Задумал проект под бакалавра

[thunder87l]

В общем как понятно из заголовка - я задумал себе хитрый проект под бакалавра.

Запихал мне в общем один человек в прошлом году косточки от мандаринов в горшок со сдохшим цветком, и они на удивление хорошо взошли. А тут долбаные заморозки - и начали у моих мандаринов листья желтеть и тощать. Долго не мог на это всё смотреть и прикупив пару ультра-ярких led быстренько слатал летнее освещение для них.

Вдохновился я значит и решил под себе бакалавра электроники подписать такую темку, как создание системы климат-контроля теплицы с удалённым управлением. Одноплатный мини-компьютер и добрый десяток перифералов: датчики, освещение, клапаны, обогрев и вентиляция, т.е. - мастер и куча слейвов подвешеные на один провод.

Для дома то сделать такую системку не проблема, но для бумажки необходимо думать чутка шире. Всю систему было решено повесить на один провод, потому как иначе - либо щиток с коннекторами 2х2 метра размером монтировать в стену (с разъёмом под каждое устройство), либо добавлять в проект добрый десяток хабов, которые тоже надо питать и куда-то вешать. Беспроводные решения по всяким разным причинам (обожаю провода) было решено игнорировать.

Пора кажись завязывать с прелюдией...

В общем коннекторы под провода этой системы должны обладать стойкостью к механическому воздействию (конектор могут долбать, наступать на него, зажимать) и влаге (влажность воздуха + может и в грязи лежать), надёжно закрепляться (могут дёргать), не слишком портить цифровой сигнал и быть в принципе доступным (для средней толщины кошелька). Из тех о которых я осведомлён, пока лучше всего мне подходит BNC коннектор, но мне почему-то кажется что он промокает если в воде поплавает.. BNC коннектор - значит экранированый коаксиал.

Тут моя вторая проблема. Нужен протокол на основе которого вся эта фигня будет общаться. Я подумал так - мастер есть мастер, потому - пусть только он говорит и запрашивает, скажем - посылая на провод 12 байтов инфы по адресу конкретного слейва. Слейвы же в таком случае либо молчат в тряпочку когда сообщение не им послано, либо отвечают теми-же 12 байтами что дескать acknowledged, либо возвращают запрошеные данные. Наверняка что-то похожее уже где-то реализовано и я тупо не знаю как это называется. Т.е. для обмена данными - один провод. One-wire вроде как использует два провода - data и ground, что вполне вписалось бы. Википедия пишет что некоторые PIC имеют встроеный однопровод, что потенциально - бонус. (я на самом деле пока только AVR мучал, и с ПИКами первый раз сталкиваюсь). А ещё эта-же Википедия пишет про переходники c RS232 на 1-wire, что потенциально очень неплохо, потому как у выбранного мной контроллера системы (Beagleboard) как раз есть свободный RS232 коннектор.

И вроде как всё клеится, да не уверен я что-то. Где-то должен быть баг. Мои страхи:

1) Сигнал будет затухать или искажаться. Подразумевается что я на один провод вешаю вплоть до сотни девайсов через хучу коннекторов и тройников. Хотелось бы верить что до самого дохленького термометра метрах в 15-20 от контроллера сигнал дойдёт в нормальном виде.

2) Для контроллёра будет слишком сложно организовать 1-wire передачу инфы. Никогда этого ещё не пробовал - интересно, но страшно.

3) Скорость передачи данных сильно урежет число перифералов в сети. Боюсь что передача данных будет слишком медленной, и имея приборов 20-30 на проводе, система начнёт тормозить.

4) BNC-коннектор окажется промокаемым. А альтернативные варианты коннекторов, разработаные для подобных целей окажутся непомерно дорогими.

В общем на этом мои абстрактные страхи заканчиваются. Жду каких-нибудь коментариев, советов, наставлений. Может кто знает приспособленые для таких целей конекторы и провода?

