Примеры аппаратных решений решения для беспроводных сетей различных технологий

Z-Stack

Для организации сложных сетей TI предлагает стек протоколов Z-Stack™, один из линейки программных продуктов ориентированных на стандарт IEEE 802.15.4 [26].

Z-Stack™ совместим со стандартами ZigBee (ZigBee и ZigBee PRO) и позволяет реализовывать функционал, заложенный в данных стандартах на платформах TI: CC2530, MSP430+CC2520, Stellaris LM3S9B96+CC2520, CC2591. Более того, Z-Stack™ поддерживает профайлы ZigBee - Smart Energy и Home Automation.

Основные возможности:

Сеть, построенная на базе Z-Stack™, обладает следующими свойствами:

Z-Stack тестировался и разрабатывался с применением компиляторов фирмы IAR (www.iar.com). При покупке отладочных комплектов TI пользователь получает 30 дополнительных дней для ознакомления с продуктами IAR. Если пользователь уже имеет полную лицензию, он может свободно скачать новую или любую из предыдущих версий компилятора, используя свой аккаунт на www.iar.com. Для компиляции Z-Stack под различные платформы необходимы соответствующие версии кросс-компиляторов:

Благодаря партнерским отношениям Texas Instruments с Ubilogix можно в качестве еще одного инструмента разработчика, а также для тестирования работы сети применять анализатор протоколов для сетей IEEE 802.15.4 and ZigBee - Ubiqua Protocol Analyzer. Данный программный продукт имеет поддержку платы TI's CC2531USB Dongle из отладочного комплекта CC2531EMK.

Ubiqua Protocol Analyzer позволяет анализировать трафик IEEE 802.15.4, ZigBee 2007, ZigBee 2007 PRO, ZigBee RF4CE, 6LowPAN сетей и протоколов.

BLEStack

Стек протоколов TI's Bluetooth® low energy (BLE) предоставляет все необходимое программное обеспечение для разработки приложений Bluetooth® low energy на базе системы-на-кристалле CC2540. BLEStack включает в себя объектный код самого стека протоколов BLE, примеры программных проектов и приложений с исходными текстами, приложение для ПК BTools для тестирования BLE-приложений, техническая документация, включая пособие разработчика и справочник по API функциям BLE.

Основные возможности BLEstack:

Объектный код оптимизирован для CC2540, не требуется каких-либо авторских или патентных отчислений.

Области применения:

ANT™

ANT предлагается как простое недорогое энергоэффективное решение для организации простых сетей типа точка-точка, звезда. Подходя для многих приложений, ANT на сегодняшний день является признанной технологией для сбора, автоматической передачи и отслеживания данных датчиков при занятиях спортом, оздоровительных процедурах, мониторинга состояния здоровья в домашних условиях.

Основные области применения:

TI предлагает решения для ANT для широкого спектра систем - от интеллектуальных сенсоров, до смартфонов, разработанные в сотрудничестве с компанией Dynastream Innovations Inc, одной из компаний, работающих с технологией ANT на рынке (www.thisisant.com). В качестве аппаратной платформы используется связка микромощного микроконтроллера семейства MSP430™ и сетевого процессора CC257x.

В сотрудничестве с Dynastream Innovations Inc Texas Instruments предлагает полный спектр ANT "решений под ключ", включая поддержку программного и аппаратного обеспечения. Интересным решением является микросхема CC2567 поддерживающая и BlueTooth и ATN. Модули CC2567-PAN1327/17 позволяют подключать к мобильным телефонам или компьютерам устройства поддерживающие BlueTooth, ANT+ и организовывать взаимодействие между ними, также уменьшается время на разработку проекта, меньшие затраты на производство, экономится пространство печатных плат, упрощается процесс сертификации продуктов.

WiLink™ первое комплексное однокристальное решение для работы с беспроводными сетями, GPS, Bluetooth®, Bluetooth low energy, ANT и FM (www.ti.com/wilink).

Целевое назначение WiLink - продукты широкого потребления - смартфоны, нетбуки, портативные медиа плееры. Существующие устройства с WiLink и BlueLink могут также работать с ANT-устройствами после обновления программного обеспечения.

PurePath™ Wireless Audio

PurePath™ Wireless Audio - уникальная технология, разработанная Texas Instruments для беспроводной передачи потокового аудио потока на небольшие расстояния в диапазоне 2,4 ГГц, вылившаяся в серию однокристальных устройств CC85хх. Два или более устройства СС85хх составляют сеть аудиоустройств. Особое внимание было уделено вопросам поддержания непрерывной связи между устройствами в условиях различного окружения и совместимости с другими беспроводными устройствами, работающими в диапазоне 2,4 ГГц.

Большинство приложений с использованием PurePath™ Wireless Audio могут быть реализованы без разработки программного обеспечения. - CC85xx просто подключается к источнику внешнего аудио сигнала (аудио-кодек, интерфейс S/PDIF, усилитель класса Д) с парой кнопок или светодиодов в качестве интерфейса с пользователем. В более сложных случаях возможно подключение внешнего хост-процессора или ДСП для прямого управления аудио-потоком или для контроля сетевых операций.

Беспроводные наушники-гарнитура:

Для настройки функциональности и обновления прошивки используется ПК приложение PurePath Wireless Configurator. Все устройства семейства CC85xx напрямую могут взаимодействовать с расширителем диапазона CC2590 для более широкого охвата территории и повышения надежности связи.

Встроенный протокол передачи аудио использует несколько технологий для обеспечения нужного качества передачи данных и совместимости с другими устройствами:

Некоторые интерфейсные функции CC85xx, такие, как управление питанием, выбор аудиоканала, управление уровнем могут быть отображены на линии ввода-вывода.

Приложения:

6LoWPAN

6LoWPAN - это открытый стандарт IETF (Internet Engineering Task Force) (RFC 4944), определяющий реализацию протокола IPv6 поверх маломощных недорогих беспроводных сетей.

Технология 6LoWPAN обеспечивает поддержку адресов IPv6 для всех узлов беспроводной сети с поддержкой ячеистой технологии для организации масштабируемых сетей, поддержкой маршрутизации и самовосстановления в случае выхода каких-либо узлов из сети. 6LoWPAN может поддерживать несколько физических уровней (PHY), в частности поддиапазона до 1 ГГц и диапазона 2,4 ГГц, работая поверх протоколов стандарта IEEE 802.15.4.

Решение TI для 6LoWPAN основывается на аппаратуре TI и программном обеспечении Sensinode Ltd - одного из лидеров в области программных продуктов для 6LoWPAN. Texas Instruments совместно с Sensinode предлагают элегантное решения для развертывания сетей 6LoWPAN - сетевой процессор CC1180 с встроенным стеком протоколов NanoStack lite [28-31].

NanoStack 2.0 lite

Решения Texas Instruments для 6LoWPAN основываются на собственных аппаратных и программном обеспечении фирмы-партнера Sensinode Ltd - одного из лидеров в области программных продуктов для 6LoWPAN. Компанией Sensinode разработан стек протоколов NanoStack lite 2.0 для организации сетей 6LoWPAN.

6LoWPAN является более простым по структуре, чем стек ZigBee, более прозрачным с точки зрения прикладного программного обеспечения. Следствием этого является меньший объем бинарного кода, так для стека Sensinode NanoStack составляет примерно 20 КБ, что в среднем в 4-6 раз меньше размера стека ZigBee.

По сути, NanoStack 2.0 lite является операционной системой ориентированной на обработку событий. Периферийные устройства, такие как таймеры, АЦП, интерфейсы ввода-вывода обрабатываются в основной программе. Обработка прерываний осуществляется драйверами устройств.

Также как и стек протоколов ZigBee, NanoStack lite 2.0 использует физический и канальный уровни стандарта 802.15.4.

Стек протоколов NanoStack может применяться как на однокристальных системах - системы-на-кристалле серий CC430, так и в связке сетевой процессор СС1180 плюс микроконтроллер. Для поддержки этого в состав стека входят два различных набора API-функций: NAPSocket API и NanoSocket API. Программный интерфейс предоставляет возможности для работы приложения в сети, такие как опрос узлов, конфигурирование беспроводных сетевых интерфейсов.

Для построения маршрутов стек NanoStack от Sensinode использует протокол RPL 0.13 (draft-ietf-roll-rpl-13 от IETF). Гибкий механизм определения метрик позволяют настроить протокол на определение путей в соответствии с требованиями конкретного приложения. При этом в NanoStack протокол RPL входит как модуль, что позволяет Sensinode производить его независимую модернизацию и оптимизацию. NanoStack позволяет формировать при наличии соответствующей вычислительной мощности у граничного маршрутизатора формировать достаточно большую и разветвленную сеть 6LoWPAN - максимальное количество переходов в маршруте (хопов) 254. Единственным ограничением является то, что от данные от узла к узлу всегда проходят через граничный маршрутизатор.

Структура стека NanoStack lite 2.0 представлена на Рис. 4.4. Каждому узлу ставится в соответствие ранг, таким образом, что он возрастает по мере удаления узла от граничного маршрутизатора. В протоколе RPL это называется ориентированным направленным графом расстояний (Destination Oriented Directed Acyclic Graph - DODAG). Пересылка пакета граничному роутеру состоит в пересылке его соседнему узлу с наименьшим рангом. Узлы, на которых запущен RPL обмениваются сигнальной информацией (т.н. информационные объекты графа расстояний - объекты DAG или DIO) для поддержания графа DODAG в актуальном состоянии. Все узлы в сети периодически генерируют DIO пакеты для оповещения соседей о своем ранге. Каждый узел кроме информации о ближайшем маршрутизаторе, хранит информацию о нескольких альтернативных с большими рангами (от 0 до 3 альтернативных узлов), и при выходе из строя маршрутизатора или нарушении связи с ним, передача пакетов будет идти через один из резервных узлов. Это позволяет обеспечить сети отказоустойчивость. Все беспроводные узлы, работающие под управление NanoStack lite способны выполнять роль маршрутизаторов.

