ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΟ ΔΚΠΑΙΓΔΤΣΙΚΟ ΙΓΡΤΜΑ (Σ.Δ.Ι.) Α.Μ.Θ. ΥΟΛΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΧΝ ΔΦΑΡΜΟΓΧΝ ΣΜΗΜΑ ΜΗΥΑΝΙΚΧΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΣΟΜΔΑ ΤΣΗΜΑΣΧΝ ΠΑΡΑΓΧΓΗ ΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ

Transcript

1 ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΟ ΔΚΠΑΙΓΔΤΣΙΚΟ ΙΓΡΤΜΑ (Σ.Δ.Ι.) Α.Μ.Θ. ΥΟΛΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΧΝ ΔΦΑΡΜΟΓΧΝ ΣΜΗΜΑ ΜΗΥΑΝΙΚΧΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΣΟΜΔΑ ΤΣΗΜΑΣΧΝ ΠΑΡΑΓΧΓΗ ΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ ΜΔΛΔΣΗ, ΥΔΓΙΑΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΤΣΗΜΑΣΟ ΓΙΑ ΣΟΝ ΑΤΡΜΑΣΟ ΔΛΔΓΥΟ ΗΛΔΚΣΡΙΚΟΤ ΟΥΗΜΑΣΟ ΜΔ ΣΗ ΒΟΗΘΔΙΑ ΚΙΝΗΔΧΝ ΣΟΤ ΥΔΡΙΟΤ Γεκήηξηνο Μαξγαξηηηάδεο (Α.Δ.Μ.: 2490) Δπηβιέπσλ Καζεγεηήο: Γξ. Θεόδσξνο Παρίδεο Ννέκβξηνο 2014

2 2

3 Δπραξηζηίεο Θα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνπο γνλείο κνπ, γηα όιε ηελ ππνζηήξημε θαη ην θνπξάγην πνπ κνπ πξόζθεξαλ όια απηά ηα ρξόληα ζε όινπο ηνπο ηνκείο ηεο δσήο κνπ θαη θπξίσο γηα ην πην ζεκαληηθό πξάγκα πνπ κνπ δίδαμαλ, «επηηξέπεηαη λα πέζεηο, επηβάιιεηαη λα ζεθσζείο». Δπίζεο ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ην ζπλάδειθν, ζπγγελή αιιά θαη επόπηε πξαθηηθήο κνπ ζηελ νπεδία, Δκκαλνπήι Πνιηνύδε, ηνπ νπνίνπ ε εκπεηξία θαη ε ππνκνλή, κνπ δίδαμαλ πνιιά. Έλα ζεξκό επραξηζηώ νθείισ θαη ζηνλ επίθνπξν θαζεγεηή Γξ. Θεόδσξν Παρίδε πνπ κνπ έδσζε ηελ επθαηξία λα ζπλεξγαζηώ καδί ηνπ. Οη γλώζεηο ηνπ αιιά θαη ε βνήζεηα ηνπ ζε όια ηα ρξόληα ησλ ζπνπδώλ κνπ ήηαλ ζεκαληηθή ζην λα εμειηρηώ θαη λα θπλεγήζσ ηα όλεηξα κνπ. Σέινο, έλα κεγάιν επραξηζηώ νθείισ ζηνλ «κέληνξα» κνπ, Farzin Amirbeigi, πνπ βνήζεζε λα βειηησζνύλ νη γλώζεηο κνπ ζηα ειεθηξνληθά θαη ζηνπο κηθξνειεγθηέο αθόκε πεξηζζόηεξν. 3

4 4

5 Πεξίιεςε Σν ζέκα ηεο πηπρηαθήο εξγαζίαο πνπ εθπνλήζεθε ζην Σερλνινγηθό Δθπαηδεπηηθό Ίδξπκα Αλαηνιηθήο Μαθεδνλίαο θαη Θξάθεο, Σκήκα Μεραληθώλ Πιεξνθνξηθήο, είλαη ν αζύξκαηνο έιεγρνο ειεθηξηθνύ νρήκαηνο κε ηε βνήζεηα ησλ θηλήζεσλ ηνπ ρεξηνύ. Πην ζπγθεθξηκέλα επηηξέπεη ζην ρξήζηε λα ειέγμεη έλα ειεθηξηθό όρεκα (Longboard) κε ηηο θηλήζεηο ησλ δαθηύισλ ηνπ. Με ηε ρξήζε ελόο γαληηνύ θαη κε ηε βνήζεηα αηζζεηήξσλ Flex, θαζώο θαη ελόο κηθξνειεγθηή, ιπγίδνληαο ηνλ δείθηε επηηπγράλεηαη επηηάρπλζε ή επηβξάδπλζε ζην ειεθηξηθό όρεκα, όπσο επίζεο ιπγίδνληαο ηνλ αληίρεηξα θξελάξεη ην όρεκα. Όζν αθνξά ην θξελάξηζκα, ην όρεκα ρξεζηκνπνηεί ηερλνινγία ABS θαζώο θαη αλαγελλεηηθή πέδεζε (Regenerative Breaking). Η επηθνηλσλία ηνπ γαληηνύ κε ην ειεθηξηθό όρεκα (Longboard) γίλεηαη κέζσ αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο Bluetooth. Abstract The subject of this undergraduate Thesis at the Technological Educational Institute of Easter Macedonia and Thrace, Computer and Informatics Engineering Department, is a Gesture Controlled Electric Vehicle. Particularly it permits a user to control an electric vehicle (Longboard) based on finger movements. With the use of a glove, some Flex sensors and a microcontroller, whenever the index finger bends, the electric vehicle accelerate or decelerate, and whenever the thumb bends, the electric vehicle brakes. About the braking system, the electric vehicle uses ABS technology and it also has a Regenerative Breaking. The communication between the glove and the electric vehicle (Longboard) is achieved via Bluetooth. 5

6 6

7 Πεξηερόκελα Δπραξηζηίεο... 3 Πεξίιεςε... 5 Abstract... 5 Κεθάιαην Δηζαγσγή Κίλεζε αλζξώπηλνπ ρεξηνύ Ο κηθξνειεγθηήο Γηαθνξέο από ηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή Καηαζθεπαζηέο κηθξνειεγθηώλ Γιώζζεο πξνγξακκαηηζκνύ θαη εξγαιεία αλάπηπμεο Δπηινγή κηθξνειεγθηή Arduino Board Αζύξκαηε επηθνηλσλία Γηαηί Bluetooth θαη όρη ξαδηνζπρλόηεηα RF; Πσο ιεηηνπξγεί ην πξσηόθνιιν RF Πσο ιεηηνπξγεί ην πξσηόθνιιν Bluetooth Κόζηνο Καηαλάισζε ελέξγεηαο Αμηνπηζηία θαη αζθάιεηα Δκβέιεηα Σαρύηεηα κεηάδνζεο & απόδνζε Σνπνινγία Σν ειεθηξηθό όρεκα Κηλεηήξαο Ηιεθηξνληθόο ειεγθηήο ηαρύηεηαο (ESC) Σξνθνδνζία ειεθηξηθνύ νρήκαηνο Παηίλη Δλαιιαθηηθή ιύζε θαηαζθεπήο ηνπ έξγνπ Δπηζθόπεζε ζπζηήκαηνο - Ρνή πιεξνθνξηώλ Κεθάιαην

8 Γηεπαθή Διέγρνπ (Control Interface) Γάληη LilyPad Arduino Αγώγηκν Νήκα Αηζζεηήξεο Flex Αηζζεηήξαο Flex 4.5" Αηζζεηήξαο Flex 2.2" Οινθιήξσζε θπθιώκαηνο ηνπ αηζζεηήξα Flex Δπαλαθνξηηδόκελε κπαηαξία πνιπκεξνύο ιηζίνπ USB ulipo θνξηηζηήο κπαηαξίαο 3.7V LilyPad FTDI Basic Breakout Board - 3.3VDC LilyPad Γηαθόπηεο ON/OFF Τινπνίεζε θπθιώκαηνο γαληηνύ - Δηθόλα Ο θώδηθαο Αλάγλσζε θαη ραξηνγξάθεζε αηζζεηήξσλ Σειηθή κνξθή ηνπ θώδηθα γηα ην γάληη Σειηθή κνξθή ηεο εγθαηάζηαζεο - Δηθόλα Κεθάιαην Αζύξκαηε επηθνηλσλία - Bluetooth Βαζηθέο πξνδηαγξαθέο ηνπ πξσηνθόιινπ Bluetooth Hardware Δπηινγή ζπζθεπήο Bluetooth Ρύζκηζε ρξνλνδηαθόπηε Ο θώδηθαο γηα ηελ είζνδν ζε Command Mode Η πινπνίεζε Πξώηε πινπνίεζε θαη δνθηκέο ζηνλ πάγθν (on the bench) Η ζπλδεζκνινγία ηνπ δέθηε (Uno/Bluetooth/H-Bridge/Motor) Ο θώδηθαο ηεο πξώηεο πινπνίεζεο ζηνλ πάγθν (Πνκπόο) Ο θώδηθαο ηεο πξώηεο πινπνίεζεο ζηνλ πάγθν (Γέθηεο) Γεύηεξε πινπνίεζε θαη δνθηκή απεπζείαο ζην ειεθηξηθό όρεκα Κεθάιαην Σν ειεθηξηθό όρεκα (Electric Skateboard) Arduino Uno/Γέθηεο ζην ειεθηξηθό παηίλη Δπεμήγεζε ηεο δηακόξθσζεο

9 4.2 Γηαδηθαζία αλίρλεπζεο θαη θαηαγξαθήο ησλ RF ζεκάησλ Σα patterns ησλ θαηαγεγξακκέλσλ ζεκάησλ Κηλεηήξαο θαη παηίλη Φσηνγξαθηθό πιηθό από ηελ ηειηθή πινπνίεζε Ο ηειηθόο θώδηθαο γηα ην ειεθηξηθό παηίλη Κεθάιαην Πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα Κεθάιαην πκπεξάζκαηα & κειινληηθέο πξνηάζεηο πκπεξάζκαηα Μειινληηθέο πξνηάζεηο Παξάξηεκα Οδεγίεο ρξήζεο γαληηνύ & ειεθηξηθνύ παηηληνύ Παξάξηεκα Οδεγίεο θόξηηζεο ζπζηήκαηνο Παξάξηεκα Ο πιήξεο θώδηθαο γαληηνύ θαη ειεθηξηθνύ παηηληνύ Βηβιηνγξαθία

10 10

11 Κεθάιαην Δηζαγσγή Οη απηνθηλεηνβηνκεραλίεο έρνπλ θηάζεη ζε πνιύ πςειό επίπεδν, θαη ζπλερίδνπλ θαζεκεξηλά λα αλεβάδνπλ ηνλ πήρε. Σν επόκελό ηνπο βήκα είλαη ε αλαγλώξηζε θηλήζεσλ ηνπ νδεγνύ. Πην ζπγθεθξηκέλα, ζηηο απηνθηλεηνβηνκεραλίεο εμεηάδνπλ ηελ πεξίπησζε, λα κπνξεί ν νδεγόο λα ειέγμεη δηάθνξεο ιεηηνπξγίεο ηνπ απηνθηλήηνπ κε απιέο θηλήζεηο ησλ δαθηύισλ θαη κε ηε ρξήζε ελόο αηζζεηήξα ζην παξκπξίδ, π.ρ. λα αιιάμεη ζηαζκό ζην ξαδηόθσλν θνπλώληαο ην δείθηε ηνπ ή λα αλεβάζεη ζεξκνθξαζία ζηνλ θιηκαηηζκό, θνπλώληαο ηελ παιάκε ηνπ πξνο ηα επάλσ. Η αλαγλώξηζε ρεηξνλνκηώλ είλαη έλα ζέκα ηεο επηζηήκεο ησλ ππνινγηζηώλ θαη ηεο αλζξώπηλεο ηερλνινγίαο ηεο γιώζζαο (language technology) κε ζηόρν ηελ εξκελεία ηεο αλζξώπηλεο ρεηξνλνκίαο κέζσ καζεκαηηθώλ αιγνξίζκσλ. Οη ρεηξνλνκίεο κπνξνύλ λα πξνέξρνληαη από νπνηαδήπνηε θίλεζε ηνπ ζώκαηνο ή ηελ θαηάζηαζε απηνύ, αιιά ζπλήζσο πξνέξρνληαη από ην πξόζσπν ή ην ρέξη [1]. Απηή ε αλίρλεπζε αιιαγήο θαηάζηαζεο κπνξεί λα επηηεπρζεί θαη από κεραληθέο (πιήθηξα ζε πιεθηξνιόγην) αιιά θαη από ειεθηξνληθέο (θάκεξα, κηθξόθσλν, ππέξπζξεο, αηζζεηήξεο) κεζόδνπο. Η αλίρλεπζε θίλεζεο κπνξεί είηε λα πάξεη δηαθξηηέο ηηκέο, δειαδή εθόζνλ ππήξρε θίλεζε ή όρη (1 ή 0), ή κπνξεί λα απνηειείηαη από αλίρλεπζε κεγέζνπο πνπ κπνξεί λα κεηξήζεη θαη λα πνζνηηθνπνηήζεη ηε δύλακε ή ηελ ηαρύηεηα ηεο θίλεζεο απηήο ή ην αληηθεηκέλνπ πνπ ην δεκηνύξγεζε [2]. ην ζπγθεθξηκέλν έξγν, ιόγσ θόζηνπο, ρξεζηκνπνηήζεθαλ αηζζεηήξεο Flex γηα ηελ αλαγλώξηζε ησλ θηλήζεσλ ησλ δαθηύισλ. Οη αηζζεηήξεο απηνί, ιεηηνπξγνύλ πεξίπνπ ζαλ ηα πνηελζηόκεηξα, δειαδή ιπγίδνληαο ηνλ αηζζεηήξα παίξλνπκε δηαθνξεηηθέο ηηκέο ηάζεο, κε απνηέιεζκα λα "ραξηνγξαθνύληαη" θαη λα ζηέιλνληαη νη εληνιέο πνπ πξέπεη π.ρ. όηαλ ν αηζζεηήξαο βξίζθεηαη ζε γσλία 90 ν, λα ζηέιλεη ν κηθξνειεγθηήο ηελ εληνιή γηα πιήξε ηζρύ ζην ζύζηεκα. Παξόκνηνη αηζζεηήξεο έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί ζε δηάθνξα έξγα πνπ αθνξνύλ θπξίσο ξνκπνηηθέο εθαξκνγέο, όπσο είλαη ε πξνζνκνίσζε ελόο αλζξώπηλνπ ρεξηνύ κε έλα ξνκπνηηθό ρέξη. ρήκα 1.1 3D κνληέιν ρεξηνύ (δίθηπν λεύξσλ) Οη έξεπλεο πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζην ζπγθεθξηκέλν έξγν, μεθίλεζαλ από κειέηεο γηα ην πσο θηλείηαη ην αλζξώπηλν ρέξη (3D κνληέια από ην ηαηξηθό ηκήκα ηνπ παλεπη- 11

12 ζηεκίνπ ηνπ Γθέηεκπνξγθ, ζρήκα 1.1.1) θαη θαηέιεμαλ ζην πόζν ξεύκα (ζε ma) απαηηείηαη ζην ην γάληη, πνπ είλαη θαη ε θαξδηά ηνπ ζπζηήκαηνο. Να ζημειωθεί όηι ηο κόζηορ καηαζκεςήρ ηος έπγος δεν μποπούζε να ξεπεπάζει ηο ποζό ηων 400 εςπώ. 1.2 Κίλεζε αλζξώπηλνπ ρεξηνύ Γηα ηελ ηνπνζέηεζε ησλ αηζζεηήξσλ ζην γάληη, έπξεπε λα αλαιπζεί θαη λα κειεηεζεί ε θίλεζε ηνπ αλζξώπηλνπ ρεξηνύ ώζηε λα ηνπνζεηεζνύλ ζηα ζσζηά δάθηπια νη αηζζεηήξεο, ρσξίο λα πξνθαινύλ πξόβιεκα ζην ρξήζηε (θαηαπόλεζε θαηά ηε ρξήζε), γηα απηό θαη δεηήζεθε ε γλώκε ησλ θνηηεηώλ ηεο ηαηξηθήο ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηνπ Γθέηεκπνξγθ. Από ηελ έξεπλα πξνέθπςε όηη ε θαηαιιειόηεξε ηνπνζέηεζε ησλ αηζζεηήξσλ ζα ήηαλ ζηνλ δείθηε, γηα ηελ επηηάρπλζε ή επηβξάδπλζε (γθάδη) ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο θαη ζηνλ αληίρεηξα γηα ηελ εληνιή θξελαξίζκαηνο. Ο δείθηεο θαη ν αληίρεηξαο δελ θαηαπνλνύλ ην ππόινηπν ρέξη ην ίδην ζε ζύγθξηζε κε ηα ππόινηπα δάθηπια δηόηη νη κύεο ηνπο είλαη από ηνπο πην γπκλαζκέλνπο ζην ρέξη. ρήκα 1.2 3D κνληέιν ρεξηνύ (ρσξίο ην δεξκαηηθό ηζηό) Σν ζεσξεηηθό θνκκάηη ηεο έξεπλαο είρε νινθιεξσζεί, αιιά πξηλ ηελ ηειηθή απόθαζε γηα ηελ ηνπνζέηεζε ησλ αηζζεηήξσλ ζην γάληη, έπξεπε λα πξαγκαηνπνηεζνύλ δνθηκέο ζε πξαγκαηηθό πεξηβάιινλ. Σνλ ιόγν πήξαλ νη αλαβάηεο παηηληώλ (skaters) πνπ ήηαλ νη κόλνη πνπ κπνξνύζαλ λα θξίλνπλ αλ ην ζπλερόκελν ιύγηζκα ηνπ δείθηε θαη ηνπ αληίρεηξα θαηά ηελ νδήγεζε ελόο παηηληνύ δελ ζα θαηαπνλνύζε ην ρέξη. ρήκα 1.3 3D κνληέιν ησλ ζπλδέζκσλ ηνπ ρεξηνύ 12

