Thesis: zigbee & batterij

Hoi, Darkcrusher: Ik heb maar een heel klein beetje ervaring met Zigbee. Op dit moment aan't proberen met XBeePro.
Is het niet mogelijk om alle nodes tijdens een initialisatie-fase op elkaar af te stemmen? Dus over één seconde zijn we allemaal 10 ms standby. Berichten kunnen dan doorgegeven worden. Dit herhalen we continue. Om de seconde is het netwerk even actief.
Deze interval kan naar behoefte, tijdens de initialisatie, korter of langer gekozen worden.

Persoonlijk is mijn mening dat kritische levensreddende systemen als brandklep besturing, niet beveiligt zou mogen worden met een technologie als Zigbee.
Dit omdat de werking van Zigbee niet te garanderen valt i.v.m. de gebruikte delen van het elektromagnetische spectrum.

Er zijn extra veiligheden, voorals zigbee faalt (smeltlood) dus ge moet er niet met inzitten

Drieske, wa ebde al kunnen doen met die XbeePro ?

Kijk eens naar de beacons van ZigBee, de Coordinator stuurt deze waardoor de nodes ff wakker worden. Ik weet niet meer of dit ook voor de routers kon, eventjes nakijken dus.

Op 20 februari 2007 11:01:35 schreef Darkcrusher:
Drieske, wa ebde al kunnen doen met die XbeePro ?

Je bedoelt waarschijnlijk of ik al iets met de XbeePro gedaan had .
Ik heb de bijbehorende testboards er bij aan geschaft. Ik ben nu aan't uitproberen wat het bereik is bij de verschillende zendvermogens en antennes. In de toepassing die ik voor ogen heb. >> Doorgeven van sensorsignalen op een landbouwmachine.

Heb je trouwens al eens gedacht aan een CAN netwerk voor deze toepassing?
De propagatie van UHF signalen kent namelijk vele problemen, met name binnen gebouwen.
Niet dat die niet op te lossen zijn, maar het kan zo'n gedoe zijn.

Yup, al aan gedacht maar hoe minder bedrading hoe liever . Ondertussen al uitgezocht dat het met de Xbee modules niet mogelijk zal zijn daar hun software nog niet op punt staat...

Op 20 februari 2007 20:13:36 schreef Darkcrusher:
Ondertussen al uitgezocht dat het met de Xbee modules niet mogelijk zal zijn daar hun software nog niet op punt staat...

Wat bedoel je precies?
Kunnen er nog geen besturings-algoritmen door de Xbee uitgevoerd worden of zo?

Xbee heeft de volledige zigbee specificatie nog niet geimplementeerd: Zo is bvb de firmware voor eindnodes nog niet bechikbaar, ook hebben ze nog geen beacon-support enz.
Ik heb eens contact gehad met iemand van Maxtream en het zou wellicht nog een jaar duren. Voor mijn toepassing (batterij 5 jaar + Mesh netwerk) kan ik aldus Xbee niet gebruiken, wat jammer is. Wat wel goed is aan Xbee is dat ze handig te gebruiken zijn. Ook kost een development kit weinig. De Xbee pro is de beste op het gebied van range: 20dBm zendvermogen en 100dBm gevoeligheid.

Het zullen dus andere (wss duurdere) dev kits + modules worden (Ubiwave,Telegesis,Zigbit,...)

kun je niet een soort dmx systeem toepassen? enkele signaal aders, waaraan de zigbee modules paralel zijn aangesloten. elke zigbee eigen adres, kan de centrale alles apart besturen, slechts 4 kabeltjes oid

Kan je dat even nader uitleggen ? Ben niet mee met wat je precies bedoelt....

Om terug te komen op die batterij...
De stuur-elektronica die erin komt (zigbee module) zal op een eerder lage spanning werken en een standbyestroom grootte- orde micro-amperes hebben

De actuators in de klep voor openen en sluiten van de klep werken echter op 24V en worden slechts een paar keer per jaar gestuurd

Aldus heb ik 2 verschillende voedingsspanningen nodig, het zou handig zijn als dit met 1 batterij kan en bvb een spanningsconversie gebruiken, met zeer weinig verlies, ik wil de ruststroom nog altijd grootte orde micro ampéres.

Enige ideeën ?

hoeveel trekt zo een klep ?

je zou daar een lithium cel kunnen instoppen. die dingen hebben nogal veel maH (zlefde soort cel asl wat in fototoestellen zit.
zo een 2/3 lente aa batterij. dat ding geeft 3 volt bij 2800 maH ...

iof desnoods gewoon 2 stomme aa batterijen. ( maar dan heb je kans dat ze lekken. lithium cellen hebben dat probleem niet ...

in de alarm wereld wordt nogal een lithium thionyl chloride cellen gebruikt ook. ( van die purperen van tadiran of blauwe van sonnenshein )

een boost convertro zorgt dan voor het druppelladen van en dikke condensator ( 4700 uF ) en als de klep aan moet ; mosfetje open : pets

thangt er vanaf hoeveel die klep trekt natuurlijk

Nja AA-batterijen gaan het niet mogen zijn: Op 5 jaar zijn die wss leeggelekt!