NanoSocket API

Для систем-на-кристалле (для случая выполнения стека протоколов и прикладной задачи на одном контроллере) используется библиотека NanoSocket API [34, 35] (Рис. 4.5), предоставляющая интерфейс для задания настроек беспроводного приемопередатчика, стека протоколов и работы с самим стеком. Библиотека подключается на этапе компиляции проекта в среде IAR и представляет собой файл библиотеки .lib с несколькими заголовочными файлами.

Командный интерфейс отвечает за обработку всех запросов и ответов на них, связанных с конфигурацией узла, стека протоколов или сети. Сокетный интерфейс используется при обмене данными 6LoWPAN. События генерируются при приходе пакетов данных, ответов на запросы или других событий стека NanoStack 2.0.

Для обработки событий стека протоколов пользователь переопределяет функцию tasklet_main(). Данная функция вызывается каждый раз при приходе данных в буфер сокетов или при генерации событий стека.

Основные типы обрабатываемых событий, кроме событий, связанных с приемом или передачей данных являются:

Сетевой процессор CC1180

Сетевой процессор CC1180 является системой-на-кристалле CC1110F32 поставляющейся с прошитым стеком протоколов NanoStack 2.0 Lite компании Sensinode для сетей 6LoWPAN [30, 13]. CC1180 выполняет все критически важные и ресурсоемкие процессы, связанные с работой сетевых протоколов, экономя ресурсы внешнего микроконтроллера для решения прикладных задач. Взаимодействие с внешним контроллером (часто называемого прикладным контроллером или контроллером приложений) осуществляется по интерфейсу UART с протоколом обмена NAP. Например, возможно использование микроконтроллеров серии MSP430 или любых других. Сетевой процессор позволяет легко расширить функциональность создаваемой или существующей системы за счет подключения к 6LoWPAN сети.

Версия прошивки стека может быть обновлена при помощи т.н. загрузчика NanoBoot, позволяющего загрузить образ стека в микроконтроллер.

Протокол NAP содержит небольшое количество достаточно простых функций, позволяющих настраивать параметры беспроводного узла, принимать и передавать данные. Программный интерфейс близок к сокетам, знакомым по TCP/IP сетям, что отчасти упрощает жизнь прикладному программисту.

Ключевые особенности:

NAPSocket API

При работе с сетевым процессором CC1180 приложение на хост-контроллер компилируется совместно с библиотекой NAPSocket API, аналогично содержащей скомпилированную библиотеку и набор заголовочных файлов [33-35]. Функции, предоставляемые NAPSocket API аналогичны функциям NanoSocket API с тем отличием, что библиотека выполняется на отдельном микроконтроллере и обмен сообщениями и данными с частью стека, выполняемой на сетевом процессоре, происходит по последовательному интерфейсу (UART или SPI) при помощи протокола NAP [8] (Рис. 4.6). В случае с процессором CC1180 используется UART интерфейс. Также как и в предыдущем случае, прикладной программист должен определить функцию, ответственную за обработку событий. Обработчик событий прописывается при вызове функции инициализации библиотеки - library_init() [33, 35].

В принципе, разработчик может взаимодействовать с СС1180, не используя NanoSocket API, самостоятельно формируя и обрабатывая сообщения NAP протокола.

Обе библиотеки для передачи данных между узлами предоставляют привычный интерфейс сокетов с поддержкой основных операций: socket, bind, send, read, close и ряда других. Также выделены API для настроек беспроводного приемопередатчика: выходная мощность, скорость передачи данных, режим перестройки частот, разнесение каналов, и функции конфигурации сети: старт сети, остановка сети, задание AES ключа и т.д.

Изюминки беспроводных решений TI - приемопередатчики диапазона <1ГГц

Для субгигагерцового диапазона Texas Instruments предлагается достаточно широкий спектр продукции [19, 32, 36]:

В основе беспроводных решений TI рассматриваемого диапазона лежит хорошо зарекомендовавшая себя архитектура многоканального приемопередатчика CC1101.

Приемопередатчики CC1101

В основе беспроводных решений TI рассматриваемого диапазона лежит хорошо зарекомендовавшая себя архитектура многоканального приемопередатчика CC1101 (Рис. 4.7) с выходной мощностью до 12 дБм, чувствительностью -112 дБм и поддерживаемыми скоростями передачи данных до 600 кбит/с с управлением по интерфейсу SPI [36].

Данный приемопередатчик требует для своей работы лишь несколько пассивных компонентов благодаря встроенному частотному синтезатору. Способен работать в частотных диапазонах 300-348, 387-464, 779-928 МГц. Поддерживает несколько режимов частотной и амплитудной модуляции - 2-FSK, 4-FSK, GFSK, MSK и OOK, ASK. Обладает малым временем выхода из режима низкого энергопотребления и режим приема или передачи (всего 240 мкс) и установлением частоты синтезатора (75 мкс), что позволяет использовать приемопередатчик в системах, использующих перестройку частоты (FHS). Поддерживается автоматическое прослушивание канала перед началом передачи (Clear Channel Assessment - CCA), имеется программируемый индикатор наличия несущей. Качество приема может быть оценено при помощи измерения уровня принятого сигнала (RSSI) - для отдельного пакета и при помощи индикатора качества связи (LQI) - в целом по статистике успешного/неуспешного приема пакетов.

СС1101 ориентирован на применение в системах с пакетной передачей данных, имеет аппаратную поддержку детектирования синхрослова, проверку адреса, автоматический подсчет длины пакета и вычисление контрольной суммы. Также имеются два раздельных 64-байтных FIFO буфера на прием и передачу (настраиваемый индикатор заполнения/опустошения буфера).

Кодовое усиление, как средство повышения надежности связи

Для уменьшения количества ошибок при приеме/передаче данных в CC1101 может быть задействован блок защиты от ошибок (Forward Error Correction - FEC) работающий по принципу избыточного кодирования [19, 38].

Кодирование реализовано при помощи сверточного нерекурсивного кодера (Рис. 4.8) постоянной длины (4) с частотой потока 1/2 (один входной бит порождает один двухбитный кодовый символ).

Поскольку сверточное кодирование лучше всего работает в условиях случайного появления ошибки в передаваемой/принимаемой битовой последовательности, а природа ошибок в радиоканале чаще всего способствует повреждению нескольких последовательно передаваемых бит дополнительно при передаче/приеме используется блок перемежения/деперемежения. В CC1101 для перемежения используется матрица 4х4 - по одной ячейке на кодированный выходной бит. В итоге полная схема работы блока защиты от ошибок выглядит следующим образом - Рис. 4.9.

Следует учитывать, что применение FEC ведет к падению фактической скорости передачи в два раза. Для сохранения прежней скорости передачи данных необходимо будет удвоить битовую скорость (или перейти от двоичного кодирования к четвертичному), что в ряде случаев может потребовать увеличения ширины частотного канала.

Режим Wake-on-Radio в приемопередатчиках CC1101

Приемопередатчик CC1101 является достаточно энергоэффективным решением - так, токи потребления в режиме приема лежат в пределах 14-17 мА, токи в режиме передачи - 15 - 35 мА в зависимости от заданного уровня выходной мощности и частотного диапазона. CC1101 имеет несколько режимов низкого энергопотребления, начиная от уровня 0.2 мкА до 200 мкА - в зависимости от задействованных узлов [4, 6].

В дополнении к этому реализован специальный режим работы - пробуждение по наличию радиосигнала - Wake-on-Radio (WOR). В данном режиме радиоприемная часть CC1101 периодически активируется для прослушивания канала в течение заданного времени для приема пакетов без участия внешнего контроллера. Для этого используется специальный таймер тактируемый от внутреннего RC-генератора, периодически генерирующий два сигнала - включение регулятора напряжения цифровой части и запуск кварцевого генератора (Event0) - режим IDLE и, через некоторое время, включение режима приема (Event1) - RX. Если в течение установленного времени пакет не пришел, приемопередатчик переходит в режим IDLE, а затем в режим SLEEP. Момент срабатывания Event0 может быть отслежен на одном из GDOx выводов (Рис. 4.10).

На Рис. 4.11 качественно показаны уровни потребления тока в режиме WOR.

Если пакет пришел - работа устройства в режиме приема продолжится до окончания приема пакета. После этого внешний контроллер должен обработать пакет и перевести приемопередатчик в режим SLEEP командой SWOR. Следует учитывать два факта:

Применение режима WOR позволяет в несколько раз снизить ток потребления при приеме системы на прием пакетов.

CC1101 выпускается в малогабаритном низкопрофильном корпусе - QLP20 - размеры 4x4 мм.

Дальнейшее развитие серии вылилось в начале 2011 года в две линейки продуктов - Perfomance Line и Value Line. Первая ориентирована, прежде всего, на приложения с высокой производительностью, требующими широкого спектра аппаратных возможностей для работы в самых разнообразных условиях, и вторая - линейка недорогих устройств, рассчитанных на массовое применение.

