TELEMETRIČNI SISTEM Z MOBILNIM TELEFONOM

Transcription

1 Bojan Pogač TELEMETRIČNI SISTEM Z MOBILNIM TELEFONOM Diplomsko delo Maribor, april 2010

2 II UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17 Diplomska naloga univerzitetnega študijskega programa TELEMETRIČNI SISTEM Z MOBILNIM TELEFONOM Študent: Študijski program: Smer: Bojan POGAČ UN ŠP Elektrotehnika Elektronika Mentor: Somentor: doc. dr. Mitja SOLAR doc. dr. Iztok KRAMBERGER Maribor, april 2010

3 III

4 IV ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Mitji Solarju za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomske naloge. Prav tako se zahvaljujem somentorju doc. dr. Iztoku Krambergerju. Zahvala velja celotni družini za vsestransko podporo in potrpežljivost v času študija. Posebna zahvala velja Srednji šoli Ravne, ki mi je omogočila študij.

5 V TELEMETRIČNI SISTEM Z MOBILNIM TELEFONOM Ključne besede: telemetrični sistemi, tipala tlaka, tipala temperature, mobilni telefoni UDK: (043.2) Povzetek Hiter razvoj na področju mobilne telefonije nudi veliko paleto storitev, ki omogočajo vedno zmogljivejše aplikacije. GSM telefonsko omrežje omogoča tako govorni kot tudi podatkovni prenos podatkov. Dobro razvito omrežje mobilne telefonije lahko uporabimo kot sredstvo za krmiljenje in telemetrijo. Diplomska naloga temelji na izgradnji elektronske naprave za merjenje temperature in tlaka z GSM povezavo, ki za komunikacijo uporablja mobilno telefonsko omrežje in storitve SMS sporočil.

6 VI TELEMETRIC SYSTEM WITH MOBIL PHONE Key words: telemetric systems, pressure sensor, temperature sensor, mobile phones UDK: (043.2) Abstract Fast development of mobile telephony offers a wide palette of services, that enable more and more efficient applications. GSM cellular network enables speech and data transfer. A well developed mobile telephony system can be used as a means of controlling and telemetrics. The thesis is based on the construction of an electronic device for measuring temperature and pressure through GSM connection, that uses cellular network and SMS text messaging as communication service.

7 VII VSEBINA 1 UVOD Opredelitev oziroma opis problema, ki je predmet raziskovanja Namen in cilj diplomske naloge Metode raziskovanja SENZORJI Splošne lastnosti senzorjev Razdelitev senzorjev Senzorji fizikalnih veličin in načini delovanja Uporaba senzorjev v sistemih MERJENJE TEMPERATURE Merilni pretvorniki temperature in njihova delitev Termoelementi Uporovni termometri Sevalni merilniki temperature MERJENJE TLAKA Enote tlaka Mehanični merilniki tlaka Električni merilniki tlaka Kapacitivni merilniki tlaka Induktivni merilniki tlaka Piezo-električni merilniki tlaka PREDSTAVITEV GSM OMREŽJA Razvoj GSM digitalnega celičnega sistema Opis celičnega sistema Razmerje med močjo koristnega signala in vsoto moči istokanalnih interferenčnih signalov Enostaven teoretični model za izračun jakosti radijskega signala Struktura GSM sistema Opis in delovanje posameznih segmentov GSM sistema MS - mobilna postaja BSS - sistem bazne postaje MSC - mobilni komutacijski center HLR - register domačih naročnikov EIR - register za identifikacijo opreme VLR - register gostujočih naročnikov OMC - center za nadzor in upravljanje SMSC - center za posredovanje kratkih sporočil Radijski vmesnik - med ME in BTS Zmogljivost celičnega sistema Izračun prometa OPIS TELEMETRIČNEGA SISTEMA Z MOBILNIM TELEFONOM Zasnova naprave Opis delovanja naprave Električna shema naprave Priključne sponke in konektorji Mikrokrmilnik... 43

8 VIII Zgradba in delovanje mikrokrmilnika Von Neumannov računalniški model Centralno procesna enota - CPE Glavni pomnilnik Atmelov mikrokrmilnik AT89C Tipalo temperature DS Tipalo tlaka MPXS4100A Analogno-digitalni pretvornik ADC 121S Izbira in priklop GSM terminala GSM modul CM35i Komunikacija naprave z GSM modulom Zaporedni vmesnik Zaporedni asinhroni protokol Hitrost prenosa podatkov Načini asinhronega zaporednega prenosa podatkov RS232C standard Signali Napetosti logičnih nivojev Pretvorba logičnih nivojev med TTL in RS Pariteta in napake pri prenosu Programski del naprave Osnovni opis programa Nastavitev GSM modula Branje SMS sporočila Pošiljanje SMS sporočila Izračun temperature Izračun tlaka Programsko okolje BASCOM Bascom 8051 simulator Programator PG REZULTATI MERITEV Napajalni del naprave Merjenje temperature Meritev tlaka Merjenje signala pri zaporedni komunikaciji RS Merjenje pošiljanja in prejemanja SMS sporočila Prikaz meritev na LCD prikazovalniku SKLEP LITERATURA PRILOGA A: Seznam elementov PRILOGA B: Rezultati meritev PRILOGA C: Zgoščenka... 95

9 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 1 1 UVOD 1.1 Opredelitev oziroma opis problema, ki je predmet raziskovanja Diplomsko delo predstavlja izgradnjo elektronske naprave za merjenje temperature in tlaka z GSM povezavo. Naprava temelji na mikrokrmilniku AT89C4051, ki ima nalogo, da preverja vrednosti temperature in tlaka na obeh tipalih. Mikrokrmilnik s pomočjo AT ukazov komunicira z GSM terminalom preko zaporednega vmesnika RS232. Podatke posreduje uporabniku kot odgovor na poslano zahtevo. Uporabnik zahteve pošilja v obliki SMS sporočil in v enaki obliki naprava podatke pošilja uporabniku. 1.2 Namen in cilj diplomske naloge Namen diplomske naloge je bil skonstruirati elektronsko napravo za merjenje temperature in tlaka z GSM povezavo. Naprava omogoča obveščanje o stanju različnih tipal, ki so priključeni na napravo, prek SMS sporočil. Ker lahko mikrokrmilnik preprogramiramo, lahko napravo poljubno nadgrajujemo in spreminjamo režim delovanja. 1.3 Metode raziskovanja Načrtovanje in modularna izgradnja sistema na preizkusni plošči. Preizkušanje različnih programskih rutin s pomočjo simulatorja, ki je del programskega paketa Bascom Sestavljanje posameznih modulov električnega vezja z mikrokrmilnikom na preizkusni plošči, ter testiranje posameznih programskih aplikacij, potrebnih za delovanje sistema. Testiranje tipal temperature in tlaka. Naprava temelji na zajemanju podatkov tipal temperature in tlaka, ter pošiljanju vrednosti temperature in tlaka na mobilni telefon v obliki SMS sporočil. Nadzor se vrši s pomočjo

10 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 2 programske kode in mikrokrmilnika, na katerega sta priključeni tipali temperature in tlaka. Na mikrokrmilnik, je preko zaporedne vezave RS232, priključen GSM modul, ki skrbi za prejemanje in pošiljanje SMS sporočil. Precej časa smo namenili testiranju tipal temperature in tlaka, ter testiranju GSM povezave.

11 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 3 2 SENZORJI Senzorji, so elementi in naprave, ki jih v elektroniki uporabljamo za detekcijo in zajemanje podatkov, ter pretvorbo neelektričnih veličin v električne signale, ki so primerni za nadaljnjo obdelavo [1]. Poznamo tudi senzorje električnih signalov in magnetnega polja. S senzorji zajemamo predvsem podatke, ki jih ne moremo meriti neposredno. Senzorji, imenujemo jih tipala, so elementi, ki delujejo kot človeška čutila. Občutljivi so za temperaturo, vlago, hitrost, silo, svetlobo, pospešek, vibracije, tlak Senzorji morajo biti občutljivi samo za eno spremenljivko, tako da so dodatni vplivi čim manjši. Prav tako je potrebno, da imajo linearno pretvorbo in čim večjo dinamiko. Pomembne lastnosti senzorjev so dimenzije in odjemanje merjene veličine, saj obremenitev spremeni merjeno vrednost. Senzor pod vplivom okolja spremeni svoje lastnosti. Sprememba je lahko: neposredna: Sončna celica (fotoelement), ki jo postavimo na osvetljeno mesto, generira napetost, ki je sorazmerna z osvetlitvijo. Električno napetost lahko izmerimo. posredna: Membranski merilnik pritiska je sestavljen iz elastično vpete membrane, ki pritisk pretvarja v mehansko silo. Sila premakne lego membrane. Če je na membrano priključen potenciometer, se mu spremeni upornost. Spremembo upornosti pretvorimo v spremembo električnega signala. Takšna sestava se imenuje senzorska struktura. Merilni pretvorniki potrebujejo energijo za prenos informacije, zato je skoraj nemogoče, da bi merili neko veličino in ji pri tem ne bi spremenili vrednosti. Senzorji morajo porabiti malo energije. To dosežemo s primerno senzorsko sestavo in znanim vplivom na meritev. 2.1 Splošne lastnosti senzorjev Senzorji so potrošniki energije, zato je potrebno upoštevati njihovo porabo, zlasti v okolju z malo energije. Efekt obremenitve je enak kot pri merjenju električne napetosti. Če želimo

12 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 4 izmeriti temperaturo tranzistorja, potem mora biti senzor bistveno manjši, sicer odvede del toplote in merjeni rezultat je napačen. Lastnosti senzorjev obravnavamo in merimo, če je na voljo dovolj energije. Najpomembnejše lastnosti senzorjev: Linearnost merimo tako, da merimo velikost izhodnega (električnega) signala (Y) v odvisnosti od vzbujanja (X). Pri tem merimo absolutno in diferencialno linearnost. Karakteristiko senzorja zapišemo v obliki faktorja pretvorbe K P : K p ΔY =, (2.1) ΔX pri tem je: K P faktor pretvorbe, ΔY velikost izhodnega signala, ΔX velikost vzbujanja. Če je delovanje senzorja nelinearno (in ponovljivo), potem lahko spremenimo karakteristiko z dodajanjem korekcijskih členov, ki linearizirajo karakteristiko. Tako kompenziran senzor se v ustreznem amplitudnem in frekvenčnem območju obnaša kot idealen senzor. Točnost senzorja je podatek, ki ga lahko dobimo tako, da izmerjene vrednosti (X) primerjamo z rezultati referenčnega merilnika (X r ) (senzorni etalon). Zapis relativne točnosti: p r X X r = 100%, (2.2) X r pri tem je: p r relativna točnost, X izmerjena vrednost, X r referenčna vrednost etalona.

13 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 5 Občutljivost senzorja izrazimo na dva načina: z absolutno občutljivostjo; sprememba odziva glede na spremembo vzbujanja, z relativno občutljivostjo; relativna sprememba odziva glede na relativno spremembo vzbujanja. Stabilnost senzorja je podatek, ki se nanaša na spremembo lastnosti senzorja, če se spremenijo pogoji delovanja. Če imamo senzor pritiska, katerega odziv je sprememba upornosti, potrebujemo dodatno napajanje za pretvorbo odziva napetosti. Rezultat pretvorbe postane odvisen tudi od napajalne napetosti. Upornost senzorja je lahko odvisna tudi od temperature okolice. Za optimalno uporabo senzorjev je potrebno poznati njihove lastnosti, stabilnost pa izboljšamo s kompenzacijskimi sklopi, ki imajo nasprotne lastnosti. Dinamika senzorja je območje vrednosti vzbujanja, ki povzroči linearen odziv z ustrezno majhnim odstopanjem. Frekvenčne lastnosti opišemo s časovno konstanto oziroma s časom, v katerem bo odziv senzorja dejansko sorazmeren z vzbujanjem. Čas je odvisen predvsem od moči izvora in od kopičenja energije v senzorju. Čim bolj komleksen je senzor, daljši je čas, ki ga potrebuje za odziv. Časovna konstanta senzorja ni problematična, če ga uporabljamo v sistemih, ki imajo bistveno daljše časovne konstante. Zgradba senzorja je odvisna predvsem od namena uporabe. Običajno so senzorji zaprti v ohišja, ki jih varujejo pred vplivi iz okolja. Ohišja morajo omogočati pritrditev na merilno mesto in odjemanje odziva. Oblike in dimenzije senzorjev so zelo različne. Način delovanja je odvisen predvsem od merjene veličine in izbranega senzorja. 2.2 Razdelitev senzorjev Senzorje delimo glede na: spremenljivko, ki jo merijo, sestavo, senzorni element, obnašanje sestave.

14 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Senzorji fizikalnih veličin in načini delovanja Fizikalne veličine pretvorimo v električni signal z naslednjimi senzorji: Razdalja, lega, premik: kapacitivni, induktivni, relukančni, LVDT. Hitrost: indukcija v magnetnem polju, piezoelektrični senzor. Pospešek: vgrajena vzmet in utež ter senzor za kapacitivnost, induktivnost, piezo element. Kotni zasuk: kondenzator, potenciometer, fotoelement, induktivnost. Sila: vgrajena vzmet. Navor: merilni lističi na znani gredi. Vibracije: vgrajena vzmet in utež. Zvočni tlak: mikrofoni. Pritisk: membrana. Pretok: turbina, venturijeva cev. Temperatura: termočlen, polprevodniški elementi, termistorji, pirometer. Vlaga: porozni upori. Osvetljenost: fotoupor, fotodioda, cevi z razredčenimi plini. 2.4 Uporaba senzorjev v sistemih Senzorji vsebujejo pretvornik in senzorski element. Če jim dodamo ojačevalnik, napajalnik, filter, AD-pretvornik, pomnilnik in prikazovalnik, dobimo merilni člen. Z uporabo in namestitvijo senzorjev v mikroprocesorskih vezjih postanejo merilni členi del procesnega sistema. Sodobne merilne člene lahko neposredno priključimo v računalniško okolje. Računalniško kontroliranje in krmiljenje sistemov z uporabo večkanalnih merilnih instrumentov vse bolj nadomešča ročno upravljanje in zmanjšuje količino dokumentacije. Senzorji predstavljajo temelj nadaljnje avtomatizacije proizvodnih in testnih postopkov.

