Järjestelmä langattoman anturidatan keräämiseen XBee-moduuleilla

Abstract

Tässäinsinöörityössä on suunniteltu ja toteutettu järjestelmä langattoman anturitiedon ke­räämiseen ja tallentamiseen XBee-moduuleita hyväksikäyttäen. Prosessi toteutettiin erillisen anturikeskitinlaitteen avulla. Anturikeskitin sijoittuu järjestelmässä niiden XBee-mo­duulien, jotka lähettävät mittausdataa, ja palvelimen väliin.

XBee-moduuli käyttää hyväksi ZigBee-määritelmää, joka rakentuu IEEE 802.15.4 -standar­din siirtotien päälle. XBee sisältää ZigBee-määritelmän lisäksi käyttöliittymät UART-tiedon­siirtolinjalle, hallittavuuden AT-kommennoin ja itsenäisen analogisesta digitaaliseen -muun­noksen.

Suunnitelman lähtökohtana oli käyttää XBee-moduulin analogisesta digitaaliseen -muun­nosta ja moduulin sisäänrakennettua kehystä muunnoksen välittämiseen moduulien välillä. Sen jälkeen kyseinen data oli purettava, käsiteltävä ja välitettävä järjestelmän seuraavalle osalle, eli tallennusrakenteeseen. Tehtävää varten suunniteltiin anturikeskitin, joka kerää usealta XBee-moduulilta mittauksia, säilöö ne ja lähettää pyydettäessä Ethernet-verkon yli palvelimelle. Ethernet-verkon protokollaksi valittiin UDP/IP sen yksinkertaisuuden vuoksi, ja sen päälle määriteltiin oma protokolla mittaustietojen siirtämistä varten.

Anturikeskitin toteutettiin Atmega168-mikrokontrollerilla, johon liitettiin ENC28J60-verkko­piiri ja XBee-moduuli. Toteutusta varten piti myös kirjoittaa mikrokontrolleriohjelmisto, joka purkaa XBee-moduulin ADC-kehyksen, säilöö puretun kehyksen muistiin ja lähettää sen pyydettäessä palvelimelle. Lisäksi ohjelmiston täytyy keskustella yhteys palvelimelle.

Palvelinohjelmisto toteutettiin POSIX-yhteensopivassa ympäristössä. Sen tehtäväksi jäi keskustella yhteys anturikeskittimelle ja tallentaa tieto tietokantaan, joka tässä tapaukses­sa oli MySQL-tietokanta.

The objective of this thesis was to design and implement a system for gathering and saving information measured with XBee modules.

The Xbee module uses ZigBee definition which extends the IEEE 802.15.4 standard. In addition, the XBee modules include an interface for UART data transfer, command-interface using AT commands and built-in analog-to-digital conversion for up to 6 inputs.

The design is based around the analog-to-digital conversion of the Xbee module and the ADC frame that it uses to communicate the data between the modules. The data needs to be extracted from the said frame and forwarded to the next part of the system, which is the data storage. A sensor hub was designed for this purpose. The sensor hub gathers data from several XBee modules and then sends the data to the server through an Ethernet interface.

The UDP/IP protocol was chosen to be used over the Ethernet protocol because of its simplicity. An additional protocol was designed over UDP for the purpose of relaying the measurement data.

The sensor hub was implemented with the Atmega168 microcontroller which was connected to an XBee module and the ENC28J60 Ethernet controller. The implementation also required software for the microcontroller which extracts the data from XBee ADC frame, stores it in RAM and sends the data to the server when it is requested. In addition, the software must initialize a connection to the server.

The server software was implemented in a POSIX compliant environment. The server's duties are accepting connections from the sensor hubs and saving the data to a MySQL database.