Ааа, чуть не забыл. Поскольку для бакалавра надо стараться плагиатничать как можно меньше, мне надо придумать чем моя система будет отличаться от подобных имеющихся. Первая мысль - сказать что это всё open source, в отличии от стандартных "платных" систем автоматизации. Для опенсорса характерны возможность сделать быстро и своими руками, и низкая себестоимость.

Поэтому если кто осведомлён в какую копеечку стукнет подобная буржуйская "платная" автоматизация - поделитесь сведениями пожалуйста. То же самое - если вы видели где-то таких проектов как мой.

Спасибо за внимание!

[Jack_A]

2) Для контроллёра будет слишком сложно организовать 1-wire передачу инфы. Никогда этого ещё не пробовал - интересно, но страшно.

3) Скорость передачи данных сильно урежет число перифералов в сети. Боюсь что передача данных будет слишком медленной, и имея приборов 20-30 на проводе, система начнёт тормозить.

Насчет скорости - а она нужна? температуру/влажность мерить/изменять несколько раз в секунду?
Если заранее ограничить себя именно 1-wire передачей, то пот`ом действительно придется бороться с помехами. Это так по-нашему: создать себе трудности, а потом героически их преодолевать. Насколько мне помнится, 1-wire задумывалось для обмена на небольших расстояниях: внутри блока или от домофонного ключика до приемнгого гнезда.

[dna85]

В общем коннекторы под провода этой системы должны обладать стойкостью к механическому воздействию (конектор могут долбать, наступать на него, зажимать) и влаге (влажность воздуха + может и в грязи лежать), надёжно закрепляться (могут дёргать), не слишком портить цифровой сигнал и быть в принципе доступным (для средней толщины кошелька).

Нужен протокол на основе которого вся эта фигня будет общаться.

1) Однозначно разъёмы подобного вида


2) Я использовал бы стандарт RS-485.
http://ru.wikipedia.org/wiki/RS485
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/rs485/app.htm

[orinoko]

Предлагаю следующий вариант
Микроконтроллер по RS485 соединяется с компьютером. Протокол самый простой. С контролем CRC. Скорости достаточно 9600 Т.о. комп. можно унести очень далеко. Микроконтроллер опрашивает жменю датчиков типа DS18B20 (температура). Можно датчики влажности прикрутить. Если с аналоговым выходом, то подключить к АЦП. Программная реализация 1-Wire очень проста. Все DS18B20 прекрасно соединяются параллельно и живут на одном кабеле. Подключаются по 3-проводной схеме. Опрос производится по серийным номерам. Кабель должен быть хорошим и, если длинный, то экранировать. Ёмкость сигнальной линии не должна превышать некоторый предел. Это всё описано в даташите на это изделие.
На всякий случай - это не придумано прямо счас. Это часть моего проекта, где это уже реализовано и работает.

[thunder87l]

Я раньше с RS485 не сталкивался, ибо у меня в универе как-то поклали на изучение протоколов. Но кажется весч действительно путёвая. Я правда когда-то слышал, что витая пара сравнительно с коаксиалом - это конкретный ужас, впитывающий все известные науке помехи (наверное имелся ввиду неэкранированый). Но из того что я прочитал - выглядит вполне надёжно.

Немного напрягает необходимость согласования сети, но если верить статье http://www.mayak-bit.narod.ru/rs485.html#gl5, то Для коротких линий (несколько десятков метров) и низких скоростей (меньше 38400 бод) согласование можно вообще не делать. Вот тут немного непонятно. В статье http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interfac ... /power.htm насчитали почти 40 метров кабеля без согласования. Обычно, как я понимаю, все устройства сажаются на один основной кабель, но у меня будет скорее дерево. Я правильно понимаю, что для дерева это ограничение выражается в расстоянии между двумя наиболее удалёнными точками, а не общей длинной всех ветвей?

