Rádiófrekvenciás vezérlés I.
2012/3. lapszám | Porempovics József | 10 761 |
Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A vezeték nélküli, rádiófrekvenciás vezérlés lehetőségeiről, eszközeiről a szaklap több publikációja szólt már. Az „Irányítástechnikai hétköznapok” cikksorozatban is többször esett szó róla, de mindig csak az adott témához kapcsolódó alkalmazásokhoz igazodóan. Az egyértelmű átláthatóság érdekében – a most induló kisebb cikksorozatban – rendszerbe foglalva tekintjük át a témakört az alapoktól elkezdve, egészen egy lakás funkcióinak vezérléséig. Mindezt egy eddig is példaként említett, viszonylag egyszerű és jó ár/érték arányú RF eszközcsalád-rendszer segítségével. A cikksorozat most nem foglalkozik hang- és video-átvitellel. A távvezérlés, távjelzés régóta foglalkoztatja az emberiséget, és mindig meg is oldotta az adott kornak megfelelő szinten a feladatát. A technika és az emberiség életkörülményei állandó fejlődésben vannak. Az adott kor műszaki lehetőségei és emberi igényei egymást fejlesztve, egymásra hatva teremtették meg az új megoldásokat. Az 1. ábra a távirányítás, távvezérlés felépítését, logikai alapszerkezetét mutatja. A szemléltetés kicsit egyszerűsített, mert a hétköznapi használat szempontjából mindhárom rész tovább bontható. Az ADÓ tartalmazza a továbbítandó információkat (nyomógomb megnyomása, kontaktusok állapota stb.), magába foglalja a kódoló egységet és az átviteli csatorna jellegének megfelelő modulátor- és meghajtófokozatot. A VEVŐ-ben az átviteli csatorna jellegének megfelelő fogadóegység található a demodulátorral, majd dekódoló (jelvisszafejtő) és jelfeldolgozó, valamint beavatkozó, végrehajtó egység kap helyet. Az „Átviteli csatorna” az a kommunikációs közeg, melyen keresztül a kapcsolat megvalósul az ADÓ és a VEVŐ között. Hétköznapi értelemben általában az átviteli csatorna jellege alapján nevezzük el a különböző távvezérléseket, távirányításokat (pl. infra-távirányító), melyek egyben a csatorna fizikai tulajdonságai is.
Tehát az átviteli csatorna szerint lehet:
■ vezetékes
-közvetlen kapcsolat (pl. az egyszerű villanykapcsoló),
-buszos kommunikáció (jellemzően soros, de lehet párhuzamos is);
■ vezeték nélküli
-fény-közeges (pl. infravörös, lézeres stb.),
-hang-közeges (pl. hangfrekvenciás, ultrahangos stb.),
-rádiófrekvenciás (pl. ISM-sáv). A cikksorozatban csak az ISM-sávú rádiófrekvenciás átvitellel működő rendszerről lesz szó.
Mi is az az ISM-sáv? Az ISM az Industrial-Science–Medical szavak kezdőbetűiből áll össze, azaz ipari–tudományos–orvosi alkalmazásokban használható frekvenciasávra utaló elnevezés.
A Nemzeti Hírközlési Hatóság honlapján elérhető a kis hatótávolságú rádiós eszközök (SRD = Short Range Devices) felhasználását leíró dokumentum, amelyben megtalálható az itt tárgyalt rendszerre vonatkozó rész is. Fontos, hogy a vizsgált rádiófrekvenciás rendszer eszközei hatósági engedély nélkül használható frekvencián és az ide vonatkozó szabályoknak megfelelő műszaki tartalommal működnek.
A szabad használat egyben azt is jelenti, hogy nincs frekvenciavédelmi garancia, hiszen mások is használhatják, tehát nem kapunk zavarvédelmet, ugyanakkor nem zavarhatunk védett alkalmazásokat. CE-jelöléssel ezek az eszközök forgalomba hozhatók. A legelterjedtebben használtak a 433 MHz, 868 MHz és a 2,4 GHz frekvenciák tartományai.
A 433 MHz-es sáv már elég telített, de a 868 MHz megnyitása után az új fejlesztések is főleg erre a frekvenciára épülnek – Európában.
A most vizsgált rendszer is 868 MHz-en működik. A 2,4 GHz frekvenciát pl. a WIFI-hálózat alkalmazza. Hogyan történik az információ rádiófrekvenciás átvitele?
Maga a rádiófrekvenciás jel egy 868 MHz-es tartományba eső alapfrekvenciájú elektromágneses hullám (vivőfrekvencia), melyet az adó antennája sugároz ki, és a vevő antennája fog fel. Ez önmagában még nem hordoz sok információt, legfeljebb annyit, hogy az „adó ad”.
A kódolás után az alapfrekvencia modulációja tartalmazza az átvitelre szánt adatokat, ebben az esetben a digitális jeleket. A modulált vivőfrekvenciát az antenna sorban, egymás után sugározza ki, melyet a vevő demodulálás és dekódolás után állít vissza az eredeti tartalmára (2. ábra).
A digitális moduláció többféle lehet (a teljesség igénye nélkül):
■ fáziseltolás-billentyűzés,
■ frekvenciaeltolás-billentyűzés (FSK=Frequency-Shift Keying),
■ amplitúdóeltolás-billentyűzés (ASK=Amplitude-Shift Keying).
A tárgyalt eszközöknél a leggyakoribb a két utóbbi, de főleg az FSK, ahol a vivőfrekvencia változása hordozza az adatokat a kettes számrendszer szerint, vagyis tulajdonképpen két, egymástól kismértékben eltérő frekvencia jelenti a bináris „0” vagy „1” számokat. Amplitúdó-modulációnál értelemszerűen a vivőfrekvencia csúcsérté- kének a változása az információ hordozója.