В линейке Perfomance представлены узкополосные (12.5 КГц / до 8 КГц) многоканальные приемопередатчики CC1120 и модифицированные приемопередатчики CC1101 - CC1121.

В линейку Value вошли приемопередатчик СС110L и отдельные микросхемы приемников CC113L и передатчиков CC115L - бюджетные микросхемы (цена единицы в крупной партии менее 1$) совместимые с приемопередатчиками CC1101[40-43].

Основные особенности семейства CC11xL

CC110L (Рис. 4.12) - приемопередатчик для частотных диапазонов 300 - 348 МГц, 387 - 464 МГц, и 779 - 928 МГц, основанный на CC1101 с аналогичными характеристиками производительности радиотракта [40].

Приемопередатчик имеет аппаратную поддержку обработки пакетов (детектирование синхрослова, автоматический подсчет контрольной суммы), буферизации данных (FIFO буферы по 64 байта на прием и передачу), непрерывной передачи больших объемов данных. Наилучшие показатели чувствительности -116 дБм при скорости передачи данных 0.6 кбит/с. Скорость передачи данных варьируется в пределах от 0.6 до 600 кбит/с.

Приемопередатчик поддерживает частотную (2-FSK, 4-FSK, GFSK) и амплитудную (OOK) модуляции сигнала. Время выхода из режима низкого энергопотребления (ток потребления ~200 нА) в режим приема или передачи порядка 240 мкс. Отсутствие режима пробуждения по наличию радиосигнала (Wake-on-Radio - WOR) и блока коррекции ошибок (Forwarding Error Correction - FEC) несколько снижает функциональность устройства, но зато положительно сказывается на его цене. Отсутствует также аналоговый датчик температуры.

CC110L повыводно и схемотехнически совместим с CC1101 и выпускается в таком же корпусе - QLP20 (4x4 мм).

Для случаев, когда поток данных только однонаправленный идеально подойдут отдельные микросхемы приемников CC113L и передатчиков CC115L (Рис. 4.13 и Рис. 4.14), полностью совместимые с CC110L и имеющие еще меньшую стоимость [40-43].

Основные особенности семейства CC112x

Серии CC112x [43] являются усовершенствованными версиями приемопередатчика CC1101. Усовершенствования коснулись и радиотракта, и цифровой части, и режимов работы. В результате получился экономичный высокоселективный, чувствительный приемопередатчик, что позволяет использовать его в условиях высокого уровня шума, плотного использования радиоканала, высоком уровне интерференционных помех или больших расстояниях между узлами.

Высокопроизводительные многоканальные приемопередатчики CC112х (Рис. 1.2) обладают максимальной выходной мощностью до 16 дБм, чувствительностью -123 дБм и поддерживаемыми скоростями передачи данных от 1.2 до 200 кбит/с с управлением по интерфейсу SPI. Выходная мощность регулируется с шагом 0.5 дБм, а чувствительность может быть еще улучшена за счет применение схемы кодового усиления до -125 дБм (один информационный бит кодируется четырьмя чипами). Все это позволяет увеличить максимальную дальность передачи на расстояния до 10 километров.

Сердцем приемопередатчика является встроенный частотный синтезатор с низким уровнем фазовых шумов, что способствует высокой избирательности системы.

Приемопередатчик способен работать в частотных диапазонах 164-192, 410-480, 820-960 МГц. Поддерживается режимы модуляции 2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK и аналоговая частотная модуляция. По сравнению с СС1101 уменьшено временя выхода из режима низкого энергопотребления в режим приема - до 150 мкс. Также поддерживается автоматическое прослушивание канала перед началом передачи (Clear Channel Assessment - CCA), имеется программируемый индикатор наличия несущей. Качество приема может быть оценено при помощи измерения уровня принятого сигнала (RSSI) с высокой степенью линейности в широком диапазоне.

СС112х имеют аппаратную поддержку детектирования синхрослова, проверку адреса, автоматический подсчет длины пакета и вычисление контрольной суммы. Добавлена поддержка ретрансляции пакетов, автоматическая отправка подтверждения принятия пакета. Размеры приемного и передающего буфера увеличены до 128 байт каждый, что упрощает передачу больших объемов данных (Рис. 4.15).

Следует отметить, что в сигнальном тракте СС112х используются цифровые фильтры, обеспечивающие высокую стабильность параметров вне зависимости от напряжения питания, температуры. Благодаря фильтрам обеспечивается высокий уровень подавления сигнала вне текущего частотного канала - более 80 дБ (65 дБ при отступлении от центральной частоты канала на 12.5 КГц, 90 дБ при отступлении от центральной частоты канала на 10 МГц), что позволяет применять приемопередатчики в условиях плотного использования частотного диапазона или при большом количестве устройств на одной территории. Это повышает совместимость систем, использующих СС112х, как друг с другом, так и с другими системами, использующими радиоканал, упрощает процесс установки.

Версия СС1120 позволяет использовать ширину канала менее 12.5 КГц - например, при скорости 4.8кбит/c ширина канала может достигать всего 6.25 КГц.

Новый режим пониженного энергопотребления - Sniff Mode

В серии СС112х был улучшен режим пробуждения для прослушивания канала (пробуждение по наличию радиосигнала) - уменьшено энергопотребление 32 КГц RC-таймера, есть возможность автоматической калибровки таймера.

Важным дополнением к энергосберегающим режимам приемопередатчика стал новый режим прослушивания радиоканала (т.н. Channel Sniff Mode). Приемнику в СС112х требуется всего лишь время четырех бит преамбулы пакета для установления режима, включая компенсацию смещения частоты и автоматическую регулировку усиления. В режиме прослушивания возможность быстрой установки комбинируется с преамбулой большей длины для автоматической периодической проверки наличия сигнала. В этом режиме приемник автоматически через короткие промежутки времени проверяет наличие передачи в канале после чего отключается, и в следующем периоде времени ситуация повторяется.

Режим прослушивания канала абсолютно прозрачен для пользователя и никак не влияет на характеристики приемопередатчика (чувствительность, избирательность) и позволяет уменьшить энергопотребление в режиме приема. Конечно, среднее потребление в режиме приема будет зависеть от текущей скорости передачи и длины преамбулы, но выигрыш заметен даже при больших скоростях. Так применение данного режима при длине преамбулы 4 бита на скорости 1.2 кбит/с снижает потребление на приеме с 21 мА до 3 мА, а на скорости 50 кбит/с до 16 мА.

Некоторые сравнительные характеристики приемопередатчиков серий СС1101, СС110L, CC112x представлены в Табл. 4.1 [40-43].

Из представленных данных видно, что модули CC110L могут быть использованы для эффективной организации радиоканала узлов сети АСКУЭ при относительно небольшой плотности размещения узлов. Отсутствие режима WOR во многих случаях будет означать немного возросшую нагрузку на управляющий контроллер и необходимо будет это также учесть при построении сетевого протокола (например, работа по расписанию). Для части узлов, например в счетчиках внутри квартиры или частного дома, в целях снижения стоимости можно использовать микросхемы передатчиков CC115L.

Для работы в условиях плотной застройки оптимальны узкополосные приемопередатчики СС1120, кроме того, с данными приемопередатчиками возможно построение систем с переключением частот, что позволит полнее использовать бюджет частотного диапазона.

Приемопередатчики CC112x также хорошо подходят и для случая сильного территориального разнесения отдельных объектов учета в АСКУЭ.

Наличие готовых решений для печатных плат радиомодулей также можно считать важным преимуществом, т.к. это ощутимо снижает затраты на разработку отдельного узла системы.

Пожалуй, семейство приемопередатчиков является одним из самых популярных при разработке беспроводных систем субгигагерцового диапазона. Учитывая это, а также динамику развития рынка потребления данной продукции Texas Instruments уделяет большое внимание развитию семейства.

Приемопередатчики CC1101 сочетают в себе компактные размеры, низкое энергопотребление, низкопрофильный корпус. Благодаря уникальной схемотехнике, на базе приемопередатчиков данной серии можно строить беспроводные приемопередатчики практически для всего частотного субгигагерцового диапазона, начиная от 300 МГц, и до 960.

Линейка LPRF Value Line представлена сериями недорогих устройств, рассчитанных на массовое применение. В неё вошли приемопередатчик СС110L и отдельные микросхемы приемников CC113L и передатчиков CC115L - бюджетные микросхемы (цена единицы в крупной партии менее 1$) совместимые с приемопередатчиками CC1101.

Целевая аудитория LPRF Perfomance Line - приложения с высокой производительностью, требующие широкого спектра аппаратных возможностей, а также для работы в условиях зашумленной или плотно занятой частотной полосы. В линейке Perfomance представлены узкополосные (6 - 50 КГц) многоканальные приемопередатчики CC1120/CC1121, высокопроизводительный передатчик CC1175 (Рис. 4.16).

Особенности линейки LPRF Performance Line

Усилия специалистов Texas Instrument по увеличению производительности воплотились в жизнь в новой линейке LPRF Performance Line. В основу беспроводных приборов линейки LPRF Performance Line легла архитектура приемопередатчиков CC1101.

Внешне практически ничего не изменилось. Тот же низкопрофильный корпус поверхностного монтажа, правда, уже QFN32 (Рис. 4.17) [40-43].

Схема включения микросхем также не усложнилась, и одна и та же микросхема может быть использована для создания радио-тракта в пределах всего диапазона <1ГГц. Приемопередатчик способен работать в частотных диапазонах 164-192, 410-480, 820-960 МГц. Поддерживается режимы модуляции 2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK и аналоговая частотная модуляция.