Wat is een boostconverter ? Iets dat van lage naar hoge spanning converteerd ?

Met condensators zou er evetueel kunnen gewerkt worden, maar het zullen dan wel ultracaps moeten zijn

De klep vebruikt 500mA gedurende 30 sec voor het openen
Bij het sluiten is een klein 24V pulsje voldoende...

Binnekort gaan we eens het verbruik van onze actuatoren en elektronica opmeten... om daarna dan een geschikte batterij te vinden.

Heeft er iemand ervaring met hoe je dat best doet ? Met software berekenen, via simpele mAh berekeningen ? Bestaate er zoiets al directe energie metingen...
Of via testen: eerst kleine batterij, is ze niet goed, een grotere (mAh) nemen ? Alle mogelijke ideeën zijn welkom om zowel het energieverbruik te modelleren als de procedures om een batterij te dimensioneren!

grtz...

Interessant, ik ben bezig met een ZigBee afstudeeropdracht waar ook iedere node als router geconfigureerd dient te worden (Mesh netwerk op groot terrein, binnen en buiten). Ik heb hier een ZigBee applicationkit van Rabbit staan en een tijdje terug alvast wat aan de gang gegaan. Ook ik liep tegen het feit aan dat de 'routers' meer stroom verbruiken dan de dommere 'eindnodes'. Ben benieuwd of het uiteindelijk allemaal gaat werken zoals gewenst.

Thesis is perfect af. Indien personen geïntresseert zijn in het boek wilk et gerust maile.

Met zigbee werkt het perfect, groot onderzoek eerst gedaan en dergelijke. probleem is inderdaad die routers. Er is wel 1 fabrikant die low power routers maakt: ze werken net als de 'endnodes' op een lage duty-cycle en kunnen tevens aan routing doen. Het is wel pas intresant bij duty cycles in de grootte orde van minuten als je wilt dat het 5 jaar meegaat op een klein batterijtje.

Lage duty cycles waren bij ons niet intressant daar het om een brandbeviligingssysteem gaat. hier en daar router nodes in de prize en de endnodes op batterij dus.

In onze toepassing was energierecuperatie mogelijk op windenergie zodat de 5 jaar in praktijk meer wordt

Voor wij geïntresseert is. Dit is het besluit van de thesis :

ONDERZOEKSRESULTAAT
-------------------

Er werd een grondig onderzoek gedaan welke systemen toepasbaar zijn voor het reduceren van de bekabeling voor de sturing van brandkleppen. Bij het onderzoek werd altijd met ‘worst case’ gevallen gewerkt waardoor alle volgende besluiten niet voor discussie meer vatbaar zijn.

Uit het onderzoek blijkt dat een volledige reductie van de bekabeling mogelijk is waarbij aan belangrijke vereisten zoals veiligheid en een minimale kost kan worden voldaan. Uit de studie blijkt dat alleen de recente draadloze Zigbee standaard aan alle eisen kan voldoen.

Aangezien de kleppen zich ver buiten RF bereik bevinden kan enkel de mesh topologie toegepast worden. Dankzij het mesh netwerk is het mogelijk om alle kleppen draadloos te bereiken daar de communicatie via andere kleppen en/of externe routers verloopt: de maximale RF afstanden van Zigbee omvatten meestal de maximale afstand tussen 2 brandkleppen.

Externe routers moeten altijd uit het net gevoed worden daar het verbruik te groot is om een realistische batterij te dimensioneren. Externe routers zijn altijd nodig indien de RF afstand tussen een afgelegen klep en het netwerk niet in één maal kan overbrugt worden.

Aangezien de routing functionaliteit en laag verbruik standaard niet samen gaan werd gedacht om de innovatieve UbinetS stack van Ubiwave te gebruiken waarmee het mogelijk zou zijn om routers te hebben die laag verbruiken en jarenlang op batterij zouden kunnen werken. Na het ontwikkelen van het systeem bleek achteraf echter dat de beweringen van de fabrikant enkel geldig waren bij duty cycle werking in de grootte orde van tientallen minuten. Dit is voor de sturing van de brandkleppen een onaanvaardbare situatie: de maximale tijd tussen het detecteren van de brand en het sluiten van de kleppen mag maximaal 30 seconden bedragen. Er werd hieruit besloten dat routing op batterijen voor het draadloos systeem onmogelijk is.

Om tegemoet te komen aan deze Zigbee beperking is een oplossing bedacht. Deze oplossing bestaat erin om de kleppen toch nog 100% draadloos op batterij te kunnen hebben, echter zullen er een aantal extra externe routers moeten geplaatst worden die uit het net moeten worden gevoed. Waarschijnlijk zal in de toekomst het plaatsen van externe routers geen meerkost meer bedragen daar Zigbee routers nodig zullen zijn voor de besturing van een bijna draadloos HVAC systeem.
Indien zou blijken dat externe routers plaatsen een grote kost zou bedragen is het altijd mogelijk om de kleppen extern te voeden waardoor communicatie tussen brandkleppen onderling eveneens mogelijk is en aldus het aantal externe routers tot een minimum beperkt wordt. De brandkleppen zijn echter in dat geval niet meer 100% draadloos.

