Projeto de uma rede de comunicação sem fio baseada no transceptor nRF24L01+ voltada para sistemas de automação predial

Abstract

Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma estrutura de rede sem fio, composta por componentes de baixo custo, para aplicações de automação. As estratégias desenvolvidas têm como objetivo otimizar as características da rede para atendimento dos requisitos das aplicações alvo, em especial para a área de automação residencial. Elas se baseiam no uso e na expansão das funcionalidades do rádio transceptor nRF24L01+, por meio da implementação de funções em um microcontrolador externo, definido como sendo um Arduino Pro-mini. Para evitar a ocorrência de colisão entre mensagens é determinada uma divisão hierárquica entre os nós da rede, com um mestre centralizando a comunicação com os demais dispositivos, tidos como escravos. Com o intuito de expandir o número de dispositivos e o alcance da rede, é proposta uma estrutura de rede dividida em clusters e o uso de um mecanismo de roteamento. Adicionalmente, são definidas as interfaces de troca de dados entre os dispositivos, por meio de comandos de leitura e escrita de variáveis compartilhadas. Ao final do trabalho são mostrados resultados de ensaios, que capacitam o sistema desenvolvido ao objetivo proposto de atuar em uma rede de automação residencial.

This project proposes the development of a framework for a wireless network, composed of low-cost components, for automation applications. The developed approaches are intended to optimize the network characteristics for home automation systems. The radio transceiver nRF24L01+ and an Arduino Pro-Mini were selected as target hardware and the required functions were developed in C. To avoid messages collision, a hierarchical network strategy was developed, following a master-slave pattern. In order to expand the number and range of the network devices, a cluster-based network division and a routing mechanism were proposed. In addition, to allow data exchange between devices a shared memory interface was defined. The developed ideas were experimentally validated and the obtained results are shown in the last part of this report.