Palestra Plataforma Radiuino #TDC2012 Floripa

RF + Arduino

Omar Ferroni Branquinho
@omarfb
omarfb@gmail.com
omarfb.wordpress.com.br

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Internet of Things

Radiuino – All Rights Reserved 2011

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O que significa IoT?

Fonte: http://blogs.cisco.com/news/the-internet-of-things-infographic/ (Cisco)
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Mas, o que é uma Rede de
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Sensores Sem Fio?

“(...) consiste de sensores autônomos
espacialmente distribuídos para monitorar
condições físicas ou ambientais (...) e
cooperativamente transmitir os dados da
rede para um local principal.”
Wikipedia


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Arquitetura Básica

• Vários sensores
• Dados escoam para um gateway
• Novos paradigmas de comunicação


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O que é um sensor?


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Nem tudo são flores...

• Problemas na utilização de kits de
comunicação utilizando RF para Redes de
Sensores
– Pouca flexibilidade
– Desempenho fraco
– Alto custo
• Falta de controle de funcionamento da rede
– Gerência de rede por conta do fabricante
• Pouca possibilidade de expansão das
plataformas antigas

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IDEs de Arrepiar!
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Então faça-se o Radiuino

• Plataforma Open Source para RSSF
• Hospedada no Sourceforge.net
– http://www.sourceforge.net/p/radiuino
• Em busca de colaboradores para
– Manutenção da plataforma
– Inclusão de novas features
• Acesse: www.radiuino.cc

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Objetivos da Plataforma
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Radiuino

Facilidade de implementação

Arquitetura robusta

Hardware de baixo custo

Customização de hardware

Firmware estruturado

Integração com a Internet

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Sobre a plataforma

• Utiliza o mesmo IDE do Arduino;
• Desenvolvimento de firmware específico para atender as
necessidades de rede de sensores;
• Criação de bibliotecas específicas;
• A proposta é facilidade de utilização para formação de
rede de sensores;
• Distribuição de firmware por aplicação
• Na versão disponível a camada física utiliza o CC1101
• Capacidade de implementar as funções da pilha de
protocolo para investigação e ensino

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Diagrama em Blocos

• Configuração básica
– Computador, mas pode ser Web também
– Uma base conectada via USB a um computador ou Ethernet para
ligar em rede
– Um sensor:
• Transceptor
• Microcontrolador
• Transdutores
• Atuadores
• Bateria

Request

Sensor Answer Base USB
Computador

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Divisão da plataforma

• Padronizado e de baixo
Hardware custo

• Estruturação de pilha de
Firmware protocolos

• Integração de
Software plataforma


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Arduino e redes sem fio

• Hardwares que englobam apenas a parte de
Rádio
• Hardwares que incluem o Rádio e o
microcontrolador

Chinês Feito no Brasil


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BE900

• Módulo desenvolvido para ser compatível com a
plataforma Arduino
• Opção de utilizar conector SMA para ligar antena
externa
• Baixo custo e possibilita desenvolvimento de
Microcontrolador aplicações
• Atmega368 (8 bits, 8 MHZ) • Fabricante: www.radioit.com.br
• 32k Flash • Atende especificações para certificação pela
• 512 EEPROM
• 1k RAM ANATEL
Transceptor • Pino compatível TX/RX e alimentação com XBee
• CC1101
• 915MHz
• Potência TX 10dBm
• Excelente Sensibilidade
• Diferentes Modulações
• Mudança da Taxa

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Hardware

• Hardware:
– Microcontroladores AVR Atmel
– Circuito de RF CC1101 Texas Instruments
– Placas de adaptação e kits de desenvolvimento

Sensor e Base do início do projeto


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Placas de Aplicação
• Para exemplificar a utilização da plataforma foi desenvolvida
uma aplicação com os seguintes elementos no sensor:
– Um relé
– Um LDR
– Um Led
– Um transdutor de temperatura

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“Tecniquês”

Funções ligadas ao desenvolvimento das aplicações
APP diretamente, como medidas de grandezas e controle de
processos.

Funções de controle da comunicação como ACK,
TRANSP
contagem de pacotes, disciplina de transmissão.

Identificação do sensor e rede contemplando funções
NET
para tratamento de roteamento de pacotes na rede.

Funções para controlar os processos de recepção e
MAC
principalmente transmissão. Política de economia de
(Enlace)
energia.
Funções relacionadas com a parte de rádio como:
PHY potência, canal. Possível evoluir para alterar outras
características do rádio.