13 Σα απνηειέζκαηα ήηαλ ζεηηθά, θαζώο κεηά από αλάβαζε δηάξθεηαο 25 ιεπηώλ θαη πάλσ από 1300 θάκςεηο ησλ δαθηύισλ (δείθηε θαη αληίρεηξα), δελ θαηαπνλήζεθε θαζόινπ ην ρέξη ηνπο. Πξαγκαηνπνηήζεθε κηα ηειεπηαία δνθηκή, ίδηαο δηάξθεηαο, κόλν πνπ απηήλ ηελ θνξά ηα δάθηπια πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ήηαλ ν κέζνο θαη ν παξάκεζνο. Δδώ ηα απνηειέζκαηα ήηαλ αξλεηηθά θαζώο ε πνιύσξε θάκςε ησλ ζπγθεθξηκέλσλ δαθηύισλ (κέζνπ θαη παξάκεζνπ) θαηαπόλεζε αηζζεηά ην ρέξη. 1.3 Ο κηθξνειεγθηήο Γηα ηελ ιήςε θαη ηελ επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ ζην γάληη αιιά θαη ζην ειεθηξηθό όρεκα ήηαλ απαξαίηεηε ε ρξήζε δύν κηθξνειεγθηώλ. Ο κηθξνειεγθηήο (αγγιηθά, microcontroller) είλαη έλαο ηύπνο επεμεξγαζηή, νπζηαζηηθά κηα παξαιιαγή κηθξνεπεμεξγαζηή, ν νπνίνο κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη κε ειάρηζηα εμσηεξηθά εμαξηήκαηα, ιόγσ ησλ πνιιώλ ελζσκαησκέλσλ ππνζπζηεκάησλ πνπ δηαζέηεη. Υξεζηκνπνηείηαη επξύηαηα ζε όια ηα ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα (embedded systems) ειέγρνπ ρακεινύ θαη κεζαίνπ θόζηνπο, όπσο απηά πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζε απηνκαηηζκνύο, ειεθηξνληθά θαηαλαισηηθά πξντόληα (από ςεθηαθέο θσηνγξαθηθέο κεραλέο έσο παηρλίδηα), ειεθηξηθέο ζπζθεπέο θαη θάζε είδνπο απηνθηλνύκελα ηξνρνθόξα νρήκαηα [3] Γηαθνξέο από ηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή ηνπο ζύγρξνλνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο γηα κε ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα (π.ρ. ηνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο ησλ πξνζσπηθώλ ππνινγηζηώλ), δίλεηαη έκθαζε ζηελ ππνινγηζηηθή ηζρύ. Η επειημία αλάπηπμεο δηαθνξεηηθώλ εθαξκνγώλ είλαη κεγάιε, θαζώο ε ιεηηνπξγηθόηεηα ηνπ ηειηθνύ ζπζηήκαηνο θαζνξίδεηαη από ηα εμσηεξηθά πεξηθεξεηαθά ηα νπνία δηαζπλδένληαη κε ηελ θεληξηθή κνλάδα (κηθξνεπεμεξγαζηή), ε νπνία δελ είλαη εμεηδηθεπκέλε. Αληίζεηα, ζηνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο γηα ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα (κηθξνειεγθηέο), νη νπνίνη έρνπλ κηθξόηεξεο ή θαη κεδακηλέο δπλαηόηεηεο ζπλεξγαζίαο κε εμσηεξηθά πεξηθεξεηαθά, απηνύ ηνπ είδνπο, ε επειημία είλαη πεξηνξηζκέλε, θαζώο θαη ε ππνινγηζηηθή ηζρύο. Οη κηθξνειεγθηέο δίλνπλ έκθαζε ζην κηθξό αξηζκό νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ πνπ απαηηείηαη γηα ηε ιεηηνπξγία κηαο ζπζθεπήο, ην ρακειό θόζηνο θαη ηελ εμεηδίθεπζε. Αλαιπηηθά, ηα πιενλεθηήκαηα ησλ κηθξνειεγθηώλ είλαη: Απηνλνκία, κέζσ ηεο ελζσκάησζεο ζύλζεησλ πεξηθεξεηαθώλ ππνζπζηεκάησλ όπσο κλήκεο θαη ζύξεο επηθνηλσλίαο. Έηζη πνιινί κηθξνειεγθηέο δελ ρξεηάδνληαη θαλέλα άιιν νινθιεξσκέλν θύθισκα γηα λα ιεηηνπξγήζνπλ. Η ελζσκάησζε πεξηθεξεηαθώλ ζεκαίλεη επθνιόηεξε πινπνίεζε εθαξκνγώλ ιόγσ ησλ απινύζηεξσλ δηαζπλδέζεσλ. Δπίζεο, νδεγεί ζε ρακειόηεξε θαηαλάισζε ηζρύνο, κεγηζηνπνηώληαο ηε θνξεηόηεηα θαη ειαρηζηνπνηεί ην θόζηνο ηεο ζπζθεπήο ζηελ νπνία ελζσκαηώλεηαη ν κηθξνειεγθηήο. Υακειό θόζηνο. Μεγαιύηεξε αμηνπηζηία, θαη πάιη ιόγσ ησλ ιηγόηεξσλ δηαζπλδέζεσλ. Μεησκέλεο εθπνκπέο ειεθηξνκαγλεηηθώλ παξεκβνιώλ θαη κεησκέλε επαηζζεζία ζε αληίζηνηρεο παξεκβνιέο από άιιεο ειεθηξηθέο θαη ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο. Σν πιενλέθηεκα απηό πξνθύπηεη από ην κηθξόηεξν αξηζκό θαη κήθνο εμσηεξηθώλ δηαζπλδέζεσλ θαζώο θαη ηηο ρακειόηεξεο ηαρύηεηεο ιεηηνπξγίαο. Πεξηζζόηεξνη δηαζέζηκνη αθξνδέθηεο γηα ςεθηαθέο εηζόδνπο-εμόδνπο (γηα δεδνκέλν κέγεζνο νινθιεξσκέλνπ θπθιώκαηνο), ιόγσ ηεο κε δέζκεπζήο ηνπο γηα ηε ζύλδεζε εμσηεξηθώλ πεξηθεξεηαθώλ. 13

14 Μηθξό κέγεζνο ζπλνιηθνύ ππνινγηζηηθνύ ζπζηήκαηνο. Η βαζηθή αξρηηεθηνληθή ησλ κηθξνειεγθηώλ δε δηαθέξεη από απηή ησλ θνηλώλ κηθξνεπεμεξγαζηώλ, αλ θαη ζηνπο πξώηνπο απαληάηαη ζπρλά ε αξρηηεθηνληθή κλήκεο ηύπνπ Harvard, ε νπνία ρξεζηκνπνηεί δηαθνξεηηθέο αξηεξίεο ζύλδεζεο ηεο κλήκεο πξνγξάκκαηνο θαη ηεο κλήκεο δεδνκέλσλ (π.ρ. νη ζεηξέο AVR από ηελ Atmel θαη PIC από ηελ Microchip). ρήκα 1.4 Μηθξνειεγθηήο ηεο εηαηξείαο Texas Instruments Καηαζθεπαζηέο κηθξνειεγθηώλ Μεξηθνί από ηνπο γλσζηόηεξνπο θαηαζθεπαζηέο κηθξνειεγθηώλ είλαη νη: ARM (δελ θαηαζθεπάδεη αιιά παξαρσξεί δηθαηώκαηα ρξήζεο ηνπ ππξήλα) Atmel Epson Freescale Semiconductor (πξώελ Motorola) Hitachi Maxim (κεηά ηελ εμαγνξά ηεο Dallas) Microchip NEC Toshiba Texas Instruments Γιώζζεο πξνγξακκαηηζκνύ θαη εξγαιεία αλάπηπμεο Η επηηπρία κηαο νηθνγέλεηαο κηθξνειεγθηώλ θαζνξίδεηαη ζε κεγάιν βαζκό από ηε δηαζεζηκόηεηα θαη ηελ επρξεζηία ησλ ζρεηηθώλ εξγαιείσλ αλάπηπμεο, όπσο κεηαθξαζηέο από γιώζζεο πςεινύ επηπέδνπ ζε γιώζζα θαηαλνεηή από ηνλ κηθξνειεγθηή (Assembly), πξνγξακκαηηζηέο ηεο εζσηεξηθήο κλήκεο θαη εξγαιεία εθζθαικάησζεο (debuggers). ηνπο κηθξνειεγθηέο, ηα εξγαιεία απηά δελ απνηεινύληαη πνηέ κόλν από ινγηζκηθό, θαζώο δελ ππάξρεη ηππνπνηεκέλνο ηξόπνο επηθνηλσλίαο κε απηνύο. ηνλ ηνκέα ησλ εξγαιείσλ αλάπηπμεο, δξαζηεξηνπνηνύληαη όρη κόλν νη ίδηνη νη θαηαζθεπαζηέο κηθξνειεγθηώλ αιιά θαη εμεηδηθεπκέλεο εηαηξείεο. Οη πην δηαδεδνκέλεο γιώζζεο πξνγξακκαηηζκνύ ησλ κηθξνειεγθηώλ είλαη ε C, ε C++ θαη νη παξαιιαγέο ηνπο. ε ηκήκαηα ηνπ ινγηζκηθνύ όπνπ απαηηείηαη ηαρύηεηα ή κηθξό κέγεζνο ρξεζηκνπνηνύκελεο κλήκεο, κπνξεί λα ρξεζηκνπνηείηαη ε Assembly. Όκσο νη κεγαιύηεξεο απαηηήζεηο ζε ιεηηνπξγηθόηεηα θαη ε επθνιία πξνγξακκαηηζκνύ ηεο C 14

15 έλαληη ηεο Assembly, ζε ζπλδπαζκό κε ηελ επάξθεηα κλήκεο ησλ ζύγρξνλσλ κηθξνειεγθηώλ, έρνπλ γεληθά εθηνπίζεη ηελ Assembly από ηηο πεξηζζόηεξεο εθαξκνγέο. Γηα ηνλ πξνγξακκαηηζκό ηνπ γαληηνύ αιιά θαη ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο επηιέρηεθε ε γιώζζα πξνγξακκαηηζκνύ C++, δηόηη ππνζηεξίδεη δνκεκέλν, αληηθεηκελνζηξεθή θαη γεληθό πξνγξακκαηηζκό Δπηινγή κηθξνειεγθηή Γηα ηε ζσζηή επηινγή ελόο κηθξνειεγθηή, έπξεπε πξώηα λα εξεπλεζνύλ θαη λα θαηαγξαθνύλ νη απαηηήζεηο πνπ ππήξραλ γηα ην γάληη αιιά θαη γηα ην ειεθηξηθό όρεκα μερσξηζηά. Όζν αθνξά ην κηθξνειεγθηή ηνπ γαληηνύ, νη απαηηήζεηο ήηαλ νη εμήο: 1. Να δηαζέηεη δύν (2) ή πεξηζζόηεξεο αλαινγηθέο εηζόδνπο (analog pins). 2. Να αληέρεη ηξνθνδνζία κεγαιύηεξε ησλ 4V θαη 50mA. 3. Να κπνξεί λα ξαθηεί ζην γάληη. 4. Μηθξόο ζε όγθν. 5. Να δηαζέηεη ζεηξηαθή επηθνηλσλία Ι/Ο ηδαληθή γηα ηελ άκεζε ηνπνζέηεζε κηαο ζπζθεπήο Bluetooth ή ελόο FTDI board. 6. Αληί γηα ζπγθνιιήζεηο θαισδίσλ πάλσ ηνπ, λα κπνξνύλ όιεο νη ζπλδέζεηο ησλ ειεθηξνληθώλ λα γίλνπλ κε αγώγηκν λήκα (conductive thread). 7. Να είλαη αδηάβξνρνο θαη λα κελ ππάξρεη πξόβιεκα κε ηελ ζθόλε. 8. Υακειό θόζηνο. ύκθσλα κε ηα παξαπάλσ, ν κηθξνειεγθηήο πνπ θάιππηε πιήξσο όιεο ηηο απαηηήζεηο γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ γαληηνύ ήηαλ ν LilyPad ηεο εηαηξείαο Arduino (αλαιπηηθέο πιεξνθνξίεο θαη ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά όζν αθνξά ην κηθξνειεγθηή LilyPad Arduino αθνινπζνύλ ζην Κεθ.2). Γηα ην κηθξνειεγθηή ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο νη απαηηήζεηο ήηαλ πνιύ ιηγόηεξεο ζε ζύγθξηζε κε ην γάληη, νπόηε ε επηινγή ήηαλ ζαθώο επθνιόηεξε. Οη απαηηήζεηο γηα ηνλ κηθξνειεγθηή ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο ήηαλ νη εμήο: 1. Να δηαζέηεη κία (1) ή πεξηζζόηεξεο ςεθηαθέο εμόδνπο (digital pins). 2. Να δηαρεηξίδεηαη ηάζε ησλ 5V. 3. Μηθξόο ζε όγθν. 4. Να δηαζέηεη ηνπιάρηζηνλ δύν (2) γεηώζεηο (ground pins). 5. Υακειό θόζηνο. Αθνινπζώληαο ηηο παξαπάλσ απαηηήζεηο, επηιέρηεθε θαη αγνξάζηεθε ν κηθξνειεγθηήο Uno ηεο εηαηξείαο Arduino γηα λα δηαρεηξηζηεί θαη λα επεμεξγαζηεί ηα δεδνκέλα ζην ειεθηξηθό όρεκα (αλαιπηηθέο πιεξνθνξίεο θαη ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά όζν αθνξά ην κηθξνειεγθηή Arduino Uno αθνινπζνύλ ζην Κεθ.4) Arduino Board Σν Arduino Board είλαη κηα απιή κεηξηθή πιαθέηα αλνηθηνύ θώδηθα, κε ελζσκαησκέλν κηθξνειεγθηή θαη εηζόδνπο / εμόδνπο πνπ κπνξεί λα πξνγξακκαηηζηεί κε ηε γιώζζα Wiring (νπζηαζηηθά πξόθεηηαη γηα ηε γιώζζα πξνγξακκαηηζκνύ C++ θαη έλα ζύλνιν από βηβιηνζήθεο, πινπνηεκέλεο επίζεο ζηελ C++ ). Σν Arduino κπνξεί λα ρξεζηκν- 15

16 πνηεζεί γηα ηελ αλάπηπμε αλεμάξηεησλ δηαδξαζηηθώλ αληηθεηκέλσλ αιιά θαη λα ζπλδεζεί κε ππνινγηζηή κέζσ ησλ πξνγξακκάησλ Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider. Οη πεξηζζόηεξεο εθδόζεηο ηνπ Arduino κπνξνύλ λα αγνξαζηνύλ πξνζπλαξκνινγεκέλεο θαζώο ην δηάγξακκα θαη νη πιεξνθνξίεο γηα ην πιηθό είλαη δηαζέζηκα πξνο ην αγνξαζηηθό θνηλό. Μία πιαθέηα Arduino απνηειείηαη από έλα κηθξνειεγθηή Atmel AVR (ATmega328 θαη ATmega168 ζηηο λεόηεξεο εθδόζεηο, ATmega8 ζηηο παιαηόηεξεο) θαη ζπκπιεξσκαηηθά εμαξηήκαηα γηα ηελ δηεπθόιπλζε ηνπ ρξήζηε ζηνλ πξνγξακκαηηζκό θαη ηελ ελζσκάησζε ηνπ ζε άιια θπθιώκαηα. Όιεο νη πιαθέηεο πεξηιακβάλνπλ έλα γξακκηθό ξπζκηζηή ηάζεο 5V θαη έλαλ θξπζηαιιηθό ή θεξακηθό ηαιαλησηή 16MHz. Ο κηθξνειεγθηήο είλαη από θαηαζθεπήο πξνγξακκαηηζκέλνο κε έλα bootloader, έηζη ώζηε λα κε ρξεηάδεηαη εμσηεξηθόο πξνγξακκαηηζηήο [4]. Σέινο, ε εηαηξεία πνπ δηαζέηεη ηα Arduino έρεη ζρεδηάζεη δηθό ηεο νινθιεξσκέλν πεξηβάιινλ αλάπηπμεο (Arduino IDE) πξνο δηεπθόιπλζε ησλ πξνγξακκαηηζηώλ. ρήκα 1.6. ρήκα 1.5 Ο λένο κηθξνειεγθηήο ηεο Arduino, Zero ρήκα 1.6 Αλαπηπμηαθό πεξηβάιινλ Arduino IDE 16

17 1.4 Αζύξκαηε επηθνηλσλία Αζύξκαηε επηθνηλσλία είλαη ε κεηάδνζε πιεξνθνξηώλ κεηαμύ δύν ή πεξηζζνηέξσλ ζεκείσλ ρσξίο ηε βνήζεηα ελόο ειεθηξηθνύ αγσγνύ (θαιώδην). Ο ζηόρνο ηεο αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο είλαη ε επίηεπμε επηθνηλσληώλ κεγάινπ βειελεθνύο, ζηηο νπνίεο ε ρξήζε ησλ θαισδίσλ είλαη αδύλαηε ή αλέθηθηε. Ο όξνο "αζύξκαηε επηθνηλσλία" ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο ζηνλ ηειεπηθνηλσληαθό θιάδν γηα ηελ αλαθνξά ζε ζπζηήκαηα ηειεπηθνηλσληώλ (ξαδηνθσληθνί πνκπνί θαη δέθηεο, ηειερεηξηζηήξηα θιπ.) πνπ ρξεζηκνπνηνύλ θάπνηα κνξθή ελέξγεηαο (ξαδηνθύκαηα, αθνπζηηθή ελέξγεηα, θιπ.) γηα λα κεηαθέξνπλ πιεξνθνξίεο ρσξίο ηε ρξήζε θαισδίσλ. Η πξώηε αζύξκαηε ηειεθσληθή ζπλνκηιία ζηνλ θόζκν ζπλέβε ην 1880, όηαλ ν Αιεμάληεξ Γθξάρακ Μπει θαη ν Charles Sumner Tainter εθεύξαλ ην θσηνηειέθσλν (photophone), έλα ηειέθσλν πνπ κεηάδηδε ηε ζπλνκηιία ηνπο κέζσ θιηκαθνύκελσλ αθηηλώλ θσηόο. Πέξαζαλ αξθεηέο δεθαεηίεο κέρξη λα ρξεζηκνπνηεζεί ην θσηνηειέθσλν ζε πξαθηηθέο εθαξκνγέο, όπνπ ηελ πξώηε ηνπ εκθάληζε ηελ έθαλε ζε ζηξαηησηηθέο επηθνηλσλίεο θαη αξγόηεξα ζε επηθνηλσλίεο νπηηθώλ ηλώλ [5]. ην ρήκα 1.7 πνπ αθνινπζεί, παξαηεξείηαη κηα εηθνλνγξάθεζε ελόο πνκπνύ θσηνηειεθώλνπ πνπ δείρλεη ηελ πνξεία ηνπ αλαθιώκελνπ ειηαθνύ θσηόο πξηλ ηελ κεηάδνζε θσλήο αιιά θαη κεηά. Η ζπγθεθξηκέλε εηθνλνγξάθεζε είλαη από ην ζεκεησκαηάξην ηνπ Αιεμάληεξ Γθξάρακ Μπει. ρήκα 1.7 Δηθνλνγξάθεζε ελόο πνκπνύ θσηνηειεθώλνπ Οη πην θνηλέο αζύξκαηεο ηερλνινγίεο ρξεζηκνπνηνύλ ξαδηνζπρλόηεηα γηα ηε κεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ. Σα ξαδηνθύκαηα κπνξνύλ λα θαιύςνπλ κηθξέο αιιά θαη πνιύ κεγάιεο απνζηάζεηο (π.ρ. δηαζηεκηθέο απνζηνιέο). Γηάθνξεο εθαξκνγέο ζηνλ θόζκν ρξεζηκνπνηνύλ ξαδηνζπρλόηεηα γηα λα επηθνηλσλήζνπλ όπσο γηα παξάδεηγκα ην ξαδηόθσλν, ηα θηλεηά αιιά θαη ζηαζεξά ηειέθσλα, ηα PDA, νη θεξαίεο ησλ ηειενξάζεσλ, ηα GPS θαζώο θαη ζρεδόλ ηα πεξηζζόηεξα αζύξκαηα δίθηπα. Άιιεο κε ηόζν θνηλνί κέζνδνη αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο πξαγκαηνπνηνύληαη κε ηε ρξήζε άιισλ ειεθηξνκαγλεηηθώλ αζύξκαησλ ηερλνινγηώλ, όπσο είλαη ην θσο, ηα καγλεηηθά ή ειεθηξηθά πεδία αιιά θαη ηε ρξήζε ηνπ ήρνπ [5]. Η αζύξκαηε ηερλνινγία Bluetooth θαζώο θαη ε ξαδηνζπρλόηεηα RF είλαη δύν από ηηο πην γλσζηέο αζύξκαηεο επηθνηλσλίεο ζηνλ θόζκν, θαζώο πξνζθέξνπλ επθνιία ρξήζεο 17

