NESA Srl - Via Sartori, 6/8 - 31020 - Vidor (TV) - Italy - Tel+39.0423.985209 - Fax+39.0423.985305 - E-mail: info@nesasrl.it - www.nesasrl.it

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TMF-WL Sistema di acquisizione dati wirelessWireless Data Acquisition System

Descrizione del sistema / System descriptionTMF-WL è sistema di acquisizione dati wireless che permette di acquisire segnali provenienti da diversi sensorisenza l’ausilio di cavi di collegamento con il datalogger, sfruttando il protocollo di comunicazione standard ZigBee.Il sistema si compone di :- TMF100/500 terminale multifunzione per acquisizione, memorizzazione e trasmissione dati, alimentazione

pannello solare (su richiesta: 220Vac, 24Vac, 12Vdc, generatore eolico) con batteria tampone 12Vdc, USBmemory 2GB, web server on-board con software di gestione.

- Concentratore / Router ZigBee, collegato direttamente al datalogger TMF al fine di dialogare con i sensoriwireless ZigBee.

- Sensori ZigBee con risoluzione di misura a 16 bit (65536 punti). È possibile acquisire tutti i trasduttori deisensori Nesa oppure di terze parti con segnali analogici in tensione (0÷1V, 0÷2V), corrente (0÷20mA, 4÷20mA)alimentati esternamente, o potenziometrici (ad esempio estensimetri).

TMF-WL is a wireless data acquisition system that can capture signals from several sensors without using cablesconnected to the datalogger using the standard ZigBee communication protocol.The system consists of:- TMF100/500 multifunctional datalogger for acquisition, storage and data transmission, solar panel power

supply (on request 220Vac, 24Vac, 12Vdc, wind generator) with battery 12Vdc, 2GB USB memory, onboard webserver with management software.

- Concentrator / ZigBee router, connected directly to the datalogger TMF to communicate with ZigBeewireless sensor.

- ZigBee sensors with measurement resolution to 16 bits (65536 points). You can capture all transducers orsensors Nesa, or third parts with analog output, voltage (0 to 1V, 0 to 2V), current (0 to 20mA, 4 ÷ 20mA) orpotentiometric (extensometers) with external power supply.

TMF-Concentratore: interfacciamento,configurazione e scarico dati tramite browserInternet (non sono necessari software specifici) eprotocolli standard TCP/IPTMF concentrator: interfacing, configuration anddownload data by Internet browser withoutusing specific software – standard TCP-IPprotocol.Concentratore wireless ZigBeeinter facc iato con i l dataloggerZigBee Wireless concentrator interfaced withthe datalogger.ZBS Trasmett itore dat i wireless ZigBeebid irez iona le per ogni sensore.ZBS: Bidirectional ZigBee trasmitter for eachsensor.Distanza mass ima di trasmiss ione incampo l ibero: circa 200-300 metriMaximum trasmission distance: about 200-300mAlimentazione a batteria conautonomia f ino a 2 anniPower supply with inside battery, up to 2 yrs ofauthonomy.Fino a 96 Sensori wireless collegabiliUp to 96 wireless sensors linkabile.

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Funzionamento/ FunctioningIl sistema di acquisizione dati wireless, viene configurato per acquisire i dati provenienti da sensori di misurameteorologici, geotecnici, microclimatici ecc.L’acquisizione del campione primario viene effettuata dal sensore con cadenza programmabile (minima di 1secondo) ed il buffer dei campioni viene inviato al datalogger attraverso il concentratore ogni minuto.Le elaborazioni normalmente applicate ai dati sono:- Istantanea- Media, Minimo, Massimo- Deviazione standard- Media aritmetica della velocità- Media trigonometrica della direzione- Raffica massima- TurbolenzaAltre elaborazioni sono disponibili anche mediante inserimento di formule correttive personalizzate. La cadenza diregistrazione dell’elaborazione è programmabile da 1 a 1440’ (tipica 60’).

The wireless data acquisition system is configured to acquire data from sensors for measuring meteorologicalgeotechnical, microclimatic applications.The acquisition of the primary sample (row value) is performed by the sensor every programmable interval(minimum 1 second) and the buffer of samples is sent to the datalogger every minute through theconcentrator. The elaborations that are normally applied to the data:- Instantaneous- Average, Minimum, Maximum- Standard deviation- Arithmetic average speed- Media of trigonometric direction- Maximum Gust- TurbulenceOther calculations are also available through custom integration of correction formulas. The frequency of recordscycle it is programmable from 1 to 1440' (typically 60').

