X10

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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO PMR2590 Redes de Dados e Integração da Manufatura Por Computador X10 Ariel Lambrecht - 3752551 07/11/2006 Introdução X10 é um padrão internacional de comunicação que permite que produtos compatíveis "conversem" entre si através da linha elétrica existente de 110V. O padrão X10 foi desenvolvido em 1975 pela “Pico Eletronics” na Escócia, a fim permitir o controle remoto de dispositivos. Foi a primeira tecnologia domótica inventada. O principal atrativo desta tecnologia é que não são necessários novos cabeamentos para controlar os dispositivos. O controle é transmitido via rede elétrica. Até 256 endereços são disponíveis. Para que mais de um equipamento responda a um mesmo sinal, basta assinalar o mesmo endereço no comando. Existe uma gama enorme de produtos X10, de diversos fabricantes; todos eles podem ser usados juntos, pois utilizam o mesmo protocolo básico de transmissão. Embora existam muitas alternativas ao X10, como o INSTEON, BACnet e LonWorks, este padrão continua muito popular no ambiente “home” com milhões de unidades em uso no mundo todo. Histórico O sistema X10 PLC (Power Line Carrier) foi originalmente desenvolvido nos anos 70 pela Pico Eletronics, na Escócia. A Pico formou uma joint venture com a BSR em 1978 e os primeiros produtos baseados em X10 começaram a circular em 1979. Desde então, uma grande diversidade de produtos passou a ser despejada no mercado, abrangendo uma extensa gama de aplicações. A patente original expirou em dezembro de 1997 possibilitando que vários fabricantes passassem a desenvolver e fabricar novos e mais confiáveis produtos baseados em X10. Funcionamento A tecnologia X10 PLC transmite dados binários através da corrente elétrica usando um pulso de sinal na freqüência de 50 ou 60hz AC, quando o sinal cruza o ponto "zero" da curva de freqüência (Figura 1). Figura 1: Curva de freqüência do sinal de 50 ou 60Hz Para reduzir erros, são usados 2 "cruzamentos" no zero para transmitir “uns” ou “zeros”. O “um” binário é representado por um pulso de 120kHz no primeiro cruzamento e uma ausência de pulso no segundo; um “zero” binário é representado por uma ausência de pulso no primeiro e um pulso de 120kHz no segundo (Figura 2). Figura 2: Representação dos binários “1” e “2” Uma mensagem básica em X-10 usa 13 bits. Os primeiros 4 bits são um código de entrada: Os 4 seguintes um código de ambiente: Os 4 seguintes um código de função ou unidade e o ultimo bit representa a função. Este ultimo bit indica se os 4 anteriores devem ser interpretados como função ou como unidade. Para acionar um equipamento X-10 serão necessários dois conjuntos de 13 bits, uma para transmitir o endereço e outro para transmitir o comando em si. Todo comando é transmitido duas vezes, no entanto os receptores X-10 só precisam receber uma vez para operar. A duplicação de comando ajuda a assegurar que o comando foi recebido mesmo com a presença de ruído na transmissão. Sempre que os dados mudam de um endereço a um outro endereço, de um endereço a um comando ou de um comando a um outro comando, os frames dos dados devem ser separados pelo menos por 6 cruzamentos de zeros desobstruídos (ou por “000000”). Essa seqüência de seis “zeros” restaura os registros de deslocamento (Figura 7). Figura 7: Seqüência de zeros de separação Figura 8: seis comandos mais usados Uma transmissão padrão usaria 47 ciclos da onda do seno de 60Hz. Isso seria igual a 0.7833 segundos, ou em termos práticos, 1 segundo (Figura 9). Naturalmente, alguns comandos precisam de menos tempo. Quando emitir “Todas as luzes acesas” no comando, por exemplo, nenhum endereço precisa ser emitida. Conseqüentemente o comando usará apenas um terço de segundo. Se seus receptores reagissem no primeiro frame, seria necessário somente um décimo de segundo (0.1833 segundos). Figura 9: Sinal padrão A taxas de transmissão de dados é ao redor 20 bit/s, fazendo com que a transmissão de dados em X10 seja tão lenta que a tecnologia esta confinada a dispositivos de switch ou a outras operações muito simples. Componentes do sistema X10 Todo sistema baseado em X10 contem transmissores e receptores. Os transmissores enviam um código especifico (um sinal de baixa voltagem) que é combinado aos 120 volts da corrente elétrica. Normalmente, um transmissor é capaz de enviar sinais para até 256 diferentes endereços na linha AC. Múltiplos transmissores podem emitir sinais para o mesmo modulo receptor. Exemplos de transmissores são interruptores, keypads, controles remotos, sensores de presença, timers, radio relógios especiais. Os receptores X10 captam os sinais emitidos pêlos transmissores e uma vez recebido este código responde ligando ou desligando. Estes receptores normalmente tem dois "dials" que são ajustados para criar um endereço. Pode-se ter numa casa diversos equipamentos endereçados pelo mesmo código. Quando o sistema é instalado, cada dispositivo controlado está configurado para responder a um dos 256 endereços possíveis (16 códigos da casa * 16 códigos da unidade) e então reagirá somente a aqueles comandos dirigidos especificamente a ele. Aplicações Pela sua característica básica, a de operar pela linha elétrica existente, o