Применение GSM-технологий в системах АСУНО

Без сетей наружного (уличного) освещения невозможна эксплуатация современных автомагистралей, мостов и плотин, подсветка зданий, спортивных сооружений и т. д. Для решения задачи диспетчеризации управления по беспроводному каналу подходят GSM-модемы Cinterion. Они давно зарекомендовали себя в таких сегментах, как автоматизированные системы, диспетчеризация удаленных объектов, а также с успехом применяются в системах автоматического учета энергоресурсов. Высокая надежность, простота применения и большая функциональность этих модемов пришлась по душе многим разработчикам. И по сей день можно встретить первые модемы, которые до сих пор успешно несут свою вахту в самых суровых условиях.

Чем же обусловлен успех данной продукции? Рассмотрим более подробно основные продукты. Прежде всего, это флагман линейки встраиваемых OEM GSM-модуль BGS2.

Этот модем привлекает разработчиков возможностью быстрого и легкого внедрения в разработку и набором уникальных характеристик. Выделим основные свойства, востребованные и актуальные для современных разработок:

• Компактность. Модуль занимает небольшую площадь на печатной плате, размеры устройства — 18,8?26,7?2,7мм.
• Широкий температурный диапазон — –40…+90 °С. При превышении допустимого значения по температуре модуль автоматически выключится. При стабилизации ситуации модуль автоматически включится и вернется в работу. Такая возможность гарантирует сохранность внутреннего ПО модуля, а также продлевает жизненный цикл устройства и защищает его от сбоев.
• Собственный TCP/IP-стек. Его программная реализация позволяет открывать в среднем до 10 соединений. Возможны различные варианты конфигурирования профиля. Модуль поддерживает прозрачный режим передачи данных и команду PING для онлайновой проверки доступности хоста.
• Большой набор интерфейсов модуля: два UART, I2C, шесть GPIO, ADC, RTC, аналоговый и цифровой звук.
• Малое энергопотребление модуля во всех режимах. Пиковый ток не превышает 1,35 А, а потребление в режиме sleep не превышает 1,1 мкА, что обеспечивает продолжительную работу и функционирование устройства при отсутствии внешнего питания.

Помимо вышеперечисленных свойств, модем pin2pin совместим с 3G-версией модуля EHS5 и с по-следней новинкой, модулем BGS5. Стоит отметить, что EHS5 и BGS25 (рис. 1) обладают встроенной Java ME Embedded 3.2, за счет чего разработчик может написать собственные аплеты и загрузить их в модем, тем самым взяв на себя некоторые функции хост-процессора. Для программ пользователя доступны 6 Мбайт RAM и 8 Мбайт flash-памяти у EHS5 и 2 Мбайт RAM и 4 Мбайт flash у BGS5. Модули обладают высокопроизводительной архитектурой, ARM 11, дополнительным USB-интерфейсом. Класс передачи данных соответствует GPRS Class 12 и составляет DL: max 85,6 кбит/с, UL: max 85,6 кбит/с. Скорость передачи данных у модуля EHS5 составляет 7,2 Мбит/с на прием данных и 5,76 Мбит/с на передачу данных. Модули BGS5 и EHS5 поддерживают режим обновления программного обеспечения и программных приложений пользователя «по воздуху» (FOTA).

Рис. 1. Внешний вид модулей: а) BGS5; б) EHS5

Терминал на базе GSM-модуля BGS2

Основные плюсы применения терминальных GSM-модемов в системах учета и автоматизации заключаются в их простоте и неприхотливости. Такие устройства работают по принципу Plug&Play. Многих системных интеграторов привлекает возможность быстрой установки и настройки передающего элемента системы. Рассмотрим основные преимущества терминала, разработанного на модуле BGS2:

• по размерам модуль можно сравнить со смарт-картой;
• доступны различные варианты крепления модема;
• аппаратный сторожевой таймер WatchDog;
• широкий диапазон входного напряжения;
• диапазон входного питания 8–30 В;
• небольшое энергопотребление для продолжительной работы в случае отключения питания;
• различные варианты крепления: безвинтовой монтаж, DIN-рейка и т. д;
• промышленные интерфейсы RS-232 и RS-485.

Рис. 2. Внешний вид GSM-терминала BGS2T

Пример реализации прозрачного режима передачи данных:

at^sics=1,contype,gprs0 — указываем тип соединения GPRS

at^sics=1,apn,»internet.mts.ru» — указываем APN

at^sics=1,user,mts — логин

at^sics=1,passswd,mts — пароль

at^siss=1,svrType,transparate — тип соединения, в данном случае прозрачный режим

at^siss=1,conld,1 — указываем id профиля

at^siss=1,address,»yandex.ru» — указываем адрес или IP с портом

at^siso=1 — открываем соединение

at^sist=1 —– запускаем прозрачный режим

Рис. 3. 3G-терминалы EHS5T и EHS6T

В конце прошлого года Cinterion анонсировала выход новой линейки «умных» (Smart) терминалов на базе модулей BGS5, EHS5 и EHS6 со встроенной Java ME Embedded 3.2.

