Projeto de controle e Automação de Antena

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1 Projeto de controle e Automação de Antena Wallyson Ferreira Resumo expandido de Iniciação Tecnológica PUC-Campinas RA: Lattes: K P0 Omar C. Branquinho Sistemas de Telecomunicação Gestão de Redes e Serviços Planejamento Integrado e Gestão de Sistemas de Infraestrutura Urbana Resumo: O projeto tem como objetivo desenvolver algoritmos de ajuste de posicionamento para antena, através da medida de RSSI. O movimento é automatizado, abrangendo uma área especifica. Toda sistemática foi feita sobre a plataforma Radiuino, a fim de otimizar a área de cobertura, através do movimento adequado da antena em relação aos sensores. Palavras-chave: Antena, RSSI, otimização. Área do Conhecimento: Elétrica. 1. INTRODUÇÃO Redes de Sensores sem Fio (RSSFs) é uma tecnologia que permite monitorar fenômenos físicos e possivelmente, controlar o mundo físico. Possui atuação em diversos campos, como militar, agricultura, indústria e medicina. Devido ao avanço dos Sistemas Microeletromecânicos (MENS) temos sensores operando a baixa taxa de transmissão, baixo custo e consumo de energia, contribuindo na construção de novos algoritmos de roteamento. A RSSFs também vem sendo empregada em projetos de cidades e edifícios inteligentes [1]. Uma rede de sensores sem fio é composta por um ou mais sensores. Que são localizados em uma região de interesse, conectados a uma rede. Geralmente se encontram alimentados por bateria, ou até mesmo com fonte alternativa como conversor de campo magnético, células de energia solar etc[2]. A implementação dessas redes necessitam de um arranjo de antena adequado, para atender a topologia da rede. Pois em geral, os sensores possuem uma pequena antena sem muitos ganhos, afinal a estação base opera com uma antena de maior cobertura, estrategicamente posicionada diante dos sensores da rede. Sua função é estabelecer uma maior abrangência do sinal emitido. Este trabalho tem por seu objetivo criar um sistema automático de posicionamento da antena da base, garantindo uma melhor captação e recebendo sinal enviado pelos sensores. 2. METODOLOGIA Em uma rede típica de sensores, nomeia-se a estação base ou estação de controle, o local onde o usuário final obtém informações e envia comandos para a RSSFs através de um computador ligado a uma antena de cobertura. A (Figura 1) apresenta uma topologia de rede, na qual a comunicação pode ocorrer em diversas direções, sem exigir muito do arranjo de antena.. Figura 1 RSSF Topologia Malha Na topologia Estrela (Figura 2), todo dispositivo da rede se conecta a um dispositivo central. Sendo ele, o responsável por todos os dados da rede e consequentemente, necessita de um arranjo de antena a fim de atender a região dos sensores. Para reduzir o arranjo das antenas e assim ampliar a região de cobertura. São feitas medidas de intensidade de sinal de todo o sistema. Tendo assim um melhor arranjo de antenas.

2 ANTENA CENTRAL O arranjo da antena central é composto por uma antena setorial acoplada a um motor de passo, conectada a placa controladora recebendo e enviando dados ao sensores da rede. PLATAFORMA RADIUINO Figura 2- RSSF topologia estrela 3. O PROJETO O Projeto operara na topologia estrela onde a o base que se comunica com uma antena central, que por sua vez, atende os sensores espalhados na rede como mostrado a seguir (Figura 3). Os projetos desenvolvidos na plataforma Radiuino se dividem em três setores; hardware, firmware e software. Estruturado em uma hierarquia, na qual o software exerce a função de gerência, o firmware é o responsável por orientar o hardware a executar esses comandos e tarefas. MOTOR DE PASSO O stepper motor (Figura 4) ou mais conhecido como motor de passo, é um motor que permite controlar precisamente a sua rotação, com autonomia de 360 graus, seja no sentido horário ou antihorário. Para o controle desses dispositivos existe uma biblioteca especifica na plataforma Radiuino, que permite controlar com maior praticidade os pulsos elétricos que promovem a sua rotação. [3] Figura 3 - Estação da Base BASE O projeto dividiu-se na seguintes partes: Figura 4 - Motor de passo A base é composta por um computador conectado via USB a um modulo be900. Que através de um software chamado python, com uma linguagem de programação própria, envia comandos e recebe informações. Nessa interface, pode-se também, fazer todo tratamento dos dados, assim como, construir uma interface, onde qualquer usuário possa manipular. ANTENA SETORIAL Toda antena possui um diagrama de radiação, que permite visualizar a sua área de abrangência (Figura 5), porém o diagrama pode ser deformado de acordo com o ambiente inserido ou até mesmo impedir a comunicação.

