Tehnologija z infrardečo (IR) svetlobo je prevladovala v daljinskih upravljalnikih več kot dve desetletji. S širjenjem uporabe LCD in plazemskih televizorjev z velikim zaslonom ter hitrim razvojem zabavne elektronike, so omejitve IR tehnologije zahtevale daljinski upravljalnik z novo, radiofrekvenčno (RF) tehnologijo.
Daljinski upravljalniki, ki temeljijo na RF tehnologiji so boljši od IR daljinskih upravljalnikov na več področjih, vključno z imuniteto na motnje, ki jih povzroča osvetlitev zaslona (backlight), dvosmerno komunikacijo in delovanjem tudi zunaj vidnega polja med oddajnikom in sprejemnikom. Te prednosti prispevajo k boljši uporabniški izkušnji in podaljšajo življenjsko dobo baterije. ZigBee® RF4CE standardni protokol, ki je zgrajen na vrhu IEEE 802.15.4 specifikacije ™, ima vse večjo vlogo in postaja najbolj obetavnih RF tehnologij za zamenjavo IR v bližnji prihodnosti. Preprosta blok shema za daljinski upravljalnik, ki temelji na tehnologiji ZigBee RF4CE je prikazana na sliki 1.
Z več kot dvema desetletjema proizvodnje in razvoja, se je daljinski upravljalnik za trg izdelkov široke porabe z IR tehnologijo že precej postaral. IR sestavni deli predstavljajo pri masovni proizvodnji relativno nizek strošek. Pri tako dolgi dobi obstoja IR daljinskih upravljalnikov na tržišču, se je vzpostavila nizka pričakovana cena generičnih naprav za daljinsko upravljanje. Torej, uvajanje tehnologije RF na osnovi ZigBee RF4CE je pogojeno s tem, da bo imela rešitev nizko ceno. Stroški daljinskega upravljanja, ki bo temeljilo na ZigBee RF4CE bodo bistvenega pomena za širjenje tega RF protokola na trg naprav za daljinsko upravljanje. Obstajata dva glavna dejavnika, ki vplivata na ceno izdelkov, ki temeljijo na ZigBee RF4CE tehnologiji: strojna platforma RF, ki je potrebna za delovanje in vgrajena programska oprema (firmware), ki skrbi za izvajanje.
Pristop z ustrezno strojno opremo
Potrebni dodatni stroški za dodatno strojno opremo so očitni pri vseh proizvajalcih naprav za daljinsko upravljanje. Pri velikih količini daljinskih upravljalnikov, bo vsak dodatni strošek, sestavni del ali razlika v ceni na koncu strošek za proizvajalca. Za zmanjšanje stroškov za nove kosovnice (BOM) je pomembno, da izberemo pravi IEEE 802.15.4 transiver in optimalni gostiteljski mikrokontroler za nadzor. Ocena skupnih stroškov RF oddajnika in spremljajočega mikrokontrolerja je osnova za izbiro RF komunikacije. Še več, obstaja možnost, da bosta v prehodnem obdobju lahko tako ZigBee RF4CE in IR integrirana v isti daljinski upravljalnik. Sposobnost upravljanja tako ZigBee RF4CE kot tudi IR skladov z istim mikrokontrolerjem bo imela torej veliko prednost. Pogosto spregledane sistemske zahteve, ki lahko pripomorejo h krajšemu seznamu potrebnih vgrajenih elementov, se nanašajo na neizbrisljiv pomnilnik (NVM). ZigBee RF4CE potrebuje nekatere podatke o omrežju, ki si jih shrani v NVM, da se ohrani zanesljivo komunikacijo v omrežju tudi po menjavi baterij.
To je podobno IR kodam, ki so v današnjem času shranjene v univerzalnih daljinskih upravljalnikih. Trajni pomnilnik je lahko podatkovni EEPROM v mikrokontrolerju ali zunanji EEPROM, ki je povezan z mikrokontrolerjem prek SPI ali I2C vmesnikov ™. Najboljša rešitev je, da je trajni pomnilnik v mikrokontrolerju, kar zagotavlja prihranek pri strošku za zunanji EEPROM. Vendar pa vsi mikrokontrolerji nimajo podatkovnega EEPROM-a, ki bi bil primeren za shranjevanje ZigBee RF4CE podatkov. Po specifikaciji ZigBee RF4CE, je 4-bytni števec okvirjev vključen v vsakem poslanem paketu, da bi preprečili podvajanje podatkov, kot tudi za obrambo pred napadi, če gre za varnost podatkov v aplikaciji. Da bi zagotovili obnovitev števca okvirjev ob vklopu, ga je treba števec slik zapisati v pomnilnik v intervalu 1.024 oddanih paketov. Poleg tega ZigBee Remote Control (ZRC) profil določa, da je v primeru, ko uporabnik pritisne in drži gumb, potrebno krmilni uporabniški ukaz poslati v intervalu 50 ms. Pri povprečnem uporabniku, ki gumb pritisne in drži pritisnjenega 10-krat na dan po 5 sekund to pomeni, da se bo števec okvirjev povečal na raven, ki zahteva posodobitev v NVM (flash, EEPROM) vsak dan. Če ima Flash pomnilnik vzdržljivost zapisovanja in brisanja podatkov v EEPROM-u mikrokontrolerja približno 1000-krat, bo daljinskemu upravljalniku pošla možnost zanesljivega shranjevanja podatkov v približno 2-3 letih. Za zanesljivo in dolgotrajno ZigBee RF4CE upravljanje na daljavo je zato zahtevana vzdržljivost brisanja in pisanja 10.000 krat, 100.000-krat pa je priporočljiva. Izbira mikrokontrolerja, ki zagotavlja visoko število vpisov podatkov v notranji EEPROM-u lahko prihranite stroške za zunanji EEPROM, s čimer se spet zmanjšajo skupni stroški za uporabljene komponente.
