Controlo Remoto Universal por ZigBee

ZigBee can be considered a good option because it has low cost, low power consumption, reasonable range and suitable data rate for remote control requirements. This thesis presents the development of a system for remote control of consumer electronic devices based on ZigBee.

Lista de Acr ´ onimos

Cap´ıtulo 1

Introduc¸ ˜ao

A especificação ZigBee RF4CE define dois perfis de aplicação: o perfil ZRC (ZigBee Remote Control), que descreve um conjunto de comandos e mecanismos para aplicações de controle remoto, e o perfil ZID (ZigBee Input Device), que define comandos e mecanismos para usar um mouse. ... touchpad, teclado. e outros dispositivos de entrada em dispositivos eletrônicos de consumo e computadores. Um aplicativo de controle remoto universal também foi desenvolvido usando o IAR Embedded Workbench para o 8051.

Cap´ıtulo 2

Estado da arte

A especificação Zi gB ee RF 4C E desenvolveu os perfis de aplicação ZR Ce ZI. Desde que o aparecimento dos televisores 3D levou ao desenvolvimento do perfil de aplicação Z 3S (ZigBee3 DS ync) para sistemas e televisores, os óculos 3D estão disponíveis ao público com desenvolvimento em andamento[10].Existem atualmente diversas plataformas de desenvolvimento no mercado. (fabricado por GreenPeak, Atmel, Nike+, Microchip, Jennic, Freescale, Texas Instrument, Renesas), incluindo chips de acordo com suporte de software IEEE802.15.4, com certificação. Estamos trabalhando com a ZigBeeAlliance para ajudar os fabricantes a desenvolver seus equipamentos ZigBee RF4CE e acelerar o tempo de lançamento no mercado. Bluetooth, embora no passado não fosse considerado uma boa opção para o mercado de controles remotos, devido à crescente adoção desta tecnologia pelos fabricantes de equipamentos eletrônicos de consumo e ao surgimento do Bluetooth LowEnergy BLE (com consumo de energia significativamente menor em comparação ao Bluetooth clássico ) voltou sua atenção para esta tecnologia como uma solução competitiva de controle remoto baseada em ZigbeeRF4CE, de acordo com a ABIResearch.

Cap´ıtulo 3

Tecnologia ZigBee RF4CE

Pilha de protocolos

A especificação ZigBee define a camada APL, mostrada na Figura 3.2, que consiste na Application SupportSub-Layer (APS), no ZigBee Device Object ZDO (ZigBee Device Object) e no Application AF Framework. Cada objeto de aplicação representa um tipo de aplicação definido pelo fabricante, onde o AF é responsável por permitir que um único dispositivo ZigBee execute mais de um objeto de aplicação (1 a 240). APS fornece interface entre as camadas NWK e APL por meio de serviços usados ​​por ZDO e objetos de aplicação.

Os componentes APS, ZDO e AF que formam a camada APL ZigBee não se aplicam à camada APL ZigBee RF4CE, que é definida de forma diferente (Figura 3.1), composta pelo perfil da aplicação e pela aplicação desenvolvida pelo fabricante. O perfil da aplicação define um conjunto de configurações de parâmetros e procedimentos de comunicação que garantem a interoperabilidade entre diferentes dispositivos de diferentes fabricantes. A interoperabilidade é garantida ao nível da camada de aplicação entre dispositivos desenvolvidos de acordo com o mesmo perfil.

Portanto, embora os dispositivos ZigBee e ZigBee RF4CE possam coexistir na mesma rede, eles não são interoperáveis ​​no nível da aplicação.

Tipos de dispositivos

Tipos topologias de rede

Uma rede ZigBee RF4CE consiste em um ou mais PANs Zigbee RF4CE com topologias em estrela, onde os dispositivos da rede podem se comunicar entre os PANs[5]. Cada PAN é formado por um Um dispositivo (controlador ou alvo) para se comunicar com outro dispositivo alvo, membro de outro PAN, muda para o canal de operação PAN iniciado pelo dispositivo alvo e assume a identificação do PAN. Em seguida, ele usa o endereço de rede atribuído pelo alvo responsável pelo PAN através do mecanismo de emparelhamento para se identificar no PAN e se comunicar com o dispositivo alvo pretendido.