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Pilha Radiuino

Radiuino

CC1101 ou outra interface rádio

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Mapa do Pacote

• Frame com 52 bytes
– Phy – 4 bytes
– MAC – 4 bytes
– Net – 4 bytes
– Transporte – 4 bytes
– Seis AD com 3 bytes cada um
– Seis I/O com 3 bytes cada um

Phy MAC Net Transp

RSSI_DLIN RSSI_ULIN LQI_UPLIN
K LQI_DLINK K K TBD TBD TBD TBD DST_ID DST_NID SRC_ID SRC_NID COUNT TBD TBD TBD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5
AD0_W AD0_H AD0_L AD1_W AD1_H AD1_L AD2_W AD2_H AD2_L AD3_W AD3_H AD3_L AD4_W AD4_H AD4_L AD5_W AD5_H AD5_L
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

IO0 IO1 IO2 IO3 IO4 IO5
IO0_W IO0_H IO0_L IO1_W IO1_H IO1_L IO2_W IO2_H IO2_L IO3_W IO3_H IO3_L IO4_W IO4_H IO4_L IO5_W IO5_H IO5_L
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

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Desenvolvimento de Projeto

• Pense primeiro na aplicação
• Projeto do hardware
• Projeto do firmware
• Desenvolvimento do Software

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Pacote

• O Headers.h define a
composição do pacote
• O pacote tem 52 bytes
sendo composto das
seguintes partes:
– Física
– MAC
– Rede
– Transporte
– Aplicação
• AD
• IO

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Código da Base

• Abrir o arduino e dentro do Arduino abrir o código da base;
• Vão existir as seguintes abas
– Radiuino_Base
– Headers.h
– _1_Phy
– _2_MAC
– _3_Net
• No IDE (Integrated Development Environment) do Arduino vai ficar
como abaixo.

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Base
• A base possui somente três camadas uma vez que não se espera que seja
feita nenhuma aplicação na base;
• Sua função é fazer a ligação dos dados da interface USB ligada no
computador com o sensor e vice versa;
• Os parâmetros a serem ajustados na base:
– Camada Phy
• Potência
• Canal
– Camada MAC
• Nenhum parâmetro específica para esta versão, já é default ponto multi ponto
– Camada Net
• Endereço da base
– Conexão USB
• Taxa da serial

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Parâmetros da Phy da base

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MAC da Base

• A base não possui nenhuma
função adicional na MAC
• Na versão inicial do Radiuino
não está previsto que a base
tenha autonomia quanto a
comunicação com o sensor
• Observar as funções previstas
em cada camada:
– Construtor que instancio objeto
– Inicialização
– Envio
– Recebimento

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Camada Net

• Endereço da base é a única informação da
camada Net nesta versão 1.1

27

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Código do Sensor

• No sensor são implementadas as 5 camadas
– Phy
• Potência
• Canal
– MAC
• Nenhum parâmetro de ajuste nesta versão
– Net
• Endereço do sensor
– Transporte
• Contador de pacotes
– Aplicação
• Acionamento de relés e medidas de temperatura e luminosidade

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Pinagem Arduino x RFBee
Correspondência dos Pinos Arduino e RFBee

Função Pino Arduino BE900 Número do Pino BE900
AD0_PIN 0 PC0 15
AD1_PIN 1 PC1 13
AD2_PIN 2 PC2 12
ADC
AD3_PIN 3 PC3 11
AD4_PIN 4 PC4 20
AD5_PIN 5 PC5 19

IO0_PIN 4 PD4 4
IO1_PIN 5 PD5 17
IO2_PIN 6 PD6 18
IO
IO3_PIN 7 PD7 8
IO4_PIN 8 PB0 7
IO5_PIN 9 PB1 6

TX 1DIO TX 2
Serial
RX 0DIO RX 3

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Firmware da Aplicação no
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Sensor
• Definição dos pinos
da mesma forma
como é feito no
Arduino

• Definição da função
dos pinos

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Acionar LED e Relé

• Observar a facilidade de ligar ou desligar o led ou o relé
• O código é bastante simples bastando avaliar a posição do IO
desejado se está 1 para ligar e 0 para desligar.

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Leitura do AD e Transmissão
• Leitura do AD é feita da mesma forma que no Arduino
• São 3 bytes: o primeiro é o tipo do sensor e outros dois o valor em dois
bytes

• Para transmitir o pacote

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Software

• Docklight
• Python
– Requisição
– Controle e requisição
• Java customizado
• C# (Novo!!!)
• ScadaBR
• HTTP
• SNMP


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Pacote montado no Docklight

ID Sensor

Liga Relé Liga Led

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Python

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Acionar Relé e Led

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Temperatura e Luminosidade

37

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Conheça!

38

www.radiuino.cc
Colabore!

39

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Aplicação C#

Versão BETA ;)

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Gateway WiFi

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ScadaBR - Radiuino

42

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Aplicação REAL

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Quem fabrica?

www.spreadcom.com.br

44

www.radiuino.cc
Onde Comprar?

www.robocore.net

www.radioit.com.br
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Obrigado!
Omar Ferroni Branquinho
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