15 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 7 3 MERJENJE TEMPERATURE Temperatura je veličina, ki skupaj s drugimi veličinami določa in opisuje toplotno stanje snovi [2]. Po kinetični teoriji je toplota merilo kinetične energije osnovnih delcev snovi. Glede na to obravnavamo temperaturo kot eno izmed osnovnih statističnih veličin, proporcionalno srednji kinetični energiji molekul snovi. Rečemo lahko tudi, da je temperatura merilo toplotnega stanja homogene snovi, ali če definiramo bolj natančno: temperatura je merilo srednje gibalne energije snovi. Temperatura je intenzivna veličina, kar pomeni, da pri njenih osnovnih merilnih postopkih izhajamo iz izkustvenih ugotovitev termičnega ravnotežja. V nasprotju z ekstenzivnimi veličinami, s podano definicijo temperature torej še ni pojasnjeno, kaj naj dejansko razumemo pod nekajkratnim povečanjem ali zmanjšanjem temperature. Z merilnotehniškega stališča ni mogoče definirati temperature normale, kot to počnemo pri drugih osnovnih veličinah in s katero bi imeli možnost izraziti vsako temperaturo kot mersko število take normale. 3.1 Merilni pretvorniki temperature in njihova delitev Neposredna merjenja temperature, kot jih poznamo pri merjenjih dolžine, prostornine ali teže niso možna. Temperaturo nekega telesa ali medija določamo z opazovanjem sprememb fizikalnih lastnosti samega telesa ali medija, oziroma z opazovanjem lastnosti posebnega termometričnega elementa, ki je z opazovanim telesom ali medijem v toplotnem stiku. V principu lahko za merjenja temperature uporabljamo spremembe katerekoli znane fizikalne lastnosti opazovanega ali posebnega telesa, ki so odvisne od temperature. Vendar v praksi uporabljamo le tiste lastnosti, ki so enoznačno povezane s spremembo temperature in so malo, ali sploh niso, odvisne od vpliva drugih veličin, ter jih lahko dovolj točno in čimbolj preprosto merimo po znanih postopkih in s čimbolj preprostimi napravami. Tem zahtevam najbolj ustrezajo fizikalni pojavi kot so:

16 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 8 toplotno raztezanje, sprememba električne prevodnosti, pojav stičnih termonapetosti, sprememba intenzivnosti sevanja, ki so osnova za delovanje največjega dela merilnih pretvornikov temperature. Merilne pretvornike delimo v dve veliki skupini, in sicer v skupino mehaničnih in v skupino električnih merilnih pretvornikov. Električne merilne pretvornike temperature delimo na: termoelemente, uporovne termometre, sevalne termometre Termoelementi Pojav termo-napetosti in pojav termoelementa je star več kot 200 let. Termoelement je sestavljen iz dveh žic, znanih kot termo-žici, ki sta na enem koncu zvarjeni. To mesto poznamo kot vroči konec, torej tisto stično mesto, ki ima merilno temperaturo. Zaradi tega zanj bolj upravičeno uporabljamo oznako merilni konec ali merilno stično mesto. Drugi odprti konec termoelementa je namenjen priključitvi merilnika na napetost. Ta del termoelementa imenujemo hladni konec ali boljše primerjalno merilno mesto, ki ima neko primerjalno temperaturo. Termoelement meri razliko med merilnim in primerjalnim stičnim mestom. Δ T = T 2 T 1, (3.1) pri tem je: Δ T razlika temperature, T 2 merjena temperature, T 1 primerjalna temperatura. To pomeni, da mora za merjenje vzdrževati T 1 konstantno vrednost.

17 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 9 Termoelement je električni merilni element, ki neelektrično veličino, temperaturo neposredno prevede v električno veličino, termoelektrično napetost. Termoelement je torej merilni pretvornik, ki prevede merjenje temperature na merjenje električne napetosti in predstavlja aktivni senzor. Običajno jih poimenujemo po sestavi materiala njihovih termožic. Termoelementi se veliko uporabljajo v industriji Uporovni termometri Električne uporovne termometre razvrščamo v dve osnovni skupini, in sicer v skupini: kovinskih uporovnih termometrov, polprevodniških uporovnih termometrov. Značilnost obeh je, da uporabljata temperaturno odvisnost električne upornosti uporabljenega materiala za merjenje temperature. Pri tem se uporovni materiali obeh skupin medsebojno razlikujejo. Pri kovinskih uporovnih termometrih uporabljamo kot uporovne materiale pretežno čiste kovine ali posebne kovinske zlitine. Sipanje prevodnih elektronov v atomski mreži, odgovorni za transport naboja, je močno odvisno od temperature in karakterizira temperaturno obnašanje te vrste termometrov. Pri polprevodniških uporovnih termometrih imamo opravka z materiali, ki so pri nizkih temperaturah zelo slabi električni prevodniki. Povečanje števila prevodnih elektronov s temperaturo je karakteristično za obnašanje te vrste termometrov. Kovinski uporovni termometri Pri kovinskih uporovnih termometrih narašča električna upornost z naraščanjem temperature. Ta odvisnost ima relativno komplicirano obliko, pri tem imajo pomembno vlogo temperaturno področje, koncentracija tujih snovi v materialu ter različni načini vodljivosti. Pri čistih kovinah lahko le v okviru določenega področja in z relativno dobro točnostjo določimo temperaturno odvisnost upornosti v obliki potenčne vrste.

18 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 10 Polprevodniški uporovni termometri Pri merjenjih temperature s polprevodniškimi uporovnimi termometri uporabljamo materiale, ki so pri nizkih temperaturah slabi električni prevodniki. Delimo jih v naslednje skupine: polprevodniška uporovna tipala iz materiala s pozitivnim temperaturnim koeficientom, polprevodniška uporovna tipala iz materiala z negativnim temperaturnim koeficientom, temperaturna tipala na osnovi silicija, diode in tranzistorji kot tipala temperature, monolitno integrirana elektronska vezja na tranzistorskem principu kot tipala temperature. Polprevodniška uporovna tipala iz materiala s pozitivnim temperaturnim koeficientom To vrsto tipal poznamo tudi kot PTC upore ali POZISTORJE. Zaradi relativno velike prevodnosti pri nizkih temperaturah, jih poznamo tudi kot hladne prevodnike. Kot material uporabljamo sintrano keramiko, večinoma na osnovi polikristalov barijevega-titanata z različnimi dodatki kovinskih oksidov in soli. Z dodatki in tehnološkim postopkom izoblikujemo nekatere lastnosti materiala. PTC upore uporabljamo za enostavne, ne posebej natančne naloge nadzora in zaščite. Če v ta namen na PTC upor pripeljemo neko enosmerno napetost, bo pri manjših napetostih tok na uporu naraščal proporcionalno z vrednostjo napetosti. PTC upore uporabljamo na naslednjih področjih: za nadzor temperature v navitjih električnih motorjev, za nadzor mejnih vrednosti nivoja tekočin, za nadzor mejnih vrednosti temperatur v napravah za pripravo tople vode, vzdrževanje temperature v termostatih, gospodinjskih aparatih, za nadzor in omejevanje električnega toka v motorjih različnih naprav. Razen tega jih pogosto uporabljamo tudi kot grelne elemente v različnih napravah.

19 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 11 Polprevodniška uporovna tipala iz materiala z negativnim temperaturnim koeficientom To vrsto uporov poznamo tudi kot NTC upore ali TERMISTORJE. To pomeni, da njihova upornost pada z dvigom temperature. Od tod jih poznamo tudi pod imenom vroči prevodniki. Po izdelavi so polprevodniški keramični upori, pri katerih je keramika sestavljena iz polikristalov, mešane oksidne keramike, težkih kovin ali spojin redkih zemelj in sintrana na visokih temperaturah. Uporabljamo jih lahko pri temperaturah od 450 ºC do -100 ºC, v posebnih izvedbah tudi do 1000 ºC. NTC upore največkrat realiziramo na osnovi silicija. Merjenja temperature s silicijevimi senzorji so posebej zanimiva za masovno uporabo, saj so tovrstni senzorji občutno cenejši in imajo velike vrednosti temperaturnih koeficientov. Slaba lastnost silicijevih senzorjev je majhno merilno področje in velika nelinearnost. Temperaturna tipala, izdelana s silicijem kot osnovnim materialom, delimo v dve osnovni skupini, odvisno od vrste uporabljenega silicija. Tako poznamo: temperaturna tipala, izdelana iz monokristalnega silicija, temperaturna tipala, izdelana iz polikristalnega silicija. Silicijeve senzorje uporabljamo tako, da dobimo direkten frekvenčni izhod. Tako vezje oziroma direktna pretvorba analogne vrednosti temperature v diskreten izhodni signal je še posebej zanimivo ob priključitvi senzorja na računalnik, saj pri tem odpade relativno draga analogno-digitalna pretvorba z uporabo analogno-digitalnega pretvornika. Novejši razvoj na področju silicijevih tipal si prizadeva razviti ceneni senzor, izdelan po znani tehnologiji proizvodnje polvodniških elementov, ki bi bil z ostalimi sestavnimi elementi integriran na istem čipu. Gre za upor iz polikristalnega silicija, katerega temperaturni količnik je mogoče spreminjati s koncentracijo dotiranja v širokem področju Sevalni merilniki temperature Vsaka snov, s temperaturo T, ki leži nad absolutno ničlo, oddaja elektromagnetno sevanje, ki ga poznamo kot toplotno ali temperaturno sevanje. Pri temperaturah, nižjih od tisoč stopinj Celzija, je sevanje posledica nihanja atomov v prostorski rešetki trdih teles ali nihanj in rotacije atomov ali molekul, snovi v plinastem stanju. Pri višjih temperaturah imajo pomembno vlogo disociacijski in ionizacijski postopki. Trda telesa in tekočine

20 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 12 oddajajo zvezne spektre ali spekter s širokim valovnim področjem, medtem ko plini sevajo le diskretne valovne dolžine ali spekter v omejenih področjih. Sevanje je oblika izmenjave energije med dvema ali več objekti. Z merjenji te izmenjave lahko identificiramo vir sevanja in sklepamo na njegovo temperaturno stanje. Merilnike te vrste poznamo kot sevalne termometre ali pirometre. Pri merjenju z njimi termometer nima neposrednega stika z merilnim objektom, oziroma merilnim medijem, kar pomeni, da postopek merjenja ne vpliva na stanje oddajnika sevanja. V tem primeru merjenje poteka brez povratnega vpliva. Brezstična merjenja ponujajo nekatere prednosti, kot so: merjenja zelo visokih temperatur, pri katerih ni mogoča uporaba termoelementov, merjenja temperature pri telesih ali merilnih medijih, ki imajo slabo toplotno vodljivost ali majhno toplotno kapaciteto, merjenja temperature na nedostopnih ali gibajočih objektih, merjenja temperature, kjer so zahtevani zelo kratki odzivni časi. Najpomembnejša uporaba sevalnih termometrov je bila v preteklosti na področju visokih ali zelo visokih temperatur. Vendar so v zadnjih letih razvili zelo občutljiva sevalna tipala, ki omogočajo uporabo postopka tudi za merjenja temperatur pod 0 ºC. Tipala sevanj Razlikujemo: črna in siva tipala, selektivna tipala. Črna in siva tipala poznamo tudi kot termična sevalna tipala. V to skupino štejemo termoelemente in bolometre. Značilno za njih je, da imajo občutljivost neodvisno od valovne dolžine v širokem področju, ki se razprostira od ultravijoličastega do precejšnjega dela infrardečega področja sevanja. Primerna so predvsem za merjenja nižjih temperatur (pod 100 ºC), torej pri večjih valovnih dolžinah, kljub temu, da imajo manjšo občutljivost od fotoelektričnih tipal.

21 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 13 V skupino selektivnih tipal spadajo fotoelektrična sevalna tipala, ki so večinoma polprevodniškega izvora. To so fotoelementi, fotoupori, fotodiode in fototranzistorji. Na sevanje so občutljivi le v nekem ozkem področju spektra in v tem področju so močno odvisni od valovne dolžine. Njihova absolutna občutljivost je občutno večja kot pri termičnih tipalih. Obe vrsti tipal dajeta izhodne signale v obliki sprememb toka, napetosti ali upornosti.

22 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 14 4 MERJENJE TLAKA Tlak je, tako kot temperatura, veličina stanja [2]. Od tlaka so odvisne lastnosti vsake snovi, ki jo poznamo in uporabljamo. Veliko število fizikalnih veličin lahko izražamo s tlakom. Glede na to je tlak pomembna veličina, ki določa v tehniških procesih stanja fluidov. Temu ustrezno so tudi razširjene naprave in postopki za merjenje tlakov. Fizikalna veličina tlak, ki jo na splošno označimo s p, je definirana kot kvocient sile F, ki deluje na enoto površine A v smeri njene normale: F p =, (4.1) A pri tem je: p tlak, F sila, A površina. V tehniških sistemih nas zanimajo za merjenje tri različne vrste tlaka, ki se medsebojno razlikujejo glede na primerjalno točko. To so: absolutni tlak p abs, nadtlak p e, diferencialni tlak (razlika tlakov) Δp. Za absolutni tlak p abs je kot primerjalna ničelna točka izbran prazen prostor, za nadtlak p e je kot primerjalna ničelna točka izbrana vsakokratna vrednost atmosferskega tlaka p amb. Tako je nadtlak definiran z izrazom: p e = p p, (4.2) abs amb pri tem je:

23 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 15 p e nadtlak, p abs absolutni tlak, p amb atmosferski tlak. Pri diferencialnem tlaku Δp je za primerjalno točko lahko izbrana poljubna ustrezna točka. Diferencialni tlak je definiran kot razlika dveh absolutnih tlakov: Δ p = p abs p, (4.3) 1 abs2 pri tem je: Δ p diferencialni tlak, p abs1 absolutni tlak 1, p abs2 absolutni tlak 2. Proizvodnja in konstrukcija merilnih naprav za merjenje nadtlakov je enostavnejša in cenejša od proizvodnje merilnih naprav za merjenja absolutnih tlakov. To je eden izmed razlogov, da v tehniških sistemih najpogosteje uporabljamo merilne naprave za merjenje nadtlakov. 4.1 Enote tlaka Glede na definicijo tlaka kot fizikalne veličine je ustrezno definirana mednarodna izpeljana enota SI: N 1pascal = 1Pa = 1. (4.3) 2 m Definicija se glasi: Pascal je tlak, ki ga povzroča sila 1 newtona, ki je enakomerno razporejena in deluje pravokotno na ravno površino 1 kvadratnega metra. Iz podane definicije je razvidno, da je 1 Pa relativno majhna enota in zato v tehniških sistemih ni uporabna. V praksi zaradi tega raje uporabljamo:

24 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 16 1bar = N m 5 = 0,1MPa 10, (4.4) 2 ki je posebno ime za 10 5 Pa oziroma 0,1 MPa. V praktični uporabi pri merjenjih manjših tlakov se je uveljavil: 1 milibar = 1 mbar = 100 Pa. (4.5) 4.2 Mehanični merilniki tlaka Mehanične merilnike tlaka razvrščamo v dve veliki podskupini: podskupino tekočinskih merilnikov tlaka, podskupino elastičnih merilnikov tlaka. V podskupino tekočinskih merilnikov tlaka sodijo: merilnik z U-cevjo, merilnik s poševno cevjo, merilnik s plavačem, obročna tehtnica, tehtnica z zvonom, tlačna tehtnica, batni merilnik. V podskupino elastičnih merilnikov tlaka sodijo: cevni merilnik, merilnik z mehom, membranski merilnik, merilnik s kapsulo. Tekočinski merilniki tlaka delujejo na principu veznih posod. Oba konca tekočinskih stebričkov s tlaki p 1 in p 2, ki se razlikujeta za:

25 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 17 Δ p = p 1 p 2, (4.6) pri tem je: Δ p razlika tlakov, p 1 tlak 1, p 2 tlak 2, povzročita premik tekočinskega stebrička zaporne tekočine za dolžino H. Za ravnotežno stanje velja enakost sil, in je: Δp A = ρ g H A, (4.7) pri tem je: Δ p razlika tlakov, A površina preseka stebrička, H razlika meniskusov, ρ gostota zaporne tekočine, g zemeljski pospešek. Iz enačbe potem dobimo: Δp = p1 p2 = ρ g H. (4.8) Pri elastičnih merilnikih tlaka dovajamo merjeni tlak merilnemu elementu, ki se elastično deformira oziroma spremeni svoj raztezek pod vplivom tlaka. Sprememba mehaničnega raztezka je proporcionalna merjenemu tlaku. Otipamo jo lahko na različne načine: po mehaničnem, po električnem ali po pnevmatskem načinu.