Если не оставлять висящих в воздухе кусков кабеля и использовать небольшую скорость передачи, например 9600 как советует orinoko (для передачи команд более чем достаточно) отражения по идее перестают быть проблемой (до некоторого разумного предела конечно). Использование экранированого провода и RS485 должно снимать проблему с наводками. Может основной кабель брать неэкранированый, а отростки - экранированые? Или наоборот? Как вообще это на практике на цену влияет?

[orinoko]

Могу вас заверить, что на скорости 9600 никакого согласования не требуется, структура соединений может быть какая угодно и интерфейсный кабель может идти даже рядом с силовыми кабелями. Проверено на практике в течение 3 лет непрерывной работы в режиме 24/7. В качестве "магистрального" кабеля прекрасно используется UTP. Для отвлетвлений достаточно телефонного. Причём эти отвлетвления могут быть метров 20.
Кстати, помехоустойчивость от наводок очень приличная у RS485. У нас на практике работало два устройства на скорости 1 МГц на расстоянии между ними ~30 метров и кабель был проложен (точнее, просто кинут) на подвесном потолке, усыпанный люминесцентными лампами с дросселями. Правда, соединение было типа точка-точка без отвлетвлений.

[thunder87l]

Неясно как идентифицировать свеженькие устройства:

-------------------------------------------------------------------------------------

Первая мысль: Перед подключением устройств устанавливаем на мастере режим ожидания. Когда устройство начинает функционировать (читай - подключено в сеть + есть питание) оно один раз транслирует свой ИД. Мастер его ловит в список и всё хорошо. Подключая устройства руками по очереди, никак невозможно будет включить два и больше устройств одновременно. Это должно бы по идее исключить коллизии.

Баг: Теоретически, найдётся человек не читающий инструкции по подключению, который сперва сконектит десяток девайсов на линию, а потом их запитает все сразу. И маловероятно, но опять-же - теоретически возможно, что девайсы начнут одновременно мусорить на линии и мастер словит фигню вместо их ИД.

-------------------------------------------------------------------------------------

Вторая мысль: Подозреваю что девайсы для системы делать буду только я, но по хорошему - надо предусмотреть варианты. Скажем ИД из 3 байтов - это всего лишь 6 букв в шеснадцатиричном. Количество уникальных ИД = 16,8млн. Оптимистично, да Ж) Как мне кажется - вбить от руки 6 букав не так уж ужасно, даже если ты устраиваешь сеть на 1000 девайсов. Ибо всё равно ты захочешь знать какая люстра где висит, и какой датчик меряет влажность "вон в том дальнем углу" - к каждому ИД надо будет прилепить лейбл. Надо будет всего-лишь на каждом устройстве написать (наклеить, выдолбить) его ИД.

Баг: Всё хорошо, но цель работы - автоматизация. По возможности надо свести работу оператора к минимуму. С другой стороны, если в режиме молчания мастер принудительно перестаёт общаться с устройствами - это теоретически может запороть работу системы. Тогда ручной ввод можно использовать не тормозя работу, и в качестве фичи это выглядит неплохо.

-------------------------------------------------------------------------------------

Третья мысль: Если контроллёр перед установкой старт-бита послушает линию - это всё равно не исключает коллизии. Ибо теоретически существует вероятность, что другой контроллёр делает точно то-же самое в тот же самый момент. Но думается мне, что используя кварцы не самого лучшего, но уместного качества, можно использовать погрешность частоты кристалла - пустить петлю на 0,5-2 сек перед тем ка щупать линию. Надо конечно посчитать, но мне кажется что между двумя одновременно включёнными контроллёрами можно получить рандомную разницу в пару тактов.

Баг: Возможно я слишком усложняю себе жизнь на пустом месте и это всё не надобно потому как источник питания, радиопомехи и неточности кварца сами сделают мне рандомное время включения.

-------------------------------------------------------------------------------------

Может в однопроводных сетях есть ещё какой-то хитрый способ избегания коллизий?

