9. SOLUZIONE ADOTTATA Soluzione adottata Trasmissione periodica dei comandi. Vantaggi Se il ricevitore perde una trasmissione recupera con quella successiva; Si riducono i consumi della batteria.

10. PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE Il formato della stringa di dati è: Header - Comando di accensione/spegnimento Byte ( 10101010 ); Header Comando acc./speg. Word di sei bit che differisce per l’ultimo bitnei due casi

11. PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE Stringa inviata con il comando di spegnimento Stringa inviata con il comando di accensione Differiscono per l’ultimo bit I 5 bit possono indicare l’indirizzo del ricevitore.

12. 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.

13. 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; • richiede montaggio antenna esterna. SCHEMA A BLOCCHI

14. 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. Trasmetto stringa di dati con il comando di accensione. Uscita bassa Trasmetto stringa di dati con il comando di spegnimento. Uscita alta

15. UNITÀ RICEVENTE Composta da: un modulo ricevente; un microcontollore PIC 12F675; un relé.

16. UNITÀ RICEVENTE

17. RICEVITORE RX-4M50FM60SF • ricevitore supereterodina di dati digitali modulati in FSK ( 433,92 MHz ); • elevata sensibilità e selettività ( dovuta al filtro SAW ); • richiede montaggio antenna esterna. SCHEMA A BLOCCHI

18. 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.

19. SOVRACAMPIONAMENTO Primo problema da risolvere: Possibile presenza di rumore sovrapposto. Critico per il primo bit Obbiettivo Introdurre una soglia di tolleranza

20. SOVRACAMPIONAMENTO Secondo problema cruciale: Scelta della durata temporale del campionamento, in quanto TX e RX non sono perfettamente sincronizzati.

21. 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%.

22. 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

23. 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 GP2 valore basso La bobina si diseccita e il contatto NA si apre. SCHEMA COLLEGAMENTO CALDAIA

24. 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.

25. GRAZIE PER L’ATTENZIONE