26 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Električni merilniki tlaka Na področju električnih postopkov merjenja tlaka poznamo veliko število izvedb, ki po eni strani izhajajo iz različnih fizikalnih principov, po drugi pa iz številnih konstrukcijskih rešitev. Za osnovo delovanja so najpogosteje uporabljeni štirje principi, ki izhajajo iz merjenj električne upornosti, kapacitivnosti, induktivnosti in resonančne frekvence. Razen teh uporabljamo tudi piezzo-električni in optični princip ter izkoriščanje Hall-ovega efekta. Področje je zelo napredovalo z razvojem polvodniških tehnologij, ki so omogočile miniaturne izvedbe, poceni proizvodnjo ter odprte možnosti komunikacij in digitalno obdelavo izhodnega signala. Sodobni senzorski elementi za merjenje tlaka pogosteje uporabljajo princip merjenja spremembe električne upornosti zaradi spremembe raztezka merilnega elementa pod vplivom tlaka. Pri tem uporabljamo različne vrste merilnih trakov: kovinske, debeloplastne, piezouporovne. Razen teh na tržišču najpogosteje ponujajo izvedbe merilnikov na: kapacitivnem, induktivnem, piezo-električnem principu. Električni senzorji imajo v primerjavi z mehanskimi naslednje prednosti; merilna veličina je podana v obliki električnega signala, kar omogoča poljubno nadaljnjo obdelavo, majhne kompaktne izvedbe, možnost merjenja dinamičnih sprememb tlaka, zelo kratke odzivne čase. Imajo pa tudi slabosti, kot so: potreba po energiji, zahtevnejše vzdrževanje in večjo občutljivost na mehanične in kemične vplive.

27 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Kapacitivni merilniki tlaka Kapacitivni princip merjenj, s katerimi prevedemo spremembo premika nekega deformacijskega telesa v spremembo kapacitivnosti, predstavlja zelo občutljivo merilno metodo. Največjo uporabo je postopek doživel pri izvedbi merilnih pretvornikov diferencialnega tlaka. Fizikalni princip izhaja iz sprememb kapacitivnosti dveh vzporednih medsebojno izoliranih elektrod. Obe elektrodi tvorita kondenzator, ki se mu kapacitivnost spreminja recipročno s spremembo razdalje: A C = ε, (4.9) d pri tem je: C kapacitivnost, A površina elektrod, ε dielektrična konstanta medija, d razdalja med elektrodama. Različne izvedbe imajo obliko navadnega ali diferencialnega kondenzatorja, kot elektrode se praviloma uporabljajo krožne membrane. Če med membrano in nasprotno elektrodo ustvarimo vakuum, lahko merimo absolutne tlake, če ta prostor povežemo z atmosferskim tlakom, merimo nadtlake, če pa na obe strani membrane dovedemo različne tlake, merimo njihovo razliko Induktivni merilniki tlaka Induktivni merilniki tlaka delujejo na principu merjenj premikov. Kot osnovni element uporabljamo elastične elemente, predvsem membrane, katerih upogibe zaradi delovanja tlaka pripeljejo na merilnik premika, praviloma sestavljen iz dveh tuljavic z jedrom iz feromagnetnega materiala. S premikom jedra pod vplivom tlaka se protismerno spreminja kompleksna upornost tuljavic. Premik membran je v področju okoli 0,1 mm. Temperaturno občutljivost reduciramo na minimalne vrednosti s primerno izbiro materialov. Sistem daje dobre merilne učinke že pri

28 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 20 premikih v μm-skem področju. Zaradi zelo enostavne izvedbe so to zelo robustne naprave z zelo dobro dolgoročno stabilnostjo. Uporabni so do temperature 350 ºC Piezo-električni merilniki tlaka Piezo-električni materiali imajo lastnost, da se na njihovih površinah pojavi električni naboj, če so izpostavljeni delovanju mehaničnih vlečnih ali tlačnih sil. Pojav poznamo kot piezo-električni efekt. V tehniške namene izkoriščamo to lastnost predvsem pri kristalih in nekaterih vrstah keramike. Piezo-električni efekt se pojavi pri aksialni tlačni obremenitvi le pri kristalih, ki imajo polarne osi. Pri merjenjih tlakov izpostavimo kristale njihovemu neposrednemu vplivu. Na površinah dobljeni naboj Q je direktno proporcionalen merjenemu tlaku p, površina A in piezo-električnemu koeficientu k: Q = k A p, (4.10) pri tem je: Q naboj, A površina, k piezo-električni koeficient, p tlak. V odvisnosti od položaja osi delovanja tlaka proti polarni osi kristala razlikujemo longitudinalni in transverzalni piezo-efekt.

29 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 21 5 PREDSTAVITEV GSM OMREŽJA 5.1 Razvoj GSM digitalnega celičnega sistema Prvi celični radijski sistem v Evropi je bil postavljen leta 1981, in sicer v Skandinaviji, z zmogljivostjo nekaj tisoč uporabnikov. V Evropi je v uporabi prek deset različnih analognih in digitalnih celičnih sistemov. Skupno število naročnikov v teh sistemih je leta 2003 presegalo milijardo uporabnikov. Med analognimi sistemi in njihovimi mobilnimi postajami obstaja splošna nezdružljivost. Zato so se leta 1982 dogovorili o zasnovi novega evropskega enotnega digitalnega celičnega sistema. Določili so 900 MHz frekvenčni pas za nov celični sistem. Prva pomembnejša odločitev s strani skupine GSM (Groupe Special Mobile) komiteja je bila izbira digitalnega sistema. Leta 1986 se je v Parizu odločalo med devetimi sistemi z različnimi tehničnimi lastnostmi. V začetku naslednjega leta se je na podlagi testnih rezultatov GSM komite odločil za sledeče tehnične rešitve: TDMA (Time Division Multiple Access) z osmimi kanali na nosilno frekvenco, RPE - LPC (Regular Pulse Excited Linear Predictive speech Codec) s hitrostjo 13 kbit/s in konvolucijskim kodom (2, 1, 5), 200 khz razmik med nosilnimi frekvencami, GMSK (Gaussian filtered Minimum Shift Keying) tip modulacije. Leta 1988 je bilo končanih vseh trinajst sklopov GSM priporočil, ki zajemajo večino podrobnosti digitalnega celičnega sistema. GSM omrežje deluje v dveh frekvenčnih pasovih, ki sta razmaknjena za 45 MHz. GSM terminal oddaja v frekvenčnem območju od 890 do 915 MHz. V tem območju sprejema tudi bazna postaja, medtem ko oddaja v frekvenčnem območju od 935 do 960 MHz. To je območje, v katerem sprejema tudi GSM terminal. Pri teh dveh frekvenčnih pasovih, dobimo pri razmiku nosilnih frekvenc 200 khz, 124 parov radijskih kanalov. Če upoštevamo TDMA tehniko in 8 časovnih oken na nosilec frekvence, se končno število prometnih in signalizacijskih parov poveča na 992.

30 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Opis celičnega sistema Pri celičnih radijskih omrežjih razdelimo celotno območje, ki ga želimo pokriti z radijskim signalom, na celice. Pri tem je v poenostavljeni idealni celični strukturi velikost in razporeditev vseh celic enaka. Območje posamezne celice pokriva ena bazna postaja, postavljena praviloma v središču celice. Okrog vsake celice je razporejenih šest istokanalnih celic. To so celice, ki delujejo na isti frekvenci. Najpogosteje se uporabljajo celični sistem s sedmimi celicami v skupini. Minimalna oddaljenost med istokanalnimi celicami je določena z največjim dovoljenim razmerjem med koristnim radijskim signalom celice in vsoto motilnih signalov istokanalnih celic v okolici. Pri tem praviloma upoštevamo le motilne signale najbližjih šestih istokanalnih celic, medtem ko druge oddaljene celice zanemarimo. r polmer celice d razdalja med baznimi postajami Slika 5.1: Struktura celičnega radijskega omrežja Velikost celice je odvisna od moči bazne postaje. V vsaki skupini celic lahko uporabimo vse razpoložljive frekvence, ki se lahko ponavljajo v skupinah celic, ki ne mejijo ena na drugo. Razdalja med sosednjima oddajnikoma z enakimi frekvencami mora biti večja od premera celice. S tem preprečimo interferenčne motnje. Število razpoložljivih frekvenc določa kapaciteto prometa v omrežju. Večje število sočasno uporabljenih frekvenc,

31 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 23 narekuje manjšo velikost celic. Dimenzije celic znašajo od dva do petintrideset kilometrov. V urbanem okolju, kjer je promet gostejši, uporabljamo celice manjših dimenzij. Razdalja med istokanalnimi celicami v celičnem radijskem omrežju je pomemben podatek, saj neposredno vpliva na potrebno število frekvenc v omrežju. Osnova za izračun minimalne dopustne razdalje med istokanalnimi celicami je model za izračun jakosti radijskega signala v prostoru. V praksi se v ta namen uporabljajo različni modeli. V strokovni literaturi se v ta namen zaradi enostavnosti modela največkrat uporablja enostaven teoretični model, ki bo opisan v nadaljevanju Razmerje med močjo koristnega signala in vsoto moči istokanalnih interferenčnih signalov Razmerje med močjo koristnega signala PC in vsoto moči istokanalnih interferenčnih signalov PI ne sme nikjer v celici preseči minimalno dovoljeno vrednost, ki še zagotavlja normalno delovanje radijskih postaj. Pogoju zadostimo, če na robu celice zagotovimo minimalno dovoljeno razmerje vrednosti moči koristnega signala PC in vsote moči istokanalnih interferenčnih signalov PI. Moč koristnega signala na robu celice je: pri tem je: P C - moč koristnega signala, P 0 - moč koristnega oddajnika v celici, L(r) - slabljenje signala na razdalji r, r - polmer celice. P C = P L O (r) [ W], (5.3) Enostaven teoretični model za izračun jakosti radijskega signala Enostaven teoretični model za izračun jakosti radijskega signala na sprejemniku Ps(x) v odvisnosti od moči oddajnika Po je: pri tem je: P s(x) Po = L (x) ho hs = Po 2 x 2, (5.2) ho - višina oddajnika,

32 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 24 hs - višina sprejemnika, x - razdalja med oddajnikom in sprejemnikom, P s(x) - moč radijskega signala na sprejemniku, P o - moč oddajnika. Iz zgornje enačbe dobimo slabljenje L (x) : L (x) 2 x ho h = s 2. (5.3) 5.3 Struktura GSM sistema Na spodnji sliki je prikazana blokovna shema poenostavljene strukture celičnega GSM sistema. Sistem vsebuje precej segmentov, ki omogočajo nemoteno delovanje omrežja in zagotavljajo standardne storitve, ki jih tak sistem nudi. Slika 5.2: Struktura GSM sistema po ETSI standardu

33 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Opis in delovanje posameznih segmentov GSM sistema V GSM omrežju so mobilne komunikacije določene z mnogimi funkcijami in procedurami omrežja. Preden opišemo posamezne segmente omrežja in njihovo delovanje, si oglejmo poenostavljeno zgradbo GSM sistema. Slika 5.3: Arhitektura GSM omrežja Pomen kratic: SIM - Modul za identifikacijo uporabnika BCS - Kontrolor bazne postaje BTS - Bazna oddajno-sprejemna postaja HLR - Register domačih uporabnikov MSC - Mobilni komutacijski center EIR - Register za identifikacijo opreme VLR - Register gostujočih uporabnikov PSTN - Javno komutirano telefonsko omrežje ISDN - Digitalno omrežje z integriranimi storitvami

34 Bojan POGAČ, Diplomsko delo MS - mobilna postaja Mobilna postaja je terminal, ki ga uporablja GSM uporabnik. Sestavljata jo: SIM (Subscriber Identity Modul) - modul za identifikacijo uporabnika, ME (Mobile Equipment) - mobilna oprema (običajno prenosni GSM terminal). SIM modul je uporabniška prepoznavna kartica, ki vsebuje IMSI, in druge uporabnikove podatke, ki so potrebni za prijavo v GSM omrežje. IMSI vsebuje podatke, ki določajo uporabnika v GSM omrežju. Ti podatki se hranijo v HLR registru, sproti pa se obnavljajo v VLR registrih. SIM kartica mora biti aktivirana in vstavljena v ME, da ima uporabnik dostop do GSM omrežja. SIM kartico je možno zaščititi s PIN kodo. Geslo lahko uporabnik določa in spreminja sam. Če vnesemo pri vklopu mobilnega telefona trikrat napačno kodo se SIM kartica zaklene. Odklenemo jo lahko s posebno PUK kodo. ME je GSM terminal ali drug tip mobilne opreme, ki je zgrajen v skladu z GSM standardom. ME je izjemno kompleksna naprava, ki opravlja funkcije radijskega prenosa, upravljanja z radijskim kanalom, merjenja jakosti signala, dekodiranja in kodiranja govora, enkripcije kodiranih podatkov, vodenja predaje klicev ter upravljanja s prenosom podatkov. Sodobni GSM terminali poleg tega podpirajo še številne uporabniške storitve in se po funkcionalnosti približujejo dlančnikom. Poznamo razne tipe mobilnih postaj, od prenosnih in ročnih mobilnih postaj do vgradnih postaj za vozila. Od tipa mobilne postaje je odvisna tudi izhodna RF moč, ki je določena v GSM priporočilu Tabela 3.1: Tabela predpisanih RF moči Vrsta postaje Izhodna RF moč Vgradne mobilne 20 W 8 W - Prenosne mobilne 20 W 8 W - Ročne mobilne 5 W 2 W 0, BSS - sistem bazne postaje Sistem bazne postaje oziroma bazna postaja je razdeljena na oddajni del bazne postaje BTS in na krmilnik bazne postaje BSC, ki sta med seboj povezana z A-bis vmesnikom. BSS vsebuje BSC in eno ali več BTS. BSC izvaja vse nadzorne funkcije v bazni postaji. Če oprema ene bazne postaje služi večjim celicam, tudi krmilnik bazne postaje BSC služi več oddajno-sprejemnim postajam. Bazna postaja upravlja z radijskimi kanali, s prenosom

35 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 27 ustrezne signalizacije ter s komunikacijami s skokovitim spreminjanjem frekvence. BS nadzira tudi kakovost povezave ter nivo prenosne moči. Naloga bazne postaje je tudi nadzor in korekcija napak pri prenosu signala, prilagoditev hitrosti prenosa podatkov, kodiranje digitalnega signala govora, kriptiranje podatkov in signalizacije ter predaja zvez znotraj celice zaradi prehoda na boljši radio frekvenčni kanal. Bazna postaja vrši tudi HO (Handover) funkcijo opisano v nadaljevanju. Vse kontrolne funkcije BSS opravlja BSC. Ponavadi si predstavljamo, da je oddajnik BTS nameščen v središču celice, vendar ni tako, ker bi bilo v praksi tako razvrščanje BTS-jev predrago. Operaterji navadno z eno gradnjo pokrijejo dva ali tri sektorje oziroma celice. BST si ponavadi predstavljamo kot antenski drog, na katerem je nameščenih več anten za oddajnike in sprejemnike, ki se nahajajo ob stolpu v ustrezno zavarovanem prostoru. BSC se navadno nahaja v posebni zgradbi in nadzoruje več BST-jev MSC - mobilni komutacijski center Mobilni komutacijski center in bazna postaja sta povezana prek A-bis vmesnika. MSC opravlja vse komutacijske funkcije potrebne za delovanje mobilnih postaj v skupini celic, ki jih zajema. Mobilni komutacijski center opravlja funkcije, kot so usmerjanje in kontrola poziva, procedure potrebne za povezavo z drugimi omrežji, na primer s PSTN in ISDN omrežjem. MSC izvaja tudi procedure upravljanja mobilnih postaj, kot so ugotavljanje lokacije mobilnih postaj, preverjanje avtorizacije in procedure pri izvajanju HO postopka. Handover je postopek, pri katerem bazna postaja preda komunikacijo mobilne postaje drugi bazni postaji, pri prehodu mobilne postaje iz območja ene v območje druge celice. Do zamenjave komunikacijskega kanala znotraj ene celice pride tudi v primeru, če se na obstoječem kanalu pojavijo interferenčne ali druge motnje, zaradi česar kanal ni več primeren za komunikacijo. Če je komunikacijski promet gost, se morajo RF kanali ponavljati bolj pogosto. Celice so v tem primeru manjše, poveča pa se verjetnost medkanalne interference. Takšno interferenco lahko preprečimo z učinkovitim algoritmom za HO predajo komunikacije, ki temelji na ugotavljanju kakovosti sprejetega signala HLR - register domačih naročnikov Register domačih naročnikov je enota, ki je namenjena bazi podatkov za upravljanje z domačimi mobilnimi naročniki. V HLR registru so podatki o vseh domačih naročnikih in o