sistema X10 é recomendado para aplicações autônomas, não integradas. Uma de suas limitações é de operar apenas funções simples tipo liga/desliga e dimerização de luzes. A rede elétrica , por sua vez, pode ocasionar alguns comportamentos erráticos dos componentes, seja por duplicidade de fase, falta de energia ou descargas eletromagnéticas. Por se tratar de produtos relativamente baratos e de fácil aplicação, somos tentados a utilizar o X10 em variadas aplicações pela casa toda, tais como liga/desliga de luzes remotas e acionamento de eletrodomésticos e portas à distância. No entanto, como sua confiabilidade é limitada, não se recomenda seu uso em aplicações criticas (ligadas à segurança doméstica, por exemplo) já que o estabelecimento de sistemas de monitoramento para avaliar o status de um equipamento X10 acrescenta complexidade e custos elevados ao sistema. Outro empecilho para sua utilização em larga escala é sua baixa integração com os demais sistemas automatizados que utilizam cabeamentos dedicados (áudio , vídeo, alarmes, etc) Isto limita seu uso pois poderia acrescentar dificuldade de manuseio para o usuário, que se veria às voltas com interfaces diferentes para cada sistema de automação. Os Módulos Módulos X10: Soquete de lâmpada Dependendo da carga que deve ser controlada, módulos diferentes devem ser usados. Para cargas de lâmpada incandescente, um módulo da lâmpada ou o módulo de interruptor de parede pode ser usados. Estes módulos comutam usando um TRIAC capaz de escurecer a carga da lâmpada. Os módulos da lâmpada são silenciosos na operação. Geralmente controlam cargas que variam de aproximadamente 40 watts a 500 watts. Para demais cargas (por exemplo, lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de descarga highintensity, e dispositivos elétricos), deve-se usar um módulo de dispositivo. Estes módulos comutam usando um relé. Podem controlar cargas que variam de corrente muito pequena até 15 ampères. Muitos módulos de dispositivo oferecem uma característica chamada controle local. Se o módulo for desligado, operar o interruptor na lâmpada ou no dispositivo fará com que o módulo atue. Desta maneira, uma lâmpada pode ser ligada sem a necessidade de controle via X10. Os módulos de interruptor de parede não oferecem esta característica. Alguns módulos de interruptor de parede oferecem uma característica chamada escurecer. A tecla local de um módulo de interruptor de parede oferece o controle de ligar/desligar com nenhuma possibilidade local de escurecer a lâmpada controlada. Controladores Controladores X10: Um controlador simples, um controlador de rádio e um controle remoto ultra-sônico Os controladores mais simples são arranjados para controlar quatro dispositivos X10 em quatro endereços seqüenciais (1-4 ou 5-8). Os controladores contêm tipicamente as seguintes teclas: • Unidade 1 de ligar/desligar • Unidade 2 de ligar/desligar • Unidade 3 de ligar/desligar • Unidade 4 de ligar/desligar • Brighten/escurecer (a última unidade selecionada) • Todas as unidades de luzes Ligar/Desligar TODAS Limitações Um problema com X10 é atenuação excessiva dos sinais entre os dois condutores no sistema 240Volts usado na construção residential norte-americana típica. Os sinais de um transmissor em um condutor não podem se propagar com a alta impedância do transformador de distribuição. Frequentemente, não há nenhuma ligação para permitir que os sinais X10 propagem de uma fase a outra. Este problema pode ser permanentemente superado instalando um capacitor entre os fios da fase como uma ponte para os sinais X10; os fabricantes vendem geralmente os acopladores do sinal para soquetes de 240 volts que executam esta função. Instalações mais sofisticadas instalam um dispositivo ativo (repetidor) entre as fases. No Reino Unido, as casas tem um único fio de fase de 240 volts. Assim, este problema não ocorre. Determinados tipos de fontes de alimentação usadas em equipamentos eletrônicos modernos (tal como computadores, televisão, e receptores de satélite) “comem” os sinais X10 que passam por perto. Os controladores X10 não trabalham bem em lâmpadas fluorescentes que não apresentam cargas resistivas. O uso de um módulo de dispositivo pode resolver este problema. Os sinais X10 somente podem ser transmitidos um comando de cada vez. Se dois sinais X10 forem transmitidos ao mesmo tempo, colidirão e os receptores não descodificam os comandos do sinal. O protocolo X10 é lento. Alguns dispositivos X10 típicos: • Módulos de dispositivo – para cargas de resistência • Módulos de lâmpada pendente • Módulos de lâmpada pendente de parede • Dispositivos Motorizados (para abrir cortinas) • Sirenes e outros dispositivos de segurança • Módulos de relé • Sensores do ambiente • Keypads de controle • Transmissores e receptores do controle remoto • Receptores Telefone-base (ativacao via telephone) • Controladores X10 computadorizados • Transceptores X10 controlados por computador Webliografia: http://www.hometoys.com/htinews/feb99/articles/kingery/kingery13.htm http://www.linuxha.com/ http://www.heyu.org/ http://en.wikipedia.org/wiki/X10_%28industry_standard%29 http://www.uk-automation.co.uk/article_info.php?articles_id=7 http://www.geocities.com/ido_bartana/ ftp://ftp.x10.com/pub/manuals/technicalnote.pdf