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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
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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
3 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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
4 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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
5 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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
Figura 6 - Protocolo SIRC - 15bits
Figura 7 - Protocolo SIRC - 20bits
6 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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.
7 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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
8 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
Ape ndice A - Imãgens
Controle Remoto
Figura 10 - Configurações de funcionalidades
Osciloscópio
Figura 11 - Teste utilizando osciloscópio para avaliação do sinal recebido
9 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
Projeto Final
Figura 12 - Imagem do projeto finalizado
10 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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);
}
if((results.value == 2800) || (results.value == 16730805)){
analogWrite(PWMA,191);
digitalWrite(DIRA, LOW);
}
if((results.value == 3280) || (results.value == 16734885)){
analogWrite(PWMB,255);
digitalWrite(DIRB, HIGH);
}
if((results.value == 720) || (results.value == 16716015)){
analogWrite(PWMB,255);
digitalWrite(DIRB, LOW);
}
if((results.value == 2672) || (results.value == 16726215)){
analogWrite(PWMA,0);
analogWrite(PWMB,0);
}
delay(500);
irrecv.resume(); // Recebe o próximo valor
}
}
11 CONTROLE E TRANSMISSÃO DE DADOS UTILIZANDO
CONTROLE REMOTO INFRAVERMELHO
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