. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Technologie BodyCom
4. března 2016 - 6:00 | Pandatron | Technologie BodyCom | Komentářů: 1  

Technologie BodyCom

Přiblížení a základní schéma technologie bezdrátového přenosu dat a řídicích povelů, která jako přenosové médium využívá lidské tělo uživatele.

BodyCom je nový systém bezdrátového přenosu dat na krátkou vzdálenost, který k přenosu i několika signálů souběžně využívá schopnosti lidského těla. Výsledkem je intuitivní, jednoduchý a bezpečný komunikační systém, spojující dvě kompatibilní zařízení.

Systém BodyCom přitom není nic nového a jeho princip je znám již dlouhou řadu let. Využívá se toho, že při vzdálenosti zařízení maximálně řádů jednotek centimetrů od lidského těla dochází ke kapacitní vazbě a tím přenosu vysílané energie i na člověka. Jednoduše řešeno, systém BodyCom lze vytvořit blízkostí nebo přímým dotykem se zařízením.


Obr. 1: Základní princip systému BodyCom, který pro přenos dat využívá vlastností lidského těla

Řešení společnosti Microchip
Tradiční bezdrátové systémy přenosu dat s malým dosahem se spoléhají na typický frekvenční rozsah od 400 do 900 MHz. Majiteli sice poskytují pohodlí a komfort bezdrátového ovládání, ale všechny tyto systémy vyžadují manuální aktivaci a zvýšenou úroveň zabezpečení, která zabraňuje nežádoucímu odposlechu a následné podvržení bezpečnostních kódů útočníkem. I když nejde o nic nepřekonatelného, mohou tato omezení znamenat zvýšení ceny návrhu i snížení komfortu obsluhy. Takovým přímo klasickým příkladem může být snaha o odemčení a deaktivaci alarmu domu ve chvíli, kdy venku prší a uživatel se vrací s nákupem v jedné ruce a pracovními dokumenty ve druhé.

Přesně pro tyto situace je určen systém BodyCom, který má za úkol právě uvedená omezení překonat a využívá přitom uživatelova těla, jakožto ideálního média pro přenos dat. Vlastní princip systému je jednoduchý a spočívá v přiblížení nebo dotyku uživatele se základní jednotkou na straně jedné a například mobilním telefonem na straně druhé. Data jsou v tu chvíli přenášena pomocí kapacitní vazby mezi základnou a mobilní jednotkou, přičemž se při přenosu využívá jednoduché amplitudové modulace (ASK) a dohodnutého datového formátu. Přímého dotyku a vytvoření vazby se také využívá jako detekce, inicializující mobilní jednotku pouze na tento okamžik.

Vzhledem k poměrně vysoké permitivitě lidského těla při nízkých frekvencích, lze takové přenosy realizovat s jednoduchým, snadno vyrobitelným systém, pracujícím na libovolné frekvenci v rozmezí od 60 kHz do 30 MHz. Navíc přitom nedochází k výraznějšímu přenosu a hlavně příjmu dat ze vzdálenějšího okolí, což do značné míry splňuje otázku zabezpečení. Nopak zahájení přenosu až při doteku odstraňuje nutnost použití ruční aktivace.


Obr. 2: Blokové schéma základnové jednotky

Systém BodyCom tedy splňuje všechny kýžené požadavky, jako je snadné a bezpečné použití, jednoduchý design a levná výroba.

Mezi hlavní vlastnosti systému BodyCom patří:

  • Velmi nízká spotřeba, zejména v případě mobilní jednotky
  • Rychlá odezva systému
  • Stabilní a robustní komunikace s detekcí poruch
  • Omezené pole působnosti (dosah jen několik centimetrů), aby identifikace proběhla pouze s majitelem dané mobilní jednotky
  • Jednoduchý návrh a nízké výrobní náklady

Na obr. 1 je uveden základní princip systému, který spočívá v kapacitním přenosu dat mezi lidským tělem, základní a mobilní jednotkou. Protože při přenosu signálů dochází k rozdílnému útlumu, využívají se v praxi dvě frekvence. Signály s nízkou frekvencí jsou utlumeny více než signály s vyšší frekvencí, proto se v mobilním zařízení používá vyšší frekvence, které stačí nižší výstupní výkon. Je to z toho důvodu, že mobilní jednotka je napájena obvykle pouze z baterií a její spotřeba je jednou z hlavních priorit. Zatímco základní jednotka je obvykle napájena ze sítě a může při komunikaci dodat více energie.

Další omezení volby použité frekvence vychází ze spotřeby mobilní jednotky v režimu příjmu. Typické součástky, které jsou pro obvody přijímače běžně dostupné, nabízejí nízkou spotřebu pouze při provozu ve frekvenčním pásmu zhruba od 60 do 400 kHz. Pro vysílání je však opět z důvodu úspory energie doporučeno využít frekvenční pásmo od 6 do 13 MHz, kde je optimální vztah mezi spotřebou energie a výkonem v daném kmitočtovém rozsahu.

