nRF alapú intelligens otthon hálózat tervezése és építése

Szerző: 
Béres Gábor
Bana Szabolcs
Év: 
2014
Szekció: 
Beágyazott rendszerek és irányítástechnika szekció
Helyezés: 
jutalom

Napjainkra az okos otthon fogalma valósággá vált, több különböző megoldás elterjedt, egyre nő az igény az intelligensen működő automatizált berendezésekre. A jelenleg létező számos technológia mellett folyamatosan jelennek meg újabb szereplők, a közeljövőben a területen rohamosan fejlődést jósolnak. A vezeték nélküliek közül a legjelentősebbek például a Bluetooth 4.0, a ZigBee, a Z-Wave. Ezek mellett létezik az előbbieknél olcsóbb és az okos otthonok elvárásainak megfelelő nRF adó-vevő. Ez egy 2.4 GHz-es frekvencián működő, alacsony fogyasztású IC, amely maximum 2 Mbit/s sebességgel képes kommunikálni, és a környezettől függően 20-40 méteres hatótávolsággal rendelkezik. Ezek a paraméterek tökéletesen megfelelnek az okos otthon hálózat által teremtett követelményeknek.

A célunk egy mindenki számára elérhető, könnyen bővíthető, megfelelő hálózati paraméterekkel rendelkező okos otthon megoldás létrehozása volt, amely rendelkezik a létező rendszerek főbb funkcióival és teljesítményével, de azoknál egyszerűbben telepíthető és olcsóbb.

A munkát egy multihop hálózat működéséhez szükséges protokoll megtervezésével kezdtük. A követelmények között a legfontosabbak a hálózat minél egyszerűbb beüzemelése, a jó skálázódás, megbízható működés és az alacsony válaszidő voltak. A rendszer képes sok, jelentősen eltérő tulajdonságokkal rendelkező egység kezelésére.

Megvizsgáltunk néhány szenzorhálózatban használt kommunikációs protokollt, majd az azokból tanultak és az nRF adottságai alapján megterveztünk egy saját protokollt. A különböző okos otthon funkciók megvalósításához szükséges intelligencia egy saját fejlesztésű központi egységben található. Az internet és a hálózatba kapcsolt eszközök közötti összeköttetés is ide kerültek.

Implementáltuk a protokollt, és elkészültek a hálózati eszközök tervei is, valamint megépültek az első prototípusok. Hardverileg némileg különbözőek, készült RGB led vezérlő, motor vezérlő, és különböző szenzorokkal felszerelt egység is. A különböző hardverekhez különböző szoftvereket is készítettünk.

Az elkészült hálózaton méréseket végeztünk. Megmértük a maximális átviteli sebességet, a késleltetést, és a csomagvesztést különböző beállítások és körülmények között. A mért eredmények alapján az elkészült rendszert összehasonlítottuk más, már létező megoldásokkal.