新一代遙控器將是綠色遙控器，其特點(diǎn)是：功耗極低甚至完全沒(méi)有功耗，可交互，采用射頻技術(shù)取代紅外技術(shù)在整個(gè)家庭范圍內發(fā)送數據。新一代遙控器、機頂盒和電視機以及安全監視器、傳感器和控制器等大量家用裝置將采用ZigBee RF4CE標準(用于消費電子的ZigBee標準)。該標準最初由四大消費電子廠(chǎng)商——松下(Panasonic)、飛利浦(Philips)、三星(Samsung)和索尼(Sony)開(kāi)發(fā)，現已移至ZigBee聯(lián)盟旗下，稱(chēng)之為ZigBee RF4CE。
ZigBee聯(lián)盟基于2.4GHz IEEE 802.15.4標準將ZigBee RF4CE標準擴展到多個(gè)終端用戶(hù)應用領(lǐng)域。這三個(gè)采用RF4CE的子協(xié)議包括ZigBee輸入設備標準(ZID)、ZigBee 3D同步標準(Z3S)以及ZigBee遙控器標準(ZRC)。
ZID標準針對各種筆記本電腦、臺式機、電視機、機頂盒等裝置的觸摸屏、鼠標、鍵盤(pán)、手寫(xiě)筆等設備而開(kāi)發(fā)。由于操作不限制在視線(xiàn)范圍內，ZID協(xié)議允許用戶(hù)從更遠的距離甚至是從另一個(gè)房間來(lái)使用其設備，這明顯優(yōu)于當前廣泛使用的紅外通信和藍牙技術(shù)。此外，與紅外技術(shù)相比，ZID高能效設計可有效延長(cháng)電池的續航時(shí)間，從而大大減少設備使用周期內使用的電池總數。ZID標準全面支持流行的多點(diǎn)觸摸和手勢指令，使廠(chǎng)商能夠為消費者提供功能多樣的產(chǎn)品。該標準還可以定義鼠標、鍵盤(pán)等標準輸入裝置之外的特殊功能。
Z3S標準是一個(gè)可以更方便、更靈活、更有趣地實(shí)現3D高清顯示的全球標準。與紅外技術(shù)相比，使用射頻技術(shù)時(shí)，用戶(hù)在佩戴3D眼鏡時(shí)可以不受干擾地更加自由地移動(dòng)，頭部移動(dòng)將不再會(huì )產(chǎn)生可能發(fā)生的顯示干擾。由于未采用紅外技術(shù)，用戶(hù)還可以最大限度地減少或者消除紅外線(xiàn)可能從環(huán)境光中引起的干擾，從而使產(chǎn)品能效更高，更環(huán)保。借助Z3S標準，3D眼鏡可以方便地連接到游戲機、藍光播放機和3D高清電視等各種視頻源，并且可以確保正確的快門(mén)操作。該標準支持可變顯示幀速率，確保該標準可與現有和未來(lái)的顯示技術(shù)配合使用。此外，該標準還將支持多種顯示模式，當視頻內容在2D或3D之間切換時(shí)可自動(dòng)調整3D眼鏡。
ZRC標準是設計用于連接電視、家庭影院設備、DVD、視頻播放機、機頂盒和音頻設備等消費電子產(chǎn)品射頻遙控器的全球標準，工作距離可在視線(xiàn)范圍之外，同時(shí)還具有雙向通信、更廣的使用范圍和更長(cháng)的電池續航時(shí)間。ZRC標準還用于連接和監視空調和取暖系統、家庭安防傳感器、家庭健康監測等家庭遙感應用。
與紅外遙控器不同，ZigBee遙控器還提供交互能力，這意味著(zhù)ZigBee遙控器支持使用遙器上的顯示屏，該顯示屏可用來(lái)顯示受控設備的音量控制、正在收聽(tīng)的電臺，甚至可用來(lái)設置和管理數字錄像機上的電視節目和電影的記錄。
ZigBee遙控器的交互能力支持的另一個(gè)有趣的應用就是Find Me功能。如果遙控器找不到了，用戶(hù)只需按一下電視機或者機頂盒上的按鈕，遙控器就會(huì )發(fā)出蜂鳴聲并閃爍，這樣就很容易找到遙控器。但ZigBee遙控器最吸引人之處可能還是其超低的功耗。與采用紅外技術(shù)相比，采用ZigBee技術(shù)的遙控器電池具有更長(cháng)的續航時(shí)間。ZigBee遙控器可以確保使用幾年而無(wú)需充電或者更換電池。在實(shí)驗室測試中，一個(gè)手表用電池足以讓一個(gè)ZigBee遙控器工作十年以上。
ZigBee遙控器標準的秘訣