Фактически, при построении схемы для конкретной частоты изменяются номиналы элементов в соответствии с рекомендованными в документации параметрами (Рис. 4.18) [13].

Усовершенствования, направленные на увеличения производительности и стабильности работы устройств коснулись радиотракта, схем и способов обработки сигналов, подходов к управлению отдельными узлами и прибором в целом (Рис. 4.19).

Сердцем приемопередатчика является встроенный частотный синтезатор с низким уровнем фазовых шумов, что также способствует высокой избирательности системы. По сравнению с предшественниками (серия СС1101), уровень фазовых шумов генератора снижен до уровня -109 дБц/Гц в полосе 10 КГц относительно центральной частоты, и в полосе 10 МГц до уровня -130 дБц/Гц (данные представлены для частотного диапазона 170 МГц).

По сравнению с СС1101 уменьшено время выхода из режима низкого энергопотребления в режим приема - до 150 мкс. Также поддерживается автоматическое прослушивание канала перед началом передачи (Clear Channel Assessment - CCA), имеется программируемый индикатор наличия несущей. Уровня принятого сигнала может быть оценен с высокой степенью линейности в широком диапазоне. Приятным дополнением к работе радиочасти устройств линейки Performance является режим совместимости с устройствами стандарта 802.15g. Это позволяет без опаски использовать проприетарные протоколы, без нарушения работоспособности существующих сетей (например, возможна совместная работа с сетями стандартов ZigBee или 6LoWPAN).

СС112х имеют аппаратную поддержку детектирования синхрослова, проверку адреса, автоматический подсчет длины пакета и вычисление контрольной суммы. Добавлена поддержка ретрансляции пакетов, автоматическая отправка подтверждения принятия пакета. Размеры приемного и передающего буфера увеличены до 128 байт каждый, что упрощает передачу больших объемов данных, кроме того, возможен прием пакета без участия внешнего контроллера.

Цифровой тракт обработки сигнала

Высокопроизводительные многоканальные приемопередатчики CC112х (Рис. 1.2, Рис. 2.1) обладают максимальной выходной мощностью до 16 дБм, чувствительностью -123 дБм при скорости передачи данных 1.2 Кбит/с в диапазонах 400 и 900 МГц. Чувствительность может быть еще улучшена за счет применение схемы кодового усиления - один информационный бит кодируется четырьмя чипами. Кодовое усиление дает дополнительно 2-3 дБм, таким образом, суммарная чувствительность может достигать -125 дБм. Выходная мощность регулируется с шагом 0.5 дБм. Простой расчет бюждета канала дает величину, порядка 140дБм. Максимальная дальность устойчивой связи в хороших условиях может быть порядка десяти километров. Однако, высокая выходная мощность и высокая чувствительность не являются единственными гарантами успешного приема или передачи данных. Так, достаточно мощный сигнал в соседнем частотном канале, способен повлиять на прием сигнала текущего канала при недостаточной избирательности фильтра.

Применение в сигнальном тракте АЦП с динамическим диапазоном 90 дБ позволяет полностью перейти на последующую цифровую обработку сигнала, включая его фильтрацию. Цифровые фильтры, помимо лучших характеристик в полосе пропускания и подавления сигнала вне полосы, обеспечивают высокую стабильность параметров вне зависимости от напряжения питания, температуры, и вариаций технологического процесса.

Фильтрами обеспечивается высокий уровень подавления сигнала вне текущего частотного канала - более 80 дБм. На Рис. 4.20a представлена типовая частотная характеристика фильтров, примененных в серии CC112x.

Высокий уровень подавления соседних каналов позволяет применять приемопередатчики в условиях плотного использования частотного диапазона, или при большом количестве устройств на одной территории, повышает совместимость систем, использующих СС112х, как друг с другом, так и с другими системами, использующими радиоканал. Упрощается процесс установки беспроводных узлов, так как ограничивается зона взаимного влияния узлов, в том числе узлов, работающих как в одной, так и в разных частотных полосах и каналов. Высокий уровень подавления соседних каналов и высокая селективность создают важное конкурентное преимущество линейке Performance Line (Рис. 4.20б).

Новые режимы пониженного энергопотребления - RF Sniff Mode и eWOR

Важным дополнением к энергосберегающим режимам приемопередатчика стал новый режим прослушивания радиоканала (т.н. Channel Sniff Mode) [40-43]. Для узлов беспроводной сети ток потребления в режиме приема, является одним из важных показателей энергоэффективности. Особенно остро данный вопрос стоит для устройств с автономным питанием. Не секрет, что основное потребление для подобных устройств приходится на моменты активности передатчика или приемника. Моменты активности передатчика, в принципе, приложению известны, и он активируется только на относительно короткое время для передачи пакета данных ил набора пакетов. Время прихода данных по радиоканалу для приемного устройства в большинстве случаев не определено. Для большинства типов приложений сенсорных сетей время ожидания входящего пакета может быть довольно велико, и, конечно же, нет никакого желания бесполезно тратить ресурс источника питания.

Для снижения энергопотребления в режиме приема в линейке Performance Line реализован новый режим - RF Channel Shiff Mode - режим прослушивания канала. Режим RF Channel Shiff Mode позволяет автоматически обнаруживать активность в радиоканале. В этом режиме приемник автоматически через короткие промежутки времени проверяет наличие передачи в канале после чего отключается, и в следующем периоде времени ситуация повторяется. Период включения приемника установлен меньшим, чем длина преабулы пакета. Приемнику в СС112х требуется всего лишь время четырех бит преамбулы пакета для установления режима, включая компенсацию смещения частоты и автоматическую регулировку усиления - время перехода из режима IDLE в режим приема (RX) около 150 мкс. Всего время активности приемника, начиная от запуска генератора до начала прослушивания эфира составляет порядка 500 мкс, при общей длительности активной фазы цикла около 670 мкс (зависит от текущих настроек приемопередатчика) Рис. 4.21 иллюстрирует принцип работы приемника в режиме прослушивания и осциллограмму потребляемого тока.

Режим прослушивания канала RF Channel Shiff Mode абсолютно прозрачен для пользователя и никак не влияет на такие характеристики приемопередатчика, как (чувствительность, избирательность) и позволяет уменьшить энергопотребление в режиме приема без снижения производительности. Как видно из осциллограммы тока, основной пик потребления приходится на работу приемника и настройку аналоговой части приемника, включение усилителей, настройка коэффициента усиления. Конечно, среднее потребление в режиме приема будет зависеть от текущей скорости передачи и длины преамбулы, но выигрыш заметен даже при больших скоростях. Так применение данного режима при длине преамбулы 4 бита на скорости 1.2 кбит/с снижает потребление на приеме с 21 мА до 3 мА, а на скорости 50 кбит/с до 16 мА.

Улучшения в линейке Performance Line коснулись и режима Wake-on-Radio - режим пробуждения для прослушивания канала (пробуждение по наличию радиосигнала). Wake-on-Radio (WOR). В данном режиме радиоприемная часть периодически активируется для прослушивания канала в течение заданного времени для приема пакетов без участия внешнего контроллера. Для этого используется специальный таймер, тактируемый от внутреннего RC-генератора, который периодически генерирует два сигнала - включение регулятора напряжения цифровой части и запуск кварцевого генератора - режим IDLE и, через некоторое время, включение режима приема - RX. Если в течение установленного времени пакет не пришел, приемопередатчик переходит в режим IDLE, а затем в режим SLEEP.

По сравнению с приемопередатчиками CC1101 уменьшено энергопотребление 32 КГц RC-таймера, добавлена возможность автоматической калибровки таймера, изменена схема работы приемника в активной фазе [13]. В активной фазе режима Wake-on-Radio приемник работает в режиме прослушивания канала RF Sniff Mode (Рис. 4.22). Новый режим работы получил название Enhanced Wake-on-Radio (eWOR). В результате потребление мощности в режиме eWOR дополнительно снижается несколько раз.

Основные характеристики производительности

Микросхемы линейки Performance Line могут работать с более узкополосными каналами, чем их предшественники. Так при ширине канала всего 6.25 КГц, поддерживается скорость передачи до 4.8 Кбит/с, а, при канале в 12.5 КГц - 9.6 Кбит/с. Таких скоростей передачи данный вполне хватает для многих задач телеметрии.

Некоторые сравнительные характеристики микросхем серий СС1101, СС110L, CC112x представлены в Табл. 4.2 [40-43].

Средства разработки

Традиционно, средства разработки, предлагаемые TI, включают набор аппаратных и программных средств - отладочные модули, отладочные платы, средства разработки [36-38].

Отладочные модули - небольшие платы, содержащие только беспроводную микросхему, необходимую обвязку и разъемы для подключения питания, периферийных узлов, антенны.

Отладочные платы - имеют разъемы для подключения отладочных модулей и являются платформой для тестирования работы беспроводных элементов и отладки программного обеспечения.

Средства разработки позволяют подключать отладочные платы к персональному компьютеру для тестирования работы, как аппаратной, так и программной частей сетевых приложений.

Для тестирования и отладки сетевого приложения предлагается несколько видов наборов аппаратных средств (Табл. 4.3).

Наборы разработчика - содержат все необходимое аппаратное обеспечение для начала разработки. Как правило, состоят из двух отладочных плат, двух отладочных модулей, антенн и кабелей.

Мини-наборы разработчика - содержат необходимое оборудование для разработки небольших демонстрационных приложений.