18 ζηνλ ρξήζηε ηνπο αιιά θαη εύθνιν πξνγξακκαηηζκό θαη δηακόξθσζε ησλ ζπζθεπώλ ηνπο. Γηα ηνλ ιόγν απηό, ε έξεπλα αθνξνύζε κόλν απηά ηα δύν πξσηόθνιια επηθνηλσλίαο Γηαηί Bluetooth θαη όρη ξαδηνζπρλόηεηα RF; Οη βαζηθέο απαηηήζεηο γηα ηελ επηινγή κηαο κνλάδαο επηθνηλσλίαο (πνκπνύ / δέθηε) είλαη ην θόζηνο, ε αζθάιεηα, ε εκβέιεηα, ε θαηαλάισζε ελέξγεηαο, νη παξεκβνιέο πνπ πξνθαιεί ή δέρεηαη, ν ρξόλνο απόθξηζεο θαη ε επθνιία ρξήζεο ηεο ζπζθεπήο / πξσηνθόιινπ. ε γεληθέο γξακκέο, ην Bluetooth αιιά θαη ε απιή ξαδηνζπρλόηεηα RF κπνξνύλ λα θαιύςνπλ ηηο ίδηεο απαηηήζεηο, αιιά ε ηερλνινγία Bluetooth ππεξέρεη ζηηο ιεπηνκέξεηεο Πσο ιεηηνπξγεί ην πξσηόθνιιν RF Γηα ηελ παξνρή κηαο αμηόπηζηεο επηθνηλσλίαο ζηελ κπάληα ζπρλνηήησλ ησλ 2.4 GHz, ηδηόθηεηα δίθηπα RF θάλνπλ ρξήζε ησλ δηθώλ ηνπο πξσηνθόιισλ. Έλα δίθηπν RF ιεηηνπξγεί ζε έλα «ήζπρν» θαλάιη γηα λα δηαζθαιίζεη όηη ε γέθπξα (Bridge) ζα ιακβάλεη παθέηα από ηνπο θόκβνπο ηεο. Δάλ πξνθιεζνύλ ζόξπβνη ζην θαλάιη, ην δίθηπν ζα «θπλεγήζεη» γηα έλα πην θαζαξό θαλάιη ώζηε λα ζπλερηζηεί ε επηηπρήο αλακεηάδνζε. ε πεξίπησζε πνπ ε ζπζθεπή ππνζηεξίδεη ηε κεηάδνζε Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), ην πξσηόθνιιν επηιέγεη απηόκαηα απηόλ ηνλ ηξόπν πξηλ αληρλεύζεη παξεκβνιέο θαη θπλεγήζεη έλα πην ήζπρν θαλάιη. Γεδνκέλνπ όηη ην ζπγθεθξηκέλν πξσηόθνιιν RF δελ αθνινπζεί θαλέλα πξόηππν IEEE, είλαη ππνινγηζηηθά πην ειαθξύ θαη βειηηζηνπνηεκέλν γηα εηδηθέο εθαξκνγέο όζν αθνξά ηελ θαηαλάισζε ελέξγεηαο θαη ηε κεηαθνξά παθέησλ Πσο ιεηηνπξγεί ην πξσηόθνιιν Bluetooth Σν Bluetooth είλαη έλα πξόηππν αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο κηθξνύ εύξνπο θάζκαηνο πνπ πξννξίζηεθε αξρηθά γηα λα αληηθαηαζηήζεη ηα θαιώδηα ζεηξηαθήο επηθνηλσλίαο RS-232 αιιά θαη ηελ επηθνηλσλία ειεθηξνληθώλ ζπζθεπώλ κεηαμύ ηνπο. Μηα ζεκαληηθή δηαθνξά κε ην πξσηόθνιιν RF είλαη όηη ην Bluetooth θαιύπηεη ηα πξόηππα ηεο IEEE γηα αζύξκαηα ηνπηθά δίθηπα. Τπάξρνπλ 2 ηύπνη ζπζηεκάησλ Bluetooth: ην Basic Rate (BR) θαη ην Low Energy (LE) Καη ηα δύν ζπζηήκαηα πεξηιακβάλνπλ ηνλ εληνπηζκό ζπζθεπήο (Master/Slave), ηελ επηηπρή ζύλδεζε κεηαμύ Master θαη Slave θαζώο θαη ηνπο κεραληζκνύο ζύλδεζεο. Σν ζύζηεκα Low Energy (LE) πεξηιακβάλεη ιεηηνπξγίεο πνπ έρνπλ ζρεδηαζηεί γηα λα ρξεζηκνπνηεζνύλ ζε πξντόληα πνπ απαηηνύλ κηθξόηεξε θαηαλάισζε ξεύκαηνο, ρακειόηεξε πνιππινθόηεηα θαη ρακειόηεξν θόζηνο από όηη ην Basic Rate (BR). Δπίζεο έρεη ζρεδηαζηεί γηα λα ρξεζηκνπνηείηαη θαη ζε εθαξκνγέο πνπ ζηέιλνπλ κηθξνύ όγθνπ δεδνκέλα θαζώο θαη ζε κηθξόηεξνπο θύθινπο ιεηηνπξγίαο (Duty cycles). ηνλ Πίλαθα 1.1 πνπ αθνινπζεί, γίλεηαη κηα ζύγθξηζε ησλ 2 βαζηθώλ ζπζηεκάησλ Bluetooth κεηαμύ ηνπο [6]. 18

19 Πίλαθαο 1.1 ύγθξηζε βαζηθώλ πξσηνθόιισλ Bluetooth Technical Specification Basic Rate (BR) Low Energy (LE) Bluetooth Bluetooth Distance/Range (theoretical max.) 100 m <100 m Over the air data rate 1-3 Mbit/s 1 Mbit/s Application throughput Mbit/s 0.27 Mbit/s Active slaves 7 Not defined; implementation dependent 128-bit AES with Counter Security 56/128-bit and application Mode CBC-MAC and layer user defined application layer user defined Robustness Adaptive fast frequency hopping, FEC, fast ACK Adaptive frequency hopping, Lazy Acknowledgement, 24-bit CRC, 32-bit Message Integrity Check Latency (from a nonconnected state) Typically 100 ms 6 ms Total time to send data (det.battery life) 100 ms 3 ms Voice capable Yes No Network topology Scatternet Scatternet Power consumption 1 W as the reference 0.01 to 0.5 W (depending on use case) Peak current consumption <30 ma <15 ma Service discovery Yes Yes Profile concept Yes Yes Primary use cases Mobile phones, gaming, headsets, stereo audio streaming, smart homes, wearables, automotive, PCs, security, proximity, healthcare, sports & fitness, etc Κόζηνο Mobile phones, gaming, PCs, watches, sports & fitness, healthcare, security & proximity, automotive, home electronics, automation, industrial, etc. Τπάξρεη πιεζώξα αζύξκαησλ ζπζθεπώλ ζηελ αγνξά πνπ νη ηηκέο ηνπο δηαθνξνπνηνύληαη κε βάζε ηηο απαηηήζεηο ρξήζεο, θαζώο θαη ηελ πνηόηεηά ηνπο. Σα άηνκα πνπ αγνξάδνπλ θαη πξνγξακκαηίδνπλ αζύξκαηεο ζπζθεπέο, πξνβαίλνπλ πξώηα ζε κηα έξεπλα αγνξάο γηα ηνλ πην νηθνλνκηθό αιιά θαη απνδνηηθό κηθξνειεγθηή πνπ ζα ρξεζηκνπνηήζνπλ θαζώο ε ρξήζε κηαο αζύξκαηεο ζπζθεπήο ζε κηα εθαξκνγή, απαηηεί λα ππάξρεη αξθεηή κλήκε ηύπνπ Flash γηα λα κπνξεί λα θξαηήζεη ηελ ζηνίβα αζύξκαησλ πξσηνθόιισλ. Μπνξεί ην Bluetooth LE λα είλαη έλα πξόηππν, παξόια απηά ην κέγεζνο ηνπ θώδηθα πνπ απαηηεί είλαη πνιύ κεγαιύηεξν από ηα ηδηόθηεηα πξσηόθνιια RF. Δπίζεο, ην θόζηνο κηαο ζπζθεπήο Bluetooth LE είλαη κεγαιύηεξν κηαο ζπζθεπήο RF, γηαηί ην Bluetooth όπσο πξναλαθέξζεθε απαηηεί κεγαιύηεξε Flash 19

20 Memory. Ωζηόζν, ηα ηδηόθηεηα δίθηπα απαηηνύλ κηα εμσηεξηθή γέθπξα γηα λα ζπλδεζνύλ κε ηνλ Τπνινγηζηή/Host έηζη ώζηε λα κπνξνύλ λα «κηιήζνπλ» ζε άιιεο ζπζθεπέο πνπ ππάξρνπλ ζην δίθηπν. Παξόιν πνπ κηα ζπζθεπή Bluetooth έρεη κεγαιύηεξν θόζηνο ζε ζρέζε κε κηα ζπζθεπή RF, κε ηε ιεηηνπξγία Low Energy (LE) πξνζθέξεηαη κεγαιύηεξε δηάξθεηα δσήο ηεο κπαηαξίαο δηόηη ε ιεηηνπξγία LE βξίζθεηαη πάληα ζε θαηάζηαζε εθηόο ιεηηνπξγίαο. Πην ζπγθεθξηκέλα, όηαλ ν Master δελ έρεη λα ζηείιεη θάπνηα παθέηα δεδνκέλσλ ζηνπο Slave, απελεξγνπνηείηαη θαη ελεξγνπνηείηαη πάιη κόιηο αληρλεύζεη θίλεζε δεδνκέλσλ από ηνλ Host Καηαλάισζε ελέξγεηαο Οη θαηαζθεπαζηέο ηζηπ RF δελ απνθαιύπηνπλ πιήξσο ηελ θαηαλάισζε ελέξγεηαο ζηα ηερληθά ηνπο δειηία (datasheet). Γηεπθξηλίδνπλ όηη ε θαηαλάισζε ελέξγεηαο εμαξηάηαη από ηνπο θύθινπο ιεηηνπξγίαο (Duty cycles). Οη πξνγξακκαηηζηέο ζα πξέπεη θαηά ζπλέπεηα λα πξαγκαηνπνηήζνπλ ηηο δηθέο ηνπο κεηξήζεηο όζν αθνξά ηελ θαηαλάισζε ελέξγεηαο κηαο αζύξκαηεο ζπζθεπήο RF κε δηάθνξνπο πεηξακαηηζκνύο ζε αληίζηνηρα πεξηβάιινληα. Καζώο ε ελέξγεηα είλαη ην θύξην κέιεκα, ην πξόηππν ρακειήο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο Bluetooth (Low Energy) δηεπθξηλίδεη όηη κηα εθαξκνγή δελ πξέπεη λα θαηαλαιώλεη πεξηζζόηεξν από 20mA ξεύκα θαη 15mA ζε εθαξκνγέο πνπ ρξεζηκνπνηνύλ κπαηαξίεο ηύπνπ θέξκαηνο (coin battery) κε κέγηζηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ ηα 3ms. Σα πξντόληα θαη νη εθαξκνγέο πνπ ρξεζηκνπνηνύλ Bluetooth LE θαηαλαιώλνπλ κόιηο ην έλα δέθαην (1/10) ηεο ελέξγεηαο πνπ θαηαλαιώλνπλ ηα θιαζζηθά Bluetooth (BR). ε πνιιέο πεξηπηώζεηο, ηα πξντόληα θαη νη εθαξκνγέο πνπ ρξεζηκνπνηνύλ Bluetooth LE θηάλνπλ έσο θαη ηνλ 1 ρξόλν ιεηηνπξγίαο ρσξίο θόξηηζε (κε ρξήζε κπαηαξίαο coin). Με απηόλ ηνλ ηξόπν, είλαη δπλαηόλ λα ππάξρνπλ, γηα παξάδεηγκα, κηθξνί αηζζεηήξεο πνπ παίξλνπλ κεηξήζεηο ζπλερώο θαη επηθνηλσλνύλ κε άιιεο ζπζθεπέο, όπσο έλα θηλεηό ηειέθσλν ή έλα ειεθηξηθό όρεκα (Longboard) Αμηνπηζηία θαη αζθάιεηα Η ηθαλόηεηα λα αλζίζηαληαη ζε παξεκβνιέο από άιιεο ηερλνινγίεο πνπ κνηξάδνληαη ηελ ίδηα δώλε ζπρλνηήησλ, είλαη εμαηξεηηθά ζεκαληηθή, θαζώο απηό επεξεάδεη επίζεο ηελ απόδνζε ηεο ζπζθεπήο/εθαξκνγήο πξνο ηνλ ηειηθό ρξήζηε. Η αλζεθηηθόηεηα ζε παξεκβνιέο, ζηε δώλε ησλ 2.4 GHz, ζεκαίλεη όηη κπνξνύλ αμηόπηζηα λα ζπλππάξρνπλ ηα πξόηππα b/g, κε ηα Bluetooth, ηα Wireless USB, θαζώο θαη κηα ζεηξά αζύξκαησλ ηειεθώλσλ αιιά θαη θνύξλσλ κηθξνθπκάησλ. Μόλν έλα έμππλν ζύζηεκα θσδηθνπνίεζεο κε κηα θαιή κεζνδνινγία κεηαπήδεζεο θαλαιηώλ (channel hopping methodology) κπνξεί λα εμαζθαιίζεη ηελ αμηνπηζηία ησλ δεδνκέλσλ. Δλώ νξηζκέλεο ζπζθεπέο ξαδηνζπρλνηήησλ ρξεζηκνπνηνύλ DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum) καδί κε FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) ζπζηήκαηα κεηάδνζεο, ην Bluetooth LE ρξεζηκνπνηεί κηα πξνζαξκνζηηθή ηερλνινγία κεηαπήδεζεο ζπρλνηήησλ, ε νπνία είλαη θνηλή ζε όιεο ηηο ζπζθεπέο ηερλνινγίαο Bluetooth. Σν DSSS δηαζθαιίδεη ηελ επξσζηία ησλ δεδνκέλσλ, ελώ ην FHSS επηηξέπεη ζην αζύξκαην ζήκα λα κεηαπεδά ζε λέα θαλάιηα κόιηο ε παξεκβνιή γίλεη αηζζεηή. Η έιιεηςε DSSS ζηηο ζπζθεπέο Bluetooth είλαη έλα κεηνλέθηεκα ζε ζύγθξηζε κε ηα ηδηόθηεηα πξσηόθνιια RF, πνπ κπνξνύλ λα ζπλππάξμνπλ ζε ζνξπβώδε πεξηβάιινληα ρσξίο λα ρξεηαζηεί λα κεηαπεδήζνπλ ζε έλα πην ήζπρν θαλάιη. Σν Bluetooth LE πξνζθέξεη πιήξε θσδηθνπνίεζε AES-128, ε νπνία παξέρεη ηζρπξή θξππηνγξάθεζε αιιά θαη έιεγρν ηαπηόηεηαο ησλ παθέησλ δεδνκέλσλ. Σαπηόρξνλα, θαηαλαιώλεη έλα ζεκαληηθό όγθν δεδνκέλσλ από ην νιηθό παθέην. Γηα λα εμαζθαιη- 20

21 ζηεί έλα αμηόπηζην θαη αζθαιέο ζύζηεκα, ν πξνγξακκαηηζηήο απνθαζίδεη πνην πξσηόθνιιν ζα πηνζεηήζεη, αλ απηό είλαη έλα ππάξρνλ ηδηόθηεην ή Bluetooth θαη πάληα κε βάζε ηηο δπλαηόηεηεο ηεο ζπζθεπήο αιιά θαη ησλ απαηηήζεσλ ηνπ επηπέδνπ αζθαιείαο ηεο εθαξκνγήο Δκβέιεηα Οη αζύξκαηεο εθαξκνγέο επηθνηλσλνύλ ζπλήζσο ελώ βξίζθνληαη ζε κηθξέο απνζηάζεηο θαη ζπλεπώο, ε αλάγθε γηα εκβέιεηα κεγαιύηεξε ησλ 10 κέηξσλ είλαη πνιύ ζπάληα. Όζν κεγαιύηεξε είλαη ε απόζηαζε πνπ πξέπεη λα θαιύςεη ε αζύξκαηε επηθνηλσλία, ηόζν κεγαιύηεξε είλαη θαη ε θαηαλάισζε ελέξγεηαο ηεο ζπζθεπήο. Δλώ ηα ηδηόθηεηα πξσηόθνιια RF ηζρπξίδνληαη όηη κπνξνύλ λα θαιύςνπλ κεγάιεο απνζηάζεηο κε ηελ βνήζεηα εμσηεξηθώλ εληζρπηώλ ηζρύνο, ην Bluetooth LE θαιύπηεη απνζηάζεηο έσο 100 κέηξα από κόλν ηνπ. ρήκα 1.8 Αλαπαξάζηαζε κεηάδνζεο δεδνκέλσλ κε ηερλνινγία Bluetooth LE Σαρύηεηα κεηάδνζεο & απόδνζε Σν Bluetooth LE ππνζηεξίδεη έλα over-the-air ξπζκό κεηάδνζεο δεδνκέλσλ ηεο ηάμεο ηνπ 1 Mbps, ν νπνίνο είλαη επαξθήο γηα αζύξκαηεο εθαξκνγέο. Ωζηόζν, ε ηαρύηεηα κεηάδνζεο ησλ δεδνκέλσλ κεηαμύ ηεο εθαξκνγήο (application) θαη ηεο ζπζθεπήο Bluetooth είλαη κόλν 256 Kbps. Σα ηδηόθηεηα πξσηόθνιια RF έρνπλ όκσο ην πιενλέθηεκα ηνπ πεξηνξηζκνύ ησλ παθέησλ δεδνκέλσλ κε βάζε ηηο απαηηήζεηο ηεο εθαξκνγήο θαη έηζη είλαη ζε ζέζε λα ππνζηεξίμνπλ πςειόηεξε απόδνζε Σνπνινγία Οη πεξηζζόηεξεο αζύξκαηεο εθαξκνγέο απαηηνύλ είηε έλα δίθηπν ζεκείνπ-πξνο-ζεκείν (point-to-point network), όπσο είλαη ην αζύξκαην πιεθηξνιόγην, ή έλα δίθηπν αζηέξα (star network), όπσο είλαη ηα δίθηπα αηζζεηήξσλ. Σα ηδηόθηεηα πξσηόθνιια RF βειηηζηνπνηνύλ ην πξσηόθνιιν γηα κηα ζπγθεθξηκέλε ηνπνινγία. Αλάινγα κε ην κηθξνειεγθηή πνπ ρξεζηκνπνηεί ε θάζε εθαξκνγή θαη ηε κεζνδνινγία δηεπζπλζηνδόηεζεο κηαο ζπζθεπήο Slave ζην ζύζηεκα, ν αξηζκόο ησλ ζπζθεπώλ Slave πνπ κπνξνύλ λα ζπλδεζνύλ ζε έλα δίθηπν είλαη πεξηνξηζκέλνο. 21