[thunder87l]

http://www.resourcesupplyllc.com/PDFs/W ... 67Mean.pdf

Начитался про герметичность соединений. Теперь понятно, что для соединений в грунте или воде надо юзать конекторы подходящие под IP67, а для всего что висит выше уровня воды, подойдёт и IP64 или выше (в зависимости от стоимости).

И найти оказывается можно почти всё что угодно, даже такие чудеса: http://www.radioradar.net/news/electron ... 17-50.html

[orinoko]

Работа по последовательному интерфейсу с несколькими устройствами подразумевает всегда, что на линии только одно мастер-устройство, остальные слейв. Если у вас предполагается более сотни устройств, то вам уже надо смотреть в сторону более высокоскоростных интерфейсов - LAN, ВОЛС. А если до примерно 60-70, то для идентификации достаточно 1 байта.
Вот примерный протокол
1 байт - адрес получателя , 1 байт - команда, N байт - аргументы команды, 2 байта - CRC.
Если не сошёлся CRC или запрос не по адресу, то ничего не отвечать.
Мастер всегда опрашивает все записанные в конфигурации устройства с максимальным таймаутом ожидания ответа 100-200 мс. Мои контроллеры обычно укладываются в 100 мс. Слейв никогда не должен инициализировать обмен, если этот режим заранее не обговорен с мастер-устройством.

[thunder87l]

Если у вас предполагается более сотни устройств, то вам уже надо смотреть в сторону более высокоскоростных интерфейсов - LAN, ВОЛС. А если до примерно 60-70, то для идентификации достаточно 1 байта.

Ну, насчёт количества устройств.. Максимальная нагрузка сети - 32 ед, а микросхемы доступны в 1/8 нагрузки. Стало быть - 256 устройств максимум. Опять-же - есть возможность применять повторители и расширить сеть. И хоть реально я сделаю 6-7 устройств, подозреваю, что метить надо в 2-3 сотни.

На самом деле я не думаю что это большая проблема. Освещение контролировать чаще чем раз в 5 минут нет смысла. Полив и вообще работу с клапанами наверное тоже нет смысла делать чаще чем раз в 5 минут. Так что добрая половина устройств будут опрашиваться очень редко. Основной трафик - опрос датчиков (скажем - раз в секунду).

Пусть протокол будет таким:

[SF=8b] [PID=20b] [CONTR=4b] [DATA=8b] [CRC=4b] итого: 44 бита. Округлим до 50. При бодрейте 9600 получается примерно 90-95 опросов устройств ежесекундно. Если мастер ещё определится с приоритетами (зачем например опрашивать температурный сенсор ежесекундно если последние 3 часа температура колебалась не больше 0,5град в минуту?), то я думаю что нагрузка линии упадёт ещё в 5-6 раз. По моему разумению две-три сотни устройств держать можно спокойно.

для идентификации достаточно 1 байта.

Хотелось бы их различать по уникальным номерам изделий, а не по локальным системным номерам. Это немного упростит жизнь.

[Alex_EXE]

У вас система начинает походить на подобие умного дома, советую посмотреть ветку - еще раз про умный дом .

По rs485 , он не предусматривает больших ответвлений от главной магистрали, каждое ответвление приносит хорошие помехи. На счет согласований: самый лучший, по-моему, шотки. Но если линия мала и устройств немного то хватит всего пары терминальных резисторов на концах.
Хотя когда проводил эксперименты дома: на 10метровый телефонный провод посадил 3-4 устройства, то без согласований на второй посылки сеть захлебнулась и контроллеры повисли.
Этот интерфейс замечательно сопрягается по uart, через небольшую микросхему преобразователя интерфейса, с МК и также легко конвертируется в СОМ.

Если у вас так много устройств, то не обязательно каждое цеплять отдельно к магистрали, их можно объединять в небольшие универсальные блоки модули.

Разъёмы же можно использовать простые, а потом их во что-нить спрятать, например в киндер сюрпризы или герметиком залить снаружи.