Наборы отладочных модулей - содержат два беспроводных модуля, антенны и кабеля - могут быть использованы для расширения возможностей других отладочных комплектов.

USB устройства - небольшие отладочные платы, имеющие возможность подключения к USB портам ПК, чип или печатную антенну. Чаще всего сроятся на базе систем-на-кристалле.

Отладочные наборы ZigBee - ZigBee Development Kit (ZDK) - имеют возможности отладочных наборов, но содержат дополнительные беспроводные узлы для обеспечения возможности тестирования возможностей ячеистых сетей ZigBee. В данных наборах узлы имеют предустановленное тестовое приложение.

Программные средства разработки

Кроме стеков протоколов TI предоставляет ряд программных инструментов разработчика, предназначенных для конфигурирования устройств, анализа их работоспособности, а также наборы программных библиотек для встроенных микроконтроллеров [36-38].

SmartRF™ Studio - приложение для ПК, позволяющее пользователю выставить необходимые настройки для выбранного устройства - частота передачи данных, канал, скорость передачи, выходная мощность и ряд других. При подключении отладочных модулей возможна удаленная установка параметров. Кроме этого приложение предоставляет простые инструменты тестирования беспроводного канала - проверка возможности приема-передачи данных, пакетов, измерение качества канала связи (количество ошибок связи). Предоставляется свободно для всей линейки продуктов TI.

SmartRF™ Packet Sniffer - анализатор пакетов для стандартных и фирменных сетевых протоколов - SimpliciTI, TIMAC, ZigBee, RemoTI. Работает совместно с любыми беспроводными модулями и отладочными платами TI, позволяет прослушивать сеть на выбранной частоте и частотном канале. Имеет графический интерфейс для облегчения разбора и анализа пакетов.

SmartRF Flash Programmer используется для обновления прошивки отладочных модулей, программирования флеш-памяти систем-на-кристалле.

Примеры библиотек - содержат основные функции, необходимые для осуществления сетевого взаимодействия между узлами сети.

USB Libraries - библиотеки, реализующие USB интерфейс для систем-на-кристалле и модулей (CC2511, CC1111, CC2531).

MSP430 Code Library - библиотеки программ и функций для МК MSP430 для систем-на-кристалле серий CC1100/2500.

PurePath™ Wireless Configurator - приложение на ПК с графическим интерфейсом для настройки параметров CC85xx.

Отладочная платформа TRXEB

Для оценки возможностей приемопередатчиков серий СС110L предлагается отладочный набор CC110LDK-868-915 [19] содержащий:

Оценочные модули представляют собой печатные платы с установленными беспроводными устройствами и спиральными антеннами и разъемами для подключения внешней антенны (Рис. 4.24).

Плата TRXEB (Рис. 4.25) содержит микроконтроллер MSP430F5438 MCU, светодиодные индикаторы, разъемы для подключения внешних устройств, оценочных модулей, набор кнопок, индикатор освещенности, трехосевой датчик ускорения, точечный жидкокристаллический экран 128х64 точки. В качестве примера в TRXEB предустановлен тест канала передачи данных на ошибки передачи (PER test) и тест на дальность связи, исходные тесты демонстрационной программы также предоставляются. Подключение к персональному компьютеру через USB интерфейс.

На этой же плате базируется отладочный комплект (Рис. 4.26) для представителя линейки Perfomance CC1120 - СС1120DK [19].

В его состав входит две платы TRXEB, два модуля с CC1120 в конфигурации на диапазон 868/915 МГц (для других диапазонов модули могут быть заказаны отдельно), две штыревые антенны, набор соединительных кабелей, батареи питания. В качестве примера предварительно прошит тест канала на количество ошибок (PER test).

Отладочные средства для устройств линейки Performance Line базируются на плате TRXEB содержащей микроконтроллер MSP430F5438, светодиодные индикаторы, разъемы для подключения внешних устройств, оценочных модулей беспроводных приемопередатчиков, набор кнопок, индикатор освещенности, трехосевой датчик ускорения, точечный жидкокристаллический экран 128х64 точки. В качестве примера в предустановлен тест канала передачи данных на ошибки передачи (PER test) и тест на дальность связи, исходные тесты демонстрационной программы также предоставляются. Подключение к персональному компьютеру через USB интерфейс.

В качестве программной поддержки предоставляется инструментарий SmartRF Studio 7 для тестирования модулей и для задания настроек приемопередающего тракта. Для целей отладки работы беспроводной сети свободно доступно приложение Packet sniffer, являющееся сетевым снифером для радиоканала, построенного на базе LPRF микросхем от Texas Instruments.

Среды IAR Embedded workbench и CCS позволяют вести разработку прикладного программного обеспечения для систем, использующих связку - контроллер типа MSP430+CC11xx.

Ознакомительный комплект CC-6LOWPAN-DK-868

Ознакомительный комплект CC-6LOWPAN-DK-868 (Рис. 4.27) позволяет пользователям посмотреть работу сетей 6LoWPAN, начать разработку собственных сетевых приложений на базе данного протокола. В составе комплекта беспроводные модули Texas Instruments с программным обеспечением от Sensinode (стек протоколов NanoStack) [36].

CC-6LOWPAN-DK-868 демонстрирует два способа реализации и применения стека NanoStack - для систем-на-кристалле, и с использованием сетевого процессора CC1180.

В состав комплекта входят:

Граничный маршрутизатор содержит программное обеспечение Sensinode NanoRouter 2.0 и способен присоединять к сети и работать с узлами, работющими под управлением стека протоколов NanoStack 2.0 lite. В предлагаемой в ознакомительном комплекте версии NanoRouter 2.0 установлено ограничение в 10 узлов на один граничный маршрутизатор.

Платы EM430F5137RF900 и CC1180DB используются в комплекте как узлы беспроводной сети. Системы-на-кристалле CC430 демонстрируют работу со стеком протоколов через библиотеку NanoSocket API.

CC1180DB содержат сетевой процессор CC1180, выполняющий основную часть стека, и хост-контроллер MPS430F5438A, выполняющий прикладные задачи, в частности демонстрационное приложение. Взаимодействие между сетевым и хост-процессорами идет по интерфейсу UART с помощью протокола Sensinode NAPSocket API.

В качестве демонстрационного приложения для работы с сетью 6LoWPAN идет приложение монитор сети NodeView 2.0, позволяющее управлять граничным маршрутизатором, отслеживать состояние сети в реальном времени. Прикладной управляющий протокол основывается на протоколе UDP стека NanoStack lite. NodeView 2.0 также позволяет создавать небольшие пользовательские java-приложения.

Все представленные беспроводные узлы могут выступать в роли маршрутизаторов в данной подсети 6LoWPAN. Платой за это выступает необходимость постоянной активности приемопередатчика, и питание узлов целесообразнее брать стационарное.

Texas Instruments предлагает широкий спектр продуктов для самых различных областей применения:

Одна из ключевых особенностей политики компании - всесторонняя поддержка разработчика - документация, свободные средства настройки и тестирования, форумы разработчиков.

Беспроводные решения Maxim для систем сбора данных с приборов учета ресурсов

Компания Maxim известна, прежде всего, как производитель всего спектра компонентов для сигнального тракта: датчиков, операционных и инструментальных усилителей, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, микросхем управления питанием, специализированных контроллеров, драйверов интерфейсов. Компания является крупнейшим производителем микросхем для интеллектуальных систем измерения расхода ресурсов. Отличительные черты продукции Maxim - миниатюрные размеры и малое энергопотребление. Ассортимент продукции Maxim позволяет на базе её компонентов строить системы учета расхода ресурсов, начиная с датчиков и расходомеров, до блоков обработки и передачи данных.

В данном обзоре будут рассмотрены микросхемы для построения беспроводного канала передачи данных систем сбора данных со счетчиков энергоресурсов.

Интегральные беспроводные решения Maxim для субгигагерцового диапазона

На Рис. 1.2 цветом выделены те элементы интеллектуального счетчика, компоненты для которых предлагаются компанией Maxim - это большинство элементов за исключением первичных датчиков, силовых реле, средств визуализации и памяти. Не обойден вниманием и беспроводной канал передачи данных. Если рассматривать только микросхемы интегральных приемников, передатчиков и приемопередатчиков, то можно видеть, что предлагаются решения как для лицензируемых диапазонов (сотовая связь, GPS навигация, телевидение, радио, сети WiMax), так и для не лицензируемых частот (локальные сети WiFi, сенсорные сети) [44].

Для считывания показаний счетчиков наиболее подходящими являются микросхемы, работающие в нижней части разрешенного диапазона (т.н. субгигагерцовая область).

С учетом законодательных ограничений практический интерес представляют микросхемы серии MAX70xx, в число которых входят интегральные приемопередатчики, передатчики и приемники, ориентированные на работы с частотами от 300 МГц до 450 МГц.

Основные микросхемы данных серий с их краткими характеристиками представлены в Табл. 4.4-4.6 [45-47].

MAX7031 -экономичный приемопередатчик с частотной модуляцией сигнала, предварительно установленной частотой (заводские установки), встроенным переключателем приема/передачи и выходной мощностью до 10 дБм (при нагрузке 50 Ом).

MAX7030 - приемопередатчик с амплитудной модуляцией/манипуляцией сигнала (ASK/OOK), встроенным переключателем приема/передачи и выходной мощностью до 10 дБм (при нагрузке 50 Ом). Возможна работа с напряжениями питания от 2.1 В до 3.6 В или от 4.5 В до 5.5 В. Чувствительность приемника -114 дБм, уровень подавления за пределами канала более 45 дБм.

