MODBUS TIL ZIGBEE Forprosjektrapport og I samarbeid med Høgskolen i Østfold og NxTech AS 07.04.2017
Forprosjektrapport FORORD Denne forprosjektrapporten er utarbeidet av to elektronikkingeniørstudenter ved Høgskolen i Østfold, og er en del av en bacheloroppgave med NxTech AS som oppdragsgiver. Oppgaven bygger på en idé formidlet av Tore Karlsen ved NxTech AS, etter kontakt fra studentgruppen. Innholdsfortegnelse Forord... 1 Prosjektinformasjon... 2 Bakgrunn for oppgaven... 3 Om oppdragsgiver... 3 Modbus... 3 ZigBee... 3 Idéen bak oppgaven... 3 Prosjektmål... 4 Resultatmål... 4 Effektmål... 4 Prosessmål... 4 Delmål... 4 Problemstilling... 5 Rammer og avgrensninger... 5 Prosjektplan med tidsdiagram... 5 Gantt Diagram... 6 Sammenfattet beskrivelse av løsningsmetodikk... 7 Organisasjonskart... 7 Kontaktinformasjon... 8 Vedlegg... 9 1
PROSJEKTINFORMASJON Bachelorprosjektet er gitt av NxTech AS Veiledere: Høgskolen i Østfold Navn: Reidar Johannes Nordby Tlf: 90530571 E-post: reidar.j.nordby@hiof.no ZigBee Til Modbus Bachelor for gruppe NxTech AS Navn: Tore Karlsen Tlf: 95830047 E-post: tore.karlsen@nxtech.no Gruppedeltagere:,, prosjektdeltager prosjektdeltager 2
BAKGRUNN FOR OPPGAVEN Om oppdragsgiver Nxtech er et selskap som jobber med produktutvikling for kunder, med hovedfokus innen hardware og software utvikling. Nxtech ble etablert i 2008, og er et utspring fra den norske prosjektor industrien (ASK, Proxima og InFocus). Nxtech har spesialisering innen programutvikling, elektronikkutvikling, prosjektledelse, logistikk, mekanisk og industriell design. Modbus Modbus er en seriell kommunikasjons protokoll. Modbus er i hovedsak noe som brukes i «programmable logic controllers»(plc), og brukes mye i kommunikasjon mellom industrielle elektroniske enheter. 1 Til kommunikasjon med Modbus enheter brukes ofte standarder som RS485 og RS232 og benytter et hierarki av slave og master. Godt egnet til sensor avlesning. 2 ZigBee ZigBee er en trådløs teknologi som ble utviklet som et åpent global standard til å adressere unike lav-kost, lav-effekt trådløs maskin-til-maskin nettverk. ZigBee standarden opererer på IEEE 802.15.4 fysisk radio, og operer i lisensierte bånd som 2.4GHz, 900 MHz og 868 MHz. 3 Idéen bak oppgaven Skape overgang for kommunikasjon fra det fysiske grensesnittet Modbus til trådløs ZigBee. 1 http://www.modbus.org/docs/modbus_over_serial_line_v1_02.pdf 2 https://en.wikipedia.org/wiki/modbus 3 https://www.digi.com/resources/standards-and-technologies/rfmodems/zigbee-wirelessstandard 3
PROSJEKTMÅL Resultatmål Resultatmålet med prosjektet er å opprette kommunikasjon fra Modbus seriellkommunikasjon over til ZigBee trådløs kommunikasjon ved hjelp av en Texas Instruments mikrokontroller (CC2650). Resultatet skal bearbeides og dokumenteres i sin helhet for å trekke ut og begrunne en konklusjon. Konklusjonen vil inneholde en vurdering av muligheten for å gjennomføre idéen og eventuelt et grunnlag for gjennomføring. Effektmål Flere enheter tilbyr fysisk seriell kommunikasjon over Modbus. Fysisk tilkobling er ikke alltid annvenlig eller mulig da det kan være behov for å kontrollere med en sentral enhet fra en annen plass. Ved å gi støtte for ZigBee enheter med slik port kan det brukes med andre løsninger enn før. Prosessmål I gjennomføringen av bachelorprosjektet vil gruppen tilegne seg kunnskaper om å jobbe i samarbeid med andre, nøye planlegge før utførelse, gjennomføring og dokumentering av møter, samt kommunikasjonsteknikk både internt i prosjektgruppen og eksterne aktører. Suksesskriterier er at begge i gruppen er motiverte og jobber sammen mot et felles mål, at alle leveranser ankommer innen rimelig tid, og oppfølging av veileder og oppdragsgiver. Delmål De essensielle delmålene i prosjektet: Opprette kommunikasjon mellom mikrokontrolleren og Modbus enhet Opprette kommunikasjon mellom mikrokontrolleren og ZigBee enhet Muliggjøre kommunikasjon mellom ZigBee enhet og Modbus enhet Teste prototype opp mot en praktisk anvendelse. 4
