Comunicación Infrarroja

Por: Omar Gurrola

08/23/10

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Comunicacion Infrarroja Índice 1.

Radiación Infrarroja ........................................................................................................................................................ 2

2.

Que es la Comunicación Infrarroja.................................................................................................................................. 2 Ventajas y Desventajas ....................................................................................................................................................... 3 Aplicaciones ........................................................................................................................................................................ 3

3.

El Estándar IrDA .............................................................................................................................................................. 3 

IrPHY (Infrared Physical Layer) .................................................................................................................................... 4



IrLAP (Infrared Link Access Protocol) .......................................................................................................................... 4



IrLMP (Infrared Link Management Protocol) + LM-IAS (Link management Information Access Service) .................. 4



TinyTP (Tiny Transport Protocol) (Opcional) ............................................................................................................... 5



IrLAN (Infrared Local Area Network) (Opcional) ......................................................................................................... 5



IrOBEX (Infrared Object Exchange) (Opcional) ........................................................................................................... 5



IrCOMM (Infrared Communications Protocol) (Opcional) .......................................................................................... 5

4.

5.

Algunos Protocolos de Controles Remotos..................................................................................................................... 6 

Sony SIRC..................................................................................................................................................................... 6



RCA .............................................................................................................................................................................. 7



Philips RC-5.................................................................................................................................................................. 8



Philips RC-6.................................................................................................................................................................. 9 Referencias.................................................................................................................................................................... 11

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1. Radiación Infrarroja La luz infrarroja (IR) es una radiación electromagnética, su nombre es de origen latín donde “infra” significa abajo, su traducción literal es abajo del rojo. El color rojo tiene la longitud de onda más grande de la luz visible (por lo tanto la frecuencia más baja).

La IR tiene una longitud de onda entre 0.7 y 300 µm con una frecuencia entre 1 y 430 THz dejándola entre la luz visible por el humano y las ondas de microondas como se puede observar en la figura siguiente.

Espectro Electromagnético

2. Que es la Comunicación Infrarroja La comunicación infrarroja utiliza la luz IR para transferir datos a corto alcance. Se utiliza universalmente para manejar a distancia la televisión y para la transferencia de datos entre diferentes dispositivos electrónicos. Es una alternativa a los discos y cables ya que es inalámbrica. Proporciona una forma rentable de comunicación entre aparatos electrónicos.

Para realizar una comunicación infrarroja se requiere un transmisor (LED Infrarrojo) y un receptor (fotodiodo), el transmisor envía las señales en forma de pulsos por infrarrojo mientras el receptor las detecta y recibe para realizar alguna función o tarea.

Comunicación Infrarroja Básica

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Ventajas y Desventajas En la siguiente tabla se muestran algunas ventajas y desventajas que presenta esta tecnología: Ventaja: No interfiere con señales de radio No necesita licencia del gobierno Bajo costo No es visible Es más segura que las de Radio

Desventaja: Corto Alcance No atraviesan objetos sólidos Solo es para redes Locales Necesita visión directa Es afectada por el sol, lluvia, etc.

Aplicaciones Esta tecnología es usada actualmente para manejar o transferencia de datos en: Televisiones, reproductores de dvd y blueray, impresoras, celulares, PDAs, puntos de venta, estéreos, PCs y laptops, etc.

3. El Estándar IrDA El estándar IrDA (Infrared Data Association) define un protocolo estándar físico para las comunicaciones a corto alcance como las redes PAN. Esta asociación se creó en 1993 entre HP, IBM, Sharp y otras empresas importantes.

Este estándar es utilizado por una amplia gama de dispositivos electrónicos, informáticos y de comunicación, permitiendo una comunicación bidireccional entre ambos extremos a velocidades entre 9.6 kbps y los 4 Mbps.

Esta tecnología es más utilizada en ordenadores portátiles y en una gran cantidad de celulares y dispositivos móviles. En la actualidad esta tecnología está siendo remplazada por bluetooth.

