Red de sensores cableada

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Estamos tratando de desarrollar una red de detección por cable que tenga conectados hasta 200 sensores, repartidos en lo que podrían ser 100 m. Habrá un controlador principal que carga la información de cada sensor en el software de la nube. Esto es porque no hay conexión a internet. Por lo tanto, nos vemos obligados a utilizar un sistema de datos móvil 4G.

Actualmente tengo una configuración de red de 24 sensores con una Raspberry Pi , pero utiliza I²C como método de comunicación (GASP, lo sé) y, por lo tanto, definitivamente no es escalable de ninguna forma o forma.

Mi pregunta es acerca de cuál sería el protocolo recomendado por la industria para la comunicación entre los sensores y el controlador principal. Idealmente, no se requerirá que el controlador principal encueste a todos los sensores para verificar si tienen más datos, sino que cada nodo enviará estos datos al controlador principal. Mis pensamientos actuales se inclinan hacia CAN . Sin embargo, ¿sería esta decisión a prueba de futuro?

Voy a dar una breve descripción de por qué estaba pensando en CAN. Si pudiera corregir alguno de mis conceptos erróneos o agregar más información, se lo agradecería mucho. También agregaré mis pensamientos sobre el uso de otras redes cableadas / inalámbricas y por qué no creo que funcionen:

CAN

  • Detección de colisión incorporada
  • Multi-master integrado
  • protocolo ISO
  • Rápido (1 Mbit / s)
  • A prueba de futuro debido a su uso predominante en la industria.
  • Expandible (no se requiere hardware adicional para agregar un nodo)

Ethernet (LAN)

Todos los sensores tienen potencia de capacidad de Ethernet.

  • Rayo rápido
  • Todos los módulos de sensores requerirían hardware más costoso para la pila de Ethernet
  • Requeriría una gran infraestructura de conmutadores para muchas bahías
  • Cada nuevo módulo requeriría la ejecución de más cable
  • La distancia puede ser un problema para Ethernet

Bluetooth

Cada sensor tiene su propia conexión Bluetooth.

  • El rango es demasiado limitado. Podríamos crear una red de malla, pero los sensores cercanos tendrían un gran rendimiento de datos.
  • Número limitado de conexiones al controlador principal (20 como máximo)

Wi-Fi

Cada sensor tiene su propio chip Wi-Fi.

  • Aumenta el costo del hardware del sensor
  • Requerir que un enrutador de alimentación tenga tantas conexiones
  • La configuración se convierte en un problema ya que no hay entradas en los sensores
  • El alcance de la conexión Wi-Fi no suele ser de hasta 100 m.

RS-485

Un multipunto; sin embargo, esta es solo una versión más simple de CAN en realidad.

1-Wire

Creo que esto sería una broma tratando de usar esto, pero estoy abierto a sugerencias.

    
pregunta Lhh92

3 respuestas

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Creo que CAN es una buena opción SI :

  1. Puedes vivir con menos de 1 Mbit / s. 100 m es demasiado lejos para esa velocidad. El retraso en el peor de los casos debido a la distancia es el tiempo de ida y vuelta entre los dos nodos más distantes. Eso es 200 m de distancia de propagación en su caso. Digamos que la velocidad de propagación en el par trenzado es la velocidad de la mitad de la luz, por lo que llega a 1.3 µs debido al retraso de propagación solo. La respuesta hacia afuera y hacia atrás debe ocurrir generalmente dentro de un tiempo aproximado de 2/3 bits para que la detección de colisión funcione correctamente, por lo que eso significa que está exactamente a 500 kHz de los números anteriores. Yo diría que 250-350 kHz sería una velocidad razonable para una red CAN de este tipo.

  2. Puede hacer que los nodos gestionen varios sensores. 200 nodos en un solo bus CAN no funcionarán con algunos transceptores de bus, como el MCP2551 común. Recuerdo vagamente que está especificado para hasta alrededor de 110-120 nodos. Compruebe la hoja de datos. Si cada módulo maneja solo 2 sensores, estás dentro de las especificaciones. Si los 200 sensores están espaciados uniformemente a lo largo de los 100 m, entonces un nodo de cuatro sensores solo debe tener un alcance de 2 m, o un cable de hasta 1 m a los sensores reales.

    Es probable que sea inteligente diseñar tarjetas de sensores cuádruples de todos modos. Aún puede usarlos para manejar sensores individuales cuando están alejados, luego 4 a la vez para un grupo.

respondido por el Olin Lathrop
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Zigbee / Xbee se usa ampliamente para redes de sensores distribuidos. Por supuesto, el costo por sensor (módulo inalámbrico + batería / fuente de alimentación) es más alto que el cableado, pero la implementación es más fácil.

    
respondido por el Jérémie Gauthier-Caron
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Creo que CAN podría hacerlo bien. No obtendrás 100 m a 1 Mbit / s, ¿necesitas 1 Mbits / s? Hay algunos gráficos para estimar la longitud máxima del bus frente a la tasa de bits.

Ethernet funcionará a 100 m, pero necesitará un interruptor grande (¿o quizás use algo más divertido como EtherCAT?)     

respondido por el Martin Thompson

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