MAX7032 - универсальный АМ/ЧМ приемопередатчик (ASK/OOK или FSK) с выходной мощностью до 10 дБм, способен работать при напряжениях питания от 2.1 В до 3.6 В или от 4.5 В до 5.5 В. Встроенный переключатель режимов приема/передачи, режимы пониженного энергопотребления, выход индикации уровня принятого сигнала. Программируемая частота приема/передачи, настраиваемое отклонение от центральной частоты (для режима частотной модуляции). Чувствительность по приему -114 дБм/-110дБм для АМ/ЧМ режимов соответственно.

Для приложений, в которых не требуется двунаправленного обмена данными между узлами возможно установка на ряде узлов сети или приемников, или передатчиков. Это несколько снизит цену и энергопотребление конечных устройств. Доступные устройства для ISM диапазона представлены в Табл. 4.5 и Табл. 4.6.

MAX7049 - работает в диапазоне питающих напряжений от +2.1В до +3.6В, токи потребления 21 мА при выходной мощности 10 дБм и порядка 43 мА при 15 дБм. Токи утечки в выключенном состоянии менее 100 нА, ток потребления в состоянии низкого энергопотребления не превышает 400 нА. Поддерживает режимы амплитудной и частотной модуляции, отвечает требованиям стандартов ETSI EN300-220, FCC Part 15 (перестройка частоты), встроенный датчик температуры.

Передатчики MAX7057, MAX7060 также работают с однополярным питанием в диапазоне от +2.1 в до +3.6 В, имеет регулируемую выходную мощность (до 13 дБм) и частоту передачи. Токи потребления в режиме лежат в пределах от 8.5 мА (амплитудная модуляция) до 12.5 мА (частотная модуляция).

Передатчики поддерживают скорости передачи до 100 Кбит/с (код NRZ).

Двухчастотный MAX7058 поддерживает передачу данных в режиме амплитудной модуляции и амплитудной манипуляции, а также переключение между частотами передачи 315/390 МГц

Экономичный MAX1479 при напряжениях питания 2.1-3.6 В потребляет не более 6.5 мА/10.5 мА (АМ/ЧМ режимы соответственно) при выходной мощности свыше 10 дБм. Поддерживает режимы амплитудной модуляции и манипуляции, совместим со стандартами ETSI, EN300 220.

MAX7044/MAX1472 - экономичные АМ-передатчики с малым током потребления поддерживающие с глубину модуляции до 90 дБм при выходной мощности до 13/10 дБм соответственно.

Серии MAX2903, MAX2904 помимо амплитудной и частотной модуляции поддерживают режимы амплитудной манипуляций и расширение спектра при помощи двоичной фазовой манипуляции (BPSK). Данные серии обеспечивают выходную мощность до 20 дБм при питании 3.0 В и до 23 дБм при напряжении питания 4.5 В.

MAX7034 - приемник с малой зависимостью чувствительности от температуры и уровнем подавления зеркального канала 44 дБ. Обладает малым временем запуска - менее 250 мкс.

АМ-/ЧМ-приемники MAX1471 способны работать в широком температурном диапазоне - от -40°С до+125°С при напряжении питания 3.3 В или 5 В. Сохраняют работоспособность при понижении питающего напряжения до 2.4 В. Ток потребления в режиме приема 7 мА, в режиме низкого энергопотребления не более 1.1 мкА. Интересным решением являются разнесенные выходы демодулированных АМ- и ЧМ-данных.

При чувствительности порядка -144 дБм приемники серии MAX7033 работают при температурах от -40°С до +105°С. Обладают высоким уровнем подавления сигнала вне частотного канала (44 дБм), могут работать как с 3.3 В, так и с 5 В источниками питания, ток потребления в активном режиме не более 5.2 мА, в режиме пониженного потребления менее 3.5 мкА.

MAX7042 обеспечивает прием ЧМ-сигналов с уровнями до -110 дБм при подавлении сигнала вне канала на 45 дБм. Работают при напряжении питания 3.3 В и с 5 В с током потребления в пределах 6.2 мА (минимальное напряжение питания 2.4 В).

Для сложных условий эксплуатации (большие расстояния, высокий уровень помех) подойдет серия АМ-приемников MAX1473, которая, благодаря встроенному АРУ с широким динамическим диапазоном обеспечивает чувствительность приема до -115 дБм. Дополнительно к этому, обеспечивается высокий уровень подавления сигнала вне канала - до 53 дБм.

Как видно, большинство из представленных устройств способно напрямую работать от автономных источников питания, таких как, солевые батареи, литиевые аккумуляторы, никелевые аккумуляторные батареи, даже при их существенном разряде. Широкий диапазон питающих напряжений позволяет включать беспроводные микросхемы Maxim совместно с управляющим контроллером практически любого типа.

Универсальный приемопередатчик MAX7032

Для задачи организации сети сбора данных со счетчиков вариант с двусторонним обменом данными является более предпочтительным. Причиной этому является необходимость постоянного отслеживания состояния счетчика, оповещение о нештатных ситуациях или несанкционированных действиях, а также обеспечение возможности оперативной настройки счетчика - например, в случае изменения тарифов, обновления программного обеспечения. Следовательно, в качестве основы для построения канала передачи данных будут выступать приемопередатчики.

Одним из наиболее подходящих решений является универсальный приемопередатчик MAX7032 [48] диапазона 300 МГц - 450 МГц. Передатчик работает с амплитудно-модулированными и манипулированными сигналами (режимы ASK/OOK), а также с частотно модулированными сигналами (FSK). Обеспечивает достаточно большую для данного диапазона скорость обмена данными - до 33 Кбит/с в манчестерском коде и до 66 Кбит/с в коде без возвращения к нулю - NRZ.

Выходная мощность при работе на 50-омную антенну до 10 дБм. MAX7032 демонстрирует прекрасную чувствительность в режиме приема - до -114 дБм в режиме амплитудной и до -110 дБм в режиме частотной модуляции.

MAX7032 имеет раздельные выводы для передаваемых и принимаемых сигналов (PAOUT, LNAIN), встроенный RF-ключ для подключения передающих и принимающих выводов к одной общей антенне.

Частота передачи в MAX7032 генерируется 16-битным синтезатором частот с фазовой синхронизацией (PLL) с дробным коэффициентом умножения частоты (fractional-N). В режиме приема опорная частота генерируется синтезатором с целочисленным коэффициентом умножения. Подобная гибридная архитектура исключает необходимость в отдельных внешних резонаторах для приема и передачи сигналов. Так, PLL с дробным умножением позволяет установить частоту передачи в пределах 2 КГц от частоты приема - минимальный шаг настройки частоты передачи $$f_{XTAL}/4096$$. Применение PLL с целым коэффициентом умножения на приеме позволяет снизить ток потребления в данном режиме (рабочий ток дробного PLL несколько выше). Таким образом снижается стоимость конечного изделия, благодаря сокращению числа внешних компонентов и минимизируется ток потребления при приеме, что продлевает время автономной работы устройства.

Кроме этого, архитектура дробного PLL позволяет настроить девиацию частоты в режиме частотной модуляции, что полностью исключает проблему затягивания частоты генератора. Все компоненты, необходимые для генерации частот интегрированы на кристалле, для подключения MAX7032 требуется всего несколько внешних компонент, среди которых кварцевый резонатор, фильтр промежуточной частоты на 10.7 МГц, некоторое количество дискретных элементов (Рис. 4.28) [49].

Приемопередатчик может работать как с внешней, так и с печатной антенной (в последнем случае эффективность работы будет несколько ниже).

Управляющим интерфейсом выступает интерфейс SPI, используемый для настройки приемопередатчика, линии DATA, EN, TR, RSSI отображают состояние приемопередатчика, управляют направлением передачей данных, а также служат для приема-передачи данных. В качестве управляющего контроллера может быть использован практически любой из контроллеров семейства MAXQ.

Основа автоматического счетчика с беспроводной передачей данных - MAX7032+MAXQ610

Прекрасной базой для собственных разработок является пример автоматической системы считывания показаний на базе демонстрационного набора LFRD002 [9-10, 12, 13]. В связке с MAX7032 в данном наборе задействован 16-разрядный низкопотребляющий контроллер MAXQ610.

MAXQ1610 [51] содержит в себе 16-разрядное RISC ядро, два интегрированных последовательных порта USART, SPI, модуль ИК интерфейса, а также набор линий ввода-вывода. 64 Кбайта флеш-памяти и 2 Кбайта вполне достаточно и для прикладной программы, и для реализации достаточно сложного стека протоколов. Потребление контроллера в режиме останова составляет всего 0.2 мкА.

LFRD002 может быть с успехом использован для демонстрации возможностей и приемопередатчика MAX7032 и контроллера MAXQ610. В набор входит три платы - две с контроллеров и приемопередатчиком (MTR) - для работы со счетчиками - измерительные узлы, и одна плата, в которой к приемопередатчику и контроллеру добавлен ЖК-дисплей и клавиатура - управляющий узел (RDR). Размеры плат MTR всего 3 см х 3 см, плата RDR несколько больше - 11.5 см х 6.1 см - см. Рис. 4.29.

Контроллеры плат доступны для программирования посредством JTAG интерфейса. Изначально в контроллеры зашито демонстрационное приложение, иллюстрирующее подключение/отключение измерительных узлов к управляющему, а также прием-передачу данных от них.

Разработчикам также доступны Gerber файлы плат, электрические принципиальные схемы, списки комплектующих и исходные тексты программ [9 - 13].

