SISTEMA WIRELESS PARA
MONITORAMENTO
REMOTO.
Artur Kruse
Marcos Heck
Flávio Arthur
Túlio Müller
O sistema de telemetria é um conjunto
de
dispositivos
que
utilizam
comunicação remota sem fio para
automação de processos industriais
que necessitam de monitoramento
e/ou controle à distância em
alternativa ou substituição ao uso de
cabeamento.
Utilizando
a
tecnologia
de
Espalhamento Espectral por Saltos
em Freqüência (“Frequency Hopping
Spread Spectrum”) na faixa livre de
freqüência de 902 - 928 MHz, o
sistema não requer a obtenção de
qualquer licença de operação.
Variáveis de processo passíveis de
controle e monitoração:
• Nível
• Vazão
• Pressão
• Temperatura
• Tensão
• Corrente
• Potência
• Analíticos (pH, Redox, Condutividade)
• Sistemas de Telemetria
TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM
A freqüência em que o sinal é transmitido é alterada
diversas vezes por segundo seguindo uma
seqüência pseudo-aleatória, possibilitando deste
modo que as informações sejam enviadas sem
sofrer congestionamentos ou interferências entre
os rádios.
Somente os transceptores que compõem a mesma
rede operam em sincronia, sem interferir em outros
sistemas de rádio existentes no mesmo ambiente.
TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM
Esta técnica de transmissão apresenta elevada
imunidade contra interferências nos mais diversos
tipos de aplicações industriais e nas mais adversas
situações, permitindo que a informação seja
transmitida e recebida com precisão, segurança e
confiabilidade.
TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM
SPREAD
SPECTRUM
• Frequency Hopping Spread Spectrum ou espalhamento Espectral
por Saltos em Freqüência
• Faixa livre de 902-928 MHz
• Sem necessidade de obtenção de licença
• Imunidade contra interferências
• Coexistência de outros rádios no mesmo ambiente
• Segurança : baixa densidade de potência
PRINCÍPIO DA TECNOLOGIA FHSS
• Utilização de faixas estreitas de freqüência
• Envio de pacotes de informação em diferentes freqüências dentro da
faixa de 902-928 MHz seguindo uma seqüência pseudo-aleatória
• Transmissor e receptor operam em sincronia
• A potência RF é concentrada em um canal de freqüência e em único
momento
Frequência
Frequência
Freqüência fixa
Freqüência pseudo-aleatória
INTERFERÊNCIAS NÃO SÃO PROBLEMAS
• Interferências não afetam a comunicação de sistemas de rádio que
utilizam a tecnologia FHSS
• Se durante a transmissão de 1 pacote houver uma interferência na
mesma freqüência, após o salto a mesma informação é enviada numa
outra faixa (salto)
Frequência
Transmissor
Frequência
Receptor
BENEFÍCIOS
• Operação no mesmo ambiente de outros rádios
• Ideal para aplicações industriais onde interferências estão presentes
• Segurança e confiabilidade
CARACTERÍSTICAS
• Tecnologia : Espalhamento espectral por saltos em freqüência (FHSS)
• Faixa de freqüência : 902-928 MHz
• Potência : até 1W
• Alcance : até 32 km (linha de visada)
• Número de canais : até 32
• Entradas :
Analógica de 4-20 mA
ON/OFF
Serial (RS-485)
• Expansível : através da inclusão de módulos de E/S
• Montagem em trilho DIN, fundo de painel
• Comunicação bidirecional
• Sistema de endereçamento
CONFIGURAÇÃO PONTO-PONTO
• Transmissão individual
• 1 transmissor e 1 receptor formam 1 rede
CONFIGURAÇÃO PONTO-PONTO
Rede 32
Rede 2
Rede 3
Rede 1
Até 32 redes podem
estar presentes no
mesmo ambiente
CONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTO
• Transmissão coletiva
• Diversos transmissores e 1 receptor formam 1 rede
CONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTO
TR3.
Rede 1
TR2.
Rede 2
TR2.
Rede 1
TR1.
Rede 1
RT.
Rede 1
TR1.
Rede 2
RT.
Rede 2
Até 32 redes podem
estar presentes no
mesmo ambiente
COMUNICAÇÃO UNIDIRECIONAL
Sentido das informações (4-20 mA)
Módulo RF + Módulo de Saída
4-20 mA
Módulo RF + Módulo de Entrada
4-20 mA
COMUNICAÇÃO BIDIRECIONAL
Sentido das informações
- Alarme de nível alto (ON/OFF)
- Alarme de nível baixo (ON/OFF)
- Liga bomba (ON/OFF)
- Desliga bomba (ON/OFF)
Status da bomba :
Bomba ligada
Bomba desligada
Status da
bomba
ANTENAS
A antena é um componente essencial para o sistema
de telemetria uma vez que é através dela que as
informações são transmitidas e recebidas.
Dois tipos diferentes de antenas podem ser
utilizados em um sistema de telemetria :
ANTENAS
Antena Omni (colinear ou não direcional) : é uma antena
multidirecional que possui área de abrangência de 360º, isto
é, transmite e/ou recebe informações para/de todos os
lados. Possui baixa capacidade de transmissão a longas
distâncias uma vez que a área irradiada é espalhada em
todas as direções. É utilizada principalmente quando o rádio
for somente um receptor de diversos transmissores
(configuração Ponto – Multiponto).
ANTENAS
Antena Yagi (ou direcional) : trata-se de uma
antena que concentra o sinal em uma única
direção, sem espalhá-lo, permitindo a transmissão
a longas distâncias. É utilizado para grandes
distâncias ou quando não se deseja que o sinal
irradiado tenha uma área de cobertura elevada e
que possa interferir em outros sistemas.
Exemplo de Aplicação
Considerando uma distância de 32 km e a maior
freqüência (pior caso) 928 MHz, calculamos a
perda no espaço livre: Ao = 122dB
Potência de transmissão: 1W = 1000mW = 30dBm
Sensibilidade do receptor: -100dBm
Ganho antena TX (Yagi): 16dB
Ganho antena RX (Yagi): 16dB
Exemplo de Aplicação
Desconsiderada perdas na linha de transmissão
(conectores e cabo coaxial)
PRX = PTX + GTX + GRX – Ao
PRX = 30dBm + 16dB + 16 dB – 122dB
Potência entregue no receptor: -60dBm
-60dBm ≥ -100dBm, Ok
Exemplo de Aplicação
Considerando um sistema multiponto, com uma
antena vertical Omni direcional na central de
controle e antenas Yagi nos pontos monitorados,
calculamos a máxima distância permitida pela
sensibilidade calculada para o receptor, -60dBm.
Ganho antena TX (Omni): 3dB
Ganho antena RX (Yagi): 16dB
Ao = PTX + GTX + GRX – PRX
Ao = 30dBm + 3dB + 16dB – (-60dBm)
Ao = 109dB
R = 7,25 km
Local de Instalação
É de grande importância que o local planejado para
a instalação do sistema de telemetria possibilite a
visada direta entre as antenas dos transceptores,
principalmente quando a distância envolvida na
transmissão dos sinais for elevada.
Local de Instalação
CASOS
TELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500
• Função : monitoramento remoto do nível
de água de reservatório de distribuição
• Instrumentação :
Medidor de nível hidrostático
Transceptor de rádio
• Sinal transmitido : 4-20 mA
CASOS
TELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500
• Distância envolvida : 2,5 km
• Local : Manaus - AM