Figur 5.1: Blockschema ¨over styrsystemet [Delsystem Mottagarenhet].
S¨andningsstyra/
k¨anslighet
Ca pris ex. moms
Storlek [mm]
BLE121LR 8dBm/-98dBm 151:- 13,0 x 14,7 x 1,8
BGM111A256V1 8dBm/-91dBm 111:- 15,0 x 12,9 x 2,2 RN4020-V/RM 7dBm/-92,5dBm 98:- 19,5 x 11,5 x 2,5
SaBLE-x 5dBm/-96dBm 140:- 11,6 x 17,9 x 2,3
ENW89820A3KF 4dBm/-94dBm 125:- 15,6 x 8,7 x 1,8 Tabell 5.1: Unders¨okta Bluetooth-moduler.
F¨or att f¨orse st¨alldonet med str¨om kr¨avs en adapter med de r¨atta utpa-rametrarna. Slutligen ska vridst¨allet kunna styras med endast tv˚a signaler som talar om i vilket l¨age m˚altavlan ska st˚a. F¨or detta kr¨avs det ytterligare komponenter.
5.2 Bluetooth-modul
F¨or att v¨alja en modul som uppn˚ar r¨ackviddskravet utf¨ors teoretiska ber¨akningar med de effekter och k¨ansligheter som hittats i deras respektive datablad.
I Tabell 5.1 listas n˚agra Bluetooth-moduler [34] [35] [36] [37] [38] tillsam-mans med deras specifikationer och pris. Dessa moduler har unders¨okts f¨or att ev. implementeras i projektet.
R¨ackvidden ber¨aknas hos det t¨ankta systemet genom att en l¨ankbudget uppr¨attas. F¨or att f˚a ett realistiskt resultat b¨or en effektf¨orlust p˚a mellan 20–30 dBm r¨aknas med. [18]
Teoretiska r¨ackviddsber¨akningar visar att marginalen till det st¨allda
Kapitel 5. Komponentval 5.3. Mikrocontroller
kravet ¨ar liten, vilket g¨or att s¨andningsstyrka och k¨anslighet prioriteras f¨ore pris och storlek. Utav modulerna i Tabell 5.1 ¨ar BLE121LR [34] och BGM111A256V1 [35] mest intressanta d˚a de har den h¨ogsta uteffekten. Blu-egigas BLE121LR marknadsf¨ors som den BLE-modul med l¨angst r¨ackvidd p˚a marknaden. K¨ansligheten tillsammans med AES tidigare erfarenheter av Bluegiga avg¨or valet. AES har implementerat Bluegigas moduler tidigare och f˚att ett gott intryck av dem.
Figur 5.2: L¨ankbudget mellan en genomsnittlig smartphone och aktuell Bluetooth-modul.
Enligt v¨ardena i Figur 5.2 ¨ar l¨anken till smartphonen den svagaste, d¨arf¨or utf¨ordes ber¨akningar p˚a den. Enligt ber¨akningar med Formel 3.1 och en f¨orlust faktor p˚a -23 dBm skulle en teoretisk r¨ackvidd p˚a cirka 44 meter kunna uppn˚as. Med detta avst˚and finns inte mycket marginal till kravet som ¨ar satt till 40 meter. D¨aremot har de r¨aknats med en h¨og f¨orlustfaktor och en relativt d˚alig k¨anslighet i smartphonens mottagare.
5.3 Mikrocontroller
F¨or att styra systemet beh¨ovs n˚agon typ av logik. BLE121LR har en inbyggd processor vilken skulle kunna vara ett alternativ till en Raspberry Pi eller ARM. Den inbyggda processorn programmeras is˚afall med BGScript som ¨ar ett simpelt scriptspr˚ak men som inte ¨ar lika flexibelt som att programmera i C. Modulen kan kontrolleras externt via en seriell port, tex UART. F¨or att utveckla programvara till externa processorn finns BGLib som ¨ar ett programbibliotek fr˚an tillverkaren.