Как представлено в документе [53], платы из набора LFRD002 вполне успешно могут быть использованы и в качестве самостоятельных узлов в составе счетчиков (Рис. 4.30).

Безусловно, контроллер MAXQ610 может быть настроен для работы с датчиками практически любых типов.

Как видно, на основе компонентов компании Maxim возможно создание экономичного но достаточно эффективного решения для индивидуальных систем учета расхода ресурсов. Работа в диапазоне 433 МГц снимает ряд проблем, связанных с распространением радиосигнала - сигналы данного диапазона менее чувствительны к наличию препятствий, характерных для помещений (перегородки, мебель, офисная техника и т.п.), что позволяет работать при меньших мощностях сигнала, а также снизить требования к протоколам передачи данных. Maxim предоставляет практически все необходимые компоненты для создания интеллектуальных счетчиков расхода ресурсов с беспроводным интерфейсом.

Модули Bluetooth Low Energy компании BlueGiga

BlueGiga одной из первых компаний, которая начала внедрять технологию Bluetooth Low Energy в своих устройствах. Однорежимные устройства (single-mode) выпускаются с 2010 года, и с 2011 года выпускаются двухрежимные устройства (dual-mode) [54, 55].

На данный момент BlueGiga предлагает серии BLE устройств:

Модуль BT111

BT111 предназначен для приложений, в которых необходима работа и с классическими Bluetooth устройствами, и с устройствами Bluetooth Low Energy и представляет собой миниатюрный модуль поверхностного монтажа со встроенной антенной (Рис. 4.31).

При выходной мощности до 8 дБм модули BT111 могут поддерживать соединение на расстоянии порядка 100м в пределах прямой видимости. Чувствительность приемника составляет -89 дБм.

В основе BT111 лежит беспроводная система-на-кристалле CS8510 [56] содержащая Bluetooth трансивер, 16-битный RISC микроконтроллер с достаточно эффективной схемой управления энергопотреблением и распределением памяти. Ядро микроконтроллера при поддержке контроллера прерываний, таймера исполняет стек протоколов Bluetooth, а также отслеживает беспроводной интерфейс и интерфейс к хост-контроллеру. Встроенный в CS8510 LDO регулятор позволяет модулю работать в диапазоне напряжений от 1.8 до 3.6 В.

CSR8510 дополнительно имеет SPI, PCM и USB (Full-speed 12 Мбит/с) интерфейсы. Кроме того, доступны до четырех линий ввода-вывода, которые могут быть использованы в качестве линий индикаторов, в качестве входных линий, а также в режиме совместимости с Wi-Fi.

Помимо самой однокристальной системы CS8510 в состав BT111 входят: монопольная керамическая антенна, входной фильтр, EEPROM объемом 32 Кбайта и кварцевый резонатор на 26 МГц. Структурная схема BT111 представлена на Рис. 4.32.

Антенна обеспечивает усиление порядка 0.5 дБм, радиочастотный фильтр позволяет уменьшать уровень помех модуля. Встроенная EEPROM может быть использована для хранения настроек модуля, таких как, выходная мощность передатчика, конфигурация периферийных интерфейсов, настройки и идентификаторы USB, адрес Bluetooth.

BT111 может работать совместно с Wi-Fi устройствами. Для этого предусмотрено три режима совместимости:

CS8510 обладает весьма впечатляющими объемами памяти и эффективной схемой управления ею. Так, модуль управления памятью поддерживает несколько кольцевых буферов для передачи данных между хост-контроллером и беспроводным интерфейсом при минимальном участии в этом процессорного ядра.

В CS8510 56 Кбайт оперативной памяти разделятся между кольцевыми буферами для голосовых данных или для пакетов данных для каждого из поддерживаемых активных соединений. Встроенная постоянная память объемом 5 Мбайт предназначена для хранения прошивки стека протоколов, настроек модуля и кода прикладных программ.

Модуль BLE112

Модуль BLE112 (Рис. 4.33) является однорежимным BLE-модулем, предназначенным для сенсорных систем и BLE-аксессуаров с батарейным питанием. BLE112 поддерживает практически все возможности устройств BLE - беспроводная передача данных, поддержка стека протоколов BLE и ряда профилей BLE-устройств, дополнительно присутствует возможность хранения пользовательских приложений, таким образом, возможна работа модуля BLE без внешнего контроллера.

BLE112 отличает достаточно низкое энергопотребление и широкий диапазон напряжений питания. Так он может напрямую работать от 3В батарейки типа "монета" или от пары "мизинчиковых" батареек (тип ААА). В режиме сна модуль потребляет только порядка 400 нА, переход в активный режим осуществляется за доли миллисекунд, а в режиме передачи ток потребления составляет около 27 мА (при выходной мощности 0 дБм).

Трансивер BLE112 обеспечивает выходную мощность в пределах от -23 до 3 дБм и чувствительность по приему порядка -85…-91 дБм.

BLE112 основан на BLE-процессоре от Texas Instruments СС2540 [8], и в дополнении к самому беспроводному процессору имеет встроенные кварцевые резонаторы на 32 МГц и на 32.678 КГц, обеспечивающие тактирование CC2540, согласующий фильтр и миниатюрную керамическую антенну. На печатной плате модуля предусмотрено также посадочное место для UFL разъема, позволяющего подключать внешнюю антенну. Структурная схема BLE112 представлена на Рис. 4.34.

СС2450 содержит высокопроизводительный микроконтроллер архитектуры 8051 с 8 Кбайтами оперативной памяти и до 256 Кбайтами флеш-памяти с возможностью перепрограммирования самим устройством. Пяти канальный контроллер прямого доступа в память позволяет весьма эффективно организовать работу с периферийными устройствами и памятью, существенно экономя ресурсы процессорного ядра. Контроллер прерываний обслуживает до 18 каналов прерываний с четырьмя уровнями приоритета, включая прерывания от таймеров, периферийных устройств, линий ввода-вывода.

Набор периферийных устройств включает в себя:

Еще одним устройством, предлагаемым BlueGiga для приложений BLE, является USB-BLE модуль BLED112 (Рис. 4.35). Сохраняя функциональность, аналогичную модулю BLE112 (за исключением возможностей ввода-вывода) он выполнен в формате USB устройства и позволяет подключать другие BLE к персональному компьютеру. BLED112 может также выполнять роль виртуального COM-порта или USB-HID устройства.

BLED112 может также быть полезен при отладке и демонстрации приложений, использующих стек протоколов Bluetooth Low Energy.

Программное обеспечение

BlueGiga предоставляет ряд инструментов и сред, для разработки BLE-приложений, а также для настройки модулей и отладки встроенного программного обеспечения.

Программный интерфейс BGAPI™ совместно с библиотекой BGLib™ C-library позволяет достаточно легко и эффективно использовать ресурсы модулей BlueGiga внешним хост-контроллером. Программный пакет Profile Toolkit™ позволяет производить разработку и отладку пользовательских приложений для BLE-модулей.

BGScript™ предназначен для быстрой разработки приложений без глубоких знаний особенностей работы стека протоколов, для отладки и тестирования логики работы приложений. Приложения на BGScript™ могут разрабатываться и для хост-контроллера и для самих модулей (Рис. 4.36).

Области применения

Ассортимент устройств с технологией Bluetooth Low Energy от BlueGiga позволяет строить решения на их основе для самых различных секторов рынка встраиваемых беспроводных устройств:

Отдельно можно выделить возможность применения BLE устройств BlueGiga в устройствах обеспечения безопасности. Это могут быть тревожные кнопки, бесконтактные ключи, выполненные в виде отдельных брелоков или функционирующие на базе мобильных телефонов.

Ряд задач может быть решен на основе обнаружения присутствия других BLE устройств в радиусе действия сигнала центрального узла. К таким задачам относятся устройства-сигнализаторы, позволяющие обнаруживать удаление владельца от сумочек, багажа, кошельков, портмоне со встроенным BLE модулем и сигнализирующее ему и окружающим (при необходимости) о потере владельца. Модули серий BLE111, BLE112 благодаря своим компактным размерам, низкому профилю и малому потреблению позволяют встраивать сигнализирующие устройства непосредственно в сами предметы (карманы сумочек, корочки кошельков и записных книжек, стенки портфелей). Будучи встроенными в браслеты или брелоки, подобные устройства помогут, к примеру, не потерять ребенка в местах с большим скоплением людей (рынки, вокзалы, супермаркеты, аэропорты), как бы это не казалось странным, но такая проблема существует.

Примерно аналогичным образом BLE устройства могут служить для учета времени прихода/ухода работников - устанавливаются на входе или выдаются по приходу на работу. Возможна также реализация систем мониторинга присутствия:

Специализирующаяся на Bluetooth устройствах фирма BlueGige выпускает одно- и двухрежимные устройства BLE, включая модули поверхностного монтажа и USB-устройства, позволяющие благодаря компактным размерам и низкому энергопотреблению реализовывать приложения практически любых областей применения технологии BLE.

RFID-устройства

Интересной разновидностью мобильных беспроводных устройств является класс устройств, не требующих для своего функционирования собственного источника питания. Их питание осуществляется за счет получения энергии от внешнего электромагнитного поля. Они становятся активными в некоторой области вблизи источника радиоволн определенной частоты. Возможно, когда-нибудь, они достигнут возможностей, описанных в романе В. Винджа "Глубина в небе" (создание полноценной сети с возможностью передачи звука и изображений). На данный момент устройства с питанием от радиоимпульсов, так называемые радиочастотные метки, или RFID-метки, способны передавать в ответ на запрос некоторую идентифицирующую их информацию с возможностью занесения в них новых данных.