PROBLEMSTILLING Testing og oppbygging av programkode for kommunikasjon fra mikrokontroller til Modbus, samt kommunikasjon fra mikrokontroller til ZigBee radio. Oversette registrene til fra Modbus inn i tabeller, for så å sende disse over ZigBee. RAMMER OG AVGRENSNINGER Oppgaven begrenses til å undersøke hvor vidt det er praktisk mulig å opprette en kommunikasjon mellom Modbus og ZigBee, og hvor anvendelig sluttstillingen av produktet vil være i industrien og hjemme automasjon. Hvis konklusjonen er positiv, vil testingsdataene brukes til å konstruere en fysisk funksjonell prototype som senere kan bli brukt til å videreføre idéen. Det vil framstilles en grafisk modell av hvor vidt den funksjonelle prototypen fungerer, samt programkode. Hvis konklusjonen er negativ, skal dette begrunnes på bakgrunn av testing og tilhørende teori. Det skal vurderes forslag om endringer er aktuelt, altså vurdere om årsaken kan elimineres uten store kostnader eller inngrep. Det er ikke satt krav til at prosjektet skal ende i et ferdig produkt som kan brukes av Nxtech, men det forventes at det utarbeides et forslag til hvordan det kan utføres i praksis dersom konklusjonen viser seg å være positiv. Tidsfrister i prosjektet 7. april Forprosjektrapport 25. april Opprettelse av nettside 8. mai Beskrivelse av prosjektet til EXPO-katalog 11. mai Midtveisrapport 2. juni Pressemelding 7. juni Ferdigstilt nettside 8. juni Bachelorprosjektrapport 8. juni Tittel på bachelorprosjektrapport 15.-16. juni EXPO-utstilling PROSJEKTPLAN MED TIDSDIAGRAM Aktivitet Ansvar Startdato Varighet Sluttdato Forprosjektrapport Begge 10.02.2017 40 dager 07.04.2017 Innhente teoretisk grunnlag Adrian 20.02.2017 14 dager 05.03.2017 Velge utstyr for prototype Adrian 27.02.2017 14 dager 12.03.2017 Prosjektrapport Begge 08.04.2017 61 dager 08.06.2017 Nettside Henrik 10.04.2017 58 dager 06.06.2017 Konstruere prototype Begge 42 dager 30.04.2017 Ferdigstille prototype Henrik 05.04.2017 26 dager 30.04.2017 Midtveisrapport Begge 01.05.2017 9 dager 09.05.2017 Pressemelding Adrian 22.05.2017 10 dager 31.05.2017 EXPO-presentasjons forberedelse Henrik 22.05.2017 24 dager 14.06.2017 EXPO-stand forberedelse Henrik 22.05.2017 24 dager 13.06.2017 EXPO Begge 15.06.2017 2 dager 16.06.2017 5
Gantt Diagram 6
SAMMENFATTET BESKRIVELSE AV LØSNINGSMETODIKK For å oppnå et oversiktlig og effektivt prosjekt som opprettholder tidsfrister, kreves det nøye planlegging av deloppgavene som prosjektet er delt inn i. Alle aktiviteter i prosjektet er beskrevet i CTR-skjemaer som ligger vedlagt. I startfasen skal teori og informasjon bak kommunikasjonsprotokollene undersøkes for å finne ut om idéen er teoretisk gjennomførbar. Videre skal det lages en teoretisk modell som beskriver forventet resultat under testing. Testmetoden som skal benyttes skal sørge for nøyaktighet og effektivitet. Når testmetoden er valgt skal det utarbeides en fullstendig plan rundt den, dette inkluderer utstyrsbehov, oppsett og utarbeidelse av en testrutine. Utstyret som testen og prosjektet generelt avhenger av skal kartlegges, og videre anskaffes via HiØ og oppdragsgiver så langt dette er mulig. Eventuelle mangler må anskaffes av prosjektgruppen. Opprigging av testutstyr utføres etter planlagt oppsett og avtaler innad i gruppen. Oppsett og utstyr, samt eventuelle endringer, skal dokumenteres. Testing skal utføres etter testrutine og måleresultatene skal loggføres. Resultatene skal bearbeides, sammenlignes med den teoretiske modellen for å verifisere eller falsifisere hypotesen, og til slutt ende i en konklusjon av prosjektet. Andre arbeidskrav som HiØ stiller til prosjektet skal prioriteres slik at de er ferdige innen fastsatt tidsfrist. Prosjektrapporten skal oppdateres fortløpende etter hvert som prosjektet går fremover, slik at alle faser og sentrale aktiviteter blir dokumentert. ORGANISASJONSKART 7
KONTAKTINFORMASJON Deltagere: Prosjektdeltager Tlf: 98481078 E-post: badahlst@hiof.no Prosjektdeltager Tlf: 99439124 E-post: henrikk@hiof.no 8
VEDLEGG Det er vedlagt 11stk CTR-skjema 9