22 Η ηερλνινγία Bluetooth LE έρεη βειηηζηνπνηεζεί γηα ζπλδέζεηο ζεκείνπ-πξνο-ζεκείν (point-to-point network) θαη επίζεο επηηξέπεη ζπλδέζεηο ζεκείνπ-πξνο-ζεκεία, ρξεζηκνπνηώληαο κηα ηνπνινγία αζηέξα (star topology). Με ηε ιεηηνπξγία γξήγνξσλ ζπλδέζεσλ θαη απνζπλδέζεσλ, ηα δεδνκέλα κπνξνύλ λα κεηαδνζνύλ ρσξίο πεξηπινθέο δηαηήξεζεο ελόο δηθηύνπ πιέγκαηνο (mesh network). ε κηα αγνξά γεκάηε κε δηάθνξεο ηδηόθηεηεο ιύζεηο ζπλδεζηκόηεηαο, ε ηερλνινγία Bluetooth Low Energy (LE) δηαθνξνπνηείηαη θαη μερσξίδεη δηόηη πξνζθέξεη: Δπθνιία εθαξκνγήο θαη multi-vendor interoperability. Δμαηξεηηθά ρακειή θαηαλάισζε ελέξγεηαο. Υακειό θόζηνο νινθιήξσζεο. Αληνρή ζε παξεκβνιέο. Έιεγρν θαηαλάισζεο ελέξγεηαο. ύκθσλα κε ηελ παξαπάλσ ζύγθξηζε κεηαμύ Bluetooth θαη RF, γηα ην παξόλ έξγν πνπ απαηηεί πςειή αζθάιεηα, ρακειή θαηαλάισζε ελέξγεηαο, αμηνπηζηία θαη κηθξή εκβέιεηα, ε ρξήζε ηνπ Bluetooth πξσηνθόιινπ ήηαλ ε θαιύηεξε επηινγή [7]. 1.5 Σν ειεθηξηθό όρεκα Η έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζην δηαδίθηπν γηα ηελ εύξεζε ησλ εμαξηεκάησλ πνπ ρξεηάδνληαη γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο (Longboard) βαζίζηεθε ζηηο εμήο απαηηήζεηο: Αξθεηή ηζρύο ζηνλ θηλεηήξα γηα λα κπνξέζεη λα θηλήζεη άηνκν βάξνπο <100 θηιώλ. Καιήο πνηόηεηαο ζαλίδα γηα κεγαιύηεξε αληνρή ζην ρξόλν θαη ζηηο θαηξηθέο ζπλζήθεο. Μειέηε, ζρεδίαζε θαη θαηαζθεπή ρεηξνπνίεηεο βάζεο αινπκηλίνπ γηα ηελ εγθαηάζηαζε ηνπ θηλεηήξα ζηνλ πίζσ άμνλα. Μεγάιε ρσξεηηθόηεηα κπαηαξίαο γηα κεγαιύηεξε δηάξθεηα ρξήζεο. Μειέηε θαη αγνξά ειεθηξνληθνύ ειεγθηή ηαρύηεηαο (ESC). πζθεπή Bluetooth LE. Αθνινπζεί αλαιπηηθή πεξηγξαθή θαη αηηηνιόγεζε ησλ εμαξηεκάησλ πνπ ζεσξήζεθαλ θαηάιιεια γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο Κηλεηήξαο Έπεηηα από μερσξηζηή έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε όζν αθνξά ηνλ ππνινγηζκό ηεο ηδαληθήο ηζρύνο ηνπ θηλεηήξα, ε θαηαιιειόηεξε επηινγή βξέζεθε ύζηεξα από πξνζσπηθέο εκπεηξίεο κνληειηζηώλ ζην δηαδίθηπν. ύκθσλα κε ηνπο κνληειηζηέο, ύζηεξα από επίζθεςε ζε forums, ε ηδαληθή ηζρύο γηα λα κπνξέζεη έλαο θηλεηήξαο λα θηλήζεη άηνκν βάξνπο κηθξόηεξν ησλ 100 θηιώλ είλαη κεγαιύηεξε ησλ 1300 Watts. ύκθσλα κε ηα παξαπάλσ, ν θηλεηήξαο πνπ επηιέρηεθε είλαη ν Turnigy Aerodrive SK kv Brushless Outrunner Motor. (ρήκα 1.9) 22

23 Η πνηόηεηα θαη ν ζρεδηαζκόο ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ θηλεηήξα ηνλ θαζηζηνύλ έλα από ηα θαιύηεξα ηεο αγνξάο δηόηη δηαζέηεη πνξώδεο καγλήηεο λενδπκίνπ πνπ παξέρνπλ πςειέο απνδόζεηο ζε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο. ρήκα 1.9 Turnigy Aerodrive SK3 Motor Σερληθά Υαξαθηεξηζηηθά: Turns: 18T Voltage: 6~10S Lipoly RPM/V: 280kv Internal resistance: Ohm Max Loading: 60A Max Power: 1510W Shaft Diameter: 6.0mm Bolt holes: 25mm Bolt thread: M4 Weight: 369g Motor Plug: 4mm Bullet connector Ιζηνζειίδα αγνξάο: Hobbyking Κόζηνο: 38,40 Δπξώ Ηιεθηξνληθόο ειεγθηήο ηαρύηεηαο (ESC) Γηα ηνλ έιεγρν ηαρύηεηαο ηνπ θηλεηήξα ήηαλ απαξαίηεηε ε αγνξά ελόο ειεθηξνληθνύ ειεγθηή ηαρύηεηαο (ESC). Ο ειεθηξνληθόο ειεγθηήο ηαρύηεηαο (αγγιηθά, ESC) είλαη έλα ειεθηξνληθό θύθισκα πνπ ζθνπό έρεη λα κεηαβάιιεη ηελ ηαρύηεηα ελόο ειεθηξηθνύ θηλεηήξα, λα αιιάδεη ηελ θαηεύζπλζε ιεηηνπξγίαο ηνπ (αξηζηεξόζηξνθα ή δεμηόζηξνθα) θαζώο θαη λα ηνλ θξελάξεη. Οη ειεθηξνληθνί ειεγθηέο ηαρύηεηαο ρξεζηκνπνηνύληαη ζπρλά ζηα ειεθηξνθίλεηα ηειεθαηεπζπλόκελα κνληέια θαη πην ζπγθεθξηκέλα ζηνπο brushless (ρσξίο ςήθηξεο) θηλεηήξεο δηόηη δεκηνπξγνύλ ειεθηξνληθά κηα ηξηθαζηθή ειεθηξηθή ηξνθνδνζία ρακειήο ηάζεο γηα ηνλ θηλεηήξα. Γηα ηνλ έιεγρν ηνπ θηλεηήξα πνπ επηιέρηεθε, ν ηδαληθόο αιιά θαη ν πην νηθνλνκηθά πξνζηηόο ειεθηξνληθόο ειεγθηήο ηαρύηεηαο είλαη ν Turnigy AE-80A Brushless ESC (ρήκα 1.10). Η λέα ζεηξά ειεθηξνληθώλ ειεγθηώλ ηαρύηεηαο ηεο Turnigy ρξεζηκνπνηεί λένπο ηζρπξνύο κηθξνεπεμεξγαζηέο πνπ πξνζθέξνπλ εμαηξεηηθά γξήγνξν ζπγρξνληζκό, άκεζε ρξνληθή απόθξηζε ζηελ κεηαβνιή ηεο ηαρύηεηαο θαη θαιύηεξε ςύμε. Δπίζεο, δηαζέηεη 23

24 έλα μερσξηζηό νινθιεξσκέλν θύθισκα ξπζκηζηώλ ηάζεο γηα ηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή πνπ παξέρεη πξνζηαζία από ηηο απόηνκεο δηαθπκάλζεηο ηνπ ξεύκαηνο. ρήκα 1.10 Turnigy AE-80A Brushless ESC Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά: Output: Continuous 80A, burst 95A up to 10 seconds. Input Voltage: 2-6 cells lithium battery or 5-18 cells NIMH battery. BEC: Linear 5V Control Signal Transmission: Optically coupled system. Max Speed: 2 Pole rpm 6 Pole rpm 12 Pole rpm Size: 76mm (L) x 34mm (W) x 17mm (H). Weight: 78g. Ιζηνζειίδα αγνξάο: Hobbyking Κόζηνο: 30,66 Δπξώ Σξνθνδνζία ειεθηξηθνύ νρήκαηνο Η έξεπλα γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο βαζίζηεθε ζηα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ θηλεηήξα, ζηνλ ειεθηξνληθό ειεγθηή ηαρύηεηαο αιιά θαη ζηηο απαηηήζεηο ρσξεηηθόηεηαο ηεο κπαηαξίαο. Σα θξηηήξηα αλαδήηεζεο ήηαλ: 1. 4 ή 6S ηάζε (ην S ζπκβνιίδεη όηη ππάξρνπλ x κπαηαξίεο ζπλδεδεκέλεο ζε ζεηξά, π.ρ. 6 x 3.7 = 22.2 V, πνπ 3.7 είλαη ε ηάζε ελόο θειηνύ κπαηαξίαο ηύπνπ LiPo). 2. Υσξεηηθόηεηα κπαηαξίαο κεγαιύηεξε από mah ή 10 Ah. 3. Ρπζκόο απνθόξηηζεο 25 έσο 30 C (ην C ζπκβνιίδεη ηνλ ξπζκό απνθόξηηζεο κηαο κπαηαξίαο π.ρ. αλ ν ξπζκόο απνθόξηηζεο είλαη 1 C απηό ζεκαίλεη όηη κηα κπαηαξία ησλ 1.6 Ah ζα απνθνξηηζηεί ζε κία (1) ώξα, κε θαηαλάισζε ξεύκαηνο 1.6 Α). ηελ αλαδήηεζε πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε κε ηα παξαπάλσ θξηηήξηα, ε κπαηαξία πνπ θάιππηε ζρεδόλ όιεο ηηο απαηηήζεηο ήηαλ ε ZIPPY Flightmax 5000 mah 6S1P 25C, ζρήκα Γηα λα θαιπθζεί όκσο πιήξσο ε απαίηεζε γηα ρσξεηηθόηεηα κεγαιύηεξε ησλ 10 Ah, έπξεπε λα γίλεη ε αγνξά δύν (2) κπαηαξηώλ ηνπ ίδηνπ ηύπνπ θαη λα ζπλδεζνύλ παξάιιεια ώζηε λα δηπιαζηαζηεί ε ρσξεηηθόηεηα. 24

25 ρήκα 1.11 ZIPPY Flightmax 5000 mah 6S1P 25C battery Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά: Capacity: 5000 mah Voltage: 6S1P / 6 cell / 22.2 V Discharge: 25 C Constant / 35 C Burst Weight: 772g (including wire, plug and shrink wrap) Dimensions: 143x50x51mm Balance Plug: JST-XH Discharge Plug: HXT4mm Ιζηνζειίδα αγνξάο: Hobbyking Κόζηνο: 81,10 Δπξώ γηα δύν (2) ηεκάρηα Παηίλη Γηα λα ηνπνζεηεζνύλ όια ηα παξαπάλσ, έπξεπε λα γίλεη έξεπλα γηα ηηο δηαζηάζεηο ηνπ παηηληνύ πνπ ζα ρξεηαδόηαλ. Δπεηδή ηα θιαζηθά παηίληα (skateboards) έρνπλ κηθξέο δηαζηάζεηο, ε έξεπλα επηθεληξώζεθε ζηελ θαηεγνξία Longboard, πνπ είλαη παηίληα κεγαιύηεξσλ δηαζηάζεσλ. Η αξρηθή ηηκή αγνξάο ελόο παηηληνύ ηύπνπ Longboard ήηαλ ζηα 169,90 επξώ θαη έθηαλε έσο ηα 400 επξώ. Τπνινγίδνληαο ην θόζηνο ησλ παξαπάλσ εμαξηεκάησλ θαη πξνζζέηνληαο ηελ αξρηθή ηηκή αγνξάο ελόο παηηληνύ ηύπνπ Longboard, μεπεξάζηεθε ην αξρηθό όξην πνπ είρε ηεζεί γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ έξγνπ (Κεθάιαην 1,1.1 Δηζαγσγή), νπόηε ε θαηαζθεπή ηνπ ειεθηξηθνύ παηηληνύ κε αγνξά όισλ ησλ εμαξηεκάησλ μερσξηζηά απνξξίθζεθε. 1.6 Δλαιιαθηηθή ιύζε θαηαζθεπήο ηνπ έξγνπ Η αξρηθή θαη βαζηθή απαίηεζε γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ έξγνπ ήηαλ ην θόζηνο, πνπ δελ έπξεπε λα μεπεξάζεη ηα 400 επξώ, γηα ην ιόγν απηό έπξεπε λα βξεζεί κηα ελαιιαθηηθή ιύζε θαηαζθεπήο. Ύζηεξα από έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε γηα ηελ αλαδήηεζε ελόο λένπ ηξόπνπ θαηαζθεπήο, βξέζεθε κία πην απνδεθηή θαη νηθνλνκηθόηεξε ιύζε πνπ ήηαλ ε αγνξά ελόο έηνηκνπ πξνο ρξήζε ειεθηξηθνύ παηηληνύ από ην δηαδίθηπν, ην νπνίν ρξεζηκνπνηνύζε αζύξκαηε επηθνηλσλία RF (Ραδηνζπρλόηεηα) θαη ν έιεγρνο ηνπ νρήκαηνο γηλόηαλ κε έλα ρεηξηζηήξην-πηζηόιη (ρήκα 1.12). Σν θόζηνο ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ πξντόληνο αλέξρεηαη ζηα 260 επξώ καδί κε ηα κεηαθνξηθά. 25

26 ρήκα 1.12 Υεηξηζηήξην-πηζηόιη ηεο εηαηξείαο FlySky Οη δύν (2) πην βαζηθέο απαηηήζεηο ηνπ έξγνπ είλαη: i. ε αζύξκαηε επηθνηλσλία κε ηελ ρξήζε πξσηνθόιινπ Bluetooth θαη ii. ν έιεγρνο ηνπ ειεθηξηθνύ θηλεηήξα κε ηελ βνήζεηα θηλήζεσλ ηνπ ρεξηνύ. Γηα λα πινπνηεζνύλ νη δύν (2) παξαπάλσ βαζηθέο απαηηήζεηο ζην έηνηκν πξνο ρξήζε ειεθηξηθό παηίλη, έπξεπε λα εθαξκνζηεί αληίζηξνθε κεραληθή (Reverse engineering) ζην αγνξαζκέλν πξντόλ ώζηε λα αλαιπζεί θαη λα θαηαλνεζεί ν ηξόπνο ιεηηνπξγίαο ηνπ. Με ηελ βνήζεηα ηεο αληίζηξνθεο κεραληθήο (Reverse engineering) επηηεύρζεθε ε αλάιπζε ηνπ ηξόπνπ ιεηηνπξγίαο ηνπ πξντόληνο θαη έπεηηα αθνινύζεζε ε θαηαγξαθή θαη δηακόξθσζε ηνπ αξρηθνύ ζήκαηνο RF θαη ε αλακεηάδνζε / αλαπαξαγσγή ηνπ λένπ πξνηύπνπ κέζσ Bluetooth (αλαιπηηθή πεξηγξαθή αθνινπζεί ζηα θεθάιαηα 3 θαη 4). Η άιιε ιύζε γηα ηελ ηξνπνπνίεζε ηνπ αξρηθνύ πξντόληνο ήηαλ ν επαλαπξνγξακκαηηζκόο ηνπ ειεγθηή θηλεηήξα (motor controller) πνπ ήδε δηέζεηε. Σν πξόβιεκα όκσο πνπ παξνπζηάζηεθε ζε απηήλ ηελ ιύζε ήηαλ όηη δελ ππήξραλ πιεξνθνξίεο θαη δηαγξάκκαηα (datasheet) ζην δηαδίθηπν γηα ηνλ κηθξνεπεμεξγαζηή πνπ ρξεζηκνπνηεί ν ειεγθηήο ηνπ θηλεηήξα. Οη ηξόπνη ινηπόλ, γηα λα πινπνηεζεί ν αζύξκαηνο έιεγρνο ηνπ ειεθηξηθνύ νρήκαηνο κε ηελ βνήζεηα θηλήζεσλ ηνπ ρεξηνύ ήηαλ ε εθαξκνγή ηεο αληίζηξνθεο κεραληθήο θαη ε θαηαγξαθή / δηακόξθσζε ηνπ αξρηθνύ ζήκαηνο ώζηε λα γίλεη ε αλακεηάδνζε ηνπ κε ηελ ρξήζε πξσηνθόιινπ Bluetooth. 1.7 Δπηζθόπεζε ζπζηήκαηνο - Ρνή πιεξνθνξηώλ Σν ζρήκα 1.13, απεηθνλίδεη κηα επηζθόπεζε ηνπ ζπζηήκαηνο, ην νπνίν εμεγεί ζην πσο ξένπλ νη πιεξνθνξίεο ζην ζπγθεθξηκέλν έξγν. Ξεθηλώληαο από ην γάληη, ην νπνίν είλαη ην ρεηξηζηήξην ηνπ ζπζηήκαηνο, ζηέιλνληαη εληνιέο κέζσ Bluetooth επηθνηλσλίαο, ζην ειεθηξηθό όρεκα (Electric Skateboard) θαη έπεηηα ν κηθξνειεγθηήο ζην παηίλη, επεμεξγάδεηαη ηελ εληνιή πνπ δέρηεθε από ην γάληη θαη ηελ εθηειεί. 26

27 ρήκα 1.13 Δπηζθόπεζε ζπζηήκαηνο - Γηάγξακκα ξνήο πιεξνθνξηώλ Σν ζύζηεκα ρσξίδεηαη ζε 3 ηκήκαηα: 1. Control Interface (Σν γάληη) 2. Αζύξκαηε επηθνηλσλία (Bluetooth protocol) 3. Σν ειεθηξηθό όρεκα (Electric Skateboard) Γηα ηελ θαιύηεξε επεμήγεζε ηνπ ζπλνιηθνύ ζπζηήκαηνο, ην control interface θαζώο θαη ην ειεθηξηθό όρεκα, ρσξίζηεθε επίζεο ζε 3 ππνθαηεγνξίεο. Control Interface - Το γάνηι 1. Γάληη 2. Flex Sensors 3. LilyPad Arduino Το ηλεκηπικό όσημα (Electric Skateboard) 1. Arduino Uno & δέθηεο Bluetooth 2. Καηαγξαθή & δηακόξθσζε αξρηθνύ ζήκαηνο 3. Κηλεηήξαο ηα επόκελα θεθάιαηα ζα ππάξμεη αλαιπηηθή πεξηγξαθή γηα ηα 3 ηκήκαηα ηνπ ρήκαηνο 1.13, θαζώο θαη γηα ηηο ππνθαηεγνξίεο ηνπο. 27