36 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 28 storitvah sistema. V tej enoti je shranjen tudi del informacije o lokaciji mobilnega naročnika. HLR je tisti, ki dovoli dohodnim klicem, da so usmerjeni na mobilni komutacijski center. MSC je zadolžen za področje, kjer se mobilna postaja trenutno nahaja. MS mora periodično obveščati PLMN javno mobilno omrežje o svoji geografski lokaciji, zato da se lahko ta informacija popravlja oziroma spreminja v registru domačih uporabnikov. Zaradi tega je mobilno omrežje razdeljeno na več geografskih področij, ki so razpoznavna prek unikatnega identifikacijskega simbola, ki ga sprejme vsaka mobilna postaja prek BCCH (Broadcast Control Channel) kanala. Mobilna postaja neprestano nadzira stanje identifikacijskega simbola. Vsaka sprememba simbola, pomeni zahtevo, da mobilna postaja odda informacijo o svoji novi lokaciji. Register domačih naročnikov vsebuje informacijo o mednarodni identiteti mobilnega naročnika - IMSI. Ta številka se uporablja za preverjanje naročnika pri njegovem avtentikacijskem centru AUC. S takšno proceduro se preveri, ali lahko naročnik sploh uporablja sistem EIR - register za identifikacijo opreme V EIR register se shrani identifikacijska številka uporabnika z oznako IMEI. Identifikacijska številka uporabnika omogoča razpoznavo izgubljenega ali ukradenega mobilnega telefona s strani operaterja omrežja VLR - register gostujočih naročnikov Register gostujočih uporabnikov hrani skoraj identične podatke o domačih uporabnikih kot HLR, hkrati pa hrani tudi podatke o gostujočih uporabnikih, ki so trenutno v obsegu omrežja. Gostujoči uporabnik postane po uspešni registraciji, v tujem omrežju enakopraven domačemu uporabniku glede storitev, ki so mu na voljo. VLR hrani trenutne podatke o lokaciji uporabnika. Da teh podatkov ni mogoče zlorabiti, priredi TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) vsakemu uporabniku začasni identifikator mobilne postaje vsakič, ko uporabnik zamenja celico, v kateri se nahaja mobilna postaja. TMSI se dodeljuje po kompleksnem algoritmu. Sledenje gibanju uporabnika je mogoče samo, če operater omogoči vpogled v algoritem, ki dodeljuje TMSI ter v podatke o sektorjih, ki so jim bili ti TMSI-ji dodeljeni. Čeprav obstaja programska oprema, ki

37 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 29 omogoči relativno hitro obdelavo teh podatkov, je postopek ugotavljanja lokacije uporabnika še vedno precej zapleten OMC - center za nadzor in upravljanje Center za nadzor in upravljanje, NMC (Network Management Centre) - center za upravljanje omrežja in ADC (Administration Centre) - administrativni center so funkcionalne enote, prek katerih je možno nadzorovati in krmiliti celoten sistem. Pozivna procedura je procedura, pri kateri začne mobilna postaja iskati bazno postajo. Bazna postaja mora zagotoviti dovolj velik nivo sprejetega signala na BCCR nosilcu, na katerega se sinhronizira bazna postaja. Bazna postaja zaseže dvosmerni signalni kanal in vzpostavi povezavo z mobilnim komutacijskim centrom, ki je zadolžen za to področje. MSC uporabi IMSI, ki ga prejme od mobilne postaje za poizvedovanje o naročniku v njegovem HLR registru. Informacije, ki jih mobilni komutacijski center pridobi iz HLR registra, se nato prenesejo v lokalni VLR register. Mobilna postaja nato definira tip storitve, ki jo pričakuje ter odda izbrano številko za ta klic. Bazna postaja, ki je zadolžena za to celico, končno dodeli prometni kanal prek katerega mobilni komutacijski center usmeri klic k naslovniku SMSC - center za posredovanje kratkih sporočil Mobilni telefoni lahko sprejemajo in oddajajo SMS sporočila dolžine do 160 alfanumeričnih znakov. Če je GSM telefon izključen oziroma če se nahaja v območju, kjer storitev ni dostopna, se sporočilo namenjeno temu telefonu shrani v SMSC centru. Takoj ko je telefon spet dosegljiv oziroma prijavljen v GSM omrežje, SMSC takoj posreduje shranjeni SMS uporabniku. SMS storitev je podobna alfanumerični "paging" storitvi, le da je naprednejša Radijski vmesnik - med ME in BTS Radijski vmesnik Um je zelo natančno specificiran v GSM standardu. Le tako je mogoče zagotoviti popolno skladnost vseh tipov ME z vsakim GSM omrežjem. Gre za radijski vmesnik med ME in BTS. GSM uporablja za radijsko povezavo 200 khz široke nosilne kanale. Kanal je definiran s frekvenco ter položajem v TDMA časovnem okvirju. Na enem

38 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 30 radijskem kanalu je mogoča samo enosmerna komunikacija. Če želimo doseči dvosmerno komunikacijo, moramo vsak kanal povezati s kanalom v drugem frekvenčnem pasu. Tako kanali v frekvenčnem pasu od 880 MHz do 915 MHz služijo za povezavo od MS proti BTS, kanali na frekvenčnem pasu MHz pa za povezavo od BTS proti MS. Radijski kanali v GSM so oštevilčeni glede na frekvenčni pas, ki ga zavzemajo znotraj GSM pasu. Kanali v GSM se delijo na prometne in krmilne kanale. Prometni kanali podpirajo prenos govora in podatkov. Po prometnih kanalih se prenašajo tudi podatki o signalu sosednjih celic, ki jih sprejema MS. Krmilni kanali služijo upravljanju in za koordinacijo omrežja. Krmilni kanali so: oddajni kanali, prek katerih se MS časovno in frekvenčno uskladi z omrežjem, skupni krmilni kanali, prek katerih se MS prijavi na omrežje, zaseže ustrezen prometni kanal ter pridobi podatke o dohodnih klicih, namenski krmilni kanali, prek katerih poteka signalizacija dvosmerne povezave, pridruženi krmilni kanali, ki prevzamejo funkcijo prometnik kanalov ob veliki zasedenosti omrežja. Ko vključimo GSM terminal s pomočjo SIM kartice v GSM omrežje, se prične inicializacijski del procesa. Mobilna postaja začne najprej pregledovati, kateri komunikacijski kanali so na voljo. Navadno najde nosilne kanale z močnim signalom na različnih frekvencah. Vsakega od njih preišče ter nato izbere radijski vmesnik - Um med mobilno postajo in BTS-om. 5.5 Zmogljivost celičnega sistema Zmogljivost celičnega sistema lahko izmerimo na več načinov. Teoretični modeli za določanje zmogljivosti so precej odvisni od prometnega modela, ki je predpogoj za takšen izračun. Za stabilno delovanje GSM omrežja je zelo važna pravilna izbira zmogljivosti procesorja. Procesorska moč je zelo važna v ključnih elementih omrežja. Zelo pomembni elementi GSM omrežja so sklop centrale in registra gostujočih mobilnih postaj - MSC/VLR ter nadzornik baznih postaj - BSC. Če je število naročnikov na določenem področju podvojeno, je obremenitev procesorja več kot dvakrat večja. Naraščanje prometa na celico narekuje namreč manjše celice. To pa poveča število HO na klic in dodatno obremenjuje ravno procesor v BSC.

39 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 31 GSM sistem slovenskega operaterja Mobitel temelji na Ericssonovem CME 20 sistemu. BSC je v omenjenem sistemu opremljen s procesorjem APZ 21211, ki lahko upravlja s 1020 TRU (Transceiver Unit) enotami in več kot 2500 Erlangi prometa. To pomeni, da je lahko sočasno aktivnih 2500 naročnikov. Pri širitvi sistema se določi tudi potrebno povečanje zmogljivosti posameznih modulov omrežja, da ne bi prišlo do preobremenitev sistema. V ta namen uporabimo prometno statistiko, pridobljeno med obratovanja sistema in dokumentacijo proizvajalca o posameznih modulih sistema. 5.6 Izračun prometa Izračun prometa pove, koliko lokacij in celic potrebujemo za realizacijo postavljenih ciljev. Za tak izračun potrebujemo vhodna podatka o številu frekvenc na celico, ki so na voljo in GoS (Grade of Service), ki je definiran kot dovoljen odstotek neuspelih poizkusov vzpostavitve zveze. Običajne vrednosti pri mobilnih telefonskih sistemih so med 2 % in 5 %. Promet na naročnika se izračuna prek Erlangove formule: n T A = [ E = Erlang], 3600 (5.4) kjer je: n - število klicev na uro, T - povprečni čas trajanja zveze [s], A - ponujeni promet od naročnika v sistemu.

40 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 32 6 OPIS TELEMETRIČNEGA SISTEMA Z MOBILNIM TELEFONOM 6.1 Zasnova naprave Naprava temelji na osem-bitnem Atmelovem mikrokrmilniku AT89C4051. Nanj sta priključeni tipali temperature in tlaka. Tipalo temperature je z mikrokrmilnikom povezana preko 1-wire vodila. Tipalo tlaka je z mikrokrmilnikom povezana preko 12-bitnega analogno-digitalnega pretvornika. Na mikrokrmilnik je priključen tudi LCD prikazovalnik. LCD prikazovalnik omogoča pregled izvajanja glavnih programskih rutin, vpisanih v pomnilnik. Prav tako na LCD prikazovalniku izpisujemo trenutno vrednost temperature in tlaka. S pomočjo zaporednega vodila je na mikrokrmilnik priključen GSM terminal, preko katerega mikrokrmilnik prejema in pošilja SMS sporočila. Mikrokrmilnik v določenih časovnih zaporedjih preverja SMS sporočila. V primeru prejetega SMS sporočila, mikrokrmilnik v pomnilnik shrani telefonsko številko in vsebino SMS sporočila. Mikrokrmilnik primerja vsebino sporočila s ključnimi besedami. Če se sporočilo ujema s ključno besedo izvrši operacijo pošiljanja SMS sporočila. Vsebina poslanega SMS sporočila je odvisna od ključne besede. Če se sporočilo ne ujema s ključno besedo, mikrokrmilnik izbriše SMS sporočilo in telefonsko številko, ter ponovi postopek branja SMS sporočila. Na napravi je potrebno zagotoviti konstanten vir napajanja. Za zagotavljanje konstantne napetosti smo uporabili stabilni vir LP2950 od podjetja National. Naprava je zasnovana tako, da ima možnost priklopa različnih vrst tipal. Na napravo je možno priključiti tudi različne vrste porabnikov, ki jih lahko krmilimo s pomočjo različnih tranzistorjev ali relejev. Ker je glavni del naprave mikrokrmilnik v katerem je vpisan program po katerem naprave deluje, pomeni vsaka nadgradnja naprave tudi sprememba glavnega programa.

41 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 33 Prikaz zasnove naprave TEMPERATURA NAPAJANJE TLAK RESET A/D AT89C4051 LCD GSM MODUL PROSTO UPORABNIK Slika 6.1 : Blokovna shema naprave

42 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Opis delovanja naprave Ob priklopu naprave na napajanje, program v mikrokrmilniku najprej določi vhode in izhode, konfigurira LCD prikazovalnik ter izvede inicializacijske ukaze za GSM. Mikrokrmilnik v naslednjem koraku izvede podprogram meritve temperature. Izmerjeno temperaturo prikaže na LCD prikazovalniku. Po temperaturi mikrokrmilnik izmeri tlak. Tlak prikaže v drugi vrstici LCD prikazovalnika. V tretjem koraku mikrokrmilnik preveri povezavo z GSM modulom in preveri ali je na kartici kakšno novo SMS sporočilo. V primeru, da na kartici ni nobenega novega sporočila mikrokrmilnik ponovi vse operacije od meritve temperature naprej. V primeru, da je mikrokrmilnik na SIM kartici zaznal novo SMS sporočilo, mikrokrmilnik izvede operacijo dešifriranja SMS sporočila. V pomnilnik se shranita dve pomembni informaciji. Prva pomembna informacija je telefonska številka, druga pomembna informacija pa je vsebina SMS sporočila. Ko ima mikrokrmilnik obe spremenljivki shranjeni izvede operacijo brisanja polja SMS na SIM kartici. Na takšen način zagotovi prosta mesta za nova sporočila. V naslednjem koraku mikrokrmilnik vsebino SMS sporočila primerja s ključnimi besedami. Ključne besede so besede, ki smo jih mi predhodno določili kot besede v pomnilniku, na podlagi katerih se bodo izvršile določene operacije. V našem primeru imamo tri ključne besede. V primeru da začetek SMS sporočila vsebuje ključno besedo TLAK, mikrokontroler izvede pošiljanje SMS sporočila, z vrednostjo izmerjenega tlaka, na shranjeno telefonsko številko. V primeru da začetek SMS sporočila vsebuje ključno besedo TEMP, mikrokontroler izvede pošiljanje SMS sporočila, z vrednostjo izmerjene temperature, na shranjeno telefonsko številko. V primeru da začetek SMS sporočila vsebuje ključno besedo T?, mikrokontroler izvede pošiljanje SMS sporočila, z vrednostjo izmerjenega tlaka in temperature, na shranjeno telefonsko številko. V primeru pošiljanja SMS sporočila, na LCD prikazovalniku izpišemo telefonsko številko prejemnika in vsebino SMS sporočila. Po končanem pošiljanju SMS sporočila se program vrne na meritev temperature in postopek se ponovi. V primeru da začetek SMS sporočila ne vsebuje ključne besede se program vrne na meritev temperature in postopek se ponovi.