Наличие встроенной виртуальной Java-машины позволяет разработчикам и компаниям, занимающимся системной интеграцией систем АСКУЭ, АСУ ТП и прочим, задействовать все аппаратные ресурсы модуля. Встроенные сторожевые аппаратные и программные логгеры в случае зависания позволяют быстро восстановить работу модемов.

Модули разработаны с учетом применения их в различных системах. Разнообразие аппаратных интерфейсов предусматривает вариации для подключения к существующей системе. Например, EHS6T обладает встроенными интерфейсами RS-232 и LAN и может выступать в качестве GSM-шлюза. Мощное ядро ARM11 и наличие встроенной flash-памяти позволяют хранить и собирать данные с устройств, хранить пользовательские приложения, загружать и обновлять прошивку удаленно. Реализована возможность организации защищенного TCP/IP-соединения.

Применение GSM-технологий в системах АСУНО

На схеме (рис. 4) приведен самый простой пример управления освещением по GSM-каналу. Диспетчер (или программа) на диспетчерском пульте конфигурирует сообщения и команды, которые передаются через GSM-канал на коммутирующее устройство управления освещением. В качестве оборудования связи в данном случае может выступать как уже готовое решение, GSM-терминал BGS2T, так и устройство разработчика на базе модуля BGS2. На пульт диспетчера передается состояние объектов, возможна удаленная диагностика оборудования.

В офисных зданиях, где требуется обеспечить управление в пределах небольшого расстояния, лучше всего применить радиоканал ISM-диапазона 433 или 868 МГц. Частотный диапазон ISM является той частью радиочастотного спектра общего назначения, которая может быть использована без лицензирования. Единственное требование для разрабатываемых продуктов в ISM-диапазоне — это соответствие нормам, которые устанавливаются регулирующими органами для данной части частотного спектра. Эти правила различаются в разных странах. В США нормы устанавливает Федеральная комиссия по связи (Federal Communication Commission, FCC), а в Европе — Европейский институт стандартов по телекоммуникациям (European Telecommunication Standards Institute, ETSI).

Рис. 4. Простейшая схема управления освещением

Системы, спроектированные для работы в ISM-диапазоне, характеризуются малым энергопотреблением и низкой скоростью передачи данных. Однако в последнее время скорость передачи новых версий стандартов этого диапазона имеет тенденцию к увеличению. Наиболее часто используемыми частотными ISM-диапазонами являются 2,4-ГГц и субгигагерцовые частоты. Из-за довольно сильной перегрузки в 2,4-ГГц полосе частот в последнее время происходит освоение 5-ГГц диапазона. В то время как 2,4 ГГц является универсальной полосой частот, субгигагерцовые диапазоны, предназначенные для беспроводных приложений с малой потребляемой мощностью, в разных странах отличаются друг от друга. В США наиболее популярным диапазоном остается полоса частот 902–928 МГц, а в Европе наибольшая активность наблюдается в диапазоне 868 МГц. При разработке продуктов для ISM-диапазона важное значение имеет учет фундаментальных отличий между 2,4-ГГц и субгигагерцовыми диапазонами частот.

В качестве приемопередатчиков более всего подходят RF-чипы Spirit от известного производителя STMicroelectronics.

Основные преимущества Spirit1:

• малое энергопотребление;
• возможность периодически просыпаться и прослушивать эфир;
• возможность формирования различных видов пакетов;
• автоматическое распознавание входящих пакетов;
• ретрансляция сообщений до 12 раз;
• компактность.

Краткие технические характеристики Spirit1:

• хост-интерфейс SPI;
• конфигурация скорости передачи данных от 1 до 500 кбит/с;
• напряжение питания 1,8–3,6 В;
• 2-FSK, GFSK, MSK, GMSK, OOK и AKS-модуляция;
• чувствительность –120 дБм;
• выходная мощность до 24 мВт;
• ток потребления в режиме Sleep — 950 нА, в режиме передачи данных — 21 мА.

Управление освещением в помещении практически ничем не отличается от структуры управления наружным освещением. В офисе, где в среднем расположены 8–10 светильников, подключают приемо-передающее устройство; центральный блок управления находится в том же помещении. Управление осуществляется автономно, возможно и ручное управление.