Todos os dispositivos ZigBee RF4CE ou ZigBee possuem um endereço IEEE globalmente exclusivo de 64 bits. Os dispositivos que se comunicam em uma rede usam um endereço de rede curto de 16 bits para reduzir os custos de transferência de dados. Ele atribui diferentes endereços de rede curtos para cada dispositivo associado ao seu PAN.

Um dispositivo alvo assume um endereço de rede de 16 bits na inicialização e atribui diferentes endereços de rede a cada dispositivo conectado à sua rede.

Transmiss ˜ao de dados

Portanto, em uma rede ZigBee RF4CE, os dispositivos podem pertencer a mais de um PAN ao mesmo tempo. Outro exemplo disto aplica-se ao comando universal que é simultaneamente membro dos três PANs, que se associa sequencialmente a cada um dos PANs através do mecanismo de emparelhamento. Também especifica a opção de transmissão multicast na qual a origem transmite dados para vários destinos (um grupo).

A carga útil do quadro possui um número variável de bytes que contém informações específicas sobre o iPod e o quadro. Por exemplo, num quadro de dados padrão, este campo pode conter dados de uma solicitação de descoberta. Integridade dos dados (por criptografia dos dados contidos no Frame Payload), para garantir que os dados contidos em uma transmissão sejam divulgados apenas para o dispositivo de destino. Autenticidade e integridade dos dados (através do campo Message Integrity Code), para garantir ao dispositivo de destino que os dados foram enviados de uma fonte confiável e não foram modificados durante a transmissão;

Proteção de repetição (através do campo Frame Counter), para garantir que uma transmissão não possa ser salva e retransmitida por um dispositivo malicioso.

PAN ZigBee RF4CE

• Inicializac¸ ˜ao
• Descoberta
• Emparelhamento

O recebimento da solicitação de descoberta na camada NWK é notificado à aplicação, que é responsável por decidir se responde ou não à solicitação (esta decisão depende da implementação específica da aplicação). Automaticamente: o dispositivo alvo entra no modo de resposta de descoberta automática e o aplicativo não é notificado sobre o recebimento da solicitação de descoberta. O dispositivo de destino descarta qualquer outro quadro que não seja uma solicitação de descoberta neste modo.

Se receber outra solicitação de descoberta nas condições acima, ele a aceita e envia uma resposta de descoberta contendo suas informações ao dispositivo controlador solicitante. Caso contrário, o dispositivo de destino rejeitará a solicitação e sairá do modo de resposta de descoberta automática. Se for um dispositivo de controle, este é um endereço de rede curto de 16 bits recebido do dispositivo alvo em resposta a uma solicitação de emparelhamento bem-sucedida.

Ao receber uma solicitação de emparelhamento, a camada NKW do dispositivo alvo primeiro verifica se já existe uma entrada com informações sobre o dispositivo solicitante em sua tabela de emparelhamento.

Gest ˜ao de energia

Pertil de aplicac¸ ˜ao ZRC

Se o botão não for pressionado dentro deste intervalo de tempo, o dispositivo controlador deverá enviar um comando do tipo repetição para o dispositivo alvo. Este procedimento deve ser repetido a uma velocidade de até 100 ms, até que o botão seja liberado, após o qual o dispositivo controlador deve enviar um comando do tipo liberado. Por outro lado, ao receber um comando pressionado, o dispositivo alvo deve executar a ação solicitada uma vez.

Após receber um comando do tipo repetição, ele deverá executar repetidamente a operação solicitada durante um período definido pelo perfil de até 200 ms. O dispositivo alvo deve repetir o procedimento caso receba um comando repetido durante o intervalo de tempo mencionado anteriormente. Em a) o botão do dispositivo controlador não foi pressionado por tempo suficiente para que um comando de repetição fosse enviado ao dispositivo alvo.