Идентификационные данные и показатели работы, передаваемые RFID-устройствами в зависимости от объекта автоматизации и решаемых задач могут использоваться как самостоятельно, так и совместно с информационными ресурсами внешних информационных систем.

На территории Российской Федерации разрешены для свободного использования диапазоны рабочих частот:

Рабочая частота выбирается из диапазонов, разрешенных к свободному использованию частот с учетом следующих факторов:

Основные области применения RFID лежат в системах:

Можно также выделить и новые тенденции - смена режима работы мобильных вычислительных устройств в зависимости от окружения. В частности, появляются приложения для устройств на платформе Android с поддержкой NFC (Near Field Communications), позволяющие в зависимости от расположенной рядом метки активировать те или иные приложения. Данную идею вполне можно расширить и на более серьезные задачи, например, запрет или разрешение на доступ к данным или приложениям в зависимости от окружения - офис, удаленный офис, конференц-зал, дом.

В нашей стране пока наиболее распространены RFID-системы использующие диапазоны НЧ и ВЧ (125-134 КГц и 13.56МГц соответственно), считается, что в системах контроля доступа, отслеживания выноса товара и т.п. они менее чувствительны к попыткам блокировки их работы.

Семейство EEPROM c двойным интерфейсом доступа

Обычно RFID устройства представляют собой электрически стираемую энергонезависимую память с доступом по радиоканалу. S™icroelectronics предлагает оригинальное семейство EEPROM M24LRxxх c двойным интерфейсом доступа - данные доступны по интерфейсу I2C и по радиоинтерфейсу стандарта ISO 15693, работающему на частоте 13.56 МГц [56, 57]. По каждому из интерфейсов данные защищены 32-битным паролем доступа - один пароль для I2C шины и четыре пароля для доступа по радиоканалу. Данные, записанные в EEPROM по интерфейсу I2C могут быть прочитаны смартфоном со встроенным ISO 15693-совместимым NFC-интерфейсом или обычным RFID-считывателем (Рис. 4.37).

Память с двойным интерфейсом, хотя и проигрывает обычным RFID-устройствам, не имеющим корпуса, в размерах, открывает целый спектр новых возможностей, сочетая достоинства внешней энергонезависимой памяти и памяти с бесконтактным доступом.

В семейство M24LRxxx входят микросхемы EEPROM емкостью от 4 до 64 Кбит (таблица 14 [56]). Серии M24LRxxE имеют выход индикации наличия поля и выход индикации обращения к памяти по радиоканалу, в серии M24LRxx вместо данных выводов расположения выводы выбора адреса (Рис. 4.38) [57].

Структурная схема M24LRxxx представлена на Рис. 4.39.

Основные характеристики:

Для разрешения конфликтов одновременного доступа к памяти по I2C и по радиоканалу семейство M24LRxxx имеет встроенную схему арбитража.

В схему арбитража входит:

Основные правила арбитража следующие:

Типовая схема включения памяти M24LRxxx представлена на Рис. 4.40 [58].

Представленная схема включения является одной из оптимальных с точки зрения применения в системах с ограниченными ресурсами энергии (необходимость длительной автономной работы, батарейное питание). Благодаря низкому собственному потреблению EEPROM питание её можно осуществлять непосредственно от линии порта микроконтроллера. При необходимости, для серий M24LRxxE приложением могут быть использованы выходы индикации наличия поля считывателя и доступа к EEPROM по радиоканалу. Применение контроллера с ультранизким энергопотреблением, к примеру, одного из контроллеров S™icroelectronics линейки S™8L. В этом случае общее потребление устройства будет лежать в пределах 1 мкА (потребление S™8L в режиме Acitve-Alt), дополнительно:

Индуктивность антенны, подключаемой к выводам AC0, AC1 рассчитывается\ таким образом, чтобы резонансная частота параллельного колебательного контура, образованного индуктивностью антенны и встроенной емкостью (параметр $$C_{tunning}$$) была равна 13.65 МГц. В зависимости от требуемого форм-фактора конечного устройства возможно применение печатных петлевых антенн (примеры таких антенн также доступны на сайте S™icrolectronics, кроме того, в ряде старых справочников по радиотехнике приводятся расчетные формулы для печатных индуктивностей различных конфигураций) или SMD-индуктивностей [59].

Серии M24LRxx допускают параллельное подключение для наращивания емкости памяти [59]. Это достигается путем параллельного подключения M24LRxx к одной шине I2C, параллельного подключения к одной антенне и задания разных уровней на линиях выбора адреса (E0, E1). Таким образом, возможно объединение до четырех микросхем M24LRxx, что при использовании, например микросхем серии M24LR64-R получить объем суммарной памяти до 256 Кбит (32 Кбайта) - см. Рис. 4.41. В данном включении, со стороны считывателя, параллельно включенные EEPROM будут видны как несколько отдельных микросхем, и доступ к ним будет осуществляться по их уникальным серийным номерам. Со стороны I2C доступ к отдельным микросхемам осуществляется по различным адресам шины I2C.

При параллельном подключении EEPROM на одну антенну следует помнить, что их встроенные емкости $$C_{tunning}$$ будут суммироваться и требуемая индуктивность антенны будет меньше в количество раз, равное количеству параллельно включенных микросхем памяти.

Основные области применения EEPROM с двойным интерфейсом:

Считыватель RFID-меток CR95HF

Для работы с RFID устройствами, в частности и с EEPROM с двойным интерфейсом S™icroelectronics предлагает приемопередатчик CR95HF [60-61]. CR95HF поддерживает стандарты ISO 14443A/B, ISO 15693, а также протокол NFC (ISO/IEC 18092).

Трансивер CR95HF работает в режиме ведомого устройства, управляемого внешним хост-контроллером (Рис. 4.42). Для работы с трансивером доступна библиотека, позволяющая достаточно просто взаимодействовать с ним посредством SPI или UART интерфейса. (рис 4.42) Типовая структура RFID-считывателя на базе CR95HF

Библиотека доступна для скачивания с официального сайта STMicroelectronics в вариантах и для 32-разрядных контроллеров STM32 и для бюджетных энергоэффективных 8-битных STM8L [6].

В состав библиотеки входит три уровня (Рис. 4.43):

Для пользовательского приложения все три уровня являются прозрачными и представляются только функции самой библиотеки.

Ознакомительные и отладочные платы

S™icroelectronics предлагает широкий выбор отладочных средств и ознакомительных плат для начала работы с EEPROM с двойным интерфейсом [62, 63]. Данные инструменты позволяют разработчику оценить расстояния, на которых возможно успешное считывание по радиоканалу, влияние типа антенн считывателя и памяти на условия совместной работы. Отладочные наборы позволяют:

Доступные отладочные наборы и оценочные платы EEPROM с двойным интерфейсом представлены в Табл. 4.8.

Одним из наиболее простых, но функциональных отладочных наборов является набор M24LR-DISCOVERY [63], включающий в себя две платы (Рис. 4.44) M24LR board с памятью и плату с приемопередатчиком CR95HF:

Плата M24LR board содержит микросхему памяти с двойным интерфейсом M24LR04E-RMN6T/2 (4 Кбита, корпус SO8N), контроллер STM8L152C6T6 c 8 Кбайтами флеш-памяти, датчик температуры STTS751-0WB3F, печатную антенну 20 х 40 мм, ЖК-индикатор. Имеет разъемы для программирования EEPROM (I2C) и для программирования и отладки программ контроллера (SWIM).

M24LR board также может работать с телефонами и коммуникаторами на базе Android с поддержкой NFC. Соответствующее приложение NfcV-Reader доступно в репозитарии приложений Google Play и позволяет пользователям, используя свой телефон, просматривать данные, зафиксированные платой.

Плата приемопередатчика (RF transceiver board) включает в себя трансивер CR95HF-VMD5T 13.56 МГц, контроллер STM32F103CB с 128 Кбайтами флеш-памяти, печатную антенну 47 х 34 мм. Интерфейс с хост компьютером и питание платы осуществляет через USB.

Программные продукты для работы с отладочным набором доступны по адресу www.st.com/m24lr04e-discovery и включают в себя программу для хост-компьютера, скомпилированный образ приложения для STM8L. Отладочные платы набора также содержат запрограммированные образы демонстрационных приложений.

Учитывая возможности EEPROM M24LRxxx взаимодействовать практически параллельно по двум независимым каналам и значительные для RFID-памяти объемы хранимых данных, можно рассмотреть возможность применения её в системах безопасности, нацеленных на обеспечение конфиденциальности и целостности информации.

В частности, большая емкость памяти позволяет хранить достаточно большое количество событий (например, доступ в те или иные помещения), что может помочь при расследовании инцидентов. Возможно также использование связки контроллер+CH95HF и M24LRxxx в качестве:

Наличие интерфейса I2C позволяет создавать интеллектуальные регистраторы событий на основе микроконтроллером, фиксирующие, в зависимости от периферийных датчиков различный набор параметров или событий. Кроме того, данная возможность имеет большие перспективы в области отслеживания движения грузов и товара - фиксация температурного режима, условий перевозки, отслеживание перемещений по складу или территории магазина. Снятие этих данных при приеме товара от перевозчика позволит разрешить ряд вопросов, связанных с выявлением дефектов товара (появление при производстве, погрузке или транспортировке).