Rede de Sensores Heterogênea Universidade Estadual de Feira de Santana Rede de Sensores Heterogênea Orientando: Igo Amaurí dos Santos Luz Graduando em Engenharia de Computação Orientador: Paulo César Machado de Abreu Farias Professor do Departamento de Exatas (DEXA)

Roteiro Introdução Objetivos Metodologia Protocolo CAN Protocolo USB Geral Específico Metodologia Protocolo CAN Protocolo USB Protocolo Zigbee Referências

Introdução Sensores Rede de Sensores Dispositivos utilizados para monitorar determinado fenômeno Rede de Sensores Conjunto de sensores interconectados Trabalho colaborativo Fatores que influenciam Protocolos Tolerância a falhas, erros Limitação do hardware Custos Topologia da rede Ambiente de operação Na introdução pensei em abordar da seguinte forma: Inicio falando um pouco sobre rede de sensores, contextualizando o que seria uma rede de sensores. Citando a questão da automação no monitoramento de ambientes/situações. Após falo sobre aplicações de rede de sensores: antineutrinos (projeto Angra), monitoração da umidade da estrutura de um prédio, automóveis, e outros. Após introduzir a questão do protocolo CAN. Falando um pouco do histórico, do contexto que o mesmo surgiu, ou seja, tendo sua concepção inicial para aplicações na industria automobilistica.

Introdução Áreas de Aplicações Engenharia Militar Saúde Automobilística Retirada do site: http://pplware.sapo.pt/software/redes/rede-de-sensores-sem-fios-conhece-esta-tecnologia/

Introdução Protocolo CAN Protocolo ZigBee Protocolo USB Surgimento na década de oitenta na industria automobilistica Padronizada pela resolução ISSO 11898 Protocolo ZigBee Transmissão wirelles Surge com o intuito de proporcionar redes sem fio dinâmicas, simples e de baixo custo Protocolo USB

Objetivos Geral Específicos Desenvolver uma rede de sensores baseada no protocolo CAN Específicos Desenvolver o software embarcado em C para a comunicação CAN Desenvolver um conversor entre os protocolos CAN e USB Desenvolver um conversor entre os protocolos CAN e Zigbee Realização de testes Basicamente coloquei os objetivos do nosso trabalho. Acha que precisamos extender? Explicar melhor? Modificar algum?

Metodologia Ferramenta de desenvolvimento MPLAB IDE C18 Microcontroladores da família Microchip PIC PIC18F4550 PIC18F2680 Conversor de sinal MCP2515 MAX 232 Rádio Zigbee Nesse slide, para iniciar a apresentação da metodologia, coloquei as ferramentas e os componentes que utilizados. Qual o nome do componente que suporta o zigbee, o “rádio”

Metodologia Primeira fase Segunda fase Terceira Fase Domínio acerca da comunicação CAN utilizando o PIC18F2680 Segunda fase Conversão CAN/USB através da utilização do PIC18F4550 e MCP2515 Terceira Fase Conversão CAN/Zigbee Nessa parte, estou com dúvida de como seria melhor abordar. Coloquei dessa forma, dividido em fases, mas pensei também que poderia ser abordado de forma mais genérica. Inicio falando que primeiro será projetado a comunicação CAN, depois implementado, seguindo da execução de testes e após validada, será então feita a conversão do CAN para outros protocolos, como o conversor CAN/USB e o CAN/Zigbee. Melhor?