La organización del protocolo IrDA se puede observar en la siguiente figura:

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Las especificaciones de las capas son:

 IrPHY (Infrared Physical Layer) 

Es la capa más baja del protocolo y se encarga de mandar y recibir los pulsos de señales infrarrojo. El modo en el que trabaja este protocolo es half-duplex debido a que mientras transmite esta no puede recibir señales porque queda ciego debido a su misma luz.



Las velocidades se categorizan en la siguiente Tabla:





SIR (Serial IR)

9.6 - 115.2 kbps



MIR (Medium IR)

0.576 - 1.152 Mbps



FIR (Fast IR)

4 Mbps



VFIR (Very Fast IR)

16 Mbps



UFIR (Ultra Fast IR)

96 Mbps



Giga-IR

512 Mbps - 1 Gbps

Se establecen las siguientes especificaciones:



Distancia: 1m, bajo consumo 0.2-0.3m



Angulo: Máximo 15* de cono



Velocidad: 2.4 kbps a 1 Gbps



Modulación: Banda Base



Longitud de onda: 875 +/- 30 nm

 IrLAP (Infrared Link Access Protocol) 

Es la segunda capa del protocolo, se encuentra arriba de la capa IrPHY y debajo de la capa IrLMP. Representa la capa Data Link Layer del modelo OSI



Las especificaciones más importantes son:



Proporciona Control de Acceso



Descubre posibles vecinos de comunicación



Establece una comunicación estable bidireccional



Administra los papeles de Primario/Secundario



Negocia los parámetros de QoS

 IrLMP (Infrared Link Management Protocol) + LM-IAS (Link management Information Access Service) 

Es la tercer capa del protocolo y sus especificaciones son las siguientes:



Brinda múltiples canales lógicos

Por: Omar Gurrola 08/23/10  Permite cambiar entre dispositivo Primario/Secundario 

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Proporciona un protocolo de encolado para determinar qué servicios están disponibles en el sistema remoto

 TinyTP (Tiny Transport Protocol) (Opcional) 

Esta capa es opcional y se encuentra sobre la capa LrLAP y sus especificaciones son las siguientes:



Transporte de mensajes grande por SAR (Segmentation and Reassembly)



Control de flujo dando créditos a cada canal lógico

 IrLAN (Infrared Local Area Network) (Opcional) 

Esta capa opcional se encuentra sobre la capa TinyTP al igual que IrOBEX, ofrece la posibilidad de conectar un dispositivo IR a una red local utilizan uno de los siguientes métodos:



Access Point



Peer to Peer



Hosted

 IrOBEX (Infrared Object Exchange) (Opcional) 

Esta capa opcional se encuentra sobre la capa TinyTP y proporciona el intercambio de objetos entre los dispositivos infrarrojos

 IrCOMM (Infrared Communications Protocol) (Opcional) 

Esta capa opcional se encuentra arriba de la capa IrLAP y permite al dispositivo identificarse o actuar como un puerto serial o paralelo.

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4. Algunos Protocolos de Controles Remotos  Sony SIRC Sony utiliza este protocolo para dispositivos de control, existen tres versiones de este protocolo: 12-bit, 15-bit y 20-bit. Se explicara la versión de 12-bit ya que las otra solo difieren en la longitud del comando, lo cual se explica mas delante.

Modulación El protocolo SIRC utiliza la técnica de modulación por pulsos (Pulse Width Modulation) la cual representa un "1" Lógico con 1.2ms de longitud en los 40Khz, mientras que un "0" lógico con 0.6ms de longitud, ambos están separados por 0.6ms de espacio. El ciclo de trabajo (Duty Cycle) recomendado es 1/4 o 1/3.

Protocolo Versión de 12-bit Se envía primero el bit menos significativo (LSB) en todas las transferencias. La señal de inicio (Start) se inicia siempre con 2.4ms en alto seguido de 0.6ms de espacio. El inicio también es utilizada para permitir que se ajuste la ganancia del receptor IR. Después se envían los 7-bits del comando (Command) seguidos por los 5-bits de la dirección del dispositivo (Device Address), dando un total de 12 bits de datos.

