transmissão de dados e controle utilizando ir

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃO

SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DE DADOS

CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO

CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO

Rodrigo Dantas da Silva – 2008020606 Sistema de Transmissão de Dados

Prof. D. Sc. Adrião Duarte Doria Neto

Valentim

Junho de 2012

2 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO


Introduçã o

O homem, por sua natureza, sempre teve a necessidade de se comunicar. Foram séculos

presos aos papéis até que no fim do século XVIII e inicio do século XIX foram concebidas duas

invenções que viriam, mais tarde, a ajudar na revolução da forma como as comunicações eram

feitas, o telefone e o rádio, respectivamente.

Hoje não podemos fugir ou nos abstermos da necessidade que temos dos meios de

comunicação, da necessidade humana de se comunicar. Esta necessidade é cada vez maior e

os sistemas de transmissão de dados tornaram-se algo imprescindível para a vida de todos,

não encontramos alguém que conseguisse seguir seu dia-a-dia e seus afazeres sem o auxilio de

qualquer tecnologia de transmissão de dados, arcaica ou moderna.

Transmissão Sem Fio

As formas de comunicações sem fio, ou wireless, são hoje responsáveis por uma grande massa

de dados transmitidos. Utilizadas no dia a dai mal percebemos sua presença, mas até para

abrir o portão da sua casa quando você esta chegando, você esta usando uma tecnologia sem

fio. Comunicação sem fio é transmitir dados entre dispositivos sem que haja qualquer tipo de

ligação física entre ambos, podemos utilizar frequências de rádio, luz, laser e infravermelho.

Figura 1 - Espectro Eletromagnético



Infravermelho

O sistema de transmissão sem fio utilizando o espectro de infravermelho foi desenvolvido na

década de 90 por um conjunto de empresas, pode transmitir uma grande quantidade de

informação e tem um baixo custo para implementação.

Sistemas infravermelhos utilizam um emissor composto por um LED (Light Emitting Diode – Diodo Emissor de Luz) e um receptor, que podem figurar separados ou juntos, sendo chamado neste caso do transceptor. Podem operar em full-duplex, enviando e recebendo dados ao mesmo tempo, ou em modo half-duplex, enviando e recebendo dados cada dispositivo por vez, e as taxas de comunicação podem variar de 75kbps a 100Mbps, dependendo da classificação utilizada (tabela 1).

Classificação Taxa

IrDA Data1

Serial Infrared (SIR) 115,2 kbps Medium Infrared (MIR) 1,152 Mbps

Fast Infrared (FIR) 4 Mbps Very Fast Infrared (VFIR) 16 Mbps

Ultra Fast Infrared (UFIR) 100 Mbps IrDA Control2 Única ~75 kbps

Tabela 1 - Sistema Infravermelho

Os sistemas infravermelhos não interferem em sistemas que trabalham com espalhamento

espectral permitindo assim o uso conjunto das duas tecnologias. Seu calcanhar de Aquiles, no

entanto, está diretamente ligado à luz do sol, sofrendo interferência da mesma devida sua

composição se encontrar também no intervalo infravermelho do espectro eletromagnético.

Porém esta não é a única limitação, o infravermelho tem a limitação de não atravessar paredes

ou obstáculos opacos, mas o que por um lado é uma limitação, por outro dá a liberdade de

utilizarmos, em ambientes separados do mesmo local a mesma frequência para troca de dados

que ainda assim não teríamos interferência.

As aplicações dessa tecnologia para troca de

grandes volumes de dados e seu baixo custo

têm um grau de pertinência tão alto, que

recentemente cientistas norte-americanos

desenvolveram uma rede sem fio que, em vez

de ondas de rádio, utiliza luz infravermelha

para transmitir os dados. A nova rede wi-fi

desenvolvida obteve velocidades de 6 a 14

vezes mais rápidas que as redes wi-fi

existentes, chegando a transmitir 1 Gigabyte

por segundo.

1 IrDa Data - Utilizado para sistemas que interagem para troca de dados.

2 IrDA Control – Utilizado com propósito de transmitir pequenos pacotes de dados, como no uso de

periféricos (mouse, teclado, celulares, microfones, joysticks).