Ao soltar o botão, um comando do tipo liberado é enviado ao dispositivo alvo, interrompendo o ciclo de execução da operação.

Cap´ıtulo 4

Sistema de controlo ZigBee RF4CE

Sistema de desenvolvimento

• Hardware
• Software

O pacote de software RemoTI, disponível na Texas Instruments, contém código-fonte para aplicativos de suporte simples baseados em ZigBee RF4CE, documentação e interfaces de programação de aplicativos (API). O código fonte da aplicação Advanced Remote Control permite suportar o desenvolvimento de aplicações para comandos remotos baseadas no perfil ZID. Estas aplicações, em conjunto com o controlo remoto, quando programadas com a aplicação Advanced Remote Control, permitem demonstrar uma das funcionalidades do perfil ZID, com os módulos dongle USB e nano dongle CC2531 a funcionar como interfaces de rato HID (Human Interface Device .

A principal função deste aplicativo é enviar comandos do perfil ZRC quando os botões de um controle remoto são pressionados. O módulo CC253x, que funciona como RNP, se comunica com a aplicação no PC através da interface RS232. Uma RNP é vista, em termos da aplicação executada no computador, como uma caixa de abstração.

A aplicação do usuário acessa os componentes HAL, OSAL, RTI e RCN via APIs.

Prot otipo ´ desenvolvido

• Arquitetura do sistema
• Comando remoto universal
• Emulador de Televis ˜ao
• Emulador de leitor de DVD
• Emulador de Set-top-box

O resultado da interface gráfica do aplicativo emulador de televisão é mostrado na Figura 4.5. Assim, o aplicativo emulador de televisão espera receber comandos ou eventos para realizar a operação ou procedimento correspondente, respectivamente. A aplicação emulador de televisão realiza as operações indicadas na Tabela 4.5 ao receber os correspondentes identificadores de comando.

O emulador de TV integra um menu que aparece quando o botão Menu do controle remoto universal é pressionado. A Figura 4.9 mostra o programa emulador de DVD player, também desenvolvido em Windows Forms Application C++. Este emulador também integra um menu com as mesmas funcionalidades do menu de programas do emulador de TV.

O emulador de DVD player pode se comunicar tanto com o controle remoto universal quanto com o emulador de televisão. Assim como no aplicativo emulador de televisão, neste aplicativo são mostradas todas as operações. O emulador de decodificador pode se comunicar tanto com o controle remoto universal quanto com o emulador de televisão.

Cap´ıtulo 5

Testes e resultados

Teste de funcionalidade do sistema

Acionamento da campainha do controle remoto universal ao receber comando de extensão de perfil ZRC enviado do emulador de set-top-box. A comunicação entre emuladores se dá através do envio de um comando do emulador de reprodutor de áudio e vídeo para o emulador de TV, que liga a televisão e seleciona um canal para assistir a um filme quando o controle remoto universal seleciona um filme no emulador de reprodutor de áudio e vídeo. O emulador de TV utiliza a porta COM4 para se comunicar com o módulo CC2533 conectado à placa de interface.

1 Quadros na rede correspondentes ao envio de um comando 0x6B para cada um dos emuladores de televisão, o receptor de televisão e o reprodutor de áudio e vídeo. 3 A sequência de quadros na rede capturados pelo mecanismo de junção entre o emulador de TV e o emulador de DVD player. 4 Um quadro de rede correspondente ao envio do comando de extensão ao perfil ZRC enviado do emulador do decodificador para o controle remoto universal.

5 Série de quadros na rede que são trocados entre o controle remoto universal, o emulador de reprodutor de áudio e vídeo e o emulador de televisão durante o procedimento correspondente à funcionalidade 5.

Cap´ıtulo 6

Conclus ˜ao

Refer ˆencias

Anexo A

Matriz de comandos utilizados