Cada mensaje es repetido cada 45ms desde la señal de inicio al siguiente inicio, todo el tiempo que se mantenga presionada una tecla o botón.

En la figura siguiente se muestra un tren de pulsos del protocolo SIRC donde el comando es 19 y la dirección del dispositivo es 1.

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 RCA El protocolo RCA es muy similar al protocolo NEC. Modulación El protocolo RCA utiliza la técnica de pulsos a distancia. Cada pulso es de 500us de largo en una frecuencia de 56Khz (28 Ciclos). un "1" lógico se mantiene en alto por 2.5ms, mientras un "0" lógico solo le toma 1.5ms.

El Protocolo Los bits se envían empezando por el mas significativo (MSB). El mensaje se inicia (Start) con una señal de 4ms para estabilizar la ganancia del receptor. Después se envía un espacio (T) de 4ms, el cual es seguido por la dirección (Address) y el comando (Command), tanto la dirección como el comando son enviados dos veces pero la segunda vez todos los bits están invertidos y pueden ser utilizados para verificar que el mensaje se recibió correctamente.

El mensaje es repetido cada 64ms desde cada inicio mientras se mantenga presionada una tecla o botón.

En la siguiente figura se muestra un tren de pulsos para el protocolo RCA donde la dirección es 10 y el comando es 68.

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 Philips RC-5 El protocolo RC-5 de Philips es posiblemente el más usado. El protocolo está bien definido para diferentes tipos de dispositivos brindando compatibilidad con todo el sistema de entretenimiento. Actualmente Philips utiliza una versión más nueva llamada RC-6 que se explicara más delante.

Modulación Este protocolo utiliza la técnica de modulación por bifase o también llamada "Manchester Coding" en una frecuencia de 36Khz. Todos los bits tienen una longitud de 1.778ms, donde la primera mitad de este tiempo se mantiene en alto y la segunda mitad en bajo para representar un "0" lógico y viceversa para un "1" lógico. El rate de pulso y pausa en los 36Khz es de 1/3 o 1/4 con lo cual se reduce el consumo de energía.

El Protocolo Los bits se envían empezando por el más significativo (MSB). Los primeros dos pulsos (S1] y S2) son el inicio (Start), ambos son "1" lógicos. El tercer bit es un bit de "toogle" (T), el cual es invertido cada vez que una tecla es presionada o soltada. De esta forma el receptor puede distinguir entre una tecla que permanece abajo y otra que es presionada continuamente. Los siguientes cinco bits representan la dirección (Address) y los siguientes seis bits representan el comando (Command). El mensaje total representa 14 bits y todo el mensaje dura 25ms.

En algunas ocasiones el mensaje parecerá más corto porque el primer bit (S1) se mantiene en bajo o si el ultimo bit del comando es "0" lógico. En algunas versiones extendidas de RC-5 solo se utiliza un bit de inicio (S1). El segundo bit (S2) es utilizado como el MSB (6-bit) del comando teniendo así 7bits, este bit debe ser invertido antes de utilizarlo como comando.

El mensaje es repetido cada 114ms desde cada inicio mientras se mantenga presionada una tecla o botón.

En la siguiente figura se muestra un tren de pulsos para el protocolo RC-5 donde la dirección es 5 y el comando es 56.

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 Philips RC-6 Este protocolo es el sucesor del RC-5, está bien definido al igual que su antecesor. Ofrece varios modos de operación dependiendo el uso (Modo dedicado para Philips y para OEM), permite longitud de comandos variables el cual es definido por el modo de operación.

Modulación Las señales están moduladas en 36Khz, el ciclo de trabajo es entre 1/4 y 1/2. La información es codificada utilizando “Manchester Coding”. Esto quiere decir que ambos niveles lógicos tienen nivel alto y bajo. Si es “1” lógico la primera mitad del tiempo la señal será alta y la otra mitad baja y si es “0” lógico la primera mitad es bajo y la segunda mitad es alto. Hay que notar que es contrario a como se utiliza en el protocolo RC-5 de Philips.

