Instrukcja - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Przemysłowe Sieci Informatyczne - Laboratorium nr 7 – Łączność bezprzewodowa - Instrukcja
Opracował: Tomasz Karla, mgr inż.
Przebieg laboratorium
Celem laboratorium jest zapoznanie się z wybranymi technologiami komunikacji bezprzewodowej oraz
nabycie umiejętności koordynowania komunikacji między wieloma jednostkami korzystającymi z tego
samego medium. Zadaniem będzie opracowanie prostego systemu sterowania, składającego się z kilku
jednostek z regulatorami, które za pomocą komunikacji bezprzewodowej będą łączyły się z obiektem.
Komunikacja ma być w pełni zautomatyzowana i umożliwiać poprawną wymianę danych między
poszczególnymi jednostkami. W zależności od stanowiska, wykorzystana zostanie komunikacją za pomocą
radiomodemów lub z wykorzystaniem modemów GSM i tunelowania danych przez SMS.
Zadania do realizacji w domu:
0.
Zapoznać się z modelem obiektu, który zostanie wykorzystany w trakcie laboratorium. Jest to prosty
model czterech zbiorników. Dokładniejsze informacje na temat obiektu znajdują się w materiale dodatkowym
Łączność bezprzewodowa, zaś pełny model obiektu przygotowany w MATLAB/Simulink znajduje się w pliku
model_obiektu.slx (dla MATLAB 2015b), kod samego modelu znajduje się w pliku model.txt. (1 pkt)
1.
Zapoznać się ze strukturą komunikacyjną wymaganą do implementacji między poszczególnymi
stacjami (materiał dodatkowy Łączność bezprzewodowa). Przygotować koncepcję mechanizmu wymiany
danych między poszczególnymi stacjami dla obu przypadków komunikacji (radiomodemy i modemy GSM z
tunelowaniem GSM) z uwzględnieniem charakterystycznych cech tego typu komunikacji jak opóźnienie czy
dostęp wielu urządzeń do jednego łącza. (2 pkt)
Zadania do realizacji na laboratorium:
2. Przygotować urządzenia do komunikacji i przetestować ją za pomocą programu Putty. (1pkt)
3. Przygotować modele Simulink na każdym stanowisku wykorzystujące biblioteki Simulink Desktop RealTime zgodnie ze wskazówkami w materiale Łączność bezprzewodowa oraz rozdzielić zadania
poszczególnych stacji (obiekt i regulatory). (1 pkt)
a. Zadaniem stacji regulatorów będzie przesyłanie zestawu sterowań (pozycji zaworów i stanu pompy)
dla określonych zbiorników. W najprostszej wersji regulatora wartości te są ręcznie ustawiane przez
użytkowników.
b. Zadaniem stacji obiektu jest odbieranie sterowań od stacji regulatorów i stosowanie ich dla
określonych zbiorników oraz wysyłanie aktualnych stanów poziomu wody w zbiornikach w
określonych chwilach czasowych.
4. Opracować system sterowania, którego zadaniem będzie regulacja poziomów wody w wirtualnych
zbiornikach obiektu, z wykorzystaniem zautomatyzowanej komunikacji bezprzewodowej pomiędzy
poszczególnymi stacjami. (5 pkt)
Wymagane czynności do wykonania przed zajęciami
Wykonać zadania 0 i 1. Przeczytać wszystkie przygotowane do laboratorium materiały.
Dodatkowe informacje
Rozliczenie laboratorium następuje na zajęciach. Brane pod uwagę będzie przygotowanie do laboratorium
oraz wykonanie kompletnego systemu sterowania z zautomatyzowaną komunikacją umożliwiającą
poprawną wymianę danych. Rozliczenie następować będzie w grupach. W wypadku braków, oceniany będzie
stopień zaawansowania opracowanego systemu.
Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, 2016
|1
Przemysłowe Sieci Informatyczne - Laboratorium nr 7 – Łączność bezprzewodowa - Instrukcja
Opracował: Tomasz Karla, mgr inż.
Ustawienie modeli Simulink z wykorzystaniem bibliotek Simulink Desktop Real-Time (MATLAB 2015b).
Aby możliwa była komunikacja w czasie rzeczywistym, modele muszą zostać skompilowane przy użyciu
bibliotek Simulink Desktop Real-Time (SDRT). Po utworzeniu nowego pliku modelu w środowisku
MATLAB/Simulink należy przejść do zakładki Simulation>Model Configuration Parameters. W nowym oknie
w zakładce Code Generation w polu System target file należy wybrać bibliotekę sldrt.tlc. W zakładce Solver
należy zmień krok symulacji z Variable-step na Fixed-step zaś w Stop time należy wpisać wartość inf. W ten
sposób zostanie przygotowany model do uruchamiania w czasie rzeczywistym. W oknie modelu, obok pola z
kontrolkami kontroli symulacji (Start, Stop, czas) z rozwijalnej listy należy wybrać External. Start symulacji
uruchomi automatyczną kompilację aplikacji.
Ustawienie modeli Simulink z wykorzystaniem bibliotek Real Time Windows Target (dla starszych wersji
MATLAB).