И это все добро выливается в очень хорошую копейку.

[thunder87l]

Если у вас так много устройств, то не обязательно каждое цеплять отдельно к магистрали, их можно объединять в небольшие универсальные блоки модули.

Да, я об этом уже думал. Однако пришёл я к этому не от избытка устройств. Допустим у меня светодиодный модуль освещения. Растения хотят преимущественно красный и синий свет. Делать два разных блока? - надо будет их хитро вешать, чтобы они оба светили в одно место. Делать одно устройство? - надо каким-то образом вшить в мк конфигурацию диодов - как и относительно чего они расположены, какие диоды и т.д. + дополнительные команды для чтения этой конфигурации. Вот я и решил, что пусть синие и красные диоды висят на одной плате и управляются одним мк - на логическом уровне это будут два разных устройства, отзывающиеся на разные серийные номера.

Тогда ничто не мешает посадить на один контроллёр такие девайсы, которые обычно произрастают рядом, например 1) клапан и датчик давления жидкости (скажем - для установки в бак с водой), 2) сенсоры воздушного давления, температуры и влажности, 3) датчик влажности и температуры почвы и т.д.

Разъёмы же можно использовать простые, а потом их во что-нить спрятать, например в киндер сюрпризы или герметиком залить снаружи.

Не, это же мне на бакалавра. Как я буду с научной точки зрения объяснять шкурки от киндер-сюрпризов? Не думаю что такое соединение прокатит под стандарты ISO. Только за это могут забанить - всё должно соответствовать всем мыслимым стандартам. В бумагах писать конекторы, а для прототипа использовать герметик - тоже не прокатит. Докопаются, что конекторы имеют свои параметры, и реальная линия будет работать не так как прототип - поди докажи потом.

И это все добро выливается в очень хорошую копейку.

Да, что правда - то правда. Однаке, я очень люблю собственные проекты делать по возможности качественнее, даже если влетает в копеечку. Иначе нафига их делать? Можно и как все - на бумаге 40 листов абстрактной хрени про девайс который им дали пощупать на экскурсии (если вообще показали).

[thunder87l]

Немного от темы. Я давненько где-то читал, что ежели корни растения заземлить, а на макушку прицепить провод и пускать не то пару мА, не то пару мкА по стеблю, то у растения начинается "весна". Мол это близко симулирует какой-то природный процесс в тканях, и растение начинает потреблять свои запасы "жирка" и усиленно расти. Но его там как-то шибко хитро долбать надо было - не слишком долго, не слишком часто, и главное - не слишком сильно.

Обязательно такую штуку сделаю и протестирую - должно быть забавно. Надо только правильный метод конектнуться к ростку. Крокодила повесишь - стебль гнить начинает от давления и слишком плотного контакта с металлом. Прищепка - ненаучно. Вот если бы узкий тонкий плоский зажим типа прищепки, позолоченый и очень нежный (чтобы не давил и еле держался), в идеале - уже висящий на проводе. Вот это - да.

[Minor/2]

Обязательно такую штуку сделаю и протестирую - должно быть забавно. Надо только правильный метод конектнуться к ростку. Крокодила повесишь - стебль гнить начинает от давления и слишком плотного контакта с металлом. Прищепка - ненаучно. Вот если бы узкий тонкий плоский зажим типа прищепки, позолоченый и очень нежный (чтобы не давил и еле держался), в идеале - уже висящий на проводе. Вот это - да.

Фальгой стебель оберни

[thunder87l]

Фальгой стебель оберни

Ещё один остряк. На самом деле для этого девайса я планирую припаять провод к вот этой всем известной штуке: http://cgi.ebay.com/CB11-50-Mini-Single ... 45ebcba60f Ибо беззубых крокодилов я в продаже не нашёл.

