Συντάχθηκε 27-06-2014 11:00
από Vasiliki Grigoraki
Email συντάκτη: vgrigoraki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
30-06-2014 13:24
Κύρια: υπάλληλος ΗΜΜΥ.
Άλλες ιδιότητες: Unknown -#-@ΗΜΜΥ
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΚΑΜΠΙΑΝΑΚΗ
με θέμα
Ασύρματο Δίκτυο Αισθητήρων Οπισθοσκέδασης με Αρχες Αναλογικής Διαμόρφωσης Συχνότητας
Scatter Radio Sensor Network with Analog Frequency Modulating Principles
Τρίτη 1 Ιουλίου 2014, 12μμ
Αίθουσα 2041, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη
Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Αγγελος Μπλέτσας (επιβλέπων)
Καθηγητής Αποστολος Δόλλας
Επίκουρος Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης
Περίληψη
Η επικοινωνία με τεχνικές οπισθοσκέδασης υλοποιείται με πολύ απλά, χαμηλού κόστους και χαμηλής κατανάλωσης ραδιόφωνα τα οποία αποτελούνται μόνο από ένα ραδιοσυχνοτικό (RF) διακόπτη. Αυτή εργασία αναπτύσσει ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων με τεχνικές οπισθοσκέδασης σε διστατική διάταξη με αναλογικούς αισθητήρες που μετρούν τα ποσοστά σχετικής υγρασίας και καταναλώνουν ισχύ λιγότερο από 1 mWatt. Συγκεκριμένα, οι αισθητήρες χρησιμοποιούν έναν μετατροπέα χωρητικότητας σε συχνότητα, ο οποίος υλοποιείται με έναν χρονομετρητή τύπου 555 που διαμορφώνει την χωρητικότητα του αισθητήρα υγρασίας HCH-1000. Οι αναλογικά διαμορφωμένοι παλμοί οδηγούνται στο ραδιόφωνο οπισθοσκέδασης τo οποίο είναι σχεδιασμένο για μέγιστη εμβέλεια επικοινωνίας. Για την μετατροπή της συχνότητας εξόδου των αισθητήρων σε μονάδες σχετικής υγρασίας, προσεγγίστηκε μια συνάρτηση μεταφοράς μέσω προσεκτικής βαθμονόμησης με τεχνικές πολυωνυμικής προσαρμογής στην οποία συμπεριλήφθηκε και η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης συχνότητας υλοποιείται με την χρήση διαφορετικών παθητικών στοιχείων σε κάθε αισθητήρα. Ακόμα, ο δέκτης που υλοποιήθηκε σε μια πλατφόρμα ραδιοεπικοινωνίας μέσω λογισμικού (SDR) εκμεταλλεύεται προσεκτικά σχεδιασμένα φίλτρα λογισμικού τα οποία βασίζονται σε τεχνικές ιστογράμματος και εξομάλυνσης τύπου Savitsky-Golay. Η εμβέλεια επικοινωνίας που επιτεύχθηκε είναι πάνω από 130 μέτρα με ρίζα μέσου τετραγωνικού σφάλματος (RMSE) λιγότερο από 5%. Για την εκτίμηση των δυνατοτήτων δικτύωσης του συστήματος, μια πειραματική διάταξη βαθμονομήθηκε και εγκαταστάθηκε σε ένα θερμοκήπιο ντομάτας επιδεικνύοντας έτσι τις δυνατότητες του πρωτοποριακού ασύρματου δικτύου αισθητήρων. Τέλος αναπτύχθηκε, μία ασύρματα-προγραμματιζόμενη πειραματική διάταξη, η οποία χρησιμοποιεί ένα ενεργό ραδιόφωνο και ένα ραδιόφωνο οπισθοσκέδασης έτσι ώστε να διευκολυνθεί ο ασύρματος έλεγχος του συστήματος.
Abstract
Scatter radio communication is implemented with very simple, low-power and low-cost front-ends that only consist of a single radio frequency (RF) switch. This work develops a bistatic scatter radio wireless sensor network (WSN) with analog energy-assisted tags that monitor relative humidity percentage (%RH) and consume less than 1 mWatt power. Particularly, the tags employ a capacitance-to-frequency converter that is implemented with a 555 timer and modulates the capacitance of the HCH-1000 %RH sensor. The frequency-modulated pulses are routed to the tag’s RF front-end which is designed to increase communication range. In order to convert the output frequency of the tags to %RH, a transfer function is estimated using careful polynomial surface fitting calibration and including the ambient temperature. Frequency division multiple access (FDMA) networking is implemented with the utilization of different passive components on each tag. Moreover the receiver that is implemented on a software defined radio (SDR) platform exploits carefully designed software filters based on histogram and Savitsky-Golay smoothing techniques. The achieved communication range is over 130 meters at an end-to-end root mean squared error (RMSE) of less than 5 %RH. For the network evaluation, a testbed is calibrated and deployed in a tomato greenhouse demonstrating a novel analog bistatic scatter radio WSN. Finally, an over the air programmable (OTAP) testbed was developed, employing nodes that utilize both an active radio front-end and scatter radio front-end in order to facilitate remote monitoring and debugging.
