Стенд микроконтроллерный для изучения и исследования алгоритмов передачи данных от беспроводных датчиков
MICROCONTROLLER STAND FOR STUDYING AND RESEARCHING ALGORITHMS FOR DATA TRANSMISSION FROM WIRELESS SENSORS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники, цифровой электроники и радиотехники и может быть использовано для проведения учебных лабораторных работ и научных исследований в указанной области.
Современные беспроводные датчики наделены функциями высококачественных встраиваемых вычислительных систем, в т.ч. и функциями обмена информацией по радиоканалам с удаленными микропроцессорными системами контроля и управления. Разработка и совершенствование беспроводных датчиков невозможны без изучения и исследования алгоритмов их работы, в т.ч. и алгоритмов работы средств обмена данными по радиоканалам ISM диапазонов.
Уровень техники
Известен стенд для изучения микроконтроллерных систем управления, содержащий плату контроллера, на которой установлен микроконтроллер, постоянное и оперативное запоминающие устройства, преобразователь интерфейса передачи данных, а также группу интерфейсных устройств, состоящую из блока клавиатуры и блока индикации, связанных с определенными выводами микроконтроллера. По сети внешнего информационного обмена осуществляется связь микроконтроллера с компьютером, на котором подготавливается и с которого загружается отлаживаемая программа для микроконтроллера. (Лукичев А.Н. Расширение возможностей лабораторного комплекса SDK-1.1 // Научно-технический вестник СПбГИТМО (ТУ). Выпуск 10. Информация и управление в технических системах. - СПб.: СПбГИТМО(ТУ), 2003. С. 86-90.).
Недостатки известного решения — ограничены функциональные возможности, стенд не позволяет изучать и исследовать алгоритмы работы беспроводных датчиков и передачу информации по радиоканалам ISM диапазонов с использованием управляемых микроконтроллерами радиомодулей,
Известен стенд для изучения микроконтроллерных систем управления, содержащий плату контроллера, на которой установлен микроконтроллер, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство и преобразователь интерфейса передачи данных, служащий для связи с внешними устройствами, а также группу пользовательских интерфейсных устройств, состоящую из блока клавиатуры и блока индикации, группу периферийных тестовых и имитирующих устройств, состоящую из источника гармонических сигналов с регулируемой амплитудой и частотой, источника импульсных сигналов с регулируемой частотой и скважностью, потенциометра и интегрирующего RC-звена первого порядка с изменяемыми параметрами, а также коммутационное поле, первая группа выводов которого связана с выводами микроконтроллера, вторая группа выводов связана с выводами указанных пользовательских интерфейсных устройств, а третья группа выводов связана с выводами указанных тестовых и имитирующих устройств. (Патент  РФ № 2 402 882, опубл. 27.10.2010 Бюл. № 30, МПК G09B 23/18).
Недостатки известного решения — ограничены функциональные возможности, стенд не позволяет изучать и исследовать алгоритмы работы беспроводных датчиков и передачу информации по радиоканалам ISM диапазонов с использованием радиомодулей, управляемых микроконтроллерами.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое за прототип, является стенд микроконтроллерный для изучения и исследования алгоритмов цифровой модуляции, используемой в цифровом телерадиовещании и в системах мобильной связи, содержащий компьютер, первое, второе и третье  микроконтроллерное устройство (МКУ), блок индикации, блок имитирующих устройств, первый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), первый, второй и третий усилители, первую, вторую и третью антенны, программатор, при этом, компьютер подключен через цифровые интерфейсы к второму и третьему МКУ, к цифровым выходам первого и второго МКУ подключены, соответственно, первый и второй ЦАПы, выходы которых подключены к входам, соответственно, первого и второго усилителей, выходы которых подключены, соответственно, к первой и второй антеннам, третья антенна подключена к входу третьего усилителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) встроенного в микроконтроллер третьего МКУ, цифровые выходы которого подключены к блоку индикации. Первый, второй и третий усилители выполнены на базе операционных усилителей. (Патент  РФ № 2 656 974, опубл. 07.06.2018 Бюл. № 16, МПК G09B 23/18).
Недостатки известного решения — ограничены функциональные возможности, стенд не позволяет изучать и исследовать алгоритмы передачи данных от беспроводных датчиков по радиоканалам ISM диапазонов с использованием управляемых микроконтроллерами радиомодулей.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения сводится к расширению функциональных возможностей, которые позволяют изучать и исследовать алгоритмы передачи данных, с использованием управляемых микроконтроллерами радиомодулей ISM диапазонов.