3 Figura 5 - Diagrama de radiação antena setorial Uns dos testes iniciais do projeto consistiu em medir a intensidade de sinal da antena setorial (Figura 6). Foi construído uma base com um motor de passo acoplado a antena setorial. Nesse setup, foi feito uma rotação de 360 na antena e medido o sua intensidade ao longo da rotação. FIRMWARE Figura 7 - Layout da placa impressa O firmware do Radiuino está estruturado em camadas de protocolos baseado no protocolo TCP/IP utilizado na Internet. Cada pilha (Figura 8) exerce uma função dentro da rede. Essas divisões de tarefas permitem aperfeiçoar e alterar cada pilha, ou seja, pode-se alterar cada camada independentemente. Figura 6 - RSSI da rede O teste mostra que, quando o sensor está do lado oposto a base, a intensidade tem uma queda. PLACA CONTROLADORA Para controlar o movimento do motor de passo, foi necessário confeccionar uma placa de circuito impresso (Figura 7) para drivar o motor. Isso se deve pelo fato de o motor de passo consumir elevada corrente elétrica. Visto isso, foi colocado um driver de controle especifico para controle do motor, o LN293d. Esse CI (circuito integrado), é composto por uma ponte H, que faz o controle do motor de passo. Figura 8 - Protocolo de pilhas (Radiuino) No projeto foi usado uma versão de firmware disponível nas bibliotecas do Radiuino. As modificações feita no firmware, foram elaboradas em conjunto com o software (python). Ou seja, a programação do firmware foi diretamente baseada nos comandos do software. [4] Para que não houvesse erros na execução do projeto, o firmware, permite criar variais de controle, para que o sistema tenha uma autocorreção, se qualquer falha acontecer. A estratégia usada para comunicação entre base e sensor, foi a pooling, essa estratégia permite fazer a medição do RSSI e enviar o comando a base de quantos graus o motor de passo irá virar (Figura 9).

4 Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica ISSN RESULTADOS OBTIDOS Os primeiros testes foram feitos somente com o uso do motor de passo, para que fosse possível aplica-lo no projeto. Para os testes foi usada a plataforma Arduino (Figura 11). Figura 9 - Comunicação da Rede SOFTWARE Para controle dos comandos da antena foi usado um software, python (Figura 10), nele foi feito toda parte da interface entre Radiuino/ Firmware. Nesse sistema foram criados condições para que todo o sistema operasse de forma correta. Outra função do software foi de exibir informações para usuário. Figura 11 Arduino Visto isso, na primeira parte do projeto, ocorreu tudo como esperado, pois foi possível verificar como o motor de passo se comporta e também suas limitações. Em seguida, foram feito os testes utilizando a estrutura com a antena e motor de passo acoplados (Figura 12). Nos testes foi verificado os erros do código e os mesmo solucionados. Figura 10 - Área de trabalho python

5 6. REFERÊNCIAS [1] A. A. F. Loureiro, Rede De Sensores Sem Fio, Grandes Desafios Da Pesquisa Em Computação Para O Período , [2] F. Braga, J. Valentin e O. R. Baiocchi, Aplicações ambientais de lredes de sensores sem fio, Revista de Tecnologia da informação e comunicação, [3] [4] F. G. Brites E V. P. D. A. Santos, Motor De Passo, Niteroi - Rj: Universidade Federal Fluminense, Figura 12 - Estrutura da Antena Após a estrutura montada, foram feitos testes de precisão do passo do motor. Esses teste demandaram tempo, pois, foi preciso calcular quantos graus o motor percorria, a partir do comando enviado do software. 5. CONCLUSÃO Concluísse que é possível obter a melhor posição de uma antena através do RSSI. Foi possível verificar que é factível a construção de uma base inteligente capaz de otimizar a cobertura de sinal em grandes áreas com uso de antenas direcionais, conseguindo uma maior distância entre os sensores e a base, principalmente em ambientes abertos. O projeto apresentou desafios específicos, que com ajuda do orientador e dos responsáveis do laboratório, foi possível solucionar. O projeto irá ser de grande valia para meio tecnológico, pois abre um leque de possibilidades. O principal objetivo do projeto foi alcançado, que é, de elaborar uma plataforma, onde todos possam explorar seus potencias.

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