La telelettura su reti WSN con transceiver ANALOG DEVICES

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1 RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio 2008 La telelettura su reti WSN con transceiver ANALOG DEVICES MICHELE BISSANTI Responsabile Tecnico Centro Studi 1/23 SOMMARIO Profilo aziendale RILTER Sistema MICROCAT: architettura, componenti, misure MICROCAT v. 7.0 con ADF Tools di sviluppo Normativa di riferimento Temporizzazioni e consumi, antenna, clock, RSSI, AFC, rumore Riepilogo risultati ADIismLINK RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 1

2 PROFILO AZIENDALE RILTER RILTER si occupa della realizzazione di sistemi informativi territoriali RILTER ha sviluppato il sistema MICROCAT per la telelettura ed il monitoraggio delle reti idriche Il sistema MICROCAT si basa sul metodo BISIV (Bilancio Idrico Sincrono a Intervallo Variabile) per la rilevazione delle perdite ed il recupero dell acqua non contabilizzata da certezza della lettura dei contatori elimina l accesso alla proprietà privata segnala fenomeni idraulici quali riflusso, fermo del contatore e perdite nell impianto privato RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 ARCHITETTURA DEL SISTEMA MICROCAT Contatore per acqua fredda predisposto Trasduttore Centralina Ripetitore Concentratore Centrale di telelettura RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 2

3 COMPONENTI DEL SISTEMA IN CAMPO Centralina MICROCAT E installata in nicchie e pozzetti In ambienti con umidità condensante In presenza di ostacoli che attenuano il segnale radio In presenza di ampie escursioni termiche RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 INFORMAZIONI PRODOTTE DAL MICROCAT Misure e grafici prodotti dal sistema Letture Bilanci idrici Portate minime Diagnostica RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 3

4 IL NUOVO MICROCAT v. 7.0 CON ADF MICROCAT 7.0 Autoalimentato a batteria 2 ingressi per trasduttori di conteggio Funzione di ripetitore radio SRD bidirezionale Multicanale 433, ,790 MHz 10 mw, FSK, 4800 bps Protocollo proprietario ultra low power RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 LA SCELTA: ANALOG DEVICES ADF Potenza TX: 13 db Modulazioni FSK, GFSK, ASK, OOK, GOOK Sensibilità RX: -114 dbm@ 9600 bps, BER = 1E-3 Low IF 200 khz (IF Bandwidth 100 / 150 / 200 khz ) Low power sleep mode 0.1 ua Start-up 3 ms Ampia programmabilità RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 4

5 SW DI CONFIGURAZIONE DELLE EVALUATION BOARD E stato possibile valutare il transceiver ADF prima di qualsiasi sviluppo grazie alle evaluation board ed al relativo software di configurazione E stato possibile, prima della progettazione hardware, esplorare l ampia gamma di opzioni di funzionamento (14 registri di configurazione per ADF7020-1) realizzando in anticipo il codice per il protocollo di comunicazione EVAL-ADF70XXMB EVAL-ADF70XXMB2 I driver in C per ADF702X sono disponibili all indirizzo RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 ADI SRD STUDIO Simulazione accurata dello spettro di emissione Simulazione del radio link Simulazione del consumo Loop filter design RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 5

6 ADI SRD STUDIO - RADIO LINK BUDGET ADI SRD studio calcola il link budget con vari modelli di propagazione, ad esempio: Free space: 7 km Over ground: 712 m Simple indoor (n=4): 83 m RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 REFERENCE DESIGN PER ADF Si evidenziano: FR4 doppia faccia spessore 1,0 mm Vias sotto il chip Vias multipli vicino ai condensatori di decoupling Piano di massa compatto sul lato bottom File Gerber, simboli e footprint disponibili sul sito WEB RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 6