28 28

29 Κεθάιαην 2 Γηεπαθή Διέγρνπ (Control Interface) 2.1 Γάληη Γηα ηελ πξνζηαζία ησλ ειεθηξνληθώλ εμαξηεκάησλ πάλσ ζην γάληη, έπξεπε λα γίλεη ε ζρεηηθή έξεπλα θαη λα επηιερζεί ν ζσζηόο ηύπνο πιηθνύ πνπ ζα παξέρεη ειεθηξνζηαηηθή πξνζηαζία ζηα ειεθηξνληθά θπθιώκαηα. Σα γάληηα ηύπνπ Fleece είλαη κεξηθέο θνξέο πνιύ επηθίλδπλα ζην λα ξαθηνύλ πάλσ ηνπο ειεθηξνληθά, θπξίσο γηαηί ην βακβάθη αιιά θαη ν πνιπεζηέξαο είλαη αγώγηκα λήκαηα. Σν γάληη πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε είλαη θηηαγκέλν από 100% λάηινλ θαη έρεη επηθάιπςε αθξνύ κε πνιπνπξεζάλε. Δπίζεο δελ ζπληζηάηαη ε πιύζε ηνπ γαληηνύ, γηαηί κπνξεί λα μεπιπζεί ε ειεθηξνζηαηηθή πξνζηαζία [8]. ρήκα 2.1 Γάληη ειεθηξνζηαηηθήο εθθέλσζεο Πίλαθαο Πξνδηαγξαθέο ESD Glove Καηεγνξία ρξήζεο Γηακόξθσζε Ύθαζκα Υξώκα Γηάξθεηα δσήο Πιύζηκν Δπηθαλεηαθή αληίζηαζε Δπέλδπζε Γεληθήο ρξήζεο Διαζηηθνί θαξπνί, Δπίζηξσζε ζηηο παιάκεο 100% Nylon (280 liner yarn Denier) Λεπθό 1 ρξόλνο ρξήζεο Γελ επηηξέπεηαη ε πιύζε < 10e9 Ω Βάζε από δηαιύηε, αθξώδνπο πνιπνπξεζάλεο 29

30 2.2 LilyPad Arduino Από ηελ έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε θαζώο θαη από πξνζσπηθή εκπεηξία, επηιέρζεθε ε ρξήζε ηνπ κηθξνειεγθηή LilyPad ηεο εηαηξίαο πνπ παξέρεη ηηο πιαηθόξκεο Arduino. Οη ιόγνη πνπ νδήγεζαλ ζηελ επηινγή ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ κηθξνειεγθηή είλαη νη εμήο: Έρεη ζρεδηαζηεί γηα λα κπνξεί λα ξαθηεί πάλσ ζε ξνύρα. Δίλαη αδηάβξνρνο. Αληί γηα ζπγθνιιήζεηο θαισδίσλ πάλσ ηνπ, κπνξνύλ όιεο νη ζπλδέζεηο ησλ ειεθηξνληθώλ λα γίλνπλ κε αγώγηκν λήκα (conductive thread), δηόηη δηαζέηεη κεγάια pad. Η ζεηξηαθή επηθνηλσλία I/O πνπ παξέρεη, ήηαλ ηδαληθή γηα ηελ ηνπνζέηεζε ηεο ζπζθεπήο Bluetooth. Πίλαθαο Πξνδηαγξαθέο LilyPad Arduino Μηθξνειεγθηήο ATmega168V or ATmega328V Σάζε ιεηηνπξγίαο V Σάζε εηζόδνπ V Φεθηαθά Ι/Ο Pin 14 (of which 6 provide PWM output) Αλαινγηθνί αθξνδέθηεο εηζόδνπ 6 DC Current per I/O Pin 40 ma Flash Memory 16 KB (of which 2 KB used by bootloader) SRAM 1 KB EEPROM 512 bytes Σαρύηεηα ξνινγηνύ 8 MHz Γηα ην ζπγθεθξηκέλν έξγν, επηιέρζεθε ε ρξήζε ηνπ ATmega328V κηθξνειεγθηή, γηα ηαρύηεξε επεμεξγαζία δεδνκέλσλ [9]. ρήκα 2.2 LilyPad Arduino 2.3 Αγώγηκν Νήκα Αληί ηεο ζπγθόιιεζεο θαισδίσλ απεπζείαο ζην LilyPad, ην αγώγηκν λήκα ήηαλ κηα πην θαηάιιειε θαη πεξηζζόηεξν εκθαλίζηκε επηινγή. 30

31 ρήκα 2.3 Αγώγηκν Νήκα Σν αγώγηκν λήκα είλαη έλαο απνηειεζκαηηθόο ηξόπνο γηα λα ζπλδένληαη δηάθνξα ειεθηξνληθά θπθιώκαηα ζηα ξνύρα. Μπνξεί λα κεηαθέξεη ξεύκα γηα ηξνθνδνζία αιιά θαη γηα ζήκαηα. Σν ζπγθεθξηκέλν λήκα είλαη από αλνμείδσην ράιπβα, γεγνλόο πνπ ην θαζηζηά εμαηξεηηθά αλζεθηηθό. Σν λήκα απνηειείηαη από 2 ζηξώζεηο θαη ε αληίζηαζε ηνπ είλαη 9 Ω / 30 cm [10]. 2.4 Αηζζεηήξεο Flex Αηζζεηήξαο Flex 4.5" Δίλαη έλα από ηα πην ζεκαληηθά ηκήκαηα ηνπ γαληηνύ. Καζώο ν αηζζεηήξαο θάκπηεηαη, ε αληίζηαζε θαηά κήθνο ηνπ απμάλεηαη. Γηα ηελ ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ αηζζεηήξα, ηα κεηαιιηθά ηαθάθηα (pads) πξέπεη λα βξίζθνληαη πάληα ζηελ εμσηεξηθή πιεπξά ηεο θακπύιεο. Ο ζπγθεθξηκέλνο αηζζεηήξαο ησλ 4.5" ηνπνζεηήζεθε ζηνλ δείκηη, δηόηη είλαη ν πην καθξύο ηεο αγνξάο. Καζώο ν δείθηεο ιπγίδεη, ην ειεθηξηθό όρεκα (Longboard) επηηαρύλεη ή επηβξαδύλεη αλ ν δείθηεο είλαη ζε επζεία ζέζε. ρήκα 2.4 Αηζζεηήξαο Flex (Flex Sensor) Πίλαθαο Μεραληθέο πξνδηαγξαθέο Κύθινο δσήο >1 εθαηνκκύξην Ύςνο <0.43mm (0.017 ) Δύξνο ζεξκνθξαζίαο -35 C έσο +80 C 31

32 Πίλαθαο Ηιεθηξηθέο πξνδηαγξαθέο Ιζόπεδε αληίζηαζε 10K Ohms Αλνρή ±30% Δύξνο αληίζηαζεο θαηά ηελ θάκςε 60K έσο 110K Ohms (αλάινγα κε ηελ αθηίλα θακππιόηεηαο) Ολνκαζηηθή ηζρύο 0.50 Watts ζπλερόκελα. 1 Watt Peak ρήκα 2.5 Λπγίδνληαο ηνλ αηζζεηήξα Flex ρήκα 2.6 Γξαθηθή παξάζηαζε αληίζηαζεο πξνο γσλία δαθηύινπ, γηα ηνλ 4.5" αηζζεηήξα Flex Αηζζεηήξαο Flex 2.2" Απηόο ν αηζζεηήξαο είλαη επίζεο έλα από ηα πην ζεκαληηθά κέξε ηνπ γαληηνύ. Καζώο ν αηζζεηήξαο θάκπηεηαη, ε αληίζηαζε θαηά κήθνο ηνπ απμάλεηαη. Ο ζπγθεθξηκέλνο αηζζεηήξαο Flex ηνπνζεηήζεθε ζηνλ ανηίσειπα, δηόηη είλαη θαηά πνιύ κηθξόηεξνο ζε ζρέζε κε ηνλ 4.5" αηζζεηήξα Flex πνπ ηνπνζεηήζεθε ζηνλ δείθηε. Όηαλ ν αληίρεηξαο ιπγίδεη, ζηέιλεηαη ε εληνιή θξελαξίζκαηνο θαη ην ειεθηξηθό όρεκα θξελάξεη. 32

33 ρήκα 2.7 Αηζζεηήξαο Flex (Flex Sensor) Πίλαθαο Ηιεθηξηθέο πξνδηαγξαθέο Ιζόπεδε αληίζηαζε 25K Ohms Αλνρή ±30% Δύξνο αληίζηαζεο θαηά ηελ θάκςε 45K έσο 125K Ohms (αλάινγα κε ηελ αθηίλα θακππιόηεηαο) Ολνκαζηηθή Ιζρύο 0.50 Watts ζπλερόκελα. 1 Watt Peak ρήκα 2.8 Γξαθηθή παξάζηαζε αληίζηαζεο πξνο γσλίαο δαθηύινπ, γηα ηνλ 2.2" αηζζεηήξα Flex Οινθιήξσζε θπθιώκαηνο ηνπ αηζζεηήξα Flex Γηα ηελ επηθνηλσλία κεηαμύ ησλ αηζζεηήξσλ Flex θαη ηνπ LilyPad Arduino, έπξεπε λα ζπγθνιιεζεί κηα αληίζηαζε ζηα άθξα ηνπ θάζε αηζζεηήξα. Ο αηζζεηήξαο Flex αιιάδεη ηελ αληίζηαζή ηνπ όηαλ θάκπηεηαη, νπόηε γηα λα κεηξεζεί απηή ε αιιαγή ήηαλ αλαγθαία ε ρξήζε ησλ αλαινγηθώλ εηζόδσλ ηνπ. Γηα λα γίλεη απηό, είλαη απαξαίηεηε ε ρξήζε κηαο ζηαζεξήο αληίζηαζεο (κε κεηαβαιιόκελεο), ώζηε λα πξαγκαηνπνηεζεί ε ζρεηηθή ζύγθξηζε. Γεκηνπξγήζεθε ζπλεπώο έλαο Γηαηξέηεο Σάζεο (ρήκα 2.9) πνπ δηαηξεί ηελ ηάζε ησλ 5V κεηαμύ ησλ αηζζεηήξσλ Flex θαη ηνπ αληηζηάηε. 33

34 Τπνινγηζκόο ζηαζεξήο αληίζηαζεο Οη αληηζηάζεηο είλαη απιά ειεθηξηθά εμαξηήκαηα πνπ βξίζθνληαη ζρεδόλ ζε θάζε ειεθηξνληθό θύθισκα [11]. Μπνξνύλ λα ρξεζηκνπνηεζνύλ σο πεξηνξηζηέο ξεύκαηνο αιιά θαη σο δηαηξέηεο ηάζεο. Μηα αληίζηαζε έρεη δύν ζεκαληηθέο ηηκέο: ηελ αληίζηαζε πνπ κεηξάηαη ζε Ω θαη ηελ ηζρύ κε κνλάδα κέηξεζεο ην Watt. Η ζσζηή επηινγή αληίζηαζεο γηα ην θύθισκα, είλαη κηα δηαδηθαζία δύν ζηαδίσλ: Πξώηα, ππνινγίδεηαη ε ηηκή ηεο αληίζηαζεο θαη ε ηζρύο ηνπ ζηνηρείνπ θαη έπεηηα επηιέγεηαη ε θαηάιιειε αληίζηαζε κε βάζε ηηο ηηκέο πνπ ππνινγίζηεθαλ. Βήκα 1 ν Γίλεηαη ν ππνινγηζκόο ηεο ηηκήο ηεο αληίζηαζεο δηαηξώληαο ηελ ηάζε ηνπ θπθιώκαηνο κε ην ξεύκα πνπ ην δηαξξέεη. Οη κνλάδεο κέηξεζεο γηα ηελ ηάζε θαη ην ξεύκα είλαη ζε βνιη (V) θαη ακπέξ (A), αληίζηνηρα. Γηα παξάδεηγκα, αλ ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ αληηζηάηε είλαη 9V θαη ην ξεύκα πνπ δηαξξέεη ηνλ αληηζηάηε είλαη 72 milliamps, δηαηξώληαο ην 9 κε ην 0.072, ην απνηέιεζκα είλαη 125 Ω. Βήκα 2 ν ηελ ζπλέρεηα, γηα λα ππνινγηζηεί ε ηζρύο ηεο αληίζηαζεο (Watts), πςώλεηαη ζην ηεηξάγσλν ε ηηκή ηνπ ξεύκαηνο πνπ δηαξξέεη ηνλ αληηζηάηε θαη έπεηηα πνιιαπιαζηάδεηαη κε ηελ ηηκή ηεο αληίζηαζεο. πλερίδνληαο από ην πξνεγνύκελν παξάδεηγκα, έρεη απνηέιεζκα θαη έπεηηα πνιιαπιαζηάδνληαο ην κε ηελ ηηκή ηεο αληίζηαζεο, πνπ είλαη 125 έρνπκε: x 125 = Watts. Βήκα 3 ν ηε ζπλέρεηα, πνιιαπιαζηάδνληαο ηελ ππνινγηδόκελε νλνκαζηηθή ηζρύ κε 133%, ή 1.33, ιακβάλεηαη ε ηειηθή ηηκή ηζρύνο. Γηα παξάδεηγκα, ζύκθσλα κε ηα πξνεγνύκελα, πνιιαπιαζηάδνληαο ηα watts κε ην 1.33, ην απνηέιεζκα είλαη watts. Σν επηπιένλ 33 ηνηο εθαηό αθνινπζεί ηελ νξζή κεραληθή, πξνζζέηνληαο έλαλ ζπληειεζηή αζθαιείαο ζηελ αξρηθή ππνινγηδόκελε ηηκή. Η αλαινγηθή είζνδνο ζηνλ Arduino είλαη ζηελ νπζία έλαο κεηξεηήο ηάζεο (voltage meter), ν νπνίνο μεθηλάεη λα δηαβάδεη από ηα 0V, πνπ παίξλεη ηελ ηηκή 0 θαη θηάλεη έσο ηελ ηηκή 1023 πνπ είλαη ηα 5V (κέγηζηε ηάζε Arduino). Γηα λα πξαγκαηνπνηεζεί ε παξαπάλσ κέηξεζε ζηνλ αηζζεηήξα Flex, είλαη απαξαίηεηε ε θιήζε ηεο εληνιήο analogread. Η ηάζε 5V πνπ παξέρεηαη από ηνλ Arduino ζε θάζε εμάξηεκα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη, είλαη αλάινγε κε ηελ αληίζηαζε ηνπ. Έηζη, αλ ν αηζζεηήξαο Flex θαη ε ζηαζεξή αληίζηαζε πάλσ ηνπ, έρνπλ ηελ ίδηα ηηκή αληίζηαζεο, ηα 5V δεκηνπξγνύλ ίδηαο ηηκήο πηώζε ηάζεο ζε θάζε ηκήκα (από 2.5V) θαη ε αλαινγηθή αλάγλσζε κέζσ ηνπ Arduino μεθηλάεη από ην 0 θαη θηάλεη έσο ην 512. ρήκα 2.9 Κύθισκα δηαηξέηε ηάζεο ζε αηζζεηήξα Flex 34

35 ρήκα 2.10 Σν θύθισκα δηαηξέηε ηάζεο εθαξκνζκέλν ζηνπο αηζζεηήξεο Flex 2.5 Δπαλαθνξηηδόκελε κπαηαξία πνιπκεξνύο ιηζίνπ Ύζηεξα από μερσξηζηή έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ γαληηνύ, ήηαλ αλαγθαία κηα πνιύ ιεπηή αιιά θαη εμαηξεηηθά ειαθξηά κπαηαξία. Η ζπγθεθξηκέλε επαλαθνξηηδόκελε κπαηαξία πνιπκεξνύο ιηζίνπ, παξάγεη ζε θάζε θύηηαξν (cell) ηεο 3.7V ζηα 1000mAh θαη δηαζέηεη θαιώδην κε αθξνδέθηε ηύπνπ JST- PH 2-pin κε 2mm δηάζηεκα κεηαμύ ησλ pins. Δπίζεο, ε κπαηαξία πεξηιακβάλεη ελζσκαησκέλν θύθισκα πξνζηαζίαο ζε πεξίπησζε εηζόδνπ ηάζεο κεγαιύηεξεο ησλ 3.7V ή κηθξόηεξεο, θαζώο θαη ζε πεξίπησζε εηζόδνπ κεγαιύηεξεο ηηκήο ξεύκαηνο. Ο ζπγθεθξηκέλνο ηύπνο κπαηαξίαο απαηηεί εηδηθή θόξηηζε κέζσ ελόο USB Li-Po θνξηηζηή. ρήκα 2.11 Η κπαηαξία πνιπκεξνύο ιηζίνπ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ γαληηνύ Υαξαθηεξηζηηθά: Άξηζηε καθξνπξόζεζκε απνθόξηηζε ζε πεξίπησζε κε ρξήζεο (<8% αλά κήλα) Αλζεθηηθή ζε αθξαίεο ζεξκνθξαζίεο (-25 C έσο 60 C) 2.6 USB ulipo θνξηηζηήο κπαηαξίαο 3.7V ύκθσλα κε ηα απνηειέζκαηα ηεο παξαπάλσ έξεπλαο, όζν αθνξά ηελ ηξνθνδνζία ηνπ γαληηνύ, πέξα ηεο κπαηαξίαο, ήηαλ αλαγθαία θαη ε αγνξά ηνπ θαηάιιεινπ θνξηηζηή. Ο θνξηηζηήο πνπ επηιέρηεθε, είλαη κηα εμαηξεηηθά ζπκπαγήο ζπζθεπή θαη πέξα ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ ηνπ, ηα νπνία θάιππηαλ πιήξσο ηηο απαηηήζεηο ηεο κπαηαξίαο, θνξηίδεη ηελ κπαηαξία κέζσ κηαο ζύξαο USB. Βαζίδεηαη ζηελ ηερλνινγία Microchip, 35

36 ηύπνπ MCP73833 θαη δηαζέηεη 3 δηόδνπο εθπνκπήο θσηόο, LED, πνπ ππνδεηθλύνπλ ζηνλ ρξήζηε ηελ θαηάζηαζε ηεο κπαηαξίαο (Πξάζηλν = Φνξηηζκέλε, Κίηξηλν = Φνξηίδεη, Κόθθηλν = Υξεηάδεηαη θόξηηζε). Δπίζεο, ν ζπγθεθξηκέλνο θνξηηζηήο ιεηηνπξγεί θαη γηα κπαηαξίεο κε ρσξεηηθόηεηα έσο 5000mAh. ρήκα 2.12 USB ulipo θνξηηζηήο Ο θνξηηζηήο δηαζέηεη κηα ζηάληαξ ππνδνρή ηύπνπ JST-PH 2-pin κε 2mm απόζηαζε ησλ pin, ε νπνία ήηαλ ηδαληθή γηα ηελ κπαηαξία πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε, αθνύ θαη απηή δηαζέηεη ππνδνρή ηύπνπ JST-PH. Σέινο, ε ζύλδεζε ηνπ θνξηηζηή κε ηνλ ππνινγηζηή ή νπνηαδήπνηε άιιε πεγή πνπ δηαζέηεη ζύξα USB, γίλεηαη κέζσ ελόο θαισδίνπ USB Mini-B. 2.7 LilyPad FTDI Basic Breakout Board - 3.3VDC Γηα ην LilyPad, ήηαλ αλαγθαία ε αγνξά κηαο πιαθέηαο ε νπνία θαζηζηά δπλαηό ηνλ πξνγξακκαηηζκό ηνπ κέζσ ηεο εθαξκνγήο πξνζαξκνζηηθώλ chip USB-to-Serial όπσο ην FTDI FT232. ρήκα 2.13 FTDI Basic Breakout Board Οη αθξνδέθηεο ηεο ζπγθεθξηκέλεο πιαθέηαο είλαη ζρεδηαζκέλνη έηζη ώζηε λα ζπλδένληαη αθξηβώο πάλσ ζην LilyPad. Απηή ε πιαθέηα ζρεδηάζηεθε γηα λα κεηώζεη ην θόζηνο αλάπηπμεο πεξηβάιινληνο Arduino θαη θπξίσο γηα λα απμήζεη ηελ επθνιία ρξήζεο ηνλ κηθξνειεγθηώλ ηεο ζπγθεθξηκέλεο εηαηξίαο. Γηα ηελ επηθνηλσλία κεηαμύ ηεο FTDI πιαθέηαο θαη ηνπ ππνινγηζηή, απαηηείηαη ε ρξήζε ελόο θαισδίνπ USB Mini-Β. 2.8 LilyPad Γηαθόπηεο ON/OFF ύκθσλα κε ηελ έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε όζν αθνξά ηελ ηξνθνδνζία ηνπ γαληηνύ, ιήθζεθε επίζεο ε απόθαζε ηεο αγνξάο ελόο δηαθόπηε ON/OFF κε ηε κόλε απαίηεζε λα κπνξεί λα ξαθηνύλ πάλσ ηνπ νη ελώζεηο ηηο κπαηαξίαο. ρήκα 2.14 LilyPad Γηαθόπηεο ON/OFF 36