43 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Električna shema naprave Slika 6.2: Električna shema naprave

44 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Priključne sponke in konektorji Vhodni in izhodni sponki napajalnega dela vezja S pomočjo napajalnega dela zagotovimo konstantno napetost na celotnem vezju. Slika 6.3: Napajalni del naprave Tabela 6.1: Razpored priključkov na konektorju JP1 Pin vh/izh Funkcija Opis 1 vh GND Masa napajanja 2 vh VCC Napajalna napetost Tabela 6.2: Razpored priključkov LP2950 Pin vh/izh Funkcija Opis 1 vh INPUT Vhodna napetost 2 vh GND Masa 3 izh OUTPUT Izhodna napetost

45 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 37 LCD prikazovalnik LCD prikazovalnik priključimo na mikrokrmilnik neposredno po klasični metodi priključevanja LCD prikazovalnikov. Slika 6.4: Priklop LCD prikazovalnika Tabela 6.2: Razpored priključkov LCD prikazovalnika Pin vh/izh Funkcija Opis 1 vh VCC Vhodna napetost 2 vh GND Masa 3 vh Vo Nastavitev kontrasta 4 vh RS Komunikacijska linija 5 vh R/W Komunikacijska linija 6 vh E Komunikacijska linija 7 vh DBO Podatkovna linija 8 vh DB1 Podatkovna linija 9 vh DB2 Podatkovna linija 10 vh DB3 Podatkovna linija 11 vh DB4 Podatkovna linija 12 vh DB5 Podatkovna linija 13 vh DB6 Podatkovna linija 14 vh DB7 Podatkovna linija

46 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 38 RSR232 komunikacija z GSM modulom RS232 komunikacijo uporabljamo za povezavo mikrokrmilnika in GSM modula. Slika 6.5: Konektor J5 in MAX232 Tabela 6.3: Razpored priključkov na konektorju JP1 Pin vh/izh Funkcija Opis 2 vh TXD Podatki poslani iz GSM-a 3 izh RXD Podatki poslani v GSM 5 vh/izh GND Masa napajanja

47 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 39 Tipalo temperature Tipalo temperature priključimo neposredno na mikrokrmilnik. Tipalo temperature deluje na 1-wire tehnologiji, kar pomeni da zadošča za komunikacijo zgolj ena povezovalna linija. Na to linijo bi lahko priključili tudi več tipal. Slika 6.6: Priklop temperaturnega tipala Tabela 6.4: Razpored priključkov na tipalu temperature Pin vh/izh Funkcija Opis 1 vh GND Masa napajanja 2 vh/izh DQ Podatkovna linija 3 vh VCC Napajanje

48 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 40 Tipalo tlaka Tipalo tlaka priključimo na mikrokrmilnik preko A/D pretvornika. Tipalo na svojem izhodu daje vrednost napetosti v odvisnosti od tlaka. Vrednost je v analogni obliki in je žal ne moremo direktno pripeljati na vhod mikrokrmilnika. Slika 6.7: Priklop tipala tlaka Tabela 6.5: Razpored priključkov na tipalu tlaka Pin vh/izh Funkcija Opis 1 Prosto 2 vh VCC Napajanje 3 vh GND Masa napajanja 4 vh/izh Vout Podatkovna linija 5 Prosto 6 Prosto 7 Prosto 8 Prosto

49 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 41 A/D pretvornik A/D pretvornik priključimo neposredno na mikrokrmilnik. Analogno-digitalni pretvornik nam analogno vrednost napetosti pretvori v digitalno obliko. Digitalni zapis je velikosti 12-bitov. Slika 6.8: Priklop A/D pretvornika Tabela 6.6: Razpored priključkov na A/D pretvorniku Pin vh/izh Funkcija Opis 1 vh VA Napajanje 2 vh GND Masa napajanja 3 vh VIN Vhod signala 4 vh/izh SC Komunikacijska linija 5 vh/izh SD Komunikacijska linija 6 vh/izh CS Komunikacijska linija

50 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 42 Mikrokrmilnik s priključnimi sponkami Na mikrokrmilnik je poleg tipal, LCD prikazovalnika, GSM modula in RESET vezja priključeno tudi vezje zunanje ure. Slika 6.9: Mikrokrmilnik z vsemi vhodi Tabela 6.7: Razpored priključkov LCD prikazovalnika Pin vh/izh Funkcija Opis 1 vh RES Reset 2 vh/izh P3.0 Priklop RS232 3 vh/izh P3.1 Priklop RS232 4 vh Xtal Priklop ure 5 vh Xtal Priklop ure 6 vh/izh P3.2 Prikop A/D pretvornika 7 vh/izh P3.3 Prosto 8 vh/izh P3.4 Prikop A/D pretvornika 9 vh/izh P3.5 Priklop tipala temperature 10 vh GND Masa napajanja 11 vh/izh P3.7 Prikop A/D pretvornika 12,13 vh/izh P1.0, P1.1 Prosto 14 vh/izh P1.2 Priklop LCD prikazovalnika 15 vh/izh P1.3 Priklop LCD prikazovalnika 16 vh/izh P1.4 Priklop LCD prikazovalnika 17 vh/izh P1.5 Priklop LCD prikazovalnika 18 vh/izh P1.6 Priklop LCD prikazovalnika 19 vh/izh P1.7 Priklop LCD prikazovalnika 20 vh VCC Napajanje

51 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Mikrokrmilnik Mikrokrmilniki so v sodobni elektroniki tako rekoč nepogrešljivi gradniki elektronskih digitalnih sklopov. Uporabljamo jih skoraj v vseh panogah elektronike. Mikrokrmilnik definiramo kot mikroračunalnik, ki je zgrajen kot eno integrirano vezje in deluje samostojno. Mikroračunalnik sestavljajo mikroprocesor, pomnilnik in V/I enote. Mikroprocesor je centralna procesna enota (CPE) računalnika, zgrajena kot eno integrirano vezje in je torej sestavni del mikroračunalnika. Predpona "mikro" označuje, da vsebuje tak računalnik kot centralno procesno enoto mikroprocesor. Čeprav je mikrokrmilnik v osnovi računalnik, ga obravnavamo kot gradnik digitalnih sistemov. V tem pogledu predstavlja le integrirano vezje s svojimi vhodi in izhodi. Mikrokrmilniku določimo delovanje programsko. Če želimo torej spremeniti delovanje naprave, v katero je vgrajen mikrokrmilnik, ga le preprogramiramo, medtem ko vezja ni potrebno fizično spreminjati. To je tudi glavni vzrok za široko uporabo mikrokrmilnikov, pa tudi njihova cena je glede na uporabo in zmogljivost relativno nizka. V splošnem lahko mikrokrmilnike razdelimo na 4-bitne, 8-bitne, 16-bitne, 32-bitne in 64 - bitne. Število bitov je tolikšno, kolikor jih lahko naenkrat obdeluje centralna procesna enota mikrokrmilnika. Temu pravimo tudi dolžina besede, ki jo obdeluje CPE. Praviloma velja, da so mikrokrmilniki, ki hkrati obdelujejo večje število bitov, zmogljivejši, kompleksnejši in pa tudi dražji. V našem sistemu smo uporabili 8-bitni mikrokrmilnik. Ti krmilniki so še posebej primerni za maloserijske in prototipne izdelke. Programska orodja zanje so zelo razširjena in jih je mogoče dobiti po nizki ceni ali celo zastonj Zgradba in delovanje mikrokrmilnika Osnovni princip delovanja mikrokrmilnika je skupen vsem družinam mikrokrmilnikov. Delovanje mikrokrmilnikov in večine računalnikov, ki jih danes uporabljamo, temelji na tako imenovanem Vonneumannovem računalniškem modelu. Leta 1946 so avtorji A.W. Burks, H.H. Goldstine in J. Von Neumann objavili delo, v katerem je podrobno opisan princip delovanja računalnika.

52 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 44 Kot izhodišče so postavili naslednje zahteve : računalnik mora biti obče uporaben in mora izvajati program popolnoma samodejno, ukazi naj bodo shranjeni v enaki obliki v isti enoti računalnika (pomnilniku) kot podatki, ki jih obdeluje, računalnik mora vsebovati še centralno procesno enoto (CPE) in vhodno-izhodno enoto. CPE naj bo zgrajena iz aritmetično logične enote, ki bo izvajala operacije računanja, in krmilne enote, ki bo razumela ukaze iz pomnilnika in upravljala z delovanjem računalnika. Prek vhodno-izhodne enote bo računalnik izmenjeval podatke z okolico in s človekom, Delovanje računalnika naj bo zasnovano na osnovi dvojiškega številskega sestava. To je potrebno zaradi električne realizacije računalnika. Električna vezja najlaže ločijo med dvema diskretnima vrednostima napetostnega nivoja. Če bi imeli več diskretnih vrednosti, bi postal takšen računalnik nezanesljiv in preveč zapleten. Drugi razlog je logične narave. Računalnik bo namenjen tudi reševanju logičnih problemov, ki jih opisujemo z dvema stanjema, z da in ne. Realizacija, ki so jo opisali v navedenem delu, je imela velik vpliv na gradnjo računalnikov. Takšen računalnik je dobil ime po Von Neumannu, ker je predlagal, da naj bo v pomnilniku poleg podatkov shranjen tudi program, ki ga bo računalnik izvajal. Zamisel o programu, shranjenem v računalniku, je bila odločilna, da se je omenjeni princip gradnje računalnikov tako uveljavil Von Neumannov računalniški model Matematik John von Neumann je v času prvih elektronskih računalnikov razvil teoretični model računalnika. Opisal je glavne, nujno potrebne gradnike in njihove funkcije. Računalniki so se hitro razvijali in spreminjali, vendar pa ima večina današnjih računalnikov še vedno zgradbo, ki ustreza Von Neumannovemu modelu. Osnovni deli računalnika so centralno procesna enota, glavni pomnilnik ter vhodne in izhodne enote. Izraz računalnik se večkrat uporablja za naprave, ki ne ustrezajo Von Neumannovem računalniškemu modelu. Na primer kalkulator, ki ima vgrajene razne matematične operacije, nima pa pomnilnika za vpis programov.

53 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 45 Slika 6.10: Von Neumannov model Centralno procesna enota - CPE Centralno procesno enoto sestavljajo trije glavni deli: ALE (aritmetično logična enota) je sestavljena iz logičnih vezij (logična vrata, seštevalniki...), ki opravljajo aritmetične in logične operacije, registri so posebni pomnilniški predali, kamor se shranijo informacije. Dolgi so lahko 8, 16, 32, 64 ali več pomnilniških celic. Na primer pri seštevanju dveh števil procesor prebere prvo število, ga shrani v register, prebere drugo število in ga prišteje, krmilna enota upravlja delovanje CPE. Sprejema ukaze, jih tolmači in izvršuje. CPE (procesor) jemlje iz glavnega pomnilnika ukaze in podatke ter ukaze izvršuje. Centralna se imenuje zato, ker ima lahko računalnik še več drugih procesnih enot. Ukazi se izvršujejo v dveh korakih: branje ukaza iz pomnilnika, izvrševanje ukaza. Iz pomnilnika se prebere ukaz, na katerega kaže programski števec (PC). Programski števec je register centralne procesne enote, ki vsebuje naslov pomnilniške lokacije, na kateri je vpisan naslednji ukaz. Pri izvrševanju ukaza se zraven ukaza nahaja tudi podatek o tem, kje se nahajajo podatki, na katere se ukaz nanaša. Ko se ukaz izvrši, se programski števec poveča za ena, torej vsebuje naslov naslednjega ukaza, razen v primeru programskih skokov ali v primeru prekinitev.

54 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Glavni pomnilnik Glavni pomnilnik predstavlja pomnilnik, ki ga procesor neposredno naslavlja. Sestavljen je iz pomnilniških besed, vsaka pomnilniška beseda ima svoj naslov. Pomnilniške besede so sestavljene iz pomnilniških celic. Vsaka celica shrani 1 bit informacije. Pomnilniške besede so sestavljene iz 8, 16, 32, 64 ali več pomnilniških celic. Naslovni prostor predstavlja število različnih besed (lokacij), ki jih CPE lahko naslovi. Slika 6.11: Organizacija pomnilnika Glavni pomnilnik je izveden v polprevodniški tehnologiji. Poleg glavnega pomnilnika ima računalnik ponavadi še pomožne. Primer takšnega pomnilnika je disk. Vrste polprevodniških pomnilnikov: RAM - Random Access Memory, ROM - Read Only Memory, PROM - Programmable Read Only Memory, EPROM - Erasable Programmable Read Only Memory in EEPROM - Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory.

55 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Atmelov mikrokrmilnik AT89C4051 Tehnične značilnosti 8-bitnega mikrokrmilnika AT89C4051 [10]: kompatibilen z MCS51 produkti, 4K Bytes reprogramljivega Flash spomina, možnost kratnega vpisa in izbrisa v pomnilnik, 2,7 V do 6 V obratovalne napetosti, dvonivojski Proram Memmory Lock, 128 zlogov internega Ram pomnilnika, 15 programabilnih I/O linij, dva 16-bitna časovnika/števca, programabilni zaporedni UART vmesnik, možnost direktnega priklopa LED diod, analogni primerjalnik, možnost delovanja v varčnem načinu, 35 programabilnih I/O linij, frekvenčno območje delovanja 0 16 MHz. Mikrokrmilnik AT89C4051 predstavlja glavni del naprave. Njegove naloge so dekodiranje SMS sporočil, zajemanje, analiza in pošiljanje podatkov uporabniku prek SMS sporočil, ki jih izvaja v skladu s programom, vpisanim v hitri pomnilnik. Za delovanje potrebuje le stabilizirano napajalno napetost, kristalni oscilator in nekaj dodatnih zunanjih elementov. Podroben opis mikrokrmilnika je podan v prilogi.

56 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 48 Slika 6.12: Blokovna shema mikrokrmilnika AT89C4051

57 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Tipalo temperature DS1820 Za tipalo temperature smo uporabili digitalno tipalo DS1820 [11], od podjetja Dallas Semiconductors. Osnovna lastnost tipala je ta, da sta merjenje in pretvorba temperature v digitalno obliko združeni v enem integriranem vezju. Zelo pomembna lastnost je tudi ta, da tipalo deluje na 1-wire tehnologiji. Ta tehnologija nam omogoča,da lahko priključimo več tipal na eno vodilo. Za delovanje na skupnem vodilu potrebuje vsak senzor svoj naslov. Ta naslov je zapisan v obliki 13-bitne CRC kode, ki je identična vsakemu senzorju posebej. Naša naloga je,da programsko uredimo branje naslova. Ko imamo naslov prebran in potrjen lahko steče komunikacija med mikrokrmilnikom in tipalom. Tehnične značilnosti tipala DS1820: 1-wire vodilo, merjenje temperature od -55 ºC do+125 ºC na 0,5 ºC natančno, ne potrebuje zunanjih komponent, lahko ga napajamo preko podatkovne linije, temperatura je zapisana v 9-bitni digitalni obliki, pretvorba temperature v digitalno obliko se izvrši v 200μs, nastavitev breznapajalne alarmne temperature, možnost uporabe kot temperaturni regulator.

58 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 50 Slika 6.12: Blokovna shema tipala DS1820 Slika 6.12: Shema priklopa tipala na mikrokrmilnik

59 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Tipalo tlaka MPXS4100A Za tipalo tlaka smo uporabili tipalo MPXS4100A [12], od podjetja Motorola. Osnovna lastnost tipala je ta, da meri absolutni tlak v območju od 20 kpa do 105 kpa. Tipalo na svojem izhodu daje analogno napetost v odvisnosti od tlaka v območju od 0,3 V do 4,9 V. Vrednost tlaka je potrebno v nadaljevanju obdelave preračunati. Razmerje med tlakom in napetostjo prikazuje naslednja slika. Slika 6.13: Razmerje med napetostjo in tlakom Razmerje med napetostjo in tlakom podaja naslednja enačba: V out = V P ) ± ( TlacniPogresek Temp. Faktor V ).(6.1) s( s Naslednji sliki predstavljata spremenljivki TlacniPogresek in Temp.Faktor:

60 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 52 Slika 6.14: Temp.Faktor Slika 6.15: TlacniPogresek Obe napaki preprosto preberemo iz slik in jih vstavimo v enačbo. Tehnične značilnosti tipala MPXS4100A: 1,8 % napaka na območju od -0 ºC do +80 ºC, SMD ohišje, temperaturno območje delovanja od -40 ºC do +125 ºC, merilno območje tlaka od 20 kpa do 105 kpa, izhodna napetost v območju od 0,3 V do 4,9 V.