CTR 1 20.02.2017 1 07.04.2017 Forprosjektrapport 47 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Målet med forprosjektrapporten er å utarbeide en framdriftsplan hvor hvert element i planen er beskrevet. For å kunne planlegge oppgaven på en god måte vil det være nødvendig med fordypning i sentrale momenter som inngår slik at en realistisk fremdriftsplan med realistiske tidsrammer kan utarbeides. Framdriftsplanen fremstilles i et Gantt-diagram. Det skal konstrueres en oppgavebeskrivelse Rammer og begrensninger for oppgaven skal være definert og omdiskutert. 110 timer. 10
CTR 2 08.04.2017 2 08.06.2017 Prosjektrapport 61 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) En fullstendig prosjektrapport Prosjektrapporten utarbeides fortløpende gjennom prosjektet og skal dokumentere alle steg i prosjektet slik at konstruksjonen av prototypen er repeterbar. Ettersom ny informasjon innhentes og utarbeides i prosjektet vil rapportens utforming bli prioritert. Forprosjektrapporten må være ferdigstilt 230 timer 11
CTR 3 01.05.2017 3 09.05.2017 Midtveisrapport 9 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Midtveisrapporten skal gjenspeile hvor langt gruppen har kommet i prosjektet Et utkast av prosjektrapporten skal utarbeides basert på hva som har blitt utrettet i prosjektet. Oppgavebeskrivelsen 40 timer. 12
CTR 4 10.04.2017 4 06.06.2017 Nettside 58 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) En nettside som gjenspeiler en oppsummering av prosjektets fremgang og konklusjon. Nettsiden skal opprettes tidlig i prosjektprosessen og skal oppdateres fortløpende. Nettsiden skal inneholde en beskrivelse av prosjektet, kontaktinformasjon, progresjon og konklusjon. 30 timer 13
CTR 5 06.02.2017 5 19.02.2017 Starte gruppe 14 dager - Samle gruppe medlemmer, kontakte bedrifter, drøfte prosjektidéer Opprette gruppemøter for å diskutere prosjektidéer, potensielle gruppemedlemmer og oppdragsgivere. 30 timer 14
CTR 6 20.02.2017 6 19.03.2017 Teori 28 Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Målet er å oppnå nødvendig kunnskap for å bestemme hvordan problemstillingen skal løses. Modbus Det er nødvendig å utdype seg i hva en Modbus er og hvordan den fungerer. Hvilke enheter som benytter seg av dette og hvordan. ZigBee Det er nødvendig å utdype seg i hva ZigBee er og hvordan det fungerer. Hvilke enheter som benytter seg av dette og hvordan. Litteratur fra biblioteket på HiØ, eventuelt 50 Timer. rådføre seg med fagpersonell. & 15
CTR 7 7 30.04.2017 Konstruere prototype 42 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Aktiviteten skal løse problemstillingen i henhold til angitte kriterier. Konstruere en prototype som tilfredsstiller kravet gitt av oppdragsgiver. Mikrokontroller ZigBee modul (til testing) Modbus modul (til testing) 200 timer 16
CTR 8 01.05.2017 8 07.05.2017 EXPO-katalog 7 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Gi en presentasjon av prosjektet i EXPO-katalogen. Samle informasjon som helhetlig vil danne et godt bilde av prosjektet. Tilstrekkelig med jobb må være gjort på prosjektet i forkant slik at prosjektet blir presentert i et godt bilde. 20 timer 17
CTR 9 22.05.2017 9 31.05.2017 Utarbeide pressemelding 10 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Publisering av en pressemelding som beskriver prosjektet på en interessant måte. Skrive en kortfattet presentasjon av prosjektet som er forståelig for det offentlige. 15 timer 18
CTR 10 22.05.2017 10 13.06.2017 EXPO-stand 24 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Anskaffe nødvendig utstyr til EXPO-stand Planlegging av utstyr og materiell, og oppsett til EXPO-stand 30 timer 19
CTR 11 22.05.2017 11 14.06.2017 EXPO-presentasjon 24 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Forberede PowerPoint presentasjon til EXPO Utarbeide og innøve en lett forståelig PowerPoint, som skal være interessant og informativ, selv for de ufaglærte. 30 timer 20
CTR 12 15.06.2017 12 16.06.2017 EXPO hendelse 2 dager Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) GI en engasjerende og god presentasjon av prosjektoppgaven Prosjektet skal presenteres foran et publikum, og prosjektgruppen skal bemanne en stand under EXPO, unntagen i gruppens presentasjonstid. Utstyr til stand må være på plass, samt en presentasjon. 20 timer Adrian Dahlmstrøm 21