Om inte en Bluetooth-modul anv¨ands som stand-alone kr¨avs styrning av b˚ade den och utg˚angarna till vrids¨allen. M˚anga Bluetooth-moduler styrs genom en extern enhet via ett seriellt protokoll. D¨arf¨or ¨ar det ett krav p˚a UART och/eller SPI hos logikens mikrocontroller. Det kr¨avs ocks˚a att den
5.3. Mikrocontroller Kapitel 5. Komponentval
har minst tv˚a konfigurerbara digitalautg˚angar f¨or att styra vridst¨allet samt en digital ing˚ang f¨or att kunna styra vridst¨allet med hj¨alp av en knapptryckning.
Dessa krav listas nedan:
• Minst en UART/SPI/USB ska finnas (beroende p˚a Bluetooth-modul).
• Programbibliotek ska finnas tillg¨angliga.
• Matningssp¨anningen ska vara samma som f¨or Bluetooth-modulen.
• Minst tv˚a lediga digitala utg˚angar och en ing˚ang.
5.3.1 J¨ amf¨ orelse
F¨ordelar Nackdelar
Raspberry Pi
• Kortar utvecklingstiden
• M¨ojlighet att anv¨anda dongle
• Dyrast
• Linux, ej realtime
• Konfiguration av Linux
• Ingen extra MCU
• Billigast
• Risk f¨or begr¨ansningar
• Nytt scriptspr˚ak
Tabell 5.2: F¨or- och nackdelar med olika controllers.
Utifr˚an kraven som st¨allts och j¨amf¨orelsen som genomf¨orts i Tabell 5.2 implementeras en ARM-processor i systemet. Den ¨ar avsev¨art mycket billigare
¨an Raspberry Pi och det finns heller inga direkta begr¨ansningar i program-meringsspr˚aket likt det som anv¨ands i Bluetooth-modulen. I j¨amf¨orelse med de andra alternativen ¨ar de tidigare erfarenheterna av utveckling med ARM-processorer absolut st¨orst.
Eftersom detta projekt ¨ar kraftigt tidspressat ligger fokus p˚a att hitta en mikrocontroller som g¨or att utvecklingstiden kan kapas s˚a mycket som m¨ojligt. Detta gjordes genom att anv¨anda en controller d¨ar redan mycket f¨ardig programvara fanns att tillg˚a.
Kapitel 5. Komponentval 5.4. Sp¨anningsreglering
I n˚agra tidigare projekt har AES anv¨ant sig av en controller av modellen Freescale MK10 [40] och till denna typ av controller finns en m¨angd pro-grambibliotek tillg¨angliga fr˚an tillverkaren och ¨aven fr˚an trejdepartsk¨allor.
Likas˚a finns ¨aven program tillg¨angliga fr˚an AES sj¨alva. Controllern ¨ar n˚agot
¨overdimensionerad f¨or projektet men det finns controllers i fr˚an samma till-verkare och samma familj som ¨ar mindre. D¨arf¨or valdes ist¨allet en controller MKL05 [41] fr˚an Freescale.
5.4 Sp¨ anningsreglering
Eftersom systemet inneh˚aller en radiomodul st¨alls d¨arf¨or h¨oga krav p˚a sp¨anningsmatningen [34, s.12]. Modulen kr¨aver att bruset hos matnings-sp¨anningen ska vara mindre ¨an 10 mVpp f¨or att dess radioegenskaper inte ska p˚averkas negativt. Sp¨anningsniv˚an p˚averkar ocks˚a uteffekten hos modulen — en h¨ogre sp¨anning ger en h¨ogre uteffekt. I enlighet med krav 1.4 ska systemet ocks˚a kunna matas med AC-/DC-sp¨anningar fr˚an 9V till 30V.
Relativt h¨oga sp¨anningar (30− 3, 3 = 26, 7V) ska regleras ned. F¨or att uppfylla de matningskrav som st¨allts, utan en alltf¨or h¨og v¨armeutveckling, s˚a har det valts att anv¨anda en switchad regulator.
MC34063 [39] ¨ar en vanligt f¨orekommande regulator men som arbetar p˚a en relativt l˚ag frekvens. En l˚ag frekvens g¨or att spolens fysiska storlek ¨okar.
D¨arf¨or valdes en regulator LM25007 [42] som har en h¨ogre switch-frekvens.
V¨ardena p˚a kringkomponenterna f¨or LM25007 ¨ar valda utifr˚an en “Quick start calulator” [43] som tillverkaren tillhandah˚aller. I samma calculator finns kopplingsalternativ f¨or att minska m¨angden rippel fr˚an regulatorn.