61 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Analogno-digitalni pretvornik ADC 121S101 Ker dobimo na izhodu tipala tlaka analogno vrednost napetosti od 0,3 V do 4,9 V, moramo to napetost pred mikrokrmilnikom spremeniti v digitalno obliko. V našem primeru smo uporabili analogno-digitalni pretvornik ADC121S101 [14], podjtetja National Semiconductor. Tehnične značilnosti analogno-digitalnega pretvornika ADC121S101: 12-bitna A/D pretvorba, LLP ohišje, temperaturno območje delovanja od -40 ºC do +125 ºC, SPI microwire vodilo, napajalna napetost v območju od 2,7 V do 5,25 V. Analogno-digitalni pretvornik komunicira z mikrokrmilnikom preko SPI vodila. SPI vodilo potrebuje za komunikacijo tri signalne linije. Naslednja slika prikazuje protokol komuniciranja preko SPI vodila. Slika 6.16: Prikaz SPI komunikacije

62 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Izbira in priklop GSM terminala Ker je naprava zasnovana tako, da se vrši nadzor temperature in tlaka s pomočjo SMS sporočil, je bilo potrebno izbrati primeren GSM terminal. Na tržišču obstajajo razni industrijski GSM moduli, ki so namenjeni prav za takšne aplikacije, vendar pa so dokaj dragi. Takšen GSM modul lahko nadomestimo s klasičnim GSM telefonom, ki se izkaže kot zelo dobra alternativa. Zadoščati mora le dvema pogojema. Prvi pogoj je, da GSM terminal za zaporedno komunikacijo ne potrebuje kakšnega posebnega programa. Drugi pogoj je, da GSM omogoča pri zaporedni komunikaciji izmenjavo podatkov o kratkih SMS sporočilih. Glede na omenjene zahteve pridejo v poštev večina Ericssonovih terminalov od modela T10 naprej in pa večina novejših Siemensovih ter drugih modelov. Čeprav je izbira terminalov na prvi pogled dokaj pestra, se lahko prvi zapleti začnejo prav tu. Natančne podatke o tem, kateri tip GSM-a v resnici ustreza vsem zahtevam, je dejansko težko izbrskati. Najbolje je določene terminale, do katerih imamo dostop, kar praktično preizkusiti, s pomočjo osebnega računalnika in RS232 vmesnika. Po uvodnih testiranjih smo se odločili za Siemensov modul MC35i, ki je sicer malo dražji, vendar zelo zanesljiv GSM modul CM35i CM35i je nadzorno krmilni modul, ki omogoča nadzor in krmiljenje prek SMS sporočil [4]. Odlikuje ga visoka zanesljivost, preprosta uporaba in nizka cena. Uporaba: - večnamenska naprava, - prodajni avtomati, - hitro upravljanje, - nadzor prometa, - prenos govora, podatkov, - telemetrija, - SMS, - daljinsko spremljanje, - telefonska uporaba, - daljinsko upravljanje... - varnostni sistemi,

63 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 55 Tehnični podatki: 1. dual band (EGSM900 in GSM1800), 2. izhodna moč: - razred 4 (2 W) pri EGSM900, - razred 1 (1 W) pri GSM1800, 3. napajanje od 8 V do 30 V, 4. dimenzije: 65 * 74 * 33 mm, 5. teža: 130g. Slika 6.17: GSM modul MC35i

64 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Komunikacija naprave z GSM modulom GSM komunicira neposredno z mikrokrmilnikom prek RS232 zaporednega vmesnika [8]. Potrebno je le prilagoditi njune logične nivoje. To smo storili z uporabo namenskega integriranega vezja MAX232 s 5 V napajanjem, na katerega je potrebno za pravilno delovanje priključiti le še štiri elektrolitske kondenzatorje. Komunikacija naprave z GSM terminalom poteka prek zaporednega vmesnika, s pomočjo AT ukazov, podobno kot pri klasičnih računalniških modemih. Ukazi pri GSM-ih se začnejo z AT+C [4]. Preden priključimo GSM na napravo, ga lahko s pomočjo omenjenih ukazov preizkusimo, če je primeren za samodejno izmenjavo kratkih sporočil. GSM priključimo na osebni računalnik prek posebnega zaporednega kabla, ki vsebuje zaporedni vmesnik, za izravnavo logičnih nivojev. AT ukaze za upravljanje s SMS sporočili mu pošljemo prek ustreznega terminalskega programa. Zadošča že preprosti HyperTerminal, ki je sestavni del Windows okolja. Za uspešno komunikacijo je potrebno nastaviti le še nekaj najnujnejših parametrov. Slika 6.18: Nastavitev parametrov za komunikacijo PC-ja s Siemens-ovim modulom MC35i

65 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 57 Nastavitev komunikacijskih parametrov je lahko za različne tipe GSM-mov različna. Hitrost komunikacije je z ustreznim AT ukazom mogoče spreminjati. Nekateri AT ukazi so privzeti standardni AT ukazi in so enaki kot pri žičnem klicnem modemu. Nekaj AT ukazov je dodatno opredeljenih znotraj GSM standardizacije, ostali pa so specifični glede na proizvajalca naprave. Ko povežemo GSM z računalnikom in nastavimo potrebne parametre v programu, lahko preizkusimo komunikacijo. Če posredujemo po serijskem vodilu preprosti ukaz AT, mora GSM vrniti sporočilo OK. Če se to zgodi pomeni, da je komunikacija uspela. Zdaj lahko preizkusimo še druge ukaze, ki jih bomo potrebovali za komunikacijo z nadzornim sistemom Zaporedni vmesnik Slabost paralelnega načina komuniciranja je v velikem številu žic, ki so potrebne za vzporedni prenos podatkov. To lahko povzroča težave, še posebej v primeru, če imamo hiter prenos in fizično dolge linije. Rešitev tega problema je transformacija bajta v bitno zaporedje, ki ga lahko prenašamo po eni žici. Tako potrebujemo le žici za oddajanje in žico za sprejemanje podatkov ter žico za skupno maso. Take linije so lahko zelo dolge. Velika prednost zaporednega prenosa podatkov je tudi v tem, da je dobro standardiziran in ga podpira velika večina računalniških sistemov, vključno z osebnimi računalniki, delovnimi postajami, mikroračunalniki, nekaterimi mikrokrmilniki in drugimi podobnimi napravami za prenos podatkov. V večini primerov je zaporedni prenos podatkov počasnejši od paralelnega. Na primer pri osebnem računalniku, kjer je paralelni prenos približno desetkrat hitrejši od zaporednega. Po drugi strani pa lahko dosežemo s zaporednim prenosom zelo visoke hitrosti. Med oddajnikom in sprejemnikom lahko uporabimo posebna vezja, ki zagotavljajo izredno visoke prenosne hitrosti. Taka vezja so na primer omrežne kartice. Zaporedni vmesnik je prisoten v osebnem računalniku od samega nastanka. Vsa serijska vrata v osebnem računalniku so asinhrona in krmiljena prek UART vmesnika. V zadnjem času se na področju osebnih računalnikov uveljavljajo še drugi zaporedni vmesniki, kot so USB, firewire in I 2 C. Ti vmesniki imajo določene prednosti pred RS232 vezji, vendar je klasični RS232 vmesnik še vedno standardna oprema vseh PCjev. Omogoča zanesljivo, poceni in enostavno povezovanje na velike razdalje tam, kjer niso potrebne visoke hitrosti.

66 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Zaporedni asinhroni protokol Pri zaporednem prenosu sprejema sprejemnik podatke v obliki samih enic in ničel. Med oddajno in sprejemno napravo mora obstajati protokol, ki natančno definira, kako si bosta napravi pošiljali podatke. Sprejemnik in oddajnik morata imeti določene nastavitve enake, zato da je komunikacija med njima sploh mogoča. Pomembno je, da imata nastavljene enake parametre za: hitrost prenosa (bit/s), število prenesenih bitov informacije (5, 6, 7 in 8), pariteto, število stop bitov (1 ali 2). Na začetku prenosa postavi oddajnik najprej prenosno linijo na nizek nivo. S tem pove sprejemni napravi, da je začela s prenosom. Začetni prehod na nizek nivo označujemo s start bitom. Trajanje start bita je točno določeno s hitrostjo prenosa podatkov, ki je enaka za vse bite, ki se prenašajo. Prenos se zaključi s stop bitom. Ta je vedno na visokem logičnem nivoju. Linija po stop bitu ostane na visokem logičnem nivoju, dokler oddajnik spet ne pošlje start bita. Informacija se prenaša v bitnem okvirju. Celotno število bitov, vključno s start in stop bitom, se imenuje okvir (frame). Oddajnik in sprejemnik se sinhronizirata s pomočjo start bita. Start bitu sledijo podatki in na koncu je dodan še stop bit. Asinhroni prenos pomeni prenos brez urne sinhronizacije oziroma uskladitve. To pomeni, da sta oddajnik in sprejemnik sinhronizirana s pomočjo okvirjev Hitrost prenosa podatkov Hitrost prenosa podatkov pri zaporednih komunikacijah označujemo z biti na sekundo. Za določevanje hitrosti prenosa se uporablja tudi termin baud. Baud in bps ne predstavljata nujno iste hitrosti prenosa. Baud namreč označuje frekvenco, s katero se električni impulzi prenašajo po komunikacijskem kanalu. Pri modemih se lahko zgodi, da se z eno spremembo električnega signala prenese več bitov podatkov. Če se omejimo samo na električne linije, potem velja, da označujeta baud in bps isto hitrost prenosa podatkov.

67 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 59 Slika 6.19: 9-pinski vtič za RS232 povezavo Tabela 6.8: Opis pinov 9-pinskega zaporednega vtiča Št. pina Opis 1 CD - Carrier Detect, (N.C.) 2 RXD - Receive Data, sprejeti podatki 3 TXD - Transmit Data, poslani podatki 4 DTR - Data Terminal Ready, DTE pripravljen, (N.C.) 5 SG - Signal Ground, Ozemljitev 6 DSR - Data Set Ready, DCE pripravljen, (N.C.) 7 CTS - Clear To Send, linija aktivna, (N.C.) 8 RTS, pripravljen za izmenjavo podatkov, (N.C.) 9 RI - Ring Indicator, detektor zvonjenja (N.C.) Načini asinhronega zaporednega prenosa podatkov Enosmerni prenos podatkov (simplex) uporabljamo za prenos samo v eno smer. Take enosmerne linije so lahko oddajne ali sprejemne. Na ta način je možen prenos podatkov iz računalnika k tiskalniku. Enostranski dvosmerni prenos podatkov (half duplex) uporabljamo za prenos v obe smeri, vendar ne hkrati. Obe napravi, ki sodelujeta pri takem načinu prenosa, morata imeti vezji, ki omogočata preklop med sprejemom in oddajo podatkov. Dvostranski dvosmerni prenos podatkov (full duplex) uporabljamo za sprejemanje in oddajanje v obe smeri sočasno. Tak primer je telefonska linija RS232C standard RS232 standard je bil sprejet leta Sprejel ga je EIA (Electronics Industry Association). Novejša verzija tega standarda je RS232C standard. Ta standard določa

68 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 60 komuniciranje med DTE (Data Terminal Equipment) in DCE (Data Circuit-Terminating Equipment) pri nizkih hitrostih zaporednega prenosa. Pri tem ni važno, katera naprava je oddajna in katera je sprejemna. Standard ne predvideva povezave med dvema napravama tipa DTE. To je sicer možno, le povezovalni kabel moramo prirediti. Tip naprave pove, kateri signali so vhodni in kateri izhodni na priključku naprave. Vsa imena signalov se nanašajo na DTE opremo. Tako je na primer TD (Transmit Data) izhodni signal DTE in vhodni DCE. RD (Recive Data) je vhodni na DTE in izhodni na DCE. Pri osebnem računalniku je zaporedni priključek običajno tipa DTE. RS232 standard je namenjen serijskemu načinu prenosa podatkov na kratkih razdaljah Signali Za dvosmerno komunikacijo po RS232C standardu potrebujemo vsaj tri signale: TD (označuje se tudi TX ali TXD), prenaša signale od DTE v DCE, RD (tudi RX ali RXD), prenaša signale od DCE v DTE, SG (tudi GND ali SGND) predstavlja maso signala. Ostali signali so namenjeni za nadzor prenosa in običajno sporočajo pripravljenost naprave za prenos. Signali nastopajo v parih. Taki pari so na primer RTS/CTS in DTR/DSR. Uporabo signalov določa standard. RTS/CTS sporočata pripravljenost naprave za prenos podatkov. RTS pove, da želi DTE pošiljati podatke k DCE. V obratni smeri tega signala nimamo na razpolago. To pomeni, da mora biti DTE vedno pripravljen na sprejem. RTS je med normalnim delovanjem na visokem logičnem nivoju. Ko ima DTE naprava podatke pripravljene za prenos, postavi RTS signal na nizek logični nivo in čaka odgovor od DCE naprave, na CTS liniji. Po pričetku prenosa postavi DTE, signal RTS zopet na visok nivo. Pri polnem dvosmernem ali enosmernem načinu prenosa tega signala ne potrebujemo. CTS signalizira, da je DCE pripravljena na sprejem podatkov od DTE. Običajno je tudi CTS na visokem logičnem nivoju. Ko DCE postavi CTS na nizek nivo, lahko DTE začne s pošiljanjem podatkov. DTR/DSR par se uporablja za zagotavljanje informacij o stanju telefonske ali druge linije, priključene na modem. Pri povezavi modema na komunikacijski kanal, aktivira DTE signalno linijo DTR (Data Terminal Ready). Ko je modem (DCE) priključen, postavi DSR na visok nivo. DSR je na nizkem nivoju, če modem ni priključen na linijo, ali če je telefonska linija prekinjena.