Caratteristiche del protocollo ZigBee / Features of ZigBee protocolLa tecnologia dei trasmettitori radio digitali, ha avuto un rapido sviluppo soprattutto dell’ambito delle retiintelligenti nei settori industriali e ambientali. Una rete di sensori wireless consiste in un grande numero di punti dimisura che possono essere acquisiti in uno o più concentratori di raccolta dati.Ci sono alcune peculiarità che permettono di distinguere le reti di sensori wireless altamente performanti dagli altritipi di rete:- Capacità di auto-riconfigurazione- Comunicazioni dati tra ponti ripetitori- Basso consumo- Lunga durata grazie all’impiego di batterie ad alto rendimento.

Nell’ambito dei protocolli standard di trasmissione dati, quello che è sicuramente uno dei più robusti ed efficienti, èlo ZigBee. Questo protocollo descrive i livelli corrispondenti al livello Network (Rete) del modello ISO-OSI eun'interfaccia standard con le applicazioni che risiedono sui nodi.Si appoggia a sua volta sul protocollo IEEE 802.15.4 che descrive i livelli fisico PHY e il sottolivello MAC sempre dellostack ISO-OSI.La gestione delle trasmissioni con questo protocollo consente di ottimizzare i consumi di ogni singolo nodo perifericoin quanto è un protocollo che non richiede la costante attivazione del ricetrasmettitore.

The technology of digital radio transmitters, has had, a rapid development especially in the industrial andenvironmental intelligent network . A wireless sensor network consists of a large number of measuring points thatcan be acquired in one or more concentrators data collection. There are some peculiarities that distinguish the high-performance wireless sensor networks from other types of network:- Ability to auto-reconfiguration- Communicating data between several repeaters- Low consumption- Long life thanks the to high efficiency battery.

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About the standard protocols of data transmission, the ZigBee is certainly one of the most robust and efficient.This protocol describes the levels corresponding to the network layer (network) of the ISO-OSI model and astandard interface with applications that reside on the nodes.Relies in turn on the IEEE 802.15.4 protocol that describes the physical layer PHY and MAC sublayer always ISO-OSI stack.Special management programs with this protocol, optimizes the consumption of each peripheral node because it isa protocol that does not require constant activation of the transceiver.

Configurazione di una rete wireless / Configuring a network wirelessLa topologia di rete tipica è formata da un nodo concentratore e più dispositivi associati.Il nodo concentratore è alimentato dal datalogger TMF ed è sempre attivo. Gli altri nodi permangono in uno stato dibasso consumo fino a quando non c’è necessità di trasmissione. Quindi, se la quantità di dati da comunicare èlimitata, come nel caso della trasmissione di dati di monitoraggio, è possibile mantenere il nodo in uno stato di lowpower per lunghi periodi.

The typical network topology, consists of a concentrator node and more associated devices.The concentrator node is powered by the datalogger TMF and is always active. The other nodes remain in a state oflow power until there is need for transmission. So, if the amount of data to communicate is limited, such as thetransmission of monitoring data, you can keep the node in a state of low power for long time.

In una tipica rete a stella il concentratore TMF inizializza, controlla e acquisisce i dati provenienti dai sensori remotiwireless (fino a 100) coprendo una distanza massima di quasi 200 metri (>50m all’interno di edifici).Per aumentare il raggio di comunicazione tra apparati, è possibile inserire nella rete altri nodi concentratori che sicomporteranno come ripetitori di segnale tra il sensore più lontano ed il datalogger.In questo caso la topologia della rete si trasforma in rete ad albero.

In a typical star shape network, the TMF concentrator initializes, checks and captures data, from the remotewireless sensors (up to 100) covering a distance of nearly 200 meters (> 50m inside buildings).To increase the communication distance between devices, you can insert other nodes in the network concentratorsthat act as signal repeaters between the farthest sensor and datalogger.In this case the network topology becomes a tree network.

La rete risulta quindi formata da un concentratore ZigBee , da un numero variabile di altri eventuali concentratoriZigBee e da nodi uniti alla rete come end device associati ad un concentratore (sensori).