Figura 2 - Conexão Infravermelho

Feixe de luz infravermelha



Estãdo dã Arte

O objetivo do presente trabalho é aplicar as teorias discutidas em sala de aula, contudo visto a

gama teórica inerente ao escopo da disciplina iremos aqui desenvolver o controle de um

sistema autômato, representado neste trabalho por um carro de brinquedo, via sistema de

comunicação sem fio, neste caso, sistema infravermelho.

Infravermelho é uma tecnologia de comunicação sem fio bem simples de ser trabalhada,

porém como foi dito anteriormente possui algumas desvantagens nas quais deve-se ter

atenção. Toda a parte física (hardware) foi implementada utilizando :

ATmega 328p (Arduino UNO)

CI L298P (Ponte H)

TSOP 4840 (Receptor Infravermelho)

Controles remotos (Televisores, aparelhos de som, etc.)

Motores DC

No Arduino utilizado foi embarcado um pequeno sistema (desenvolvido utilizando a linguagem

C) que ao receber um sinal de luz pelo receptor infravermelho, interpreta o sinal enviado pelo

controle remoto e gera o controle dos motores.

Assim como qualquer tecnologia de transmissão de dados, os controles remotos trabalham em

uma frequência para transmitir informação, este utiliza faixas próximas de 40Khz, mas cada

qual de acordo com especificações de seus fabricantes. Cada fabricante utiliza protocolos

diferentes de codificação, como é o caso da Panasonic que utiliza o RC80, o RC5 e RC6 são

utilizados pela Philips, o SIRC3 utilizado pela Sony.

Figura 3 - Exemplo de um sinal de controle remoto

Codificação

Foi desenvolvida uma breve pesquisa e estudos em torno dos protocolos utilizados pelos

controles remotos. Um dos controles utilizados neste trabalho foi um Sony, então

demonstremos como funciona:

3 SIRC – Serial InfraRed Control



Seu período fundamental T é de 600µs e o sinal é enviado em espaços múltiplos desse espaço

de tempo.

Bit de inicio: Como todo protocolo de comunicação este utiliza um indicador de inicio,

um cabeçalho, que tem largura de 4T, ou seja, 2,4 ms. Só após o envio deste cabeçalho

serão enviados os demais bits, que têm períodos mais curtos e que são enfim a

informação útil.

Bit 1: O bit alto (verdadeiro) se codifica mediante um espaço vazio de largura T mais

um pulso também de largura T.

Bit 0: O bit baixo (falso) se codifica por um espaço vazio de largura T mais um pulso de

largura 2T (1.2 ms).

Figura 4 - Protocolo SIRC

Como visto, o protocolo utilizado é bastante simples, uma vez que sinal é limitado por pulsos

de largura T, 2T e 4T, o que os fazem suficientemente diferentes entre si e fáceis de serem

detectados. Porém, o protocolo SIRC trabalha com palavras de 12, 15 e 20 bits de informação e

isso difere de aplicação para aplicação.

Basicamente o sinal se divide em:

7 bits de comando;

5 ou 8 bits de endereçamento do dispositivo (para o caso de utilizar o mesmo controle

para vários dispositivos);

8 bit de dados adicionais (caso utilize palavras de 20 bits);

Figura 5 - Protocolo SIRC - 12bits





São nos 7 bits de comando que vão a informação que precisamos para este trabalho, os

mesmos são codificados em binário natural e ordenados do menos significativo para o mais

significativo. Os demais bits serão desconsiderados para este caso.

Controle

Após a decodificação do sinal, o sistema interpreta o comando utilizado e executa a função

devida. Neste caso, o sistema faz um controle simples de um carro de brinquedo, no controle

Sony utilizado, o controle restringe-se ao uso do teclado direcional, quanto ao controle do

Aparelho de Som Automotivo utilizado, o controle é feito utilizando as teclas de qualquer um

deles, suas funcionalidades serão descritas mais a frente.

O Arduino age como mestre sobre o L298P, que neste caso é o escravo, utilizando

comunicação por fio de quatro vias. Duas das vias são para acionar os motores, para isto

utilizamos um sinal PWM4, as outras duas vias são utilizadas para enviar o bit que define a

direção de rotação dos motores.