37 Ο ζπγθεθξηκέλνο δηαθόπηεο αθνινπζεί ηελ ηερλνινγία ηνπ LilyPad Arduino, πνπ επηηξέπεη λα ξαθηνύλ πάλσ ηνπ, κε ηελ ρξήζε αγώγηκνπ λήκαηνο, δηάθνξεο ελώζεηο. Σνπνζεηήζεθε ζηελ ζεηηθή έμνδν ηεο κπαηαξίαο (Vcc). 2.9 Τινπνίεζε θπθιώκαηνο γαληηνύ - Δηθόλα ην ρήκα 2.15 πνπ αθνινπζεί θαίλεηαη ε ζπλδεζκνινγία ησλ ειεθηξνληθώλ εμαξηεκάησλ ζην γάληη. Γηαθξίλνληαη: 1. Ο αηζζεηήξαο Flex 2.2" καδί κε ην θύθισκα δηαηξέηε ηάζεο. 2. Ο αηζζεηήξαο Flex 4.5" καδί κε ην θύθισκα δηαηξέηε ηάζεο. 3. Η ζπζθεπή Bluetooth/πνκπόο. 4. Ο κηθξνειεγθηήο LilyPad ηεο εηαηξείαο Arduino. 5. Η επαλαθνξηηδόκελε κπαηαξία πνιπκεξνύο ιηζίνπ 6. Ο δηαθόπηεο ON/OFF. ρήκα 2.15 ρέδην ζπλδεζκνινγίαο γαληηνύ 2.10 Ο θώδηθαο Αλάγλσζε θαη ραξηνγξάθεζε αηζζεηήξσλ Γηα λα κπνξέζεη λα πξαγκαηνπνηεζεί ε αλάγλσζε ησλ ηηκώλ από ηνπο αηζζεηήξεο Flex θαη λα ραξηνγξαθεζνύλ, ήηαλ απαξαίηεηε ε ζύληαμε ηνπ αθόινπζνπ θώδηθα: 37

38 void setup() { Serial.begin(9600); Αξρηθνπνίεζε ζεηξηαθήο επηθνηλσλίαο ζηα 9600bps } void loop() { int sensor, degrees; Γήισζε κεηαβιεηώλ sensor= analogread(0); Γηάβαζε ηελ ηάζε από ηνλ δηαηξέηε ηάζεο Μεηάηξεςε ηελ αλάγλσζε ηεο ηάζεο ζε ίληζεο. Οη δύν πξώηνη αξηζκνί είλαη νη ηηκέο ηνπ αηζζεηήξα γηα ηελ επζεία (887) θαη ζε πιήξε θάκςε (970). Οη επόκελνη δύν αξηζκνί είλαη νη ηηκέο ησλ κνηξώλ, πνπ ραξηνγξαθνύληαη από 0 ν έσο 90 ν degrees= map(sensor,887,970,0,90); Serial.print("analog input: "); Δθηύπσζε analog input: Serial.print(sensor,DEC); Δθηύπσζε ηα απνηειέζκαηα Serial.print(" degrees: "); Δθηύπσζε degrees: Serial.println(degrees,DEC); Δθηύπσζε ηα απνηειέζκαηα delay(100); Παύζε 100ms πξηλ θάλεη λέα κέηξεζε ηηκώλ } Σειηθή κνξθή ηνπ θώδηθα γηα ην γάληη Μεηά ηελ ραξηνγξάθεζε ησλ αηζζεηήξσλ, ν θώδηθαο πνπ αθνινπζεί είλαη ν ηειηθόο γηα ην γάληη: int outputvaluethumb; Γήισζε κεηαβιεηήο int outputvalueindex; Γήισζε κεηαβιεηήο int stoploop= false; Μεηαβιεηή Boolean, true/false void setup(){ Serial.begin(9600);Αξρηθνπνίεζε ζεηξηαθήο επηθνηλσλίαο ζηα 9600 bps } void loop(){ int sensorvalue0 = analogread(a0); Γηάβαζε ηελ αλαινγηθή είζνδν A0 outputvaluethumb= map(sensorvalue0,290,125,0,255); Υαξηνγξάθεζε κηα αλαινγηθή ηηκή ζε 8 bits if(outputvaluethumb<149){ Αλ ε ηηκή από ηνλ αηζζεηήξα ηνπ αληίρεηξα είλαη κηθξόηεξε ηνπ 149 ηόηε 38

39 stoploop= false; Κξάηεζε ηελ ηηκή Boolean false delay(10); Πεξίκελε 10 msec } while(!stoploop){ Όζν ε ηηκή Boolean δελ είλαη True int sensorvalue0 = analogread(a0); Γηάβαζε ηελ αλαινγηθή είζνδν A0 int sensorvalue2 = analogread(a2); Γηάβαζε ηελ αλαινγηθή είζνδν A2 outputvaluethumb= map(sensorvalue0,290,125,0,255); Υαξηνγξάθεζε κηα αλαινγηθή ηηκή ζε 8 bits outputvalueindex= map(sensorvalue2,482,290,0,500); Υαξηνγξάθεζε κηα αλαινγηθή ηηκή ζε 8 bits if(outputvaluethumb>=150){ stoploop= true; Άιιαμε ηελ ηηκή ηεο Boolean ζε true θαη δηέθνςε ηελ επαλάιεςε ηεο While delay(80); Πεξίκελε 80 msec } else if(outputvalueindex>=0&&outputvalueindex<=50){ Serial.println("0"); Δθηύπσζε ηνλ αξηζκό 0 delay(80); Πεξίκελε 80 msec } else if(outputvalueindex>=51&&outputvalueindex<=170){ Serial.println("1"); Δθηύπσζε ηνλ αξηζκό 1 delay(80); Πεξίκελε 80 msec } else if(outputvalueindex>=171&&outputvalueindex<=270){ Serial.println("2"); Δθηύπσζε ηνλ αξηζκό 2 delay(80); Πεξίκελε 80 msec } else if(outputvalueindex>=271&&outputvalueindex<=350){ Serial.println("3"); Δθηύπσζε ηνλ αξηζκό 3 delay(80); Πεξίκελε 80 msec } else if(outputvalueindex>=351&&outputvalueindex<=430){ Serial.println("4"); Δθηύπσζε ηνλ αξηζκό 4 delay(80); Πεξίκελε 80 msec } else if(outputvalueindex>=431){ Serial.println("5"); Δθηύπσζε ηνλ αξηζκό 5 delay(80); Πεξίκελε 80 msec } 39

40 } Serial.println("9"); Δθηύπσζε ηνλ αξηζκό 9 } 2.11 Σειηθή κνξθή ηεο εγθαηάζηαζεο - Δηθόλα Σν ζρήκα είλαη ην γάληη-ρεηξηζηήξην νινθιεξσκέλν. Γηαθξίλεηαη ην αγώγηκν λήκα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ ζύλδεζε ησλ ειεθηξνληθώλ εμαξηεκάησλ. Η κπαηαξία ηνπνζεηήζεθε ζην θάησ κέξνο ηνπ θαξπνύ γηα εμνηθνλόκεζε ρώξνπ. ρήκα 2.16 Η ηειηθή κνξθή ηνπ γαληηνύ-ρεηξηζηεξίνπ 40

41 Κεθάιαην 3 Αζύξκαηε επηθνηλσλία - Bluetooth 3.1 Βαζηθέο πξνδηαγξαθέο ηνπ πξσηνθόιινπ Bluetooth Σν Bluetooth ιεηηνπξγεί ζε εύξνο ζπρλνηήησλ πνπ μεθηλά από ηα 2400 MHz θαη θηάλεη έσο ηα MHz, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ θαη ησλ πξνζηαηεπηηθώλ ζπρλνηήησλ. Απηή είλαη ε παγθόζκηα, ρσξίο άδεηα (αιιά όρη αλεμέιεγθηε), βηνκεραληθή, επηζηεκνληθή θαη ηαηξηθή 2.4 GHz κηθξήο εκβέιεηαο δώλε ξαδηνζπρλνηήησλ. Σν Bluetooth ρξεζηκνπνηεί κηα αζύξκαηε ηερλνινγία πνπ νλνκάδεηαη διαζποπά θάζμαηορ frequency-hopping (εναλλαγή ζςσνοηήηων). Σα δεδνκέλα πνπ κεηαδίδνληαη, ρσξίδνληαη ζε παθέηα θαη θάζε παθέην κεηαδίδεηαη ζε έλα από ηα 79 θαλάιηα πνπ ζρεδηάζηεθαλ θαη νξίζηεθαλ γηα ην Bluetooth. Κάζε θαλάιη έρεη έλα εύξνο δώλεο ηεο ηάμεο ηνπ 1 MHz. Από ηελ άιιε, ην Bluetooth 4.0 ρξεζηκνπνηεί 2 MHz απόζηαζε, πνπ επηηξέπεη κόλν 40 θαλάιηα κεηάδνζεο. Σν πξώην θαλάιη μεθηλά κε ζπρλόηεηα 2402 MHz θαη ζπλερίδεη έσο ηα 2480 MHz, κε βήκα 1 MHz. Δθηειεί ζπλήζσο 1600 ελαιιαγέο θαλαιηώλ ην δεπηεξόιεπην. Η βαζηθή δνκηθή κνλάδα ελόο δηθηύνπ Bluetooth είλαη ην piconet, ζην νπνίν όινη νη θόκβνη πνπ κεηέρνπλ (κέρξη 7 ζπζθεπέο Slaves) κνηξάδνληαη ηνλ ίδην θώδηθα δηαζπνξάο θαη ππόθεηληαη ζηνλ έιεγρν ελόο θνηλνύ Master. Ο ηειεπηαίνο δηακνηξάδεη ζηνπο ζηαζκνύο Slaves ηελ πξόζβαζε ζην θνηλό κέζν (ηνλ ειεύζεξν ρώξν) κε ηε κέζνδν TDMA/TDD, όπνπ ν ρξόλνο δηακεξίδεηαη ζε απζηεξέο ρξνλνζπξίδεο, ν Master εθπέκπεη ζηηο πεξηηηέο θαη νη Slaves ζηηο άξηηεο (ελαιιάμ). Κάζε θόκβνο πνπ ζέιεη λα εθπέκςεη ιακβάλεη πεξηνδηθά από ηνλ Master ην δηθαίσκα κεηάδνζεο ζε 1, 3 ή 5 ζπλερόκελεο ρξνλνζπξίδεο θαη θαηά ηε δηάξθεηα εθπνκπήο ελόο πιαηζίνπ δελ γίλεηαη ελαιιαγή ζπρλόηεηαο. Σα ηεξκαηηθά κεηαδίδνπλ κόλν ζηνλ Master, ν νπνίνο απνζηέιιεη ζηε ζπλέρεηα ηα πιαίζηά ηνπο πξνο ηνλ ηειηθό παξαιήπηε, θαη δηαθξίλνληαη από κία παγθόζκηα κνλαδηθή 48-bit δηεύζπλζε. Γύν ή πεξηζζόηεξα piconet κπνξνύλ λα βξίζθνληαη ζηνλ ίδην ρώξν, κε ηνπο θόκβνπο λα κπνξνύλ λα ζπκκεηέρνπλ ζε παξαπάλσ από έλα ηαπηόρξνλα θαη λα επηθνηλσλνύλ κεηαμύ ηνπο δεκηνπξγώληαο έλα κεγαιύηεξεο θιίκαθαο scatternet. Τπάξρνπλ δύν ηύπνη ζπλδέζεσλ: 1) ύγρξνλεο ή SCO. Δπηηξέπνπλ ηε δηέιεπζε ρξνληθά θξίζηκσλ πιεξνθνξηώλ (ζπλήζσο θσλήο). Κάζε θόκβνο κπνξεί λα δεζκεύζεη κόλν κέρξη κία ρξνλνζπξίδα (odd slot), έρνπλ ξπζκό κεηάδνζεο δεδνκέλσλ 64 Kbps, πινπνηνύλ ζπλδεζκνζηξεθή επηθνηλσλία απζηεξά από ζεκείν ζε ζεκείν θαη ρξεζηκνπνηνύλ αιγνξίζκνπο αλίρλεπζεο θαη δηόξζσζεο ζθαικάησλ (FEC), ελώ δελ ππάξρνπλ επαλεθπνκπέο ή επηβεβαηώζεηο. 2) Αζύγρξνλεο ή ACL. Σππηθά ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηε κεηάδνζε δεδνκέλσλ. Κάζε θόκβνο κπνξεί λα δεζκεύζεη 1, 3 ή 5 ρξνλνζπξίδεο γηα ηελ εθπνκπή ελόο πιαηζίνπ. Δίλαη αζπλδεζκηθέο κε έιεγρν ξνήο, έιεγρν ζθαικάησλ (κε αξηζκνύο αθνινπζίαο 1-bit θαη ζεηηθέο/αξλεηηθέο επηβεβαηώζεηο) θαη δπλαηόηεηα πνιπδηαλνκήο, ελώ ν ξπζκόο κεηάδνζεο κπνξεί λα αλέβεη σο ηα 724 Kbps. 41

42 Έλα piconet ζρεκαηίδεηαη από έλαλ θόκβν πνπ επηζπκεί λα γίλεη Master (δηαδηθαζία Inquiry). Ο Master είλαη ππεύζπλνο γηα ηηο κεηαβνιέο ηεο δηθηπαθήο ηνπνινγίαο (εηζαγσγέο, απνρσξήζεηο θόκβσλ θαη ζπληνληζκόο ηνπο - δηαδηθαζία Page). Η αθνινπζία ησλ ελεξγεηώλ είλαη σο εμήο: ν ελεξγόο Master θόκβνο εθθηλεί ηε δηαδηθαζία αλίρλεπζεο πηζαλώλ Slaves εθπέκπνληαο έλα κήλπκα Inquiry πνπ πεξηέρεη έλαλ θώδηθα κε ην όλνκα IAC. Κάζε θόκβνο πνπ ιακβάλεη έλα ηέηνην κήλπκα απαληά κε πιαίζην πνπ πεξηέρεη ηε δηεύζπλζε ηνπ θαη πιεξνθνξίεο ζπγρξνληζκνύ, ελώ ζηε ζπλέρεηα αλακέλεη κήλπκα Page. Ο Master ιακβάλεη απηά ηα πιαίζηα ησλ Slaves, ρξεζηκνπνηεί ηηο δηεπζύλζεηο ησλ ηειεπηαίσλ γηα λα ππνινγίζεη ηνλ θώδηθα δηαζπνξάο ηνπ Frequency Hopping θαη απνζηέιιεη ζηνπο Slaves πνπ βξέζεθαλ έλα κήλπκα Page πνπ πεξηέρεη έλαλ θώδηθα DAC. Οη Slaves απαληνύλ κε ηνλ θώδηθα IAC (έλα είδνο πηζηνπνίεζεο) θαη ν θεληξηθόο Master ηνπο ζηέιλεη ηνλ θώδηθα δηαζπνξάο. Οη Slaves επηβεβαηώλνπλ ηε ιήςε, ζπλδένληαη θαη έηζη ζρεκαηίδεηαη ην piconet. Οη ζπλδεδεκέλνη θόκβνη κπνξνύλ λα είλαη θάζε ζηηγκή είηε Active (ζπκκεηέρνπλ ελεξγά ζην δίθηπν αληαιιάζζνληαο δεδνκέλα), είηε Sniff (αθνύλ ζε ζπγθεθξηκέλεο ρξνλνζπξίδεο), είηε Hold (όπνπ κπνξνύλ λα κεηαθέξνπλ κόλν θσλή, κε ζύλδεζε SCO, θη έρνπλ κεησκέλε θαηαλάισζε ηζρύνο), είηε ηέινο Parked (είλαη κέιε ηνπ δηθηύνπ αιιά δελ αθνύλ ην θαλάιη θαη δελ αληαιιάζζνπλ δεδνκέλα). Οη θόκβνη Active, Sniff θαη Hold αλαγλσξίδνληαη από δηεπζύλζεηο 3-bit (έσο 7 ελεξγνί Slaves), ελώ νη θόκβνη Parked από δηεπζύλζεηο 8-bit (έσο 256 αλελεξγνί Slaves). Τπάξρνπλ 4 δηαθνξεηηθνί ηύπνη πιαηζίσλ SCO θαη έμη ηύπνη ACL. ε όινπο όκσο ππάξρεη έλαο θώδηθαο πξόζβαζεο, ν νπνίνο είλαη είηε ν IAC, είηε ν DAC είηε ν CAC θαη ζθνπεύεη ζην ζπγρξνληζκό ηεο ελαιιαγήο ζπρλνηήησλ ηνπ FHSS κεηαμύ ηνπ Master θαη ησλ Slaves, κία θεθαιίδα ππνεπηπέδνπ MAC κε άζξνηζκα ειέγρνπ CRC θαη ην σθέιηκν θνξηίν. Σν ηειεπηαίν νπζηαζηηθά είλαη έλα πιαίζην ππνεπηπέδνπ LLC ην νπνίν κπνξεί λα έρεη κηα δηθή ηνπ θεθαιίδα, πνπ κεηαθέξεη ζηνηρεία γηα ηε ινγηθή ζύλδεζε ηνπ LLC ζηελ νπνία αλήθεη ην πιαίζην θαη ην κήθνο ηνπ σθέιηκνπ θνξηίνπ, ηελ πιεξνθνξία πξνο κεηάδνζε θαη ίζσο έλαλ θώδηθα CRC ή/θαη FEC. Οη δηαθνξεηηθνί ηύπνη πιαηζίσλ MAC ηνπ Bluetooth δηαθνξνπνηνύληαη ζην σθέιηκν θνξηίν: νη ηύπνη SCO είλαη ν High Quality Voice 1, ζηνλ νπνίνλ ηα 2/3 ηνπ κήθνπο ηνπ σθέιηκνπ θνξηίνπ ηνπ πιαηζίνπ είλαη θώδηθαο FEC (κε απνηέιεζκα κηθξή απώιεηα πιαηζίσλ αιιά κεησκέλν ξπζκό κεηάδνζεο δεδνκέλσλ) θαη ηα ππόινηπα πιεξνθνξίεο θσλήο. Ο High Quality Voice 2, ζηνλ νπνίνλ ην 1/3 ηνπ κήθνπο ηνπ σθέιηκνπ θνξηίνπ ηνπ πιαηζίνπ είλαη θώδηθαο FEC θαη ηα ππόινηπα πιεξνθνξίεο θσλήο. Ο High Quality Voice 3, ζην σθέιηκν θνξηίν ηνπ νπνίνπ ππάξρνπλ κόλν πιεξνθνξίεο θσλήο θαη ηέινο ν Data-Voice, ν νπνίνο έρεη θώδηθα FEC ίζν κε ην 1/3 ηνπ ζπλνιηθνύ κήθνπο ηνπ πιαηζίνπ, θώδηθα CRC, ηελ θεθαιίδα LLC πνπ πξναλαθέξζεθε, πιεξνθνξίεο θσλήο θαη πιεξνθνξίεο δεδνκέλσλ. Οη ηύπνη ACL από ηελ άιιε επίζεο ππνζηεξίδνπλ δηαθνξεηηθνύο ξπζκνύο κεηάδνζεο θαη απώιεηαο παθέησλ (όπνπ πςειόο ξπζκόο κεηάδνζεο ζεκαίλεη κηθξό κήθνο θώδηθα FEC θαη άξα πςειή απώιεηα παθέησλ), κεηαθέξνπλ κόλν πιεξνθνξίεο δεδνκέλσλ θαη δηαθξίλνληαη ζε Data Medium Rate 1,3 θαη 5, θαζώο θαη Data High Rate 1,3 θαη 5 αληίζηνηρα [12]. 42