V konkrétní ukázkové aplikaci byl pro přenos dat směrem do mobilní jednotky zvolena frekvence 128 kHz. Pro přenos dat z mobilní jednotky směrem k základnové stanici byla zvolena frekvence 8 MHz. Výhodou je rovněž její dostupnost přímo z integrovaného oscilátoru použitého mikrokontroléru, čímž se sníží počet součástek i výrobní cena.


Obr. 3: Blokové schéma mobilní jednotky

Přenos dat směrem k mobilní jednotce
V systému BodyCom zahajuje komunikaci vždy základnová jednotka. Aby však bylo možné komunikaci vůbec zahájit, zajišťuje mikrokontrolér PIC základnové jednotky nepřetržitou detekci dotyku lidského těla a vytvoření přenosové linky.

Jakmile je zjištěn dotyk, ukončí mikrokontrolér detekci a zahájí proces komunikace, který začíná vyhledáním dostupné mobilní jednotky. Vysílání přitom probíhá do paralelního LC obvodu, který pracuje na své rezonanční frekvenci. Obvod je samozřejmě umístěn pod podložkou, přes kterou se signál přenáší přímo do lidského těla. Tím se lidské tělo stává součástí přenosového média a zajišťuje prodloužení dosahu signálu až k blízkosti mobilní jednotky.

Jak již bylo zmíněno, jelikož základnová jednotka je do přenosového kanálu schopna dodat větší množství energie, byla pro vysílací kanál zvolena nízká provozní frekvence (128 kHz).

Takto vyslaný signál prochází až k mobilní jednotce, která se v tu chvíli nachází v režimu čekání na signál, ve kerém má velmi nízkou spotřebou energie. Zachycení signálu způsobí probuzení přijímače mobilní jednotky.

Odpověď mobilní jednotky
Po zachycení signálu mobilní jednotkou dojde k dekódování přijatých dat a (pokud je vše v pořádku) vyslání odpovědi.

Mobilní jednotka je také kapacitně spojena s lidským tělem, ovšem pro udržení minimální spotřeby energie při vysílání a lepší přenos dat s nižším výkonem pracuje na vyšší frekvenci. V našem případě, jak již bylo uvedeno, byla zvolena frekvence 8 MHz, protože je dostupná z interního RC oscilátoru použitého mikrokontroléru PIC.

Jelikož je mobilní jednotka rovněž v blízkosti lidského těla, dojde při vysílání odpovědi opět k jejímu přenosu a to až do základnové stanice. Každá jednotka přitom musí představovat kompletní řešení transceiveru, včetně předzesilovače, směšovače, filtrů a datových kodérů/dekodérů. Jejich výstup je připojen k nízkopříkonovému mikrokontroléru PIC, který zajišťuje finální zpracování a vyhodnocení dat.

Blokové schéma základní jednotky
Základnová jednotka musí být schopna zajistit následující funkce:

  • Detekce doteku nebo přiblížení
  • Odeslání výzvy k mobilní jednotce
  • Příjem a dekódování příchozích dat
  • Jednoduchý komunikační standard s ovládací rozhraní pro snadnou integraci s dalšími systémy

Pro bližší pohled na koncepci celého systému je na obr. 2 uvedené blokové schéma základnové jednotky.


Obr. 4: Formát přenášených dat

Základnová jednotka je složena ze tří hlavních bloků: obvodů přijímače, přenosových obvodů a komunikačního rozhraní. Všechny bloky jsou přitom řízené z jediného mikrokontroléru typu PIC.

Modul přijímače tvoří robustní systém s funkcí demodulace/dekódování signálů z kompatibilního transpondéru. Jinak je celý přenosový kanál, včetně kódování/dekódování a detekce chyb řízen z mikrokontroléru. Ten také kromě toho musí zajistit aplikaci příslušných bezpečnostních algoritmů, aby nemohlo dojít k záměně mobilní jednotky. Modul vysílače poté zajišťuje přenos dat směrem k mobilní jednotce a detekci přiblížení. Výhodou jednoduchého sériového rozhraní může být i možnost propojení s dalšími systémy a procesory, s cílem zajistit snadnou integraci a flexibilitu celého systému.

Závěr:
Více informací, včetně úplného schéma zapojení, rozboru komunikačního formátu i ukázkových zdrojových kódů, je možné získat na webových stránkách společnosti Microchip.

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Microchip
microchipDIRECT
Přehled distributorů
Introduction to the BodyCom Technology







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (1):

Zobrazit starší 30 dnů (1)...

host
1. Dne 16. 08. 2011 v 12:31 zaslal host
Bez titulku
Zajímavé. Co na to asi říkají věční odpůrci WiFi a GSM vysílačů a jejich teorie o vzniku rakoviny? :-D


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
WiFi moduly WizFi250-H
WiFi moduly WizFi250 přinášejí snadné a rychlé připojení libovolné aplikace do internetu, nebo vytvoření vlastního AP.
Skladem od 640 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007