7 LA NORMATIVA DI RIFERIMENTO E LE VERIFICHE ERC (ottobre 2007, ITALIA) ISM/SRD band sub-1ghz, freq. libere Banda f : 10 mw, < 10% ETSI EN v (aprile 2006) TX Frequency Drift OK Effective Radiated Power OK Transient Power OK Modulation Bandwidth OK Spurious Emissions OK RX (Class 2) Spurious Radiation OK Blocking OK RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 TEMPORIZZAZIONI E CONSUMI La sequenza e la temporizzazione nell inizializzazione dei registri è fondamentale Dopo l accensione, ad esempio per la modalità RX, devono essere configurati in sequenza 5 registri (R0, R1, R3, R4, R6) E necessario rispettare i tempi di stabilizzazione dell oscillatore, del VCO, il tempo per l autocalibrazione. Questi tempi hanno impatto sui consumi globali insieme ai tempi di RX e TX, legati al protocollo utilizzato requisito ULP RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 7

8 ANTENNA Diagramma di irradiazione: ominidirezionale nel piano orizzontale Guadagno: qualunque valore negativo deve essere considerato sia per il trasmettitore che per il ricevitore, quindi vale doppio Larghezza di banda: è bene che non sia troppo stretta Dimensioni compatibili con i siti di installazione MONOPOLO RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 CLOCK E SENSIBILITA Modalità di demodulazione lineare o correlatore? AFC ON oppure AFC OFF? Quarzo: capacità di carico, tolleranza iniziale, deriva in temperatura, ageing? L errore di frequenza ±E deve essere considerato sia sul clock del trasmettitore che sul clock del ricevitore; il worst case porta a considerare il doppio di tale errore ±2*E Tale errore deve essere considerato rispetto all ampiezza di banda del segnale trasmesso e all ampiezza di banda scelta per la media frequenza L errore di frequenza condiziona le prestazioni Modulazione con deviazione 50 khz RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 8

9 RSSI Misurare accurate del campo sono fondamentali per una rete wireless ULP, sia in fase di installazione, sia di manutenzione ordinaria E necessario considerare il fading dovuto a interferenza multipath/riflessione, shadowing/diffrazione, scattering Range da 110 a 24 dbm Accuratezza 3 db Tempo dato valido 150 ms La qualità del radio link condiziona i consumi RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 AFC E FUNZIONI AUSILIARIE AFC external internal Sensore di temperatura Riconoscimento automatico di sequenze 12 bit 16 bit 20 bit 24 bit Lock threshold per la decodifica di sequenze con run length > 7 RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 9

10 RUMORE WIDEBAND E IN-BAND IN AMBIENTE URBANO RUMORE AMBIENTALE WIDEBAND 0-1 GHz RUMORE AMBIENTALE IN BAND 433 MHz Emittenti radio FM MHz Emittenti TV Emittenti in bande riservate alle forze dell ordine e ai vigili urbani Stazioni Radio Base GSM dbm RADIO FM RAI TV 1 SRB GSM ADF wideband interference rejection = 70 db Blocking 1 MHz = 60 db Blocking 10 MHz = 65/72 db ACR 27 db 1xIF BW; 50 db 2xIF BW Modi RX a linearità incrementata RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 RIEPILOGO RISULTATI POTENZA TX SENSIBILITA RX RX CLASSE 2 PROPAGAZIONE 1.7 km line of sight in ambiente urbano; i migliori risultati si sono avuti in modalità Mixer Linearity RxMode6 100 m in ambiente suburbano con vegetazione da pozzetto a quota 2 m; nessuna variazione impostando i modi a linearità incrementata CONSUMI TX dbm RX 20 High Sensitivity Mode STABILITA DELLE PRESTAZIONI RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 10

11 PROTOCOLLO ADIismLINK PER UNO SVILUPPO RAPIDO Protocollo compliant ETSI 868/433 MHz, di tipo CSMA-CA Configurazione PHY e MAC layer Topologia a stella con una base station e fino a 255 end point Low power Comunicazioni fino a 55 kbps Sensors network dimostrativa con sensori di temperatura Monitor del duty cycle Codice sorgente con limitazioni; device driver e documentazione RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 CONCLUSIONE FONTI ADF High Performance FSK/ASK Tranceiver IC Data Sheet (Rev. 0) ADI SRD STUDIO v. 1.0 ADF7020-X Config SW rev RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 11

12 RINGRAZIAMENTI GRAZIE per la cortese attenzione Si ringrazia ANALOG DEVICES per lo spazio messo a disposizione RF & WIRELESS FORUM - Milano - 14 febbraio /23 12