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https://hdl.handle.net/10316/23797
Title: | Uma Plataforma para Redes de Sensores sem Fios em Instrumentação Industrial | Authors: | Gomes, Rui Paulo do Nascimento | Orientador: | Cardoso, Francisco José de Almeida | Issue Date: | 18-Jul-2013 | Citation: | GOMES, Rui Paulo do Nascimento - Uma plataforma para redes de sensores sem fios em instrumentação industrial. Coimbra : [s.n.], 2013. Tese de doutoramento | Abstract: | Apresenta-se nesta dissertação o percurso de desenvolvimento de uma plataforma de
comunicações modular para redes de sensores sem fios, direccionada especificamente para
aplicações industriais. A base do desenvolvimento prendeu-se com a criação de um módulo de
comunicações, tanto do ponto de vista físico – hardware – como virtual – software – altamente
versátil, para sua introdução em dispositivos sensores e encaminhadores de dados (vulgo
Routers) em ambiente industrial, ou seja, para a criação de uma rede de sensores sem fios,
congregando os diferentes tipos de dispositivo necessários: um ponto de acesso, Routers e
sensores. Na realidade, com base nos mesmos princípios desenvolveram-se duas plataformas:
primeiro uma com base no protocolo ZigBee PRO – na gama dos 2.4 GHz –, com vista à sua
compatibilização com outros sistemas, uma vez que se trata de um protocolo de comunicações
para redes de sensores sem fios largamente divulgado e aplicado, e posteriormente uma outra
plataforma, com base num protocolo proprietário, desenvolvido no âmbito deste trabalho tendo
como base o protocolo SimpliciTI, na gama dos 433 MHz, para cumprir com critérios de
relevância maior na área industrial, nomeadamente um maior alcance nas comunicações entre
nós da rede.
Com base nos referidos módulos, criaram-se redes de comunicações suportadas sobre um
dispositivo com funções de gestão e de ponto de acesso, com uma interface com um backbone
de uma rede de campo, esta baseada no protocolo CANbus. As referidas redes de comunicações
têm uma natureza híbrida, uma vez que não só integram sensores sem fios, como sensores de
vibrações e temperatura e de alinhamento e temperatura, como dispositivos que executam
funções de reencaminhamento de dados como de integração na rede sem fios de sensores com
capacidades de comunicação sobre uma rede CANbus, ao terem uma interface para aquele
protocolo, para criar uma maior versatilidade no que toca às diferentes aplicações que o sistema
enfrentou.
Assim, apresentando as diferentes opções de software e hardware tomadas, revelam-se de
seguida as aplicações que os sistemas desenvolvidos tiveram, nomeadamente a monitorização
de pontos quentes em barramentos de alta tensão (com base numa rede ZigBee) e a
monitorização de equipamentos em subestações eléctricas, mais concretamente em parques de
linhas com base numa rede 433 MHz.
Os sistemas desenvolvidos possibilitaram a criação de redes com elementos modulares
dedicados à área industrial da Gestão de Activos, ao facilitarem a monitorização de
equipamentos industriais como transformadores ou disjuntores, apoiando a Produção e
facilitando a Manutenção. It is presented in this thesis the course of the development of a modular communications platform for wireless sensor networks, specifically directed for industrial applications. The basis of this development is bound with the creation of a communications module, from the physical perspective – its hardware – and from the virtual perspective – the software it runs – which is highly versatile, so it can be inserted into sensor devices and data routers in industrial environment, i.e., for the creation of a wireless sensor network, which encloses different types of devices: access point, sensors and routers. In fact, two platforms were created based under the same framework: first a platform based on ZigBee PRO protocol – in the 2.4 GHz range – in order to be compatible with other systems, for this is a highly disclosed communications protocol for wireless sensor networks. After this first system was created, a second platform was developed, communicating on the 433 MHz range and based on the SimpliciTI protocol, to fulfill other relevant criteria for communications in an industrial environment, namely a larger range between network nodes. Based on the referred devices, communications networks were created, supported by a device with managemenent and access point functionalities, with an interface with a fieldbus network backbone, the latter one based on the CANbus protocol. The referred wireless communication networks have therefore a hybrid nature, for they not only integrate wireless sensors, such as vibration and temperature sensors and alignment and temperature sensors, as well as devices that have functions of routing and integration in the wireless network of CANbus based sensors, through a CANbus interface. This functionality permits a higher versatility regarding the different applications which the developed systems have faced. After presenting the different software and hardware options which have been taken, applications for the developed systems are revealed, namely the monitoring of hot spots in high power buses based on a ZigBee PRO communication network and the monitoring of equipments in electrical power stations, based on a 433 MHz network. The developed systems allowed the creation of networks with modular elements dedicated to the industrial area of Asset Management, by facilitating the monitoring of industrial equipments such as high power transformers or switches, supporting Production and favoring Maintenance areas. |
Description: | Tese de doutoramento em Física, na especialidade de Física Tecnológica, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra | URI: | https://hdl.handle.net/10316/23797 | Rights: | openAccess |
Appears in Collections: | FCTUC Física - Teses de Doutoramento |
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