43 3.2 Hardware Δπηινγή ζπζθεπήο Bluetooth Σν κνληέιν Bluetooth πνπ επηιέρηεθε γηα ην ζπγθεθξηκέλν πξόηδεθη είλαη ην: Bluetooth Mate Gold RN-41 ηεο εηαηξίαο Sparkfun, ην νπνίν ζρεδηάζηεθε εηδηθά γηα ρξήζε κε Arduino Pros θαη LilyPad Arduinos. Απηό ην κόληεκ ιεηηνπξγεί σο έλαο ζεηξηαθόο (RX/TX) ζσιήλαο (Serial Pipe) θαη πξόθεηηαη γηα κηα ζπνπδαία αζύξκαηε αληηθαηάζηαζε ησλ ζεηξηαθώλ θαισδίσλ. Κάζε serial stream, από 2400 έσο bps, κπνξεί λα κεηαδώζεη ρσξίο απώιεηεο δεδνκέλσλ από ην γάληη ζην Longboard. Σν Bluetooth Mate δηαζέηεη ξπζκηζηέο ηάζεο πάλσ ζηελ πιαθέηα ηνπ, πνπ ηνπ επηηξέπνπλ ηελ ηξνθνδνζία από νπνηνδήπνηε 3.3 έσο 6 VDC ηξνθνδνηηθό. ρήκα 3.1 Bluetooth Mate Gold RN-41 Γηα ηηο αλάγθεο ηνπ έξγνπ, έπξεπε λα αγνξαζηνύλ 2 ζπζθεπέο Bluetooth, κηα γηα ην Γάληη-Controller πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε σο master θαη κηα γηα ην Longboard σο slave. Ο έιεγρνο ηεο ζπζθεπήο Bluetooth θαη ε απνζηνιή δεδνκέλσλ είλαη δπν μερσξηζηέο ιεηηνπξγίεο, αιιά θαη νη δύν πξαγκαηνπνηνύληαη κέζσ ηεο ζεηξηαθήο ζύξαο. Γηα λα δηαθνξνπνηεζνύλ απηνί νη δύν ηύπνη δεδνκέλσλ, νη ζπζθεπέο Bluetooth εθαξκόδνπλ δύν δηαθνξεηηθνύο ηξόπνπο επηθνηλσλίαο. Command mode, είλαη ε ιεηηνπξγία πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα γίλεη ε δηακόξθσζε ηεο ζπζθεπήο Bluetooth. Υαξαθηεξηζηηθά όπσο ην όλνκα ηεο ζπζθεπήο, ην baud rate, ν θσδηθόο PIN θαη ν ξπζκόο κεηάδνζεο δεδνκέλσλ, κπνξνύλ λα ξπζκηζηνύλ κέζσ απηήο ηεο ιεηηνπξγίαο. Δπίζεο ζε απηήλ ηελ ιεηηνπξγία κπνξεί λα πξνγξακκαηηζηεί ε ζπζθεπή ώζηε λα ζπλδέεηαη άκεζα κε κηα άιιε κέζσ ηεο MAC δηεύζπλζεο ηεο ή λα ζαξώλεη ηνλ ρώξν γηα άιιεο ζπζθεπέο. ην Data mode, ε ζπζθεπή Bluetooth ιεηηνπξγεί σο κηα "δηαθαλήο" πύιε δεδνκέλσλ (transparent data gateway). Όια ηα δεδνκέλα πνπ ιακβάλνληαη κέζσ ηεο ζύλδεζεο Bluetooth δξνκνινγνύληαη ζην TX pin ηεο ζπζθεπήο θαη όια ηα δεδνκέλα πνπ απνζηέιινληαη ζην RX pin ηεο ζπζθεπήο δηνρεηεύνληαη έμσ κέζσ ηεο ζύλδεζεο ηνπ Bluetooth. Γηα λα κπνξέζεη λα εηζέιζεη ν ρξήζηεο ζε Command mode από data mode, πξέπεη λα ζηείιεη κηα ζεηξά από ηξία ζύκβνια $ ($$$) κέζσ ηνπ host. Υαξαθηεξηζηηθά: v6.15 Firmware FCC Approved Class 1 Bluetooth Radio Modem 43

44 Δμαηξεηηθά ηζρπξή ζύλδεζε, ηόζν ζηελ αθεξαηόηεηα απνζηνιήο δεδνκέλσλ θαζώο θαη ζηελ κεηαθνξά δεδνκέλσλ ζε κεγάιεο απνζηάζεηο (100m) Υακειή θαηαλάισζε ξεύκαηνο: 25 ma κέζν όξν Hardy frequency hopping scheme - ιεηηνπξγεί ζε δύζθνια πεξηβάιινληα RF όπσο Wi-Fi, g θαη Zigbee Κξππηνγξαθεκέλε επηθνηλσλία πρλόηεηα: 2.4 ~ GHz Σάζε ιεηηνπξγίαο: V εηξηαθή επηθνηλσλία: bps Θεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο: -40 C ~ +70 C Δλζσκαησκέλε θεξαία ρήκα 3.2 Ρνή πιεξνθνξηώλ κεηαμύ κηθξνειεγθηή θαη Host κέζσ Bluetooth Ρύζκηζε ρξνλνδηαθόπηε Καηά ηελ είζνδν ζε Command mode, ην ρξνλόκεηξν δηακόξθσζεο είλαη έλα «εκπόδην» ζην νπνίν πξέπεη λα δνζεί ηδηαίηεξε πξνζνρή. Αξρίδεη ηε κέηξεζε από ηε ζηηγκή πνπ ε ζπζθεπή Bluetooth ελεξγνπνηεζεί θαη όηαλ ηειεηώζεη ν αληίζηξνθνο ρξόλνο, δελ ζα είλαη πιένλ δπλαηή ε είζνδνο ζε Command mode, εθηόο θαη αλ γίλεη επαλεθθίλεζε ηεο ζπζθεπήο. Από πξνεπηινγή, ην ρξνλόκεηξν είλαη ξπζκηζκέλν ζηα 60 δεπηεξόιεπηα, σζηόζν απηό κπνξεί λα αιιάμεη ή αθόκα θαη λα απελεξγνπνηεζεί. "Απνθξππηνγξαθώληαο" ηηο δηόδνπο εθπνκπήο θσηόο LED Τπάξρνπλ δύν δίνδνη εθπνκπήο θσηόο LED πάλσ ζηηο ζπζθεπέο Bluetooth: κηα θόθθηλε κε εηηθέηα "Stat" θαη κηα πξάζηλε κε εηηθέηα "Connect", πνπ βνεζνύλ ζηελ ππόδεημε θαηάζηαζεο ηεο ζπζθεπήο. Σν πξάζηλν LED αλάβεη από ηελ ζηηγκή πνπ πξαγκαηνπνηεζεί κηα αζύξκαηε ζύλδεζε, ελώ ην θόθθηλν LED κε ηελ εηηθέηα "Stat" ππνδειώλεη κηα από ηηο ηξείο αθόινπζεο θαηαζηάζεηο, αλάινγα κε ην πόζν γξήγνξα αλαβνζβήλεη (Πίλαθαο ). Πίλαθαο Configuration states Καηάζηαζε Stat Blink Rate Δπεμήγεζε Γηακόξθσζε 10 αλά δεπηεξόιεπην Η ζπζθεπή είλαη ζε ιεηηνπξγία δηακόξθσζεο. Δθθίλεζε/δηακόξθσζε ρξνλνδηαθόπηε 2 αλά δεπηεξόιεπην Η ζπζθεπή δελ είλαη ζε ιεηηνπξγία δηακόξθσζεο, αιιά ν ρξνλνδηαθόπηεο δηακόξθσζεο Discoverable/Inquiring/Idle 1 αλά δεπηεξόιεπην 44 ζπλερίδεη λα ηξέρεη. Η ζπζθεπή δελ είλαη ζε ιεηηνπξγία δηακόξθσζεο θαη ν ρξνλνδηαθόπηεο έρεη ιήμεη.

45 3.2.3 Ο θώδηθαο γηα ηελ είζνδν ζε Command Mode Με έλα κηθξό θνκκάηη θώδηθα πνπ κεηαθέξεη δεδνκέλα κεηαμύ ηεο ζεηξηαθήο νζόλεο (Serial Monitor) ηνπ Arduino θαη ηνπ Bluetooth κόληεκ, ν ρξήζηεο είλαη ζε ζέζε λα ζηείιεη αιιά θαη λα ιάβεη εληνιέο. ηνλ θώδηθα πνπ αθνινπζεί, πξνγξακκαηίδεηαη ε ζπζθεπή Bluetooth Mate Gold RN-41 ώζηε λα επηθνηλσλεί ζηα 9600 bps (από ηα πνπ είλαη ην default) θαη εκθαλίδεη όια ηα ζεηξηαθά δεδνκέλα κεηαμύ ηεο ζεηξηαθήο νζόλεο ηνπ Arduino θαη ηνπ Bluetooth κόληεκ [13]. #include <SoftwareSerial.h> int bluetoothtx =2; TX-O pin of bluetooth mate, Arduino D2 int bluetoothrx =3; RX-I pin of bluetooth mate, Arduino D3 SoftwareSerial bluetooth(bluetoothtx, bluetoothrx); void setup() { Serial.begin(9600); Begin the serial monitor at 9600bps bluetooth.begin(115200); The Bluetooth Mate defaults to bps bluetooth.print("$"); Print three times individually ($$$) bluetooth.print("$"); bluetooth.print("$"); Enter command mode delay(100); Short delay, wait for the Mate to send back CMD bluetooth.println("u,9600,n"); Temporarily Change the baudrate to 9600, no parity can be too fast at times for NewSoftSerial to relay the data reliably bluetooth.begin(9600); Start bluetooth serial at 9600 } void loop() { if(bluetooth.available()) If the bluetooth sent any characters { Send any characters the bluetooth prints to the serial monitor Serial.print((char)bluetooth.read()); } if(serial.available()) If stuff was typed in the serial monitor { Send any characters the Serial monitor prints to the bluetooth bluetooth.print((char)serial.read()); } } 3.3 Η πινπνίεζε Πξαγκαηνπνηήζεθαλ δύν δηαθνξεηηθέο πινπνηήζεηο πξνθεηκέλνπ λα δνθηκαζηεί θαη λα νινθιεξσζεί ε επηθνηλσλία (Bluetooth) ηνπ γαληηνύ κε ηνλ θηλεηήξα. Η πξώηε πινπνηήζεθε ζηνλ πάγθν (on the bench), ρξεζηκνπνηώληαο έλα απιό DC θηλεηήξα 6V θαη δύν κηθξνειεγθηέο Arduino Uno θαη ε δεύηεξε θαηεπζείαλ ζην ειεθηξηθό όρεκα 45

46 (Longboard). Η δηαθνξά κεηαμύ απηώλ ησλ δύν πινπνηήζεσλ είλαη όηη ζηνλ πάγθν, ην ζήκα PWM κεηαδηδόηαλ απεπζείαο από ηνλ κηθξνειεγθηή Arduino Uno ζηνλ θηλεηήξα κέζσ κηαο H-Bridge, ελώ ζηελ δεύηεξε πινπνίεζε ν ηξόπνο κεηάδνζεο ηνπ ζήκαηνο έγηλε κε δηαθνξεηηθό ηξόπν (αθνινπζεί αλάιπζε ζην θεθ. 4) Πξώηε πινπνίεζε θαη δνθηκέο ζηνλ πάγθν (on the bench) Πξώηα από όια, γηα ηελ επίηεπμε ηεο επηθνηλσλίαο είλαη απαξαίηεηε ε ρξήζε δύν (2) κόληεκ Bluetooth, έλα πνπ ζα ιεηηνπξγήζεη σο πνκπόο θαη έλα σο δέθηεο. Δπίζεο, ζηελ ζπγθεθξηκέλε πινπνίεζε ρξεζηκνπνηήζεθαλ δύν (2) κηθξνειεγθηέο Arduino Uno, αληί γηα έλα LilyPad θαη έλα Uno, γηαηί ν κηθξνειεγθηήο Uno πξνζθέξεη κεγαιύηεξε επθνιία ζην λα ζπλδεζνύλ θαιώδηα πάλσ ηνπ θαη είλαη πην ζηαζεξόο γηα δνθηκέο ζηνλ πάγθν (on the bench), δηόηη δηαζέηεη αληηνιηζζεηηθά πέικαηα. Με ηελ ζπγθεθξηκέλε εθαξκνγή/πινπνίεζε είλαη δηαζέζηκνο θαη ν έιεγρνο ηνπ DC θηλεηήξα κέζσ ελόο θηλεηνύ ηειεθώλνπ (Smartphone), απνζηέιινληαο απιά νξηζκέλνπο ραξαθηήξεο πνπ ιεηηνπξγνύλ ζαλ flags, κέζσ κηαο εθαξκνγήο ηνπ Google Store (Bluetooth Terminal Application). Γλσξίδνληαο ηνλ θσδηθό Pin ηεο ζπζθεπήο (1234 by default) ζπλδέεηαη ε εθαξκνγή από ην θηλεηό ηειέθσλν άκεζα κε ηε ζπζθεπή Bluetooth ζηνλ δέθηε/arduino Uno (ζρήκα ). Παξαθάησ βξίζθεηαη ε ιίζηα κε όια ηα εμαξηήκαηα πνπ ρξεηάζηεθαλ ζην λα πινπνηεζεί ε πξώηε εθαξκνγή: Πίλαθαο Λίζηα εμαξηεκάησλ γηα ηελ πξώηε πινπνίεζε ζηνλ πάγθν Πξντόλ Πνζόηεηα Arduino Uno 2 Bluetooth Mate Gold RN-41 2 Jump Wire Kit 1 SN754410NE DIP-16 Quad Half-H Driver 1 DC Motor 6V 250mA 14500rpm 1 USB Cable-Standard A-B 2 Arduino Uno/Πνκπόο Γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ πνκπνύ-ειεγθηή (Transmitter-Controller), κόλν δύν (2) εμαξηήκαηα είλαη απαξαίηεηα, έλαο κηθξνειεγθηήο Arduino Uno θαη έλα κόληεκ Bluetooth Mate Gold RN-41. Ο πνκπόο ζηέιλεη ηηκέο-flags από 0 έσο 4. Arduino Uno/Γέθηεο Κάζε θνξά πνπ ν δέθηεο ιακβάλεη έλα flag/ραξαθηήξα από ηνλ πνκπό (0-4), ζηέιλεη θαη ηελ αληίζηνηρε εληνιή ζηoλ θηλεηήξα. Πην ζπγθεθξηκέλα, όηαλ ν δέθηεο ιάβεη ην '0' θξελάξεη ηνλ θηλεηήξα, όηαλ ιάβεη ην '1' θηλεί ηνλ θηλεηήξα δεμηόζηξνθα γηα 1 δεπηεξόιεπην, ην ζηακαηάεη γηα 500 ms θαη έπεηηα ην θηλεί αξηζηεξόζηξνθα γηα 1 δεπηεξόιεπην, όηαλ ιάβεη ην '2' θηλεί ηνλ θηλεηήξα δεμηόζηξνθα ζε πιήξε ηζρύ γηα 4 δεπηεξόιεπηα, ελώ κε ηε ιήςε ηνπ flag '3' θηλεί ηνλ θηλεηήξα αξηζηεξόζηξνθα γηα 4 δεπηεξόιεπηα αιιά ζην 50% ηεο ηζρύνο ηνπ (50% of Duty cycle) θαη ηέινο κόιηο ιάβεη ην '4' θηλεί ηνλ θηλεηήξα αξηζηεξόζηξνθα γηα 4 δεπηεξόιεπηα αιιά κε κόιηο ην 25% ηεο ζπλνιηθήο ηνπ ηζρύο (25% of Duty cycle). 46

47 ρήκα 3.3Απνζηνιή flags κέζσ ηεο εθαξκνγήο Bluetooth Terminal ρήκα 3.4 Η πξώηε πινπνίεζε ζηνλ πάγθν 47

48 ρήκα 3.5 Η πξώηε πινπνίεζε ζηνλ πάγθν κε επεμεγήζεηο ρήκα 3.6 Σειηθό schematic ηνπ δέθηε Η ζπλδεζκνινγία ηνπ δέθηε (Uno/Bluetooth/H-Bridge/Motor) Γηα ηελ πινπνίεζε ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ δέθηε (receiver) ηα ειεθηξνληθά εμαξηήκαηα πνπ ρξεηάδνληαη είλαη: 48