Технический результат достигается тем, что стенд микроконтроллерный для изучения и исследования алгоритмов передачи данных от беспроводных датчиков, содержащий компьютер, первое, второе и третье МКУ, первый и второй ЦАП, программатор, блок индикации, при этом, компьютер подключен через цифровой интерфейс к первому, второму и третьему  МКУ, к цифровым выходам первого МКУ подключен первый ЦАП, цифровые выходы третьего МКУ подключены к блоку индикации, выход программатора подключен к входам программирования первого, второго и третьего МКУ, причем, что стенд дополнительно содержит, четвертое МКУ, двухканальный осциллограф, первый и второй радиомодули, при этом, компьютер подключен через цифровой интерфейс к четвертому МКУ, выход программатора подключен к входу программирования четвертого МКУ, выводы первого МКУ подключены в выводам первого радиомодуля, выводы четвертого МКУ подключены в выводам второго радиомодуля, к цифровым выходам четвертого МКУ подключен второй ЦАП, выходы первого и второго ЦАП подключены, соответственно к входам первого и второго каналов осциллографа, программатор снабжен разъемом, позволяющим подключать его к входам любого из четырех МКУ, которые выполнены на базе устройства Arduino Uno.
Краткое описание чертежей
На фиг. представлена структурная схема стенда микроконтроллерного для изучения и исследования алгоритмов передачи данных от беспроводных датчиков.
Осуществление изобретения
Стенд микроконтроллерный для изучения и исследования алгоритмов передачи данных от беспроводных датчиков содержит (фиг.): компьютер 1, первое МКУ 2, второе МКУ 3, третье МКУ 4, первый ЦАП 5, второй ЦАП 6, программатор 7, блок индикации 8, четвертое МКУ 9, осциллограф 10 (двухканальный), первый радиомодуль 11, второй радиомодуль 12, представляют собой, соответственно,  радиопередатчик и радиоприемник  ISM диапазонов, работающие с  использованием амплитудной модуляции типа ООК (On-Off Keying).
Компьютер 1 подключен, через цифровые интерфейсы, например USB интерфейс, к первому МКУ 2, второму МКУ 3, третьему МКУ 4 и четвертому МКУ 9. К цифровым выходам первого МКУ 2 и четвертого МКУ 9 подключены, соответственно, первый ЦАП 5 и второй ЦАП 6, выходы которых подключены, соответственно к входам первого и второго каналов осциллографа 10, цифровые выходы третьего МКУ 4 подключены к блоку индикации 8. выводы первого МКУ 2 подключены в выводам первого радиомодуля 11, выводы четвертого МКУ 5 подключены в выводам второго радиомодуля 12, выход программатора снабжен разъемом, позволяющим подключать его к входам программирования любого из четырех МКУ.
Стенд микроконтроллерный для изучения и исследования алгоритмов передачи данных от беспроводных датчиков работает следующим образом.
Первый МКУ 2 формирует двоичные коды цифровых сигналов имитирующих сигналы датчиков физических величин и выводит на вход первого ЦАП 5, а также преобразует во временные интервалы, которые выводит на модулирующий вход радиомодуля 11 (радиопередатчика). Временные интервалы представляют собой высокие уровни напряжения (логические единицы), разделенные низкими уровнями напряжения (логическими нулями).
Второй МКУ 3 принимает на вход временные интервалы преобразовывает их в двоичный код и передает по USB интерфейсу на компьютер, который выводит на монитор десятичный эквивалент этих кодов. Таким образом второй МКУ 3 предназначен для организации контроля передаваемых первым МКУ 2 данных. Программное обеспечение для второго МКУ 3 разработано на языке высокого уровня, например С/С++.
Третий МКУ 4 принимает на вход временные интервалы преобразовывает их в двоичный код и выводит на индикатор 8. Таким образом третий МКУ 4 предназначен для организации контроля передаваемых первым МКУ 3 данных. Программное обеспечение для третьего МКУ 4 разработано на языке Ассемблера.
Радиомодуль (радиоприемник) 12 формирует на выходе временной интервал, который принимается четвертым МКУ 5, преобразовывается в двоичный код и поступает на входы второго ЦАП 6, с выхода которого поступает на вход второго канала осциллографа 10. Таким образом осциллограф 10 позволяет визуально наблюдать сигнал, поступающий на вход радиопередатчика 11 и сигнал принятый радиоприемником 12, что позволяет выполнять оценку качества передачи данных.
На монитор компьютера 1 может быть выведена информация от любого из четырех МКУ. Эта информация может быть представлена десятичными цифрами эквивалентными двоичным кодам, отражающим данные необходимые для анализа и синтеза алгоритмов работы, как стенда, так и третьего МКУ 4. В качестве программатора 7 может быть использован программатор фирмы Atmel, например, AVRISPmkII.
Предлагаемого изобретения сводится к расширению функциональных возможностей, а именно, введению возможности изучения и исследования алгоритмов передачи данных от датчиков, в т.ч. и обмен данными с использованием управляемых микроконтроллерами радиомодулей ISM диапазонов, работающих с использованием модуляции типа ООК и применяемых для построения систем контроля и управления.