La unidad de tiempo es 1t donde t es 16 veces el periodo de la señal portadora:

(

)

(

)

Con RC-6 se establecen un total de 5 objetos que se explican a continuación: 1.

Leader Simbol El cual tiene un tiempo de 6t = 2.666ms y un espacio de 2t = 889us es usado comúnmente para establecer la ganancia del receptor IR.

2.

Normal bits Tienen un tiempo en alto de 1t = 444us y un espacio de 1t = 444us. Un “1” y un “0” lógicos se distinguen por la posición y el espacio en el tiempo.

3.

Trailer bits Tienen un tiempo de 2t = 889 us y un espacio de 2t = 889 us. Los niveles lógicos son iguales a los bits normales.

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Protocolo RC-6 Modo 0 El modo 0 es dedicado para aparatos de Philips, permite controlar hasta 256 dispositivos independientes con un total de 256 comandos por dispositivo.

Los comandos están unidos a otra información que se explica a continuación.

Header Field El Header Field conformada por 4 diferentes segmentos.

1.

El Leader Symbol (LS). Su propósito es ajustar la ganancia del receptor.

2.

Le sigue un Start bit (SB) que siempre es un “1” lógico. Su propósito es calibrar el tiempo del receptor.

3.

Los Mode bits (mb2…mb0) determinan el modo, en nuestro caso es 000.

4.

Por último el Header es finalizado por un trailer bit (TR). Cabe notar que el tiempo de los bits es el doble de un bit normal.

Este bit también sirve como Toggle bit que será invertido cuando una tecla es liberada. Esto permite al receptor distinguir entre una nueva tecla o una que se mantiene presionada.

Control Field Cuenta con 8 bits que son utilizados como Address Byte. Recordemos que en modo 0 se pueden controlar hasta 256 dispositivos. El MSB es enviado primero.

Information Field Este campo tiene 8 bits los cuales son el Command Byte. Esto quiere decir que un dispositivo puede tener hasta 256 comandos. El MSB es enviado primero.

Signal Free Time Es un periodo en donde no se transmite información por ningún dispositivo. Es importante que el receptor detecte este tiempo libre y lo respete para evitar recepciones incorrectas. El Signal Free Time es de 6t = 2.666ms.

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5. Referencias 

Wiki, “Infrared, Agosto 2010”, Agosto 2010, http://en.wikipedia.org/wiki/Infrared



Paz Digital, “Electromagnetismo”, Julio 2008, Agosto 2010, http://paz-digital.org/new/content/view/7974/26/



Microsoft Corporation, “Comunicación por infrarrojos”, Agosto 2010, http://technet.microsoft.com/es-es/library/cc737808%28WS.10%29.aspx



Unknown, “InfraRed Communication”, Agosto 2010, http://programminginfo4u.blogspot.com/2008/09/infrared-communication.html



Wiki, “Red por infrarrojos”, Abril 2010, Agosto 2010, http://es.wikipedia.org/wiki/Red_por_infrarrojos



OpenSourceProject.org.cn, “10.5 Infrared Communication”, Agosto 2010, http://book.opensourceproject.org.cn/embedded/oreillyedsignbed/opensource/0596003625/dbhardware-chp-10-sect5.html Wiki, “Infrared Data Association”, Mayo 2010, Agosto 2010, http://es.wikipedia.org/wiki/Infrared_Data_Association





Wiki, “Infrared Data Association”, Junio 2010, Agosto 2010, http://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_Data_Association



sbprojects.com, “Sony SIRC Protocol”, Septiembre 2009, Agosto 2010, http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/sirc.htm



sbprojects.com, “RCA Protocol”, Septiembre 2009, Agosto 2010, http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/rca.htm



sbprojects.com, “Philips RC-5 Protocol”, Septiembre 2009, Agosto 2010, http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/rc5.htm



sbprojects.com, “Philips RC-6 Protocol”, Septiembre 2009, Agosto 2010, http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/rc6.htm