Точнее они как-бы существуют.. Вот здесь http://www.muellerelectric.com/alligator_clips.html поищите Micro-Alligator. Только этот крокодил слишком уж микро. Концы зажима слишком близко к пружине = боюсь давление будет слишком большим и продавит стебель. О том чтобы цеплять на молодой побег или на лист - вообще разговора быть не может.

Кста - это не в тему, но может кто знает способ чутка ослабить пружину? Вроде как она должна попустить, если пару раз раскалить докрасна и остудить при комнатной температуре.

Как устройство - я думаю можно реализовать на AVR Tiny. На одну ногу повесим работать PWM. На выход повесим фильтр чтобы получить аналоговый сигнал. После него - резистор, а на выходе будем брать семпл для АЦП. Так можно будет посчитать какой ток бежит через росток и автоматически подстраивать PWM, для поддержания тока на заданном уровне. Лапка AVR как правило вполне держит 20мА, и по-идее этого должно быть с перебором.

Но тут надо сперва почитать, померить сопротивление цветочков и т.д. Если сопротивление стебля будет слишком большим, возможно прийдётся подвести 12В питание и усложнить схему транзисторным ключом. Если ещё окажется, что в зависимости от длинны стебля сильно увеличивается сопротивление, возможно прийдётся довесить вместо резистора цифровой потенциометр. Вроде просто.

[Minor/2]

Ещё один остряк.

Да я просто пошутил, извини, если обидел.
Сорри за оффтоп

[thunder87l]

Да я просто пошутил, извини, если обидел.

Да не, я не обиделсо. На самом деле я даже какое-то время подумал над этим, но пришёл к выводу, что фольга будет слишком плотно прилегать к стеблю, да и рвётся она. А вот если вместо фольги скрутить спиральку из провода и надеть на росток - это уже лучше. Соединение не такое стабильное, как с прищепкой, но куда как более щадящее. Если ещё эту спиральку подвесить на леску, то цветок не испытает вообще никакого дискомфорта.

Вот интересно как можно было бы подобную штуку для кактуса сделать )) Круглый и колючий кактус спиралькой особо не обмотаешь, и пришепку не повесишь. Я думаю - эдакая метёлка из проводов должна бы подойти. Надеваешь её сверху на кактус, как шапку - и всё хорошо.

[BCluster]

Насчет опроса датчиков - думаю надо доплинию BUSY ставить, чтоб датчики не совались если линия занята. Это так... А вообще посмотрите на CAN. Там интересно

[Alex_EXE]

Заметил в платане герметичные разъёмы - http://www.platan.ru/news/news.shtml?code=1274
Также, думаю, стоит посмотреть в сторону автомобильных разъёмов, может там что-то есть.

[Brigadir]

Немного от темы. Я давненько где-то читал, что ежели корни растения заземлить, а на макушку прицепить провод и пускать не то пару мА, не то пару мкА по стеблю, то у растения начинается "весна". Мол это близко симулирует какой-то природный процесс в тканях, и растение начинает потреблять свои запасы "жирка" и усиленно расти. Но его там как-то шибко хитро долбать надо было - не слишком долго, не слишком часто, и главное - не слишком сильно.

Обязательно такую штуку сделаю и протестирую - должно быть забавно. Надо только правильный метод конектнуться к ростку. Крокодила повесишь - стебль гнить начинает от давления и слишком плотного контакта с металлом. Прищепка - ненаучно. Вот если бы узкий тонкий плоский зажим типа прищепки, позолоченый и очень нежный (чтобы не давил и еле держался), в идеале - уже висящий на проводе. Вот это - да.

Бедные растения, как мне их жалко, если этому студенту бакалавра присвоят... Эх молодость... Папка не догадался ребенка заземлить и вставить кое что в розетку... Дорогой студент Универа, а ты ботанику в 5 классе читал? А тебе вставить надо 2 сотни термометров и полста измерителей влажности? Мечтатель, блин. А может достаточно стекляной крыши, несколько светильников и одного обогревателя?Одного термометра? И одного садовника(опытного).