49 1x Arduino Uno 1x Bluetooth Mate Gold RN-41, πνπ ιεηηνπξγεί σο Slave 1x SN754410NE DIP-16 Quad Half-H Driver 1x DC Κηλεηήξα ζηα 6V H-Bridge Σν SN754410NE DIP-16 Quad Half-H Driver ή πην απιά H-Bridge, είλαη έλα ειεθηξνληθό θύθισκα πνπ επηηξέπεη ηε ξύζκηζε ηζρύνο εμόδνπ κε ηαπηόρξνλε δπλαηόηεηα αιιαγήο θαηεύζπλζεο. Σα θπθιώκαηα απηά ρξεζηκνπνηνύληαη ζπρλά ζηελ ξνκπνηηθή αιιά θαη ζε άιιεο εθαξκνγέο, θαζώο ν ξόινο ηνπο είλαη λα θηλνύλ έλα DC θηλεηήξα δεμηόζηξνθα θαη αξηζηεξόζηξνθα. Πην ζπγθεθξηκέλα, ε H-Bridge ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα αληηζηξέθεη ηελ πνιηθόηεηα ηνπ θηλεηήξα, αιιά κπνξεί επίζεο θαη λα ην θξελάξεη, όηαλ απαηηείηαη μαθληθό θξελάξηζκα (Sudden stop), κε ην βξαρπθύθισκα ησλ αθξνδεθηώλ ηνπ θηλεηήξα. ε πεξίπησζε απνζύλδεζεο ηνπ θηλεηήξα από ην θύθισκα ελώ βξίζθεηαη ζε θίλεζε, επηβξαδύλεη κέρξη ε ηαρύηεηα ηνπ λα θηάζεη ζην 0. Ο όξνο "H-Bridge" πξνέξρεηαη από ηελ ηππηθή γξαθηθή αλαπαξάζηαζε ελόο ηέηνηνπ θπθιώκαηνο. Μηα H-Bridge πνπ απνηειείηαη από ηέζζεξηο (4) δηαθόπηεο (solid-state ή κεραληθνύο), όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα (3.7). ρήκα 3.7 H-Bridge schematic Όηαλ νη δηαθόπηεο S1 θαη S4 (ζύκθσλα κε ην ρήκα 3.7) είλαη θιεηζηνί θαη νη δηαθόπηεο S2 θαη S3 αλνηρηνί, κηα ζεηηθή ηάζε (δεμηόζηξνθε θίλεζε) εθαξκόδεηαη ζηνλ θηλεηήξα. Με ην άλνηγκα ησλ δηαθνπηώλ S1, S4 θαη ην θιείζηκν ησλ S2 θαη S3, ε ηάζε αληηζηξέθεηαη πξνθαιώληαο ζηνλ θηλεηήξα αλάζηξνθε ιεηηνπξγία (αξηζηεξόζηξνθε θίλεζε). Υξεζηκνπνηώληαο ηελ παξαπάλσ νλνκαηνινγία, νη δηαθόπηεο S1 θαη S3 δελ πξέπεη λα είλαη πνηέ θιεηζηνί ηελ ίδηα ζηηγκή, θαζώο απηό ζα πξνθαιέζεη βξαρπθύθισκα ζηελ πεγή ηάζεο. Σν ίδην ηζρύεη θαη γηα ηνπο δηαθόπηεο S3, S4. Απηή ε θαηάζηαζε είλαη γλσζηή σο Shoot-Through [14] Ο θώδηθαο ηεο πξώηεο πινπνίεζεο ζηνλ πάγθν (Πνκπόο) Παξαθάησ είλαη ν θώδηθαο ηνπ πνκπνύ/controller γηα ηελ πινπνίεζε ζηνλ πάγθν: Master code void setup(){ Serial.begin(115200); Αξρηθνπνίεζε ζεηξηαθήο επηθνηλσλίαο ζηα bps } 49

50 void loop(){ Serial.print("0"); Δθηύπσζε ηνλ ραξαθηήξα 0 delay(100); Πεξίκελε 100 msec Serial.print("1"); Δθηύπσζε ηνλ ραξαθηήξα 1 delay(2600); Πεξίκελε 2600 msec Serial.print("2"); Δθηύπσζε ηνλ ραξαθηήξα 2 delay(4100); Πεξίκελε 4100 msec Serial.print("3"); Δθηύπσζε ηνλ ραξαθηήξα 3 delay(4100); Πεξίκελε 4100 msec Serial.print("4"); Δθηύπσζε ηνλ ραξαθηήξα 4 delay(4100); Πεξίκελε 4100 msec } Ο θώδηθαο ηεο πξώηεο πινπνίεζεο ζηνλ πάγθν (Γέθηεο) Σέινο αθνινπζεί ν θώδηθαο ηνπ δέθηε: Slave code char val; Γήισζε κεηαβιεηήο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ απνζήθεπζε εηζεξρόκελσλ δεδνκέλσλ από ηελ ζεηξηαθή πόξηα int motorpin1 =3; Pin 2 ζηελ H-Bridge, Pin 3 ζηνλ Arduino Uno int motorpin2 =4; Pin 7 ζηελ H-Bridge, Pin 4 ζηνλ Arduino Uno int enablepin =5; Pin 1 ζηελ H-Bridge, Pin 5 ζηνλ Arduino Uno void setup() { pinmode(motorpin1, OUTPUT); Όξηζε ην Pin 3 σο έμνδν pinmode(motorpin2, OUTPUT); Όξηζε ην Pin 4 σο έμνδν pinmode(enablepin, OUTPUT); Όξηζε ην Pin 5 σο έμνδν digitalwrite(enablepin, HIGH); Όξηζε ην Pin 5 λα είλαη HIGH Serial.begin(115200); Αξρηθνπνίεζε ζεηξηαθήο επηθνηλσλίαο ζηα bps } void loop(){ if( Serial.available()> 0) Αλ ππάξρνπλ δηαζέζηκα δεδνκέλα πξνο αλάγλσζε { val= Serial.read(); Γηάβαζε θαη απνζήθεπζε ηα εηζεξρόκελα δεδνκέλα ζηελ 'val' if( val =='0') Αλ ε ηηκή είλαη '0' ηόηε θξέλαξε ηνλ θηλεηήξα { int speed =0; Σηκή PWM analogwrite(motorpin1, speed); Όξηζε θαη ηα 2 Pins ηνπ θηλεηήξα κε ηελ ηηκή πνπ έρεη ε κεηαβιεηή speed analogwrite(motorpin2, speed); delay(100); Πεξίκελε 100 msec Serial.println("0% OF DUTY CYCLE **STOP**"); Δθηύπσζε ην κήλπκα } 50

51 if( val =='1') Αλ ε ηηκή είλαη '1' ηόηε θίλεζε ηνλ θηλεηήξα δεμηόζηξνθα γηα 1 δεπηεξό-ιεπην, θξέλαξε ην γηα 500msec θαη έπεηηα θίλεζε ην αξηζηεξόζηξνθα γηα 1 δεπηε-ξόιεπην ζε πιήξε ηζρύ { int speed =255; Η ηηκή ηεο κεηαβιεηήο είλαη ζηα 255 (Πιήξεο ηζρύο θηλεηήξα) digitalwrite(motorpin1, LOW); Όξηζε ην Pin 3 ζε Low (πνπ είλαη ππεύζπλν γηα ηελ αξηζηεξόζηξνθε θίλεζε ηνπ θηλεηήξα) digitalwrite(motorpin2, speed); Κίλεζε ηνλ θηλεηήξα δεμηόζηξνθα delay(1000); Πεξίκελε 1 δεπηεξόιεπην digitalwrite(motorpin1, LOW); Όξηζε ην Pin 3 LOW (Φξελάξηζκα θηλεηήξα) digitalwrite(motorpin2, LOW); Όξηζε ην Pin 4 LOW (Φξελάξηζκα θηλεηήξα) delay(500); Πεξίκελε 500msec digitalwrite(motorpin1, speed); Κίλεζε ηνλ θηλεηήξα αξηζηεξόζηξνθα digitalwrite(motorpin2, LOW); Όξηζε ην Pin 4 LOW delay(1000); Πεξίκελε 1 δεπηεξόιεπην Serial.println("Forward for 1 sec, Brake for 500msec and Backwards for 1 sec"); Δθηύπσζε ην κήλπκα } if( val =='2') Αλ ε ηηκή είλαη '2' ηόηε θίλεζε ηνλ θηλεηήξα δεμηόζηξνθα γηα 4 δεπηεξό- ιεπηα ζε πιήξε ηζρύ { int speed =255; analogwrite(motorpin1,0); Όξηζε ην Pin 3 LOW (0) analogwrite(motorpin2, speed); Κίλεζε ηνλ θηλεηήξα δεμηόζηξνθα delay(4000); Πεξίκελε 4 δεπηεξόιεπηα Serial.println("100% OF DUTY CYCLE(Forward)"); Δθηύπσζε ην κήλπκα } if( val =='3') Αλ ε ηηκή είλαη '3' ηόηε θίλεζε ηνλ θηλεηήξα αξηζηεξόζηξνθα κε ηελ κηζή ηζρύ (50% of duty cycle) { int speed =128; analogwrite(motorpin1, speed); Κίλεζε ηνλ θηλεηήξα αξηζηεξόζηξνθα analogwrite(motorpin2,0); Όξηζε ην Pin 4 LOW (0) delay(4000); Πεξίκελε 4 δεπηεξόιεπηα Serial.println("50% OF DUTY CYCLE(Backwards)"); Δθηύπσζε ην κήλπκα } if( val =='4') Αλ ε ηηκή είλαη '4' ηόηε θίλεζε ηνλ θηλεηήξα αξηζηεξόζηξνθα κε ην 1/4 ηεο ζπλνιηθήο ηνπ ηζρύο (25% of duty cycle) { int speed =70; analogwrite(motorpin1, speed); Κίλεζε ηνλ θηλεηήξα αξηζηεξόζηξνθα analogwrite(motorpin2,0); Όξηζε ην Pin 4 LOW (0) delay(4000); Πεξίκελε 4 δεπηεξόιεπηα Serial.println("25% OF DUTY CYCLE(Backwards)"); Δθηύπσζε ην κήλπκα } 51

52 } Γεύηεξε πινπνίεζε θαη δνθηκή απεπζείαο ζην ειεθηξηθό όρεκα Η εθαξκνγή θαη όιεο νη δνθηκέο όζν αθνξά ηελ δεύηεξε πινπνίεζε πνπ έιαβε κέξνο ζην ειεθηξηθό όρεκα, αλαιύεηαη πιήξσο ζην επόκελν θεθάιαην (Κεθ. 4). 52

53 Κεθάιαην 4 Σν ειεθηξηθό όρεκα (Electric Skateboard) ε απηό ην θεθάιαην ζα αθνινπζήζεη ε αλαιπηηθή πεξηγξαθή ηεο δηαδηθαζίαο αλίρλεπζεο θαη θαηαγξαθήο ησλ ζεκάησλ πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζηελ αξρηθή επηθνηλσλία ηνπ πξντόληνο, ε (δεύηεξε) πινπνίεζε ηνπ, νη κεηξήζεηο πνπ ιήθζεθαλ κέζσ ηνπ παικνγξάθνπ γηα ην ζήκα, ε αλαπαξαγσγή ηνπ λένπ ζήκαηνο κέζσ ηνπ κηθξνειεγθηή Arduino Uno, ν θώδηθαο θαζώο θαη θσηνγξαθίεο ηνπ έξγνπ. ρήκα 4.1 Πάλσ όςε ηνπ ειεθηξηθνύ παηηληνύ (Longboard) 4.1 Arduino Uno/Γέθηεο ζην ειεθηξηθό παηίλη Η δηαθνξά ζηελ πινπνίεζε απηήο ηεο εθαξκνγήο ζε ζρέζε κε ηελ πινπνίεζε ζην πάγθν είλαη όηη ζην αξρηθό ειεθηξηθό παηίλη ππήξρε ήδε αζύξκαηε επηθνηλσλία RF κεηαμύ ηνπ αξρηθνύ ρεηξηζηεξίνπ (RC Pistol) θαη ηνπ παηηληνύ. Γηα λα κπνξέζεη λα πξαγκαηνπνηεζεί ε αιιαγή πξσηνθόιινπ επηθνηλσλίαο από RF ζε Bluetooth, ήηαλ απαξαίηεηε ε δηαδηθαζία αλίρλεπζεο θαη θαηαγξαθήο ησλ ζεκάησλ RF. Η θαηαγξαθή θαη ε δηακόξθσζε ηνπ ζήκαηνο ηεο αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο RF γηα ηελ αλακεηάδνζε λέσλ ζεκάησλ κέζσ Bluetooth πξσηνθόιινπ είλαη δηαθνξεηηθή από ηελ απνζηνιή ελόο απινύ ζήκαηνο PWM κέζσ ηνπ γαληηνύ πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζηελ πξώηε πινπνίεζε ζηνλ πάγθν. Πίλαθαο Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά κηθξνειεγθηή Arduino Uno Μηθξνειεγθηήο ATmega328 Σάζε ιεηηνπξγίαο 5 V Σάζε εηζόδνπ 7-12 V Φεθηαθά Ι/Ο Pin 14 (of which 6 provide PWM output) Αλαινγηθνί αθξνδέθηεο εηζόδνπ 6 DC Current per I/O Pin 40 ma DC Current for 3.3 V Pin 50 ma Flash Memory 32 KB (Atmega328) of which 0.5 KB used by bootloader SRAM 2 KB (Atmega328) EEPROM 1 KB (Atmega328) Σαρύηεηα ξνινγηνύ 16 MHz 53

54 4.1.1 Δπεμήγεζε ηεο δηακόξθσζεο Σν αξρηθό ειεθηξηθό παηίλη αξρηθά δηέζεηε: Γύν (2) κπαηαξίεο ζε ζεηξά ζπλδεδεκέλεο, από 12V ε θάζε κηα. Έλαλ ειεγθηή γηα ηνλ θηλεηήξα (motor controller). Έλα DC Brushed θηλεηήξα 24V ηνπνζεηεκέλν ζε κηα ρεηξνπνίεηε βάζε αινπκηλίνπ. Έλα δέθηε αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο RF. Η ηξνθνδνζία ηνπ ειεθηξηθνύ παηηληνύ θαηά ηελ δηάξθεηα ησλ δνθηκώλ έγηλε κε εμσηεξηθή πεγή. ην ρήκα 4.2 πνπ αθνινπζεί, δηαθξίλεηαη ν DC Brushed θηλεηήξαο ζηε ρεηξνπνίεηε βάζε αινπκηλίνπ πάλσ ζηνλ πίζσ άμνλα ηνπ παηηληνύ θαζώο θαη ν αξρηθόο δέθηεο αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο RF καδί κε ηνλ ειεγθηή ηνπ θηλεηήξα (motor controller). ρήκα 4.2 Γηακόξθσζε ηνπ ειεθηξηθνύ παηηληνύ γηα λα πξαγκαηνπνηεζνύλ νη πξώηεο δνθηκέο 54

55 4.2 Γηαδηθαζία αλίρλεπζεο θαη θαηαγξαθήο ησλ RF ζεκάησλ ην παξαθάησ ρήκα 4.3, παξνπζηάδεηαη ην ρεηξηζηήξην-πηζηόιη (RC Pistol) πνπ ρξεζηκνπνηνύζε ην αξρηθό πξντόλ γηα λα ειέγμεη ην ειεθηξηθό παηίλη. ρήκα 4.3 Σν ρεηξηζηήξην-πηζηόιη (RC Pistol) Με ηελ ρξήζε ελόο παικνγξάθνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ε θαηαγξαθή ησλ ζεκάησλ κεηαμύ ηνπ ρεηξηζηεξίνπ (RC Pistol) θαη ηνπ ειεθηξηθνύ παηηληνύ. Καηαγξάθνληαο θαη απνθσδηθνπνηώληαο ηα κνηίβα ησλ RF ζεκάησλ (signal patterns) είλαη ν κόλνο ηξόπνο γηα λα επηηεπρζεί ε κίκεζε θαη αλακεηάδνζε ηνπ λένπ ζήκαηνο κέζσ Bluetooth. Η αλαπαξαγσγή ηνπ λένπ ζήκαηνο κέζσ Bluetooth πξέπεη λα είλαη παλνκνηόηππε κε ην αξρηθό RF ζήκα, αιιηώο ν ήδε ππάξρσλ ειεγθηήο θηλεηήξα (motor controller) δελ ζα κπνξνύζε λα δώζεη εληνιή θίλεζεο. Σν κήθνο ηνπ ζήκαηνο είλαη 40 bits θαη ε ζπλνιηθή δηάξθεηα ηνπ 80 msec. Με ην πάηεκα ηεο ζθαλδάιεο ην ζήκα αιιάδεη δηαξθώο. Μεηά από έξεπλα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε, επηά (7) ήηαλ ηα ζήκαηα πνπ παξείραλ αζθάιεηα ζηνλ αλαβάηερξήζηε γηα λα ειέγρεη ην ειεθηξηθό παηίλη ρσξίο θαλέλα απνιύησο πξόβιεκα. Σα επηά (7) ζήκαηα είλαη: 1. ήκα έλαξμεο επηθνηλσλίαο (Start-up signal) 2. ήκα θξελαξίζκαηνο 3. 20% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο 55

56 4. 40% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο 5. 60% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο 6. 80% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο % ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο (Full Throttle) Σα patterns ησλ θαηαγεγξακκέλσλ ζεκάησλ 1) Γηα λα αξρίζεη λα θηλείηαη ν θηλεηήξαο, ρξεηάδεηαη πξώηα ε απνζηνιή ελόο ελαξθηήξηνπ ζήκαηνο (Start-up signal). Απηό ιεηηνπξγεί ζαλ δηθιίδα αζθαιείαο ζε πεξίπησζε πνπ ν ρξήζηεο ελεξγνπνηήζεη ην γάληη θαη έρεη ηνλ δείθηε ηνπ ιπγηζκέλν από πξηλ. ρήκα 4.4 Start-up pattern Πίλαθαο Απνθξππηνγξάθεζε ελαξθηήξηνπ ζήκαηνο Position Signal Start-up

57 2) Σν ζήκα γηα ην θξελάξηζκα ρήκα 4.5 Braking pattern Πίλαθαο 4.2- Απνθξππηνγξάθεζε ζήκαηνο γηα ην θξελάξηζκα Position Signal Φξελάξηζκα

58 3) Σν ζήκα γηα ην 20% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο ρήκα % of the maximum speed pattern Πίλαθαο Απνθξππηνγξάθεζε ζήκαηνο γηα 20% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο Position Signal 20% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο

59 4) Σν ζήκα γηα ην 40% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο ρήκα % of the maximum speed pattern Πίλαθαο Απνθξππηνγξάθεζε ζήκαηνο γηα 40% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο Position Signal 40% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο

60 5) Σν ζήκα γηα ην 60% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο ρήκα % of the maximum speed pattern Πίλαθαο Απνθξππηνγξάθεζε ζήκαηνο γηα 60% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο Position Signal 60% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο

61 6) Σν ζήκα γηα ην 80% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο ρήκα % of the maximum speed pattern Πίλαθαο Απνθξππηνγξάθεζε ζήκαηνο γηα 80% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο Position Signal 80% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο

62 7) Σν ζήκα γηα ην 100% ηεο κέγηζηεο ηαρύηεηαο (Full Throttle) ρήκα % of the maximum speed pattern Πίλαθαο Απνθξππηνγξάθεζε ζήκαηνο γηα πιήξε ηζρύ Position Signal Full Throttle

63 Μεηά ηελ θαηαγξαθή θαη απνθξππηνγξάθεζε ησλ ζεκάησλ, ηα δεδνκέλα πνπ απνζηέιινληαη από ηνλ αξρηθό πνκπό RF κπνξνύλ λα αλαπαξαρζνύλ εθ λένπ κέζσ Bluetooth. Φνξώληαο ην γάληη-ρεηξηζηήξην θαη ιπγίδνληαο έλα από ηα δύν (2) δάθηπια, δείθηε (γθάδη) ή αληίρεηξα (θξέλν), είλαη πιένλ δπλαηή ε αλαπαξαγσγή ηνπ απαηηνύκελνπ ζήκαηνο. Σα λέα ζήκαηα θαηαρσξήζεθαλ κέζσ θώδηθα ζηνλ Arduino Uno ηνπ ειεθηξηθνύ παηηληνύ. ρήκα 4.11 Παξάδεηγκα αλαπαξαγσγήο ηνπ ελαξθηήξηνπ ζήκαηνο κέζσ Arduino 63