69 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 61 DTE lahko postavi DTR kot odziv na RI (Ring Indikator) signal. Na ta način pove modemu, naj odgovori na prihajajoči poziv. V nekaterih vezjih sta signala DTR in DSR stalno na visokem nivoju in tako sporočata, da so naprave prisotne in pod napetostjo Napetosti logičnih nivojev Logični nivoji so pri RS232 predstavljeni s pozitivnimi in negativnimi stanji, medtem ko imamo pri TTL logiki le pozitivne napetostne nivoje od 0 V do 5 V. Negativna napetost predstavlja logično "1", pozitivna pa logično "0". Ker so lahko serijske povezovalne linije relativno dolge, so minimalne napetosti, definirane pri sprejemniku, nižje od tistih, definiranih pri oddajniku. Napetost, ki je višja od +3 V, predstavlja za sprejemnik logično ničlo, napetost nižja od 3 V pa predstavlja logično enko. Pri oddajniku je minimalna napetost ±5 V. Maksimalna dovoljena napetost je ±15 V. Pri osebnem računalniku znaša dovoljena napetost ±12 V. Sprejemniki so grajeni tako, da lahko brez poškodb prenesejo napetosti do ±25 V Pretvorba logičnih nivojev med TTL in RS232 Če hočemo priključiti TTL ali CMOS vezje na RS232 vmesnik, moramo prilagoditi logične nivoje. Zelo popularno je vezje MAX232, ki potrebuje za delovanje le enosmerno napajalno napetost 5 V in štiri zunanje kondenzatorje. Pri kratkih polno dvosmernih komunikacijah lahko komuniciramo z RS232 vmesnikom, s pomočjo 5 V logike, namesto z RS232 nivoji Pariteta in napake pri prenosu Pariteta je enostavna, vendar relativno neučinkovita zaščita pred napakami pri prenosu podatkov. Pariteta se izračuna po določenem pravilu nad podatkovnimi biti na oddajni strani. Ko sprejemnik sprejme bitno zaporedje, znova izračuna pariteto in ugotovi, če je paritetni bit pravilno postavljen. Lahko se seveda zgodi, da pride do take napake, da je izračun paritete nad pravilnimi in napačnimi biti enak. V tem primeru sprejemnik ne more vedeti, da je sprejel napačne podatke. Ločimo pet načinov ugotavljanja paritete: brez paritete, liha pariteta,

70 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 62 soda pariteta, "mark" - ena, "space" - nič. Večina zaporednih prenosov se opravlja brez ugotavljanja paritete. Na ta način prihranimo en bit, kar pomeni približno 10 % višjo hitrost prenosa. Četudi paritetni bit ne obstaja, se na njegovem mestu nahaja stop bit, ki je vedno na visokem logičnem nivoju. Vezje sprejemnika ugotavlja samo, ali je stop bit visok. Podobno delujeta pariteti "mark"- ena in "space"- nič, ki na mestu paritetnega bita zahtevata enko ali ničlo. Če je pariteta soda, sprejemno vezje ugotavlja, ali je skupna vsota vseh enic in podatkovnih bitov, skupaj s paritetnim bitom, soda. Če je, potem je paritetni bit ena, v obratnem primeru pa nič. Obstajajo še druge napake, ki jih lahko zazna vezje, katero skrbi za prenos podatkov. Te napake so lahko: napaka okvirja, prekinitvena napaka, napaka prekoračitve sprejemnega pomnilnika, napaka paritete. Napaka okvirja je napaka, ki jo zazna sprejemno vezje, če ugotovi, da startni in stop bit nista na pravih mestih. Pri prekinitveni napaki, sprejemnik zazna, da je sprejemna linija na nizkem logičnem nivoju dlje časa, kot je potrebno za prenos osmih bitov. Do napake prekoračitve sprejemnega pomnilnika pride pri prepočasnem sprejemanju podatkov iz začasnega pomnilnika sprejemnika. Napaka pove, da so se zadnji prispeli podatki po vsej verjetnosti prepisali prek podatkov, ki so prispeli pred njimi. Vzrok za napako paritete so lahko različne nastavitve pri sprejemniku in oddajniku ali pa različne nastavitve parametrov za ugotavljanja paritete. Te napake lahko nastanejo tudi pri prenosu podatkov, na primer zaradi šuma na liniji.

71 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Programski del naprave Začetek programa Inicializacija Meritev: temperature in tlaka Preverjanje sms sporočila NE Sporočilo sprejeto DA Shranjevanje telefonske številke. Shranjevanje sporočila. NE Ključ beseda DA TLAK Vrsta besede T? TEMP Pošlji sms tlak Pošlji sms teperatura Pošlji sms tlak in temperatura Slika 6.20 : Diagram poteka programa

72 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Osnovni opis programa Program zapisan v mikrokrmilniku je napisan v programskem okolju Bascom Program je sestavljen iz več delov. Glavni del programa poleg inicializacije spremenljivk vsebuje tudi štiri podprograme. Vsak izmed podprogramov izvršuje svojo točno dolečeno nalogo. Podprogrami se imenujejo: temperatura, tlak, sms, posiljanje. Ob zagonu naprave in s tem ob zagonu mikrokrmilnika se začenja izvrševati tudi v mikrokmilniku zapisan program. Pred tem, da program požene neskončno zanko se izvrši inicializacija vseh spremenljivk. V tem delu imamo tudi nastavitve za LCD prikazovalnik, SPI vodilo in 1-wire vodilo. V tem delu moramo tudi nastaviti hitrost zunanje ure in hitrost, s katero komunicirata GSM modul in mikrokrmilnik. Programske vrstice za deklaracijo ure in hitrosti komunikacije: $crystal = $baud = 1200 Na enak način smo deklarirali SPI vodilo in 1-wire vodilo: Config 1wire = P3.5 Config Spi = Soft, Din = P3.2, Dout = P3.3, Cs = P3.7, Clk = P3.4 Glavna zanka programa je sestavljena iz treh podprogramov. V tem delu se izvršijo podprogrami za meritev temperature, podprogram za meritev tlaka in podprogram za preverjanje SMS sporočil. Osnovna zanka programa je sestavljena na naslednji način: Do Loop End Temperatura Tlak Sms

73 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Nastavitev GSM modula Ker naša naprava komunicira z zunanjim svetom preko SMS sporočil moramo določiti vrsto spomina, kamor bo GSM shranjeval kratka sporočila. SMS-i se lahko shranjujejo na telefon (oznaka ME) ali na SIM kartico (oznaka SM). Oznake so odvisne od proizvajalca mobilne opreme. Ta del programa se lahko torej razlikuje glede na izbiro telefona. Odločili smo se za shranjevanje sporočil na SIM kartico. Ukaz napisan v Bascomu je sledeč: Print "AT+CPMS=" ; Chr(34) ; "SM" ; Chr(34) Funkcija Chr(34) izpiše narekovaj, ki se uporablja v Bascomu za označevanje nizov. Nato je potrebno določiti način zaznave novo prispelih SMS-ov. GSM lahko avtomatsko javi mikrokrmilniku, če je prispelo novo sporočilo, ali pa lahko naprava sama preverja vsakih nekaj sekund, če se je to zgodilo. Odločili smo se za slednji način, za katerega je potreben inicializacijski ukaz: Print "AT+CNMI=1,0,0,0,1" Tudi ta ukaz se lahko razlikuje glede na izbiro GSM terminala. Pin kodo vpišemo z ukazom: Print "AT+CPIN=1234" Namesto številke 1234 moramo vnesti seveda PIN kodo naše SIM kartice. SMS sporočilo lahko pošiljamo in prejemamo v PDU ali TXT formatu. V našem primeru bomo sporočila pošiljali in prejemali v TXT formatu. To potrdimo z naslednjim ukazom: Print "AT+CMGF=1" Nove nastavitve shranimo z ukazom: Print "AT&W" Branje SMS sporočila Podprogram SMS vsakih nekaj milisekund preverja ali je prispelo kakšno novo sporočilo. Ker smo v začetku programa nastavili, da bomo s sporočili komunicirali v TXT formatu je sporočilo kodirano v TXT format. TXT format se od PDU formata razlikuje v tem, da vsebuje številke in znake brez kodiranja. PDU format pa števila in znake zakodira s pomočjo PDU kodne tabele. Sporočila iz SIM kartice beremo s pomočjo ukaza: Print "AT+CMGR=1"

74 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 66 Primer SMS sporočila v TXT formatu: +CMGR: "REC UNREAD"," ",,"10/03/30,13:20:44+08" Lep pozdrav Sporočilo je sestavljeno iz : informacije o centru za pošiljanje SMS-ov, telefonske številke pošiljatelja, informacije o času pošiljanja, vsebine sporočila. V primeru, da je polje prazno in da SMS sporočilo ni bilo prejeto je vsebina polja sledeča: +CMGR: 0,,0 Naš program za preverjanje prispelih SMS sporočil deluje po naslednji zanki. Program zaporedno preverja vse prejete ASCII znake. V primeru da je kombinacija prejetih znakov 0,,0 potem program ugotovi, da ni prispelo nobeno sporočilo in podprogram se zaključi. Program za preverjanje ne prispelih SMS sporočil zgleda takole: If Aa = H Then If Cc = 0 Then Lcd " ni sms" Waitms 250 Return End If End If V primeru, da kombinacije 0,,0 ni bilo, program preverja število narekovajev. V sporočilu za tretjim narekovajem se nahaja telefonska številka prejemnika. Program to številko shrani v spremenljivko imenovano telefon in nadaljuje s štetjem narekovajev. Za šestim narekovajem se nahaja vsebina sporočila. V našem primeru nas zanimajo samo trije tipi sporočil. Te tri tipe sporočil imenujem ključne besede.

75 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 67 Ključne besede so: TLAK, TEMP, T?. Dekodiranje ključnih besed iz sporočila izvedemo s pomočjo sledečega algoritma: If Izpis = 84 Then Izpis = Waitkey If Izpis = 76 Then Izpis = Waitkey If Izpis = 65 Then Izpis = Waitkey If Izpis = 75 Then Vpis = 1 Tlak = 1 End If End If End If End if V primeru, da je vsebina sporočila TLAK, potem program vpiše v spremenljivko tlak vrednost 1. V primeru da je vsebina sporočila TEMP, potem program v spremenljivko temp vpiše vrednost 1. V primeru,da je vsebina sporočila T?, program v spremenljivki temp in tlak vpiše vrednost 1. Spremenljivki temp in tlak potrebujemo pri podprogramu pošiljanje, kajti od teh spremenljivk je odvisna vsebina poslanega SMS sporočila. Po končani operaciji prejemanja sporočila program izbriše SMS sporočilo iz SIM kartice. To izvedemo z ukazom: Print "AT+CMGD=1" Na takšen način zagotovimo prosto mesto za nova SMS sporočila. V primeru, da se vsebina sporočila ne ujema s ključnimi besedami, podprogram sporočilo izriše. V nadaljnjem koraku sledi zaključek podprograma in vrnitev v osnovni program.

76 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Pošiljanje SMS sporočila Pošiljanje SMS sporočila je podprogram, ki se izvede samo v primeru prejetega sporočila z eno izmed ključnih besed. Sporočila pošiljamo z ukazom: Print "AT+CMGS=" ; Chr(34) ; "+386" ; Telefon ; Chr(34) ; Chr(13) V prvem delu pošiljanja nastavimo telefonsko številko na katero želimo poslati sporočilo: Print " Tlak je " ; C1 ; "." ; C ; " mbar." V drugem delu pošljemo vsebino sporočila. Pošiljanje SMS sporočila končamo z znakom <Ctrl-z>, ki ima ASCII kodo Izračun temperature Meritev in izračun temperature izvedemo s pomočjo podprograma Temperatura. Podprogram je sestavljen iz ukazov za komuniciranje s tipalom DS1820. Ker to tipalo deluje na 1-wire vodilu, smo to vodilo v začetku programa deklarirali. Glede na to, da uporabljamo samo eno tipalo, ne potrebujemo naslavljanja tipala. Uporabimo samo klasične ukaze za branje temperature: 1wreset 1wwrite &H55 1wwrite Ar(0), 8 1wwrite &H44 Waitms 1 1wreset 1wwrite &H55 1wwrite Ar(0), 8 1wwrite &HBE Bd(1) = 1wread(9) 1wreset Ker tipalo posreduje temperaturo v obliki 9-bitne digitalne kode, potrebujemo samo nekaj programskih vrstic za preračun. Temperaturo shranimo v dveh spremenljivkah. Spremenljivko T uporabimo za izpis cele vrednosti temperature, spremenljivko T 1 pa uporabimo za izpis decimalne vrednosti temperature.

77 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Izračun tlaka Tlak izmerimo posredno preko analogno-digitalnega pretvornika. Sprememba tlaka povzroči spremembo napetosti na izhodu tipala. To napetost pa pripeljemo na vhod analogno-digitalnega pretvornika. Ker analogno-digitalni pretvornik komunicira z mikrokrmilnikom preko SPI vodila, moramo v programu najprej nastaviti vhode in izhode SPI vodila. To izvedemo takole: Config Spi = Soft, Din = P3.2, Dout = P3.3, Cs = P3.7, Clk = P3.4 Analogno-digitalni pretvornik nam vrednost vhodne napetosti pretvori v 12-bitno digitalno vrednost. V programu moramo to vrednost vpisat v spremenljivko.to naredimo z naslednjim ukazom: Spiin A(1), 12 Ko imamo 12-bitno vrednost zapisano v spremenljivki A, moramo to vrednost pretvoriti v vrednost absolutnega tlaka. To izvedemo s pomočjo preprostih matematičnih operacij Programsko okolje BASCOM Za programiranje mikrokrmilnika smo uporabili programski jezik Bascom 8051, ki predstavlja tudi razvojno okolje. Obstajajo tri različice tega programa: BascomLT (za družino 8051 mikrokrmilnikov), Bascom 8051 (za družino 8051 mikrokrmilnikov), Bascom AVR (za družino AVR mikrokrmilnikov). Vse tri različice so precej podobne. Osnova jim je klasični Basic, ki je nadgrajen s podporo za delo z mikrokrmilniki. Vsebuje torej ukaze in funkcije, s katerimi lahko konfiguriramo in aktiviramo posamezne sklope mikrokrmilnika. Celotna arhitektura mikrokrmilnika je poimenovana s simbolnimi nazivi, ki poenostavijo programiranje in razumevanje načina delovanja teh relativno zahtevnih sklopov. Bascom AVR razvojno orodje vsebuje tudi simulator in programsko podporo za okrog deset različnih programatorjev, s pomočjo katerih prenesemo kodo iz računalnika v mikrokrmilnik. Zaradi tega se lahko celoten

78 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 70 razvoj od programiranja, simuliranja do prenosa kode v mikrokrmilnik, izvaja iz enega samega delovnega okolja. Te programe lahko snamemo brezplačno s spleta. Demo verzije so enake licenčnim, le velikost kode je omejena z 2 kb. Slika 6.21 : Bascom 8051 delovno okolje Bascom 8051 simulator Bascom ima vgrajen programski simulator, ki nam pomaga pri razhroščevanju programa. Simulator je zgolj enostaven pripomoček in ne povsem zanesljivo orodje, saj v simulatorju ne moremo dobro simulirati prekinitev, časovnih zank in drugih zahtevnejših operacij. V simulatorju bomo lahko spremljali potek programa, vpisovali vrednosti spremenljivk med izvajanjem simulatorja ter na podlagi tega spremljali odziv na LCD prikazovalniku in LED diodah. Simulator je razdeljen na več oken. V glavnem oknu vidimo program oziroma le del programa, saj za celoten program ni dovolj prostora v oknu. Izvajanje programa lahko sprožimo na dva načina: tekoče ali po korakih. Če izberemo tekoče izvajanje programa, bomo težko spremljali, kaj se dogaja s programom, saj se bo program odvijal prehitro. Zato

79 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 71 ponavadi izberemo izvajanje po korakih. Vsakič, ko pritisnemo tipko F8, se bo kazalec iz tekoče vrstice programa premaknil za eno vrstico naprej in izvedel napisan ukaz. Če želimo v tem trenutku spremeniti vrednost določene spremenljivke, kliknemo v okno Variables in ročno vpišemo ime spremenljivke oziroma jo izberemo iz padajočega menija. Vnos potrdimo s tipko Enter in v oknu Value vpišemo vrednost spremenljivke ter zopet potrdimo vnos z Enter. Nato lahko spet izvajamo program v simulatorju po korakih. V kolikor pa se izkaže, da je izvajanje programa dolgo, lahko izberemo tekoče izvajanje programa. V tem primeru si v oknu s programom označimo Break točke, kjer se izvajanje simulatorja ustavi. Break točke postavimo tako, da z desnim gumbom miške kliknemo pri odseku programa, kjer želimo imeti točko in nato kliknemo Toggle Break point. Na isti način točko tudi odstranimo. Slika 6.22 : Bascom 8051 simulator

80 Bojan POGAČ, Diplomsko delo Programator PG-302 Programsko okolje Bascom omogoča, da lahko neposredno iz okolja prepišemo program v mikrokrmilnik. V ta namen moramo uporabiti programator PG-302. Slika 6.23 : Prikaz izbire programatorja V nastavitvah moramo izbrati primeren programator. V našem primeru je to PG-302. Poleg tega moramo nastaviti tudi izhodna vrata preko katerih bomo priključili programator na računalnik. Program, ki smo ga napisali v Bascom-u, prevedemo z ukazom Compile ali tipko F7. Pri prevajanju nam programsko okolje ustvari datoteki BIN in HEX. V teh dveh datotekah je prevedena strojna koda program. Strojna koda je koda, ki jo neposredno prepišemo v mikrokrmilnik. V naslednjem koraku izberemo ikono Run programmer ali pritisnemo tipko F4. S tem ukazom zaženemo programsko okno za zapis programa v mikrokrmilnik.

