Para montar a rede em malha é preciso primeiramente programar e configurar os nós finais que ficarão instalados nas cabines dos metrôs, os módulos que serão usados como roteadores e os nós coordenadores. A Maxstream fornece uma variedade de firmwares para diferentes tipos de módulo ZigBee que o projetista da rede pode utilizar para configurar os nós de acordo com o tipo de aplicação desejada.
Primeiramente foi realizado um estudo sobre o protocolo ZigBee, sobre o hardware dos módulos ZigBee (XBee Znet da Maxstream) utilizados no projeto e sobre os diferentes firmwares para definir o melhor a ser instalado em cada tipo de módulo.
Após a escolha dos firmwares, iniciou-se o processo de configuração de cada módulo para formar a rede. Cada firmware possui diversos parâmetros de entrada que precisam ser corretamente configurados para que os dispositivos possam se associar e se comunicar corretamente dentro da rede. Através do software X-CTU fornecido pela Maxstream (figura 4.5), é possível descarregar o firmware nos módulos ZigBees e configurar seus parâmetros.
Para cada nó na rede ZigBee pode-se configurar parâmetros de rede, de endereçamento, de interface serial, de segurança, de configuração dos pinos de Entrada e
Saída, dentre outros. A figura 4.5mostra uma interface do X-CTU apresentando alguns dos parâmetros para a configuração de um nó coordenador para a rede.
Figura 4.5: Software para configuração dos nós da rede ZigBee
Para o coordenador, os principais parâmetros configurados foram o identificador da rede (ID - PAN ID), o tempo para junção de nós a rede (NJ - Node Join Time), a definição da lista de canais a serem verificados (SC – Scan Channels) e do tempo para verificação desses canais (SD – Scan Duration). Como o nó coordenador ficará conectado a um FPGA, através de uma interface serial, é necessário também configurar os parâmetros que definem as configurações da comunicação serial com o meio externo, como baud rate e bits de paridade.
Sistema Telemétrico Para Monitoramento de Trens Através de Redes de Sensores Sem Fio e Processamento em Sistema Embarcado
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Cada rede ZigBee possui um ID único que a identifica, permitindo que os nós se associem a ela. Desta forma, diferentes redes podem atuar em uma mesma área sem que haja interferências entre elas.
O parâmetro SC foi configurado para verificar a disponibilidade de conexão com todos os 16 canais que ele permite, desta forma, um coordenador pode gerenciar até 16 conexões simultaneamente de nós roteadores ou nós finais. O parâmetro NJ (Node Join
Time) foi configurado com o valor máximo permitido, fazendo com que os nós roteadores e
finais possam se conectar a qualquer instante, ou seja, a rede se torna aberta para inclusão rápida de novos nós a qualquer momento.
Para os nós que atuam como estações roteadoras, as configurações de rede são semelhantes as do coordenador com a inclusão de um parâmetro adicional para verificação do canal. Este parâmetro foi habilitado para que os nós roteadores, sempre que ligados ou reiniciados, verifiquem a existência de um coordenador no mesmo canal de freqüência certificando-se que estão operando em um canal válido. Assim como o nó coordenador, cada roteador também tem capacidade para gerenciar conexões de até 16 outros nós.
Alguns roteadores poderão ser instalados em pontos da via onde o fornecimento de energia para alimentá-los não é possível, sendo necessário o uso de baterias. Estes roteadores serão configurados para entrarem em estado de sono (standby) quando não estiverem transmitindo ou recebendo dados, a fim de economizar energia e prolongar o tempo de vida dessas baterias. Na maior parte da via, os nós roteadores poderão ser ligados através da rede elétrica do metrô, não sendo necessário o uso de baterias.
Para os nós finais, a configuração é um pouco mais trabalhosa, pois é necessário configurar um maior número de parâmetros para cada nó. Como existirão várias redes ZigBee e cada nó final instalado na cabine dos trens terá que se associar a elas em momentos diferentes, nas configurações de rede de cada nó, o parâmetro ID foi configurado para obter o endereço da rede de forma dinâmica no momento da sua inicialização.
O parâmetro NJ (Rejoin Policy) foi configurado para permitir que o nó final, ao perder o sinal do coordenador ao qual estava associado, procure por um novo coordenador e se associe a este novo coordenador caso o encontre. Isto permite, por exemplo, que um nó final que estava conectado na rede ZigBee de Werneck ao sair da área abrangida por ela, possa se conectar à rede ZigBee de Tejipió que será a próxima rede no sentido Recife- Jaboatão.
Nas configurações de endereçamento, o endereço de destino dos dados é definido com o valor 0 que corresponde ao endereço do nó coordenador da rede.
Dentro da Cabine dos trens, cada nó final tem os pinos 20, 19, 18 e 17 conectados aos sensores de velocidade, pressão, corrente e tensão de alimentação respectivamente. É
necessário portanto habilitar os parâmetros de entrada destes pinos para atuarem como conversores A/D para possibilitar a medição e conversão dos sensores conectados. Esta configuração é feita através dos parâmetros do firmware D0 (pino 20), D1 (pino 19), D2 (pino 18) e D4 (pino 17).
Para operação do nó final, é preciso ainda configurar a freqüência de amostragem de Entrada e Saída de dados. O Parâmetro IR permite definir o intervalo de tempo em milissegundos entre a aquisição de amostras consecutivas. Para este projeto, o parâmetro IR foi configurado com o valor em hexadecimal 7D (125 em decimal), o que significa que a cada 125 ms uma amostra será adquirida e enviada, resultando em uma taxa de amostragem de 8Hz (8 amostras por segundo).
Após a configuração de todos os módulos a rede pode ser então montada e posta em operação. A formação da rede começa quando o nó coordenador da EB é ligado, neste momento o coordenador envia uma mensagem em broadcast com informações sobre a configuração da rede para todos os nós das ER (nós roteadores) e EM (nós finais) que estão ao seu alcance para agregá-los a rede. A rede é então inicializada e as Estações Móveis conectadas podem enviar os dados obtidos dos sensores nas cabines dos trens para a EB. Os dados podem ser enviados diretamente para a EB caso a EM esteja ao seu alcance ou através das ER quando não estiverem.