Aby możliwa była komunikacja w czasie rzeczywistym, modele muszą zostać skompilowane przy użyciu
bibliotek Real Time Windows Target (RTWT). Po utworzeniu nowego pliku modelu w środowisku
MATLAB/Simulink należy przejść do zakładki Simulation>Model Configuration Parameters. W nowym oknie
w zakładce Code Generation w polu System target file należy wybrać bibliotekę rtwin.tlc. W zakładce Solver
należy zmień krok symulacji z Variable-step na Fixed-step zaś w Stop time należy wpisać wartość inf. W ten
sposób zostanie przygotowany model do uruchamiania w czasie rzeczywistym. W oknie modelu, obok pola z
kontrolkami symulacji (Start, Stop, czas) z rozwijalnej listy należy wybrać External. Przed uruchomieniem
symulacji należy ten model skompilować za pomocą skrótu klawiszowego CTRL+B oraz kliknąć ikonę po lewej
stronie od startu symulacji . Dopiero wtedy możliwy będzie start symulacji.
Konfiguracja komunikacji z wykorzystaniem radiomodemów
Obowiązują materiały z laboratorium 1 PSI dotyczące transmisji szeregowej.
Konfiguracja komunikacji z wykorzystaniem modemów GSM
W czasie laboratorium do komunikacji bezprzewodowej zostaną użyte modemy GSM. Posiadają one kilka
możliwych trybów pracy jednak użyty i przedstawiony zostanie tryb SMS Tunel. Transmisja między
urządzeniami podłączonymi do portów szeregowych komputerów zostanie obsłużona za pomocą SMSów.
Aby było to możliwe, najpierw trzeba modemy te skonfigurować. Po podpięciu ich w sieć laboratoryjną za
pomocą kabla ethernetowego możliwa jest ich konfiguracja za pomocą webowego kreatora. Wystarczy
wpisać adres urządzenia w polu adresu przeglądarki. Adres IP urządzenia zależy od numeru stanowiska
(przykładowy adres to 192.168.1.154). Standardowo przypisane są im adresy z odpowiedniej podsieci dla
danego stanowiska z końcówką 4 np. dla stanowisk o adresach 192.168.16x adres wynosi 192.168.1.164. W
ustawieniach urządzenia należy w zakładce GSM GPRS Settings wybrać tryb SMS. Następnie w Serial Port
Settings należy w opcjach portu ustawić tryb tunelowania SMS, określić, czy i z jakich numerów mogą
dochodzić SMSy na urządzenie oraz do jakich numerów mają być przesyłane dane docierające do tego
urządzenia z portu szeregowego (w tym polu należy wpisać numery kart sim znajdujących się w pozostałych
Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, 2016
|2
Przemysłowe Sieci Informatyczne - Laboratorium nr 7 – Łączność bezprzewodowa - Instrukcja
Opracował: Tomasz Karla, mgr inż.
urządzeniach, z którymi będzie dokonywana komunikacja). Dodatkowo można wybrać kodowanie (Text ASCII
to zwykły SMS możliwy do odczytania na telefonie komórkowym).
Można także określić parametry związane z:
Packet length: określić po ile znakach w buforze ma nastąpić wysłanie wiadomości, ustawieni 0
oznacza wysyłanie SMSów przy każdym otrzymanym pakiecie danych o ile nie są włączone
dodatkowe parametry (poniżej).
Delimiter 1 i 2: określa maksymalnie do 2 znaków, które wymuszają wysłanie SMSa, przykładowym
delimiterem może być 0D oznaczający w tablicy znaków klawisz Enter.
Delimiter proces: określa kiedy ma być wysłana wiadomość bo zarejestrowaniu w buforze wybranych
delimiterów, możliwe opcje dopuszczają wysyłanie po 1 lub 2 dodatkowo otrzymanych znakach, nie
robienie niczego czyli wysłanie wiadomości wraz z delimiterami lub wysłanie wiadomości po
usunięciu delimiterów.
Force transmit: możliwe jest także wymuszenie cyklicznego wysyłania SMSów.
Wszelkie zmiany ustawień wymagają potwierdzenia i zrestartowania urządzenia.
Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, 2016
|3
Przemysłowe Sieci Informatyczne - Laboratorium nr 7 – Łączność bezprzewodowa - Instrukcja
Opracował: Tomasz Karla, mgr inż.
Bloki Simulink przydatne do komunikacji
W tym celu pomocne będą bloki Stream Input/Output z przybornika Simulink Desktop Real-Time. W celu
poprawnej konfiguracji należy wybrać z listy odpowiedni port szeregowy, do którego podłączony jest modem
GSM lub radiomodem. W wypadku, gdy nie ma go na liście należy wybrać
Install New board>Standard Devices>Serial Port. Parametry portu powinny zostać ustawione zgodnie z
parametrami portów w wykorzystywanych urządzeniach. Parametry transmisji należy ustawić zgodnie z
wytycznymi poniżej.
W oby należy:
określić należy Sample time zgodnie z krokiem symulacji,
W bloku Stream Input:
w Block output data types należy zadeklarować liczbę i typ otrzymanych danych,
w Format string należy wpisać format spodziewanej wiadomości, %f oznacza zmienną typu double,
w Message termination należy zadeklarować znak kończący wiadomość, np., ‘\r’ oznaczający Enter
W bloku Stream Output:
w Input port sizes należy wpisać ile zmiennych dostarczonych jest na wejściu bloku,
w Format string należy wpisać format wysyłanej wiadomości wraz z określonym znakiem końca
wiadomości np. ‘\r’
Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, 2016
|4