The network is thus formed by a ZigBee concentrator, a variable number of other concentrators and ZigBee nodes,linked to the network as end-devices associated with a concentrator (sensor).

Repeater

Sensor

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Vantaggi/ BenefitsI vantaggi di una rete wireless rispetto ad una corrispondente cablata risultano essere:- Assenza di cablaggio filare- Assenza di alimentazione esterna, il sensore utilizza delle batterie a litio da 3,6V che assicurano

un’autonomia di oltre due anni (dato effettivo misurato con campionamento primario del dato ogni 6secondi e trasmissione verso il concentratore ogni 2 minuti).

- Capacità di auto-riconfigurazione della trasmettitore ZigBee inserito nella rete radio- Robustezza della trasmissione delle informazioni, tipica della ridondanza applicata allo scambio di

informazioni del protocollo.

The advantages of a wireless network compared to a corresponding wired-out are:- No wired needed- No external power, the sensor uses 3.6 V lithium batteries inside which provide over two years of

autonomy (as measured by actual sampling of the primary data every six seconds and transmission to theconcentrator every 2 minutes).

- Ability to auto-reconfiguration of the transmitter placed in the ZigBee radio network- Certainty of information transmitted, typical of redundancy used for information exchange protocol.

Applicazioni/ ApplicationsI principali ambiti applicativi individuati sono i seguenti: / The main application areas identified are:

Monitoraggio microclimatico/ Microclimatic monitoringLo studio dello stato di conservazione di un edificio passa attraverso una molteplicità di fattori e problematiche,primi tra questi la necessità di disporre di sufficienti informazioni in termini di dati, ambientali e non, su cui poterformulare delle ipotesi di determinazione dello stato esistente od ottenuto dalle soluzioni applicate per la riduzionedel degrado.L’esperienza acquisita da NESA nel campo del monitoraggio ambientale, ha consentito di individuare delle soluzioniinnovative che portano a realizzare un sistema efficiente che risponda a tutte le esigenze del cliente.

The study of the conservation status of a building through a variety of factors and problems, first among them theneed of sufficient information in terms of data, environmental or otherwise, on which to formulate hypotheses fordetermining the existing state or obtained from the solutions applied to reduce degradation.The experience gained from NESA in the field of environmental monitoring, helped to identify innovative solutionsthat permits to have an efficient system that meets all customer requirements.

Casi specifici/ Specific cases Monitoraggio di musei ed in gallerie d’arte / Monitoring of museums and art galleries Monitoraggio di edifici o gallerie / Monitoring of buildings or tunnels Monitoraggio in grotta / Monitoring in cave

Vantaggi/ Benefits Installazione poco invasiva e rispettosa delle strutture esistenti / Install unobtrusive and respectful of

existing facilities Basso impatto visivo / Low visual impact Assenza di cavi di collegamento / No cables

HumidityTemperature

Air Flux

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Monitoraggio geotecnico/ geotechnicalLe problematiche relative al monitoraggio geotecnico si presentano molteplici e variegate.Prima fra tutti è quella di dover monitorare ambienti esterni, spesso non facilmente raggiungibili perché ubicati inluoghi estremi, ed in cui non è possibile assicurare all’apparecchiatura di monitoraggio né l’alimentazione né lastesura di cablaggi filari.

Issues relating to monitoring geotechnical are many and varied.First of all you have to monitor outdoor areas, often located in places not easily accessible because extreme, and itis not possible to ensure to the monitoring equipment or to the devices, the power line or the wiring.

Casi specifici/ Specific cases Monitoraggio di frane / landslides monitoring Monitoraggio di edifici/ Building monitoring Monitoraggio in grotta/ Monitoring in cave

Vantaggi/ Benefits Assenza di cavi di collegamento / No cables Abbattimento dei costi di installazione / Low costs for create the monitoring system

Qualora si renda necessario acquisire sensori che richiedono un elevatoconsumo è sempre possibile alimentare il trasmettitore wireless con sistemi dialimentazione tradizionali come pannelli solari con regolatore di carica ebatteria.Per applicazioni stand-alone o campagne di misura dove sia necessaria lacompleta autonomia funzionale delle apparecchiature senza un collegamento aduna rete di alimentazione primaria, vengono realizzati dei ripetitoricompletamente autonomi con un piccolo pannello solare che permettono diestendere la copertura radio ad oltre 1000 metri. Simili applicazioni sono

già state utilizzate per il monitoraggio dei cassoni del Mose di Venezia, coprendo intere aree di cantiere di oltre900x300 metri con soli tre ripetitori.