81 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 73 Slika 6.23 : Okno za zapis programa v mikrokrmilnik Pred zapisom programa v mikrokrmilnik moramo izbrati tip mikrokrmilnika in določene nastavitve. Lock biti Lock biti so biti, ki zaklenejo mikrokrmilnik. Zakleniti mikrokrmilnik pomeni, da ga ne moremo prebrati, programirati oziroma verificirati. S tem lahko programsko vsebino mikrokrmilnika zaščitimo pred kopiranjem. Auto Erase Auto Erase opcija pomeni, da pred vpisom v mikrokrmilnik predhodno vsebino mikrokrmilnika izbrišemo. To je precej pomembno, saj mikrokrmilniki te vrste omogočajo večkraten vpis. Auto Verify Auto Verify opcija omogoča, da po vpisu programa preverimo vpisano vsebino z originalom na računalniku.

82 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 74 7 REZULTATI MERITEV 7.1 Napajalni del naprave Napajalni del naprave je zasnovan tako, da napaja vezje s konstantno velikostjo napetosti. Ker vezje vsebuje analogno-digitalni pretvornik, katerega izhod je odvisen od vhodne napetosti in od napetosti napajanja, smo morali zagotovit čim bolj konstantno napajalno napetost. Razmerje podaja enačba 6.1. Napetost stabilizatorja LM7805 pri naši nalogi ni zadovoljila vseh potreb. Zaradi tega smo morali uporabit stabilizator napajanja LP2950. Stabilizator napajanja LP2950 zagotavlja konstantno napetost 5 V v območju do 100 ma. Razliko med napetostjo na izhodu stabilizatorja LM7805 in stabilizatorjem LP2950 podajata naslednja dva grafa. U(V) LM7805 4,994 4,993 4,992 4,991 4,99 Napetost(V) 4,989 4,988 4, I(mA) Slika 7.1 : Napetost na izhodu stabilizatorja LM7805

83 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 75 U(V) LP2950 5,001 5 Napetost(V) 4,999 4, I(mA) Slika 7.2 : Napetost na izhodu stabilizatorja LP2950 Naprava potrebuje za svoje delovanje tok velikosti od 15 ma do 25 ma. Razlika v porabi toka nastane zaradi različnih komponent s katerimi komunicira mikrokrmilnik. Pri meritvi smo operacije razdelili v pet skupin: 1. izpis podatkov na LCD, 2. branje temperature, 3. branje tlaka, 4. branje SMS-a, 5. Pošiljanje SMS-a. I(mA) Odvisnost toka od operacije I(ma) Operacija Slika 7.3 : Odvisnost toka od operacije

84 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 76 Izračun porabljene moči Izračunamo lahko minimalno, maksimalno in povprečno moč naprave. Minimalno moč izračunamo po enačbi: P min = I min U, (7.1)) pri tem je: P min minimalna moč naprave, I min minimalen tok naprave, U napetost naprave. Ker poznamo minimalen tok in napetost na napravi lahko izračunamo: P = 15mA 5, 001V. (7.2) min Iz tega izračunamo minimalno moč: P = min 75, 01mW. (7.3) Maksimalno moč izračunamo po enačbi: P max = I max U, (7.4)) pri tem je: P max maksimalna moč naprave, I max maksimalen tok naprave, U napetost naprave. Ker poznamo maksimalen tok in napetost na napravi lahko izračunamo: P n = 25mA 5, 001V. (7.5) max

85 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 77 Iz tega izračunamo maksimalno moč: Pmax = 125, 03mW. (7.6) Povprečno moč izračunamo po enačbi: P p = I U, (7.7)) p pri tem je: P p povprečna moč naprave, I p povprečen tok naprave, U napetost naprave. Ker poznamo povprečen tok in napetost na napravi lahko izračunamo: P p = 20mA 5, 001V. (7.8) Iz tega izračunamo povprečno moč: P p = 100, 02mW. (7.9) Merjenje temperature Naprava ima nalogo, da ne glede na to ali prejme SMS sporočilo za posredovanje podatkov, meri temperaturo in tlak. Podatke vsake meritve izpisuje na LCD prikazovalnik. V kataloških podatkih za tipalo tlaka je navedeno, da je izmerjena temperatura v območju od -55 ºC do +125 ºC na 0,5 ºC natančno. Glede na to, da tipalo pošilja podatke mikrokrmilniku v digitalni obliki, možnost popačenja signalov v tem delu ni možno. Meritve smo izvajali v območju od -20 ºC do +35 ºC. Meritev na nižjih in višjih temperaturah nismo izvajali, predvsem zaradi dejstva, da je to naprava za merjenje zračne temperature. Temperature pod -20 ºC in nad +35 ºC pa so precej redka stvar. V tem območju smo izvedli 60 meritev. Meritve podane grafično niso napisane zaporedno po številki meritve, ampak so pisane po vrsti, glede na velikost temperature, od najnižje do

86 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 78 najvišje. Kot referenco smo uporabljali laboratorijski merilnik temperature podjetja Thermo Electron Corporation, ki ima točnost meritve podano na 0,1 ºC natančno. Temperatura(ºC) Meritev temperature 40,0 30,0 20,0 10,0 0, ,0 Referenčni merilnik DS ,0-30,0 Meritev Slika 7.4 :Prikaz rezultatov merjenja temperature Izmerjeni rezultati se praktično pokrivajo z rezultati referenčnega termometra. Podrobnejši rezultati so objavljeni v prilogi B. 7.2 Meritev tlaka Enako kot temperaturo, tudi tlak, naprava meri neodvisno od stanja SMS sporočil. Pri meritvi tlaka moramo biti pozorni na več stvari. Zelo pomembna stvar je ta, da tipalo meri atmosferski tlak, ki z višino pada. Z višanjem nadmorske višine se eksponentno zmanjšuje število molekul zraka, zaradi tega se zračni tlak z naraščanjem višine pojemajoče zmanjšuje. Naslednja enačba je približek prvega reda; h log 10 P 5, (7.10) pri tem je: P atmosferski tlak (Pa), h nadmorska višina (m).

87 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 79 Če enačbo nekoliko preoblikujemo, pridemo do zaključka, da v območju naših meritev atmosferski tlak z višino pada. Padanje tlaka ni linearno in se z višino zmanjšuje. V našem primeru so meritve izmerjene na takšni nadmorski višini pri kateri lahko padanje tlaka lineariziramo. Tako znaša padec tlaka 1,2 mbar-a na 10 metrov nadmorske višine. Če želimo imeti primerjavo med zračnimi tlaki različnih krajev po Sloveniji, moramo izračunati relativni tlak kraja v katerem se nahaja naša merilna naprava. Vse meritve tlaka smo izvajali na Muti, ki ima nadmorsko višino 337m. Relativni tlak smo izračunali po enačbi: P = P + P, (7.11) r abs dod pri tem je: P r relativni tlak, P abs izmerjen atmosferski tlak, P dod izračunan dodatek tlaka. P dod moramo izračunati po enačbi: P dod h 1,2mBar =, (7.12) 10 pri tem je: h nadmorska višina merilnega mesta, P dod izračunan dodatek tlaka. Izvedli smo 50 meritev pri različnih zračnih tlakih. Kot referenčne vrednosti smo primerjali rezultate meritev Agencije Republike Slovenije za okolje. Izmerjeni rezultati so podani v obliki relativnega tlaka. Rezultati so podani od najnižje izmerjenega tlaka do najvišje izmerjenega tlaka in ne podajajo zaporedja meritev. Najnižji relativni tlak je bil izmerjen 988 mbar-ov, najvišji relativni tlak je bil izmerjen 1022 mbar-ov.

88 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 80 Tlak (mbar) Meritev tlaka 1025,0 1020,0 1015,0 1010,0 1005,0 1000,0 ARSO Naprava 995,0 990,0 985, Meritev Slika 7.5 :Prikaz rezultatov merjenja tlaka Rezultati so povsem zadovoljili naša pričakovanja. Podrobnejši tabelarični način prikaza rezultatov se nahaja v prilogi B. 7.3 Merjenje signala pri zaporedni komunikaciji RS232 Naprava temelji na zaporedni komunikaciji med mikrokrmilnikom in GSM modulom. Pri zaporednem asinhronem prenosu moramo vsebino digitalnih podatkov razstaviti na osnovne gradnike oziroma bite. Za pravilno delovanje moramo dodati nadzorne bite in nato vse skupaj prenesti prek prenosnega medija do sprejemnega mesta. Na sprejemnem mestu moramo sprejeti signal rekonstruirati tako, da zopet dobi prvotno obliko. Pri standardu RS232 je značilen start bit, ki ima vrednost nič in predstavlja sinhronizacijski bit, s katerim pri vsakem oddanem znaku, sinhroniziramo sprejemnik z oddajnikom. Sledi osem podatkovnih bitov, ki predstavljajo ASCII znak posameznega karakterja. Prenos se konča s paritetnim bitom, ki ni nujen in z enim ali dvema stop bitoma. Stop bit predstavlja dodatno sinhronizacijsko vrzel. Bitno hitrost določa kristalni oscilator in je zelo pomembna za pravilno oddajo in sprejem signala.

89 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 81 Slika 7.6: Diagram signala pri zaporednem prenosu RS232 za črko 'A' Slika 7.7: Diagram signala pri zaporednem prenosu RS232 za črko 'K' Za komunikacijo med mikrokrmilnikom in GSM modulom je potrebno vzpostaviti podatkovni protokol po standardu GSM07. Ta standard podpira množica AT-ukazov za upravljanje z GSM modulom ali telefonom. Sledeča meritev prikazuje signal, ki ga pošlje mikrokrmilnik GSM modulu po zaporednem RS232 kablu z DB-9 priklopnim konektorjem. Digitalni signal je sestavljen iz velike črke A in T ter predstavlja osnovni Hayesov AT ukaz (ATtention). Če je GSM naprava prisotna, odgovori modul na ta ukaz z OK. Preden pričnemo z meritvijo je dobro predvideti pričakovani signal, ki se bo pojavil na zaslonu osciloskopa. Najprej smo s pomočjo ASCII tabele določili decimalno vrednost črke A in T in jo nato pretvorili v binarni zapis, primeren za digitalni prenos.

90 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 82 Tabela 7.1: Zgradba podatkovnega paketa ZGRADBA PODATKOVNEGA PAKETA ASCII znak Decimalni zapis Začetni bit Binarni zapis zloga Paritetni bit Končni bit A T O K CR LF Pomen kratic: CR - (carriage return) predstavlja nadzorni znak in pomeni premik na začetek vrstice, LF - (line feed) predstavlja nadzorni znak za premik v novo vrstico. Pričakujemo signal glede na sledečo obliko binarnih stanj karakterjev: Tabela 7.2: Binarni zapis karakterjev Z črka A P K Z črka T P K Z carriage return P K Z line feed P K Pomen kratic: Z - začetni bit, P - paritetni bit, K - končni bit. Opazimo lahko, da je zlog v tem primeru dolg 7 bitov, začne se z začetnim bitom '0', konča pa s paritetnim bitom '0' in enim končnim bitom '1'. Zlogi lahko po nekaterih standardih vsebujejo namesto 8, tudi 7 in 6 ali celo le 5 bitov. To ni nič narobe, le iste metodologije se moramo držati, tako na oddajni, kot tudi na sprejemni strani.

91 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 83 Na sliki vidimo binarni zapis črke 'A' in 'T', ki sestavljata ukaz, ki ga mikrokrmilnik pošlje GSM modulu. Slika 7.8: Diagram signala 'AT', ki ga generira mikrokrmilnik Prenosna hitrost med mikrokrmilnikom in GSM modulom znaša bit/s. Torej traja prenos posameznega bita 52 µs, kar se vidi tudi na oscilogramu. Pri RS232 standardu se najprej odpošlje bit z najmanjšo utežjo LSb (Least Significant bit) in nazadnje bit z največjo utežjo MSb (Most Significant bit). Signalne napetosti so pri RS232 standardu precej visoke, in sicer med -12 V in +12 V. Logični nivoji pa so invertirani. Logično '0' predstavlja pozitivna napetost +12 V, logično '1' predstavlja -12 V. Če želimo napetosti med mikrokrmilnikom in GSM terminalom uskladiti, moramo uporabiti izravnalnik logičnih nivojev, integrirano vezje MAX232. Na ukaz 'AT', ki ga GSM modul sprejme od mikrokrmilnika, odgovori modul z 'OK', če je komunikacija uspela, kar prikazuje naslednja slika.

92 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 84 Slika 7.9: Diagram signala 'OK', ki ga generira GSM modul 7.4 Merjenje pošiljanja in prejemanja SMS sporočila Pošiljanje in prejemanje SMS sporočil poteka po naslednjem vrstnem redu. V primeru, da želimo izvedeti vrednost temperature in tlaka na lokaciji naprave moramo na vnaprej znano telefonsko številko poslati SMS sporočilo z eno izmed ključnih besed. Če želimo, da nam naprava pošlje SMS sporočilo z vrednostjo tlaka, moramo poslati ključno besedo TLAK. Če želimo, da nam naprava vrne podatek o temperaturi moramo poslati SMS sporočilo s ključno besedo TEMP. V primeru, da želimo, da nam naprava vrne vrednost temperature in tlaka, moramo poslati ključno besedo T?. Naprava na vsakršno drugačno vsebino SMS sporočila ne bo odgovorila. Slika prikazuje postopek pošiljanja SMS sporočila:

93 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 85 Slika 7.9: Pošiljanje ključne besede Ključno besedo je potrebno poslati na telefonsko številko naprave: Slika 7.10: Vpis telefonske številke in potrditev pošiljanja

94 Bojan POGAČ, Diplomsko delo 86 V primeru, da je bila poslana ključna beseda T?, dobimo na mobilni telefon SMS sporočilo z naslednjo vsebino: Slika 7.11: Vsebina prejetega SMS sporočila Naredili smo 10 meritev in dobili povprečni čas, v katerem dobimo vrnjeno SMS sporočilo. Povprečni čas, ki ga naprava porabi, da nam vrne informacijo o temperaturi ali tlaku znaša 18,95 sekund. Na čas vrnitve SMS sporočila ne vpliva vsebina ključne besede. Čas (s) Čas od poslanega SMS sporočila do prejetja SMS sporočila čas Meritev Slika 7.12: Čas od poslanega SMS sporočila do prejetega SMS sporočila