Eddig rádiófrekvenciás rendszerről volt szó, nem csupán eszközökről vagy csak adó–vevő párokról. Nem véletlen, hiszen jelentős különbség áll fenn. A „rendszer” szó azt jelenti, hogy komplett eszközcsalád áll rendelkezésre a feladatok megoldásához, melynek tagjai egymással variálhatók, taníthatók, és az egyes egységek az egyedi vagy csoportos működéshez megfelelő saját intelligenciával is rendelkeznek.
Működhetnek központosítva, érintőképernyős saját központtal vagy számítógépes felületről, illetve egyedileg is, de akár mindegyik lehetőség kihasználásával egy egységes rendszeren belül.
Fontos az egyedi címkódolás, amellyel az eszközök azonosítják egymást, hiszen nem lenne kellemes, ha például a szomszéd is kapcsolgathatná a nappalim világítását. A kapható egyszerű adó–vevő pároknál ez nem mindig teljesül, esetleg lehetőséget kapunk az eszközön található tüskesorral vagy DIP-kapcsolókkal más címet is beállítani.
A profi eszközök címének egyediségét a gyártó garantálja, az eszköz memóriájába a gyártás során kerül be a cím, melyet nem kell és nem is lehet megváltoztatni.
Egy rádiófrekvenciás rendszer lényege nem csupán abban merül ki, hogy vezeték nélkül lehet vezérelni. Sokszor persze ez a legerősebb motiváció a használatukra, pláne, ha kimaradt a vezeték, vagy a már kész, belakott lakásban kell új funkciót telepíteni.
Érdemes azonban akkor is megvizsgálni az RF-rendszer alkalmazását, ha nem csak a vezeték-nélküliség a szempont. Az eszközkészlet ismertetésénél látni fogjuk, hogy a rendszer az RF-működés mellett nagyon sok funkcióra, feladatra is ad eszközt és megoldást, ami egy lakáson belül előfordulhat. Nem kell sokat gondolkodni, hogy mivel oldjuk meg a fényerő-szabályzást – legyen az izzó, halogénlámpa, LED, energiatakarékos lámpa vagy fénycső. Az eszközkészlet azonnal megadja a választ, a funkciót, a megoldást és a gyors kivitelezést.
Összefoglalva tehát a rendszer előnyei a következők:
■ vezeték nélküli vezérlés és szabályozás;
■ garantált egyedi eszközcímzés;
■ egyedi kódprotokoll;
■ taníthatóság;
■ gyors telepítés;
■ egy adó több vevő-aktort vezérelhet;
■ egy vevő-aktort több adóval lehet működtetni;
■ központi vezérlés lehetősége érintő- képernyős központtal vagy PC-ről;
■ menürendszerű, kijelzős kézi távirányítás lehetősége;
■ kész funkciók a vevő-aktorokban:
a. relé-kimenetek,
b. fényerőszabályozás,
c. redőnyvezérlés,
d. hőmérséklet-szabályozás,
e. mozgás- és nyitásérzékelők kezelése;
■ széles adóegység-választék;
■ jelismétlő a hatótávolság növeléséhez.
Természetesen hátrányoktól ez a rendszer sem mentes, de ezek többsége kellő odafigyeléssel kiküszöbölhető:
■ az elem lemerülése az elemes adókban (legyen otthon tartalék elem!);
■ a lakásban bekövetkező változások okozhatnak RF-árnyékolást, mint pl. új közfal, tükör felhelyezése, fémpolcok, bútorok stb.;
■ vasbeton födémen történő jelátvitel (vannak megoldások – lásd később);
■ a túl sok RF-eszköz használata is okozhat zavart – átgondolt tervezéssel ez hárítható;
■ WIFI-antenna vagy egyes mobil- telefonok közelsége zavarhatja a rend- szert, melynek esélyét szintén jó tervezéssel lehet minimálisra csökkenteni.
Az RF-alkalmazásoknál minden esetben felmerül a hatótávolság problémája. A gyártók adatai általában nyílt terepre vonatkozó információt adnak meg, esetleg adatlapon, katalógusban tájékoztató adatként közlik a különböző építő- és egyéb anyagok jellemző rádiófrekvenciás csillapítását.
Általánosan elmondható, hogy a minőségi, megbízható gyártótól származó RF-eszközök egy lakáson belül biztonsággal képesek a megfelelő jelátvitelre. A vasbeton födémen való átjátszás tipikus problémájára is vannak lehetőségek:
■ stabil átjátszást biztosító hely megkeresése;
■ a vevő- vagy adóegység vezetékezése az adott lakószinten jó RF-átviteli helyre;
■ botantennás vevőegység használata;
■ botantenna külső, vezetékes antennára történő cseréje és az antenna helyének kiválasztása,
■ jelismétlő használata: az adó „látja” az ismétlőt, az ismétlő látja a vevőt.
Kritikus esetben lehetőség van a térerősség ellenőrzésére is. A már említett érintőképernyős RF-központ képes felmérni és kijelezni a jelátvitel szintjét, így ezzel az eszközzel megkereshető az a hely, ahová telepíteni lehet a kritikus eszközt. Remélem, sikerült felkelteni az érdeklődést a rádiófrekvenciás eszközök iránt.
A cikksorozat következő részében sorravesszük az eszközkészletet, az adók és vevők működését a funkciók részletes ismertetésével és alkalmazási lehetőségeivel, valamint a programozást, a tanítást.