Pristop z vgrajeno programsko opremo
Ko govorimo o ceni sistemov, se pri tem običajno nagibamo le k razmišljanju o strojni opremi. Dejstvo pa je, da vgrajena programska oprema (firmware) igra pomembno vlogo pri končni ceni ZigBee RF4CE daljinskega upravljalnika. Velikost sklada ZigBee RF4CE določa velikost Flash pomnilnika mikrokontrolerja in s tem vpliva na končne stroške. Glavne razprave se vrtijo okrog tega, kako so osnovne IEEE 802.15.4 in ZigBee specifikacije zastopane z uporabo metode uporabe osnovnih elementov programiranja. Te osnovne elemente je mogoče razvrstiti kot zahtevo, potrditev, indikacijo in odziv. Te kategorije osnovnih elementov prehajajo iz ene v drugo, glede na njihovo vnaprej določeno funkcionalnost. Slika 2 prikazuje, kako ti osnovni programski elementi delujejo v ZigBee RF4CE protokolnem skladu.
Koncept osnovnih programskih elementov (primitives) je razdeliti zapleteno nalogo na manjše dele, vsak tak delček pa prispeva k skupni funkcionalnosti protokola. Tak pristop predstavlja večje breme za proces specifikacije razvoja, ki zahteva več odločitev vgrajene programske opreme za vsako podrobnost. Rezultat tega je, da lahko protokolni sklad razvijemo precej hitro, če strogo sledimo osnovnim programskim elementom znotraj celotne arhitekture. Medtem, ko primitivni pristop omogoča enostavnejši razvoj protokolov, gre to na račun velikosti in zasedenosti protokolnega sklada. Da bi se lahko prehajalo od enega osnovnega programskega elementa do drugega, je potrebno nabor parametrov določiti in preveriti večkrat, postaviti je treba zastavice, potem pa narediti le en korak naprej in le en korak naenkrat. Koncept osnovnih programskih elementov tudi zahteva od razvijalca razumevanje osnovne specifikacije za njihovo uporabo, s čimer se poveča zapletenost razvoja ZigBee RF4CE daljinskega nadzora v CE industriji. Zaradi stroškovno občutljivega trga daljinskega upravljanja obstajajo tudi drugi načini uporabe ZigBee RF4CE protokolnega sklada, ki so drugačni od teh, ki temeljijo na osnovnih programskih elementih. Uporaba RF4CE sklada brez osnovnih programskih elementov se pokaže v bistvenem zmanjšanju velikosti sklada vgrajene programske opreme. Na sliki 3 je primerjava velikosti sklada vgrajene programske opreme (firmware) treh certificiranih ZigBee RF4CE skladov.
Microchip uporablja preprost način uporabe, s čimer je dosegel več kot 50% zmanjšanje velikosti RF4CE sklada. Možnost uporabe firmware arhitekture brez osnovnih programskih elementov lahko močno zniža potrebo po Flash pomnilniku za ZigBee RF4CE daljinsko upravljanje, kar omogoča uporabo cenejših mikrokontrolerjev in zmanjšuje stroške celotnega sistema. Obstajajo tudi dokazi o izboljšanem delovanju in odzivnem času, s čimer se podaljša življenjska doba baterije naprave za daljinsko upravljanje. Poleg tega uporaba sklada brez osnovnih programskih elementov ne zahteva od razvijalcev aplikacij razumevanja gradnikov ali podrobnosti ZigBee RF4CE sklada, zaradi česar je potrebno bistveno manj razvojnega časa, skrajšamo pa tudi čas do trženja izdelka in znižamo skupne stroške. Po zgoraj navedenih analizah postane jasno, da kombinacija učinkovite vgrajene programske opreme (firmware) in optimizirane strojne opreme igrata pomembno vlogo pri ustvarjanju stroškovno učinkovitih ZigBee RF4CE rešitev.
Zaključek
Čeprav je verjetno, da bo ZigBee na osnovi RF4CE RF tehnologije v bližnji prihodnosti nadomestil IR, je CE trg še vedno zelo konkurenčen in stroškovno občutljivo in bo takšen tudi v prihodnosti. Pametna možnost oblikovanja strojne opreme in vgrajene programske opreme lahko pomaga znižati stroške uvajanja nove ZigBee RF4CE daljinskih upravljalnikov in pospešiti vključevanje te nove tehnologije.
Razvoj stroškovno občutljivih ZigBee® RF4CE daljinskih upravljalnikov
2011_SE191_56
Avtorja: Yifeng Yang in Tyler Smith