Whenever it is necessary to acquire sensors that require high consumption, is always possible to power the wirelesstransmitter with power systems such as traditional solar panels with charge controller and battery.For stand-alone applications, or measurement campaigns where it is necessary to have the functional autonomy ofequipment without a connection to a network of primary power, repeaters are made fully autonomous with a smallsolar panel that allow to extend radio coverage to over 1000 meters .Such applications have already been used to monitor the “Mose System” in Venice, covering entire areas of theyard more than 900x300 meters with only three repeaters.

RipetitoreRepeater

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Dati tecnici / Technical Data

Datalogger

Terminale TMF100 TMF100 Terminal UnitTecnologia Technology 32bit processor with Embedded Linux operative system

on boardIngressianalogici/Pt100/0÷2Vdc/4÷20mA

Analog/Pt100/0÷2Vdc/4÷20mAInputs

n. 4 @ 12bit channels (Vmax 0÷2Vdc ; I 4÷20mA)n. 4 @ 24bit channels (Vmax 0÷2Vdc ; I 4÷20mA)

Ingressi digitali Digital Inputs n. 4 ingressi digitali in frequenza (max 1000Hz)n. 4 digital frequency input (max 1000Hz)

Uscite analogiche programmabili Programmable Analogic outputs n. 4 @ 12bit channels 0÷2VdcUscite digitali Digital outputs n. 8 open drain channels for relais command

(Vmax=50V, Imax=200mA)Porte di comunicazione Communication ports n. 2 RS232

n. 2 USB Hostn. 1 LAN Ethernet 10/100Mb

Memoria dati interna Internal Data storage A partire da 32MB / Min 32MBMemoria dati esterna External Data storage Pen-drive industriale USB 256MB÷4GBOrologio datario Data-clock Sistema al quarzo e aggiornamento automatico via NTP

Quartz management and automatic NTP connectionWatch dog Watch dog Reset hardware della Cpu / Cpu hardware resetProtezioni Protections Contro corto circuiti e scariche indirette

Polarity reverse and transientProgrammabilità eTeleprogrammazione di:

Programmability & Remotecontrol of:

Localmente, rete LAN e da remoto tramite modem,GPRS, GSM, wireless, satellite, FTP. radioIn local via serial port, LAN, from remote via modem,GPRS, GSM, wireless, satellite, FTP. Radio

Interfaccia locale operatore User interface display LCDlcd display

Consumo Current Consumption < 1W in funzionamento/full operationAlimentazione Power supply 24Vac, 110Vac, 220Vac (con trasformatore esterno),

10,5 18Vdc, Pannello Solare, Generatore eolico24Vac, 110Vac, 220Vac (with external voltagetransformer) , 10,5 18Vdc, Solar Panel, Aeolian supply

Temperatura operativa Operative temperature -45 70 CPeso weight 0,8 KgDimensioni Dimensions 177x118x60mmMarcatura Norms CE, SIT (on request)

Contenitore (opzionale) IP65 – IP68 (optional) IP65 Box – IP68 300x400x220mm (altre dim. Su richiesta)300x400x220mm (other dim. on request)

Trasmettitore Wireless ZBS Wireless transmitter ZBS

Caratteristiche generali General characteristics Compatible IEEE 802.15.4 ZigBee stackDevice address software or internal dip-switch settable

Caratteristiche RF RF characteristicsFrequency: 2405 MHz ÷ 2480 MHzNominal transmission power: 2mWCoverage outdoor: 150m, indoor : 50m

Alimentazione Supply voltage High energy lithium battery 3,6V inside2 years battery life with 6 second sampling rate

Norma ECC di riferimento:direttive 2006/95/ECC, 89/336/EEC,99/5/EC

Compliant with ECC Norms:2006/95/ECC, 89/336/EEC,99/5/EC directives

ETSI EN 300 238, ETSI EN 301 489, EN 61000-6-2, EN61000-6-3, EN 60950-1

Accessori / AccessoriesInterno Indoor Alimentatore AL220/12 da pareteEsterno Outdoor Pannello solare, Batteria e regolatore di caricaEsterno Outdoor Batteria 10,8Vdc 2Ah or 8Ah