Wanneer gekozen wordt voor het systeem met de 100% draadloze brandkleppen is het mogelijk om de communicatie voor 5 of meer jaar tot stand te houden op batterij waarbij het systeem toch nog een snelle reactietijd heeft van 5 seconden of minder. Gedurende de 5 jaar autonomie zijn 1000 of meer bewegingen mogelijk op batterij. Hiermee wordt de vereiste van 250 bewegingen met 400% overtroffen. Het bijplaatsen van batterijen kan de 5 jaar autonomie alsook het aantal mogelijke bewegingen doen toenemen ten koste van een hogere batterijkost.

Om eventuele batterijproblemen te vermijden moeten de nodes regelmatig de batterijspanningen opmeten en doorzenden naar de centrale zodat tijdig de batterijen kunnen vervangen worden. Het gebruik van een ultracapaciteit van bijvoorbeeld 100F kan hierbij helpen: deze biedt genoeg energie om het verbruik van de communicatie zonder batterijen voor één week probleemloos te onderhouden. Indien voedingsproblemen niet tijdig opgelost worden is het mogelijk om met de energie uit een opgeladen capaciteit vanaf 470µF de klep naar de veiligheidsstand te brengen. Ook bij het verbreken van de verbinding is het mogelijk om de klep na een bepaalde tijd naar de veiligheidsstand te brengen.

Om bijna geen batterijen te hoeven vervangen werd op het innovatieve idee gekomen om in de brandklep een kleine windturbine op te nemen die de batterijen continue op pijl kunnen houden. Berekeningen tonen aan dat bij normale luchtstromen van 4 m/s in het ventilatiekanaal, de windturbine genoeg energie verzamelt om elke 2 uur de klep te testen (sluiten en openen) gedurende de levensduur van de brandklep. Het aantal mogelijke tests is aldus praktisch onbeperkt.

Aangezien het systeem draadloos werkt is het mogelijk om de brandklep extra functies te geven zoals bijvoorbeeld het opmeten van windsnelheden en temperaturen en deze gegevens vervolgens draadloos door te zenden naar de centrale.

ONTWIKKELRESULTAAT
------------------
Er zijn 2 prototype systemen ontwikkeld. Het eerste systeem was een succesvolle reductie van de bekabeling tot slechts 4 geleiders. Met het systeem kan via een virtuele brandcentrale de klep zowel open als toe gestuurd worden. Eveneens is de signalering van alle 4 eindeloop schakelaars over de seriële verbinding mogelijk.

Het tweede systeem is een 100% draadloos systeem. Ter demonstratie werden 2 brandkleppen draadloos gemaakt op batterij. De brandkleppen kregen de routing functionaliteit waardoor deze prototypes onmogelijk 5 jaar op de batterijen zullen werken. Bij continu ingebruikname zullen de batterijen in huidige configuratie vermoedelijk na 3 weken moeten vervangen worden. Ook wanneer 300 bewegingen bereikt worden zullen er batterijen vervangen moeten worden. Met het programma Ubimonitor kunnen de draadloze links tussen de brandkleppen onderling en de “centrale” grafisch op een PC scherm worden getoond. Met het ontwikkeld programma “DamperControl” worden actieve brandkleppen in het netwerk getoond, elk met een uniek adres op basis van het vast MAC adres. Het programma laat het openen of sluiten van de klep toe. De huidige toestand van de klep wordt steeds op het scherm weergegeven.
---------------

Twas een intressante thesis. Binnekort zullen er overal zigbee producten verschijnen, te beginnen bij de de lichtschakelaar op batterij waarschijnlijk.
Om via een betaalbare manier met zigbee te experimenteren raad ik telegesis ETRX2 modules aan alsook XBEE en de nieuwe XBEE2. Koop hier een develoment kit aan (enkele hondertal euro) en vanaf dan zoveel modules kopen als je maar wil (enkele tiental euro). Of indien je zelf modules wil gaan maken, dan kan je beginnen met bvb de zigbee on chip: EM250 (5 euro, vereist wel wat extra effort om te implementeren)

Feedback over thesis en waar ik zou moeten op letten bij de eindverdediging volgende maand is welkom....

op zich leuk die mini windturbines maar die energie moet er ook ingestop worden. als je een berg turbines heb moet je ook meer energie aan luchtbeweging hebben

Op 27 mei 2007 22:30:31 schreef Darkcrusher:
Thesis is perfect af. Indien personen geïntresseert zijn in het boek wilk et gerust maile.

Hierin ben ik zeer geinteresseerd, zou je het me toe willen sturen? Mijn e-mailadres staat vermeld in mijn profiel.
Alvast bedankt!

Iemand die een paar lastige vragen kan stellen ivm deze thesis ? Ter voorbereiding van de thesisverdediging op 22/06 ? Waar ik moet op letten enz ?...