Sistema de Comando “Sem Fios” e Teleregisto

A ZigBee permite comunicações wireless robustas e opera na frequência ISM (Industrial, Scientific and Medical), sendo na Europa de 868 MHz (1 canal), 915 MHz (10 canais) nos Estados Unidos e 2,4 GHz (16 canais) em outras partes do mundo, e não requerem licença para funcionamento. As Redes ZigBee oferecem uma excelente imunidade contra interferências e a capacidade de hospedar milhares de dispositivos numa Rede (mais que 65.000), com taxas de transferências de dados variando entre 20Kbps a 250Kbps. O Protocolo ZigBee é destinado a aplicações industriais, portanto, o factor velocidade não é crítico numa implementação ZigBee.
Os módulos RF padrão ZigBee foram criados para economizar ao máximo energia. Com isso, é possível criar dispositivos sensores remotos alimentados com pilhas ou baterias comuns, que durarão meses ou mesmo anos sem precisarem ser substituídas. Isso porque, os módulos ZigBee quando não estão transmitindo/recebendo dados, entram num estado de dormência (suspensão) ou seja em modo “Sleep”, consumindo o mínimo de energia.

Figura 31: Aspecto do XBEE

Figura 32 : Dimensões do sistema de comunicação XBEE

Tabela 8: Pinout doXBEE

Figura 33 : Descrição do pinout do XBEE

Xbee-Pro™:
Performance
– Rendimento da Potência de saída: 60 mW (18 dBm), 100 mW EIRP;
– Alcance em ambientes internos/zonas urbanas: 100m;
– Alcance de RF em linha visível para ambientes externos: 1,6Km;
– Sensibilidade do receptor: -100 dBm (1% PER);
– Frequência de operação: ISM 2.4 GHz;
– Taxa de dados de RF: 250.000 bps;
– Taxa de dados da Interface (Data Rate): 115.200 bps;
Alimentação
– Tensão de alimentação: 2.8 à 3.4v;
– Corrente de transmissão (típico): 215 mA @ 3.3 V;
– Corrente de Recepção (típico): 55 mA @ 3.3 V;
– Corrente de Power-down Sleep: Propriedades físicas
– Dimensões: (2.438cm x 3.294cm);
– Peso: 0.10 oz (3g);
– Temperatura de operação: -40 to 85º C (industrial);
– Opções de antena: Conector U.FL RF, Chip ou Chicote (whip);
Rede
– Tipo de espalhamento espectral: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum);
– Manipulação de erro: Retransmite novamente (Retries) & reconhecimento (acknowledgements);
– Topologia de Rede: Peer-to-peer(Par-a-par), ponto-a-ponto, ponto-a-multiponto e malha;
– Endereçamento: 65.000 endereços de rede disponíveis para cada canal;
– Opções de filtros: PAN ID, canais e endereços;
– Criptografia: 128-bit AES;
– Número de canais seleccionáveis via software: 12 canais de sequência directa;
Geral
– Faixa de frequência: 2.4000 – 2.4835 GHz;

Para programar o XBEE existem dois tipos de interface, uma board USB e uma board com ligação COM1, esta necessita de uma alimentação de 9V.
O kit que temos ao dispor contém os dois sistemas, possibilitando-nos assim usar o sistema em qualquer computador.

Figura 34 : Board USB do XBEE para programação ou utilização do mesmo

Leitura e Teleregisto da Potência Actvia

Para fazer a leitura da potência activa e o seu teleregisto é necessário converter o valor de tensão em carga do módulo 0-20V, para 0-5V no caso do P18F458, figura 39 e 0-3,3V no caso do XBEE, figura 40. Tal facto deve-se ao limite de tensão de funcionamento dos portos onde a tensão do módulo entra, no caso do P18F458 no porto COM0 e no caso do XBEE no porto COM0. Para solucionarmos esta questão construíram-se dois divisores de tensão com resistências de precisão para diminuir o erro.
Calculo dos divisores de tensão:

Figura 39 : Representação do divisor de tensão no porto COM0 do P18F458 para a leitura da tensão do módulo

Valores adoptados para o divisor, e
Como na prática o divisor de tensão não tem um comportamento desejado, foi necessário através de testes encontrar uma constante para que o valor de potência lido no LCD seja coerente.
Para tal com recurso a uma fonte de tensão aplicamos ao divisor de tensão após montado na placa de controlo vários valores de tensão de 0 a 20V e medimos através de dois multímetro o valor de tensão fornecido pela fonte e o valor depois do divisor, tal com retrata a tabela 9.

Tabela 9 : Determinação da constante para o divisor de tensão do PIC

Fazendo a média dos valores obtidos na tabela 9 no campo Ufonte/UPIC, determinamos uma constante de 4,027.
Este valor é multiplicado com o valor de tensão da saída do divisor que entra no porto COM0 do PIC.
Para obtermos o valor da potência efectua-se o seguinte calculo:

Figura 40 : Representação do divisor de tensão no porto COM0 do XBEE para a leitura da tensão do módulo

Para seleccionarmos as resistências á que ter em atenção a resistência de entrada do ADC do Xbee. A impedância de entrada do ADC deverá ser no máximo 10kΩ tal como indicado nas características do ADC especificadas na tabela 10.
Para satisfazer as características do ADC, os valores adoptados para o divisor são, e .

Usando estes valores de resistências, temos uma impedância equivalente da fonte no valor de 848,5Ω, muito inferior aos 10kW.

Tabela 10 : Características do ADC do Xbee

Como já foi referido o XBEE emissor (Remoto) está montado na placa de controlo, agora para se poder proceder ao teleregisto é necessário instalar o XBEE receptor (Base). Este foi instalado na própria board com ligação COM.
Para fazer o registo da potência activa utiliza-se a placa de aquisição de dados Advantech PCL-818L instalada no computador com o software já elaborado pelo Eng. José Fernandes, mas que foi sendo adaptado à medida da evolução do projecto. Como o sinal que é transmitido ao XBEE emissor para o receptor (Remoto) é em PWM, na saída do receptor nos pinos 6 (3,3V) e 10 (GND), antes de ligar à placa de aquisição de dados é necessário colocar um filtro, figura 41. [4-10]
De acordo com o site do fabricante,
http://www.digi.com/support/kbase/kbaseresultdetl.jsp?id=2202, usou-se um filtro RC, figura 52.

Figura 41 : Filtro RC

Valores utilizados para fazer o filtro RC

Figura 42 : Panorâmica da Board do XBEE com ligação COM

Após de terminada a montagem e efectuados alguns testes verificámos que o sinal no pino 6 do receptor era inferior ao sinal enviado pelo Xbee da placa de controlo, para tal foi necessário através de testes encontrar uma constante para que o valor recebido coincida com o valor emitido, para que o teleregisto da potência activa fosse o mais correcto possível. Com recurso a uma fonte de tensão aplicamos ao divisor de tensão após montado na placa de controlo vários valores de tensão de 0 a 20V e medimos através de dois multímetros o valor de tensão na fonte e o valor de tensão no pino 6 do receptor (Base), tal com retrata a tabela 11.

Tabela 11 : Determinação da constante para o receptor (Base) do Xbee

Fazendo a média dos valores obtidos na tabela 11 no campo Ufonte/UXbee base, determinamos uma constante de 6,695.
É de salientar que esta perda de sinal é referida nas características do Xbee.