Protocolo CAN Protocolo CAN Robusto Baixo consumo de energia Utilização do conceito de dominância de bit Prioridades de mensagens Detecção e Tolerância a falha Identifica o recebimento da mensagem Permite múltiplos acessos ao barramento Definida pelas mensagens não pelos nodos Permite inserção de novos nodos com a rede em operação

Protocolo CAN Três tipos de redes CAN Relação do comprimento do cabo e da taxa de transferência Nomenclatura Padrão Taxa máxima CAN baixa-velocidade ISSO 11519 125 Kbps 2.0 A ISSO 11898:1993 1 Mbps 2.0 B ISSO 11898:1995 A fundamentação coloco apenas sobre o CAN, USB e ZigBee? Ta de bom tamanho? Desses coloco as caracteristicas principais, exemplos de aplicações, as suas configurações.... Conversei com Rosaria sobre isso e ela disse que não precisava aprofundar muito, ir muito específico, já que o tempo também é curto: 15 min no máximo de apresentação. Comprimento (Máximo) (m) Taxa de transferência 40 1000 Kbps 270 250 Kbps 3300 20 Kbps

Protocolo CAN Relação do comprimento do cabo e da taxa de transferência

Protocolo CAN Camadas CAN – Modelo OSI

Protocolo CAN Camada Física Responsável por tratar a forma como a comunicação é efetuada, ou seja, como os bits trafegam pelo barramento Conceito de Dominância de bit Bit recessivo e bit dominante Bit dominante inibe o recessivo Define uma forma de transmissão ao qual esta relacionada com a diferença de tensão entre dois fios CAN_H (high) e CAN_L(low).

Protocolo CAN Cama física Dominância de bit garante a robustez da comunicação

Protocolo CAN Camada Física

Protocolo CAN Camada de enlace 2.0 A e 2.0 B. Diferença básica entre as versões: quantidade de bits destinada à identificação da mensagem: versão A são 11 bits versão B são 29 bits

Protocolo CAN Camada de enlace SOF – start of frame Arbitration – arbitragem Control – define tamanho da mensagem Data fiel – a mensagem CRC field – integridade Ack – se o destinatário recebeu EOF – end of frame

Protocolo USB Protocolo USB Suporta a comunicação entre computadores e periféricos Proporciona plug and play de forma rápida e com baixo custo Barramento Master/Slave Master – USB Host Slave – Periférico Suporta taxas de 12 Mbps, 1,5 Mbps e até 480 Mbps na versão 2.0

Protocolo ZigBee Protocolo ZigBee Baseado no padrão IEEE 802.15.4 Dispositivos com baixo processamento Segurança nos dados Baixo consumo de energia Transmissão e recepção inativas por quase 99% do tempo Operação half-duplex Topologias Estrela e peer-to-peer Aplicações Sensores sem fio, Controle industrial, Leitura de medidores

Protocolo ZigBee Comparação com outras tecnologias sem fio Wi-Fi Bluetooth Padrão IEEE 802.11b, 802.11g, 802.11a IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.1 Taxa de transferência 11(b) até 54 (a, g) Mbps 10 – 115 Kbps 721 Kbps Número de nós 100 65000 8 Alcance 100m 10 – 100m 8 até 100m

Protocolo ZigBee Camadas OSI – Pilha Zigbee

Protocolo ZigBee Operam com dois tipos de nós Function Device (FFD), dispositivo de função completa Reduced Function Device (RFD), dispositivo de função reduzida Possui um sistema de anti-colisão Carrier Sense Multiple Access-Colision Avoidence (CSMA-CA) Sistema de anti-colisão com sensor de portadora com múltiplos acessos

Protocolo ZigBee Topologias

Zigbee coordinator Zigbee router Zigbee endpoint Dispositivo FFD Controle da rede Zigbee router FFD ou RFD Nó normal da rede Efetua comunicação entre dois nós da rede sem a necessidade de passar pelo coordinator Zigbee endpoint Comunica-se apenas com a rede

Referências BARBOSA, L. R. G. Rede CAN. In: Escola de Engenharia da UFMG. Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2003. BOSCH, R. CAN Specification Version 2.0. Stuttgart, 1991. FARIAS, P. C. M. A. Projeto Neutrinos Angra - Sistema de Controle e Monitoramento de Alta-Tensão. 2009. Projeto aprovado pela Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação da Universidade Estadual de Feira de Santana, 2009. FERREIRA, E. H. C. Automação residencial utilizando protocolo CAN. 2009. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Paraná, 2009.

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