Langaton tiedonsiirto sulautetussa järjestelmässä

Abstract

Tässä opinnäytetyöraportissa käsitellään langattoman tiedonsiirron toteuttamista erääseen sulautettuun järjestelmään. Työn tärkeimpänä tavoitteena oli saada langaton tiedonsiirto toimimaan järjestelmässä tehokkaasti ja luotettavasti. Toisena tavoitteena oli toteuttaa jokin käytännönläheinen esimerkkisovellus, jossa langattomasta tiedonsiirrosta on hyötyä. Raportissa perehdytään työssä käytettyihin komponentteihin ja niiden oleellisimpiin teknisiin ominaisuuksiin. Komponenttien lisäksi esitellään langattoman tiedonsiirron ja sitä hyödyntävän esimerkkisovelluksen ohjelmalliset toteutukset.

Työssä toteutettu järjestelmä koostuu kahdesta kytkennöiltään identtisestä ohjainkortista, joiden välille langaton tiedonsiirto toteutettiin. Suurin yksittäinen komponentti molemmilla ohjainkorteilla on Olimexin valmistama AVR-MT-128-kehitysalusta, jonka keskeisin komponentti on Atmel AVR ATMega128 -mikrokontrolleri. Mikrokontrolleri ohjelmoitiin AVR Studio 4 -kehitysympäristössä C-kielellä. Kehitysalustan sisältämät komponentit tarjoavat paljon mahdollisuuksia erilaisten toimintojen toteuttamiseen ohjelmallisesti.

Varsinainen langaton tiedonsiirto järjestelmän ohjainkorttien välillä toimii Nordic Semiconductor nRF24L01+ -lähetin-vastaanotinpiireillä. Tiedonsiirrossa käytetään 2,4 GHz:n ISM-taajuusaluetta, joka ei edellytä erillistä lupaa. Lähetin-vastaanotinpiiriä ohjataan SPI-väylän kautta. Tässä työssä piiriä ohjaavana mikrokontrollerina on kehitysalustan ATMega128. Lähetin-vastaanotinpiiri sisältää ohjelmoitavia rekistereitä, joiden alustuksilla sille määritellään asetukset piiriä ohjaavan mikrokontrollerin kautta.

Ohjainkorttien välinen langaton tiedonsiirto saatiin toimimaan luotettavasti, joten työn tavoitteet saavutettiin. Esimerkkisovelluksena toteutettiin NTC-termistoriin perustuva lämpötila-anturi, jonka mittaamaa lämpötilatietoa pystytään siirtämään langattomasti järjestelmän ohjainkorttien välillä.

This thesis proposes an embedded system, which includes wireless communication between two transceivers. The main goal was to get the wireless communication to work effectively and reliably. Another goal was to implement practical example application, which takes advantage of the wireless communication. This thesis introduces the required components and their essential technical specifications. The implementation of the wireless communication and example applications are covered as well.

The embedded system consists of two identical main boards, between which the wireless data transmission was implemented. The single biggest part of these boards is the Olimex AVR-MT-128 development board, which contains Atmel AVR ATMega128 microcontroller. Programming of the ATMega128 microcontroller was done in C language via AVR Studio 4 programming environment. The variety of components on the development board offers a great number of programmable features.

The wireless communication between the main boards was implemented via the Nordic Semiconductor nRF24L01+ transceiver. The transceiver uses 2.4 GHz ISM frequency band for the wireless communication, since the particular frequency band does not require permission to be used. Programming of the transceiver chip is done via the ATMega128 microcontroller. The transceiver and ATMega128 both support the SPI bus, which is used for the communication between these two components. The parameters for the transceiver are defined via a variety of programmable registries.

The wireless communication between the two transceivers was successfully implemented, so the goals that were set can be considered achieved. The practical example application consists of a temperature sensor, which was implemented by using an NTC thermistor for the measurement of the temperature. The temperature data can be wirelessly transmitted between the transceivers of the system.