Índice de Equações
Diagrama 4.6 Diagrama do supervisor ADM
Figura 4.24 - Diagrama de Blocos do ADM696 [Analog Devices]32
4.9. Ligação Wireless
A Ligação Wireless só é necessária se o sistema de monitorização for instalado no mesmo local que o Aerogerador, ou então, caso o PC Servidor onde estiver a ser executado o programa Eolitor Server, não estiver perto do controlador do Aerogerador. Isto devido à necessidade de enviar os dados para o servidor.
As duas tecnologias que foram analisadas para a transmissão de dados foram a Bluetooth e a ZigBee.
4.9.1. Bluetooth
Bluetooth, ou IEEE 802.15.133, é uma tecnologia para comunicação sem fios entre
dispositivos, nomeadamente computadores, telemóveis, impressoras, auto-rádios, câmaras digitais, entre outros. Baseia-se numa ligação de rádio de curto alcance e baixo custo.
A tecnologia Bluetooth depende da tecnologia de rádio frequência e do protocolo de software que permita transmitir os dados entre dois dispositivos. Os dispositivos com este padrão podem comunicar entre si, mas existem algumas limitações, tais como a quantidade de dados que serão enviados, o tipo de comunicação entre os dispositivos e as frequências de rádio onde a comunicação ocorrerá.
Os dispositivos com tecnologia Bluetooth operam em três bandas de rádio conhecidas como ISM (Industrial, Scientifical and Medical) centrada em 2,45 GHz. Nos Estados Unidos, a faixa ISM varia de 2400 a 2483,5 MHz, e no Japão a faixa varia entre 2400 a 2500 MHz. Na maioria dos países da Europa, a mesma banda também está disponível.
Os dispositivos equipados com Bluetooth estão capacitados para comunicar uns com os outros quando estão dentro do raio de alcance. Estes empregam um sistema de comunicação via rádio, por isso para poderem comunicar é necessário que a potência seja
32 Mais informações em http://www.analog.com/en/power-management/supervisors/ADM696/products/product.html 33 Informação relativo ao Bluetooth em http://www.bluetooth.com/bluetooth/ e https://www.bluetooth.org/apps/content/
suficiente. Dispositivos que possuem um amplificador de potência para transmissão têm uma sensibilidade de recepção melhorada, podendo alcançar distâncias de 1 km usando o padrão Bluetooth Classe 1.
Classe Potência máxima permitida (mW/dBm) Alcance
Classe1 100 mW (20 dBm) ~ 100 metros
Classe2 2.5 mW (4 dBm) ~ 10 metros
Classe3 1 mW (0 dBm) ~ 1 metros
Tabela 4.6 - Alcance e potência máxima das diferentes Classes Bluetooth
4.9.2. ZigBee
ZigBee, ou IEEE 802.15.4, representa um tipo de tecnologia de redes sem fios ainda em aperfeiçoamento, definida por um conjunto de empresas chamado ZigBee Alliance34, cujo
objectivo é realizar a interligação de pequenas unidades de comunicações de dados em áreas muito limitadas recorrendo a sinais de rádio frequência não licenciados. Estas ligações são equiparadas às redes Wi-Fi e Bluetooth, mas diferenciam-se na medida em que necessitam de menos consumo, por um alcance reduzido (cerca de 10 metros, apesar de actualmente existirem módulos de comunicação com ampliação com alcance da ordem dos km) e, distinguem-se ainda, pelo facto da comunicação entre duas unidades poder ser repetida sucessivamente pelas unidades existentes. Esta faculdade constitui uma rede de comunicações, que admite diferentes topologias: estrela (star), malha (mesh) ou árvore (cluster tree), permitindo o estabelecimento de redes de nós “ad-hoc”. Outra característica relevante é o facto de poder suportar até um máximo de 65535 dispositivos por cada ZigBee Coordinator, muito superior aos 8 do Bluetooth e 30 do Wi-Fi.
Com estas características o ZigBee tem uma vasta área de aplicação, desde o controlo industrial à automação de residências (domótica), e pode ser encontrado na faixa ISM que estão isentas de licenciamento.
Globalmente, corresponde à banda de 2.4GHz que permite obter taxas de transmissão de 250Kbps com 16 canais disponíveis. Existem ainda as bandas de 915MHz, instituídas nos Estados Unidos, que permitem uma taxa de transmissão de 40Kbps e 10 canais de comunicação e bandas de 868 MHz aqui na Comunidade Europeia, que possibilitam apenas 1 canal de comunicação com uma taxa de transmissão de 20Kbps.
Em termos de modulação, utiliza-se O-QPSK (Offset Quadrature Phaseshift Keying) para a banda dos 2.4Ghz e BPSK (Binary Phase Shift Keying) para os 915 ou 868Mhz. Perante estas características, esta tecnologia foi criada essencialmente como uma alternativa de comunicação a aplicar em redes que não necessitem de soluções muito complexas, diminuindo assim os custos da aplicação. Trata-se de uma tecnologia de relativa simplicidade e de baixo custo, utilizando um protocolo de pacotes de dados com características específicas, projectada para oferecer flexibilidade quanto aos tipos de dispositivos que pode controlar.
Atendendo á categoria da rede poder-se-ão instalar três tipos de dispositivos lógicos: Coordinator, Router e Endpoint.
Na topologia estrela cabe ao ZigBee Coordinator todo o controlo da rede assumindo uma comunicação directa com todos os dispositivos Endpoint – é portanto o Coordinator que inicia e mantém os dispositivos na rede. Toda a informação em circulação na rede passa pelo nó Coordinator.
Figura 4.25 – Topologia em estrela (star)
Na categoria de rede em malha os dispositivos Coordinator/Routers são livres de comunicar com outros dispositivos iguais, o que faz com que haja expansão física da rede (maior alcance), sempre que se verifique conveniente. O Coordinator, quando relacionado com esta topologia, não demonstra tanto protagonismo registando apenas todas as entradas e saídas de dispositivos.
Figura 4.26 - Topologia malha (mesh)
No que diz respeito á topologia árvore, a distribuição de dados e mensagens de controlo é feita numa estrutura hierárquica. Desta forma, os Endpoint comunicam com os Routers mais próximos e estes, por sua vez, com o Coordinator da rede.
Figura 4.27 - Topologia árvore (cluster tree)
Pelas características apontadas anteriormente, podemos identificar que a utilização de Bluetooth é mais vantajosa para aplicações como: a sincronização de PCs, telemóveis e PDAs; aplicações de áudio com microfone sem fio; e transferência de arquivos entre PDAs, PCs e Impressoras. Apresenta ainda outra grande vantagem pelo facto de ser uma tecnologia mais padronizada do que o ZigBee. Já o ZigBee tem melhor performance em outro tipo de aplicações, tais como: redes de sensores e de controlo; redes com muitos dispositivos; com pequenos pacotes de dados; e onde consumo de bateria se verifique crítico.
A tabela abaixo destaca as principais diferenças entre estes protocolos:
ZigBee Bluetooth
Padrão (MAC + PHY) IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.1
Taxa de Transferência 250kbps 750kbps
Corrente Transmissão 30mA 40mA
Corrente Standby 3uA 200uA
Memória >32Kb <100Kb
Tabela 4.7 - ZigBee vs Bluetooth
Outra das diferenças relevantes entre estes dois padrões é o tipo de alimentação dos dispositivos: em aplicações Bluetooth, geralmente, os dispositivos são recarregados periodicamente, como é o caso dos Telemóveis e PDAs, enquanto que o padrão Zigbee permite duração superior a 2 anos, apenas alimentados com pilhas alcalinas.
ZigBee Bluetooth