Figura 8 - Esquemático de montagem

4 PWM (Pulse-Width Modulation | Modulação por largura de pulso) é um sinal que pode transporta

qualquer informação sobre um canal ou controlar o valor de alimentação entre a carga. No caso apresentado, o sinal é utilizado para controle do valor de alimentação dos motores do carrinho.



Conclusã o

Atualmente a tecnologia infravermelha está ultrapassada, em quase duas décadas de

existência não houve nenhuma melhoria significativa em sua interface, inviabilizando assim

uma boa concorrência com as demais tecnologias de transmissão de dados.

Porém é uma tecnologia que oferece um grande potencial quando nos referimos à automação

em residências ou pequenos pontos comerciais. Pode ser oferecido o manuseio de diversos

dispositivos de climatização, iluminação, entretenimento e até segurança a partir de um único

controle.

Recentemente pesquisadores desenvolveram uma rede utilizando infravermelho que supera

as velocidades atuais de troca de dados de uma rede wi-fi (5). Isso nos mostra o quão

promissor pode ser tal tecnologia.

Nesta tarefa desenvolvida, apesar da aplicação simples percebemos futuras possibilidades de

replicar, de forma análoga, este trabalho desenvolvendo um foco no âmbito de automação,

residencial ou comercial, ou ainda em ambientes industriais “limpos” e que têm necessidades

de comunicação sem fio, porém com limitações nas aplicações devido ao uso de frequências

ou bandas.

A aplicação desenvolvida mostrou que não há uma necessidade de alinhamento entre emissor

e receptor. Foram obtidos resultados positivos testando a aplicação utilizando uma abertura

de aproximadamente 180°, utilizando também dois diferentes dispositivos emissores

(controles remotos).

Figura 9 - Exemplificação de Automação Doméstica

5 Revista Galileu – Wi-Fi infravermelho é até 14 vezes mais veloz

Acessada em 13 de Junho de 2012 - http://goo.gl/QkMWq



Ape ndice A - Imãgens

Controle Remoto

Figura 10 - Configurações de funcionalidades

Osciloscópio

Figura 11 - Teste utilizando osciloscópio para avaliação do sinal recebido



Projeto Final

Figura 12 - Imagem do projeto finalizado



Ape ndice B – Co digo

#include <IRremote.h>

int RECV_PIN = 13;

int PWMA = 10;

int PWMB = 11;

int DIRA = 8;

int DIRB = 9;

IRrecv irrecv(RECV_PIN);

decode_results results;

void setup(){

pinMode(PWMA, OUTPUT);

pinMode(PWMB, OUTPUT);

pinMode(DIRA, OUTPUT);

pinMode(DIRB, OUTPUT);

irrecv.enableIRIn(); // Habilita receber dados IR

}

void loop(){

if (irrecv.decode(&results)) {

// controle SONY - controle MP3 Player

if((results.value == 752) || (results.value == 16718055)){

analogWrite(PWMA,191);

digitalWrite(DIRA, HIGH);

}



digitalWrite(DIRA, LOW);

}


analogWrite(PWMB,255);

digitalWrite(DIRB, HIGH);

}



digitalWrite(DIRB, LOW);

}




}

delay(500);

irrecv.resume(); // Recebe o próximo valor

}

}



Refere nciãs

Decodificando el Infrarrojo: SIRC. [Citado em 3 de Dez. de 2009] disponível em

http://libertadelectronica.wordpress.com/2009/12/03/decodificando-el-infrarrojo-sirc/

Sony SIRC Protocol. [Última atualização em 23 de Maio de 2011] disponível em

http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/sirc.php

Sony SIRC Protocol. In: PIC Examples. disponível em

http://www.pic_examples.byethost3.com/SIRC.html

Comunicação RC5 com o dsPIC. [Citado em 1 de Fev. de 2008] disponível em

http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/492

Receptor Infravermelho TSOP4840 : Dados técnicos. Disponível em

http://literarizando.wordpress.com/2009/03/30/como-fazer-citacoes-em-trabalhos-

cientificos/

Como funcionam os controles remotos. In: Como Tudo Funciona. disponível em

http://eletronicos.hsw.uol.com.br/controle-remoto2.htm

transmissão de dados e controle utilizando ir

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