基于ZRC標準建構系統時(shí)，可以對ZRC進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，以便在保持與ZigBee建立的標準的兼容性和互操作性時(shí)，進(jìn)一步提高耐用性和降低功耗。
作為Wi-Fi標準的最初開(kāi)發(fā)者，GreenPeak公司的工程師憑借經(jīng)驗開(kāi)發(fā)出特有的方法來(lái)提高ZRC芯片對藍牙和Wi-Fi等2.4GHz網(wǎng)絡(luò )的抗干擾能力。與標準ZigBee RF4CE相比，通過(guò)使用兩個(gè)獨立的天線(xiàn)來(lái)避免典型的室內波消除，可以獲得30dB(1000倍)的更優(yōu)的抗干擾能力。隨著(zhù)越來(lái)越多的電視和機頂盒提供Wi-Fi上網(wǎng)功能，這種穩定的分集式天線(xiàn)將成為高效的ZigBee遙控器解決方案的基本組件。
新型芯片架構滿(mǎn)足低功耗需求
采用基于通信控制器(而非微控制器)的芯片設計，以及“同步喚醒”技術(shù)，可以進(jìn)一步將ZigBee RF4CE的總功耗降低65%或更多。
由于大多數基于低功耗處理器的射頻設計需要微控制器來(lái)處理收發(fā)器的所有數據，因此微控制器需要總是處于喚醒狀態(tài)，這就需要額外的功耗。而采用能效更高的通信控制器技術(shù)時(shí)，收發(fā)器可以獨立地傳送和接收來(lái)自微處理器的數據。因此僅在需要進(jìn)一步處理數據時(shí)才喚醒和使用微處理器。
同步喚醒意味著(zhù)通信控制器確定何時(shí)喚醒和查看消息。該器件在多數時(shí)候處于關(guān)斷狀態(tài)，因此可以顯著(zhù)減少總能耗。這對于各種家用環(huán)境傳感器、安防傳感器和位置傳感器來(lái)講特別有效。由于通信控制器內部的調度器和同步器，系統僅喚醒很短一段時(shí)間來(lái)查看是否有消息，然后再返回休眠狀態(tài)。
通過(guò)在芯片內部使用硬件調度器和同步器，射頻系統僅在需要時(shí)喚醒，以查看是否有數據需要發(fā)送。如果沒(méi)有，則返回休眠狀態(tài)。如果有數據需要發(fā)送，控制器將喚醒微控制器。然后芯片傳遞信息，再返回休眠狀態(tài)，直到下次安排的喚醒時(shí)間。1萬(wàn)次中有9,999次沒(méi)有消息需要發(fā)送，控制器不需要為微控制器提供能量。每次發(fā)送數據時(shí)，芯片還會(huì )發(fā)送同步消息，以確保它們在下個(gè)工作周期時(shí)全部一起喚醒。
圖4說(shuō)明了通過(guò)讓通信控制器確定何時(shí)喚醒以查看是否有信息可以顯著(zhù)減少總能耗。
圖4：讓微處理器在不需要時(shí)處于休眠狀態(tài)可以節省65%以上的能耗。
管理導通和關(guān)斷，降低峰值電流
圖5介紹了常用無(wú)線(xiàn)傳感器平臺的三種典型的傳感器節點(diǎn)狀態(tài)下的電流消耗。在第一種狀態(tài)中，微處理器和收發(fā)器處于休眠狀態(tài)(10?A)。在第二種狀態(tài)中，微處理器在收發(fā)器休眠(10mA)時(shí)導通。在第三種狀態(tài)中，收發(fā)器和微處理器都處于喚醒狀態(tài)(27mA)。
圖5：三種無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)狀態(tài)和典型的功耗。
仔細地研究電路的功耗行為后發(fā)現，最初像一個(gè)扁平電流的曲線(xiàn)實(shí)際上更像一個(gè)有山峰和山谷的山脈。當某些功能塊處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它們汲取峰值電流。當兩個(gè)功能塊同時(shí)導通時(shí)，峰值振幅翻倍。減少峰值功率的秘訣在于仔細地管理關(guān)鍵功能的導通和關(guān)斷時(shí)間，以避免峰值翻倍。
預集成芯片的優(yōu)勢
使用針對特定應用模式的預集成ZigBee RF4CE芯片可以快速而方便地開(kāi)發(fā)低成本且耐用的ZigBee RF4CE遙控器應用。由于目前產(chǎn)業(yè)仍處在紅外技術(shù)與射頻技術(shù)的過(guò)渡期內，因此比較有意義的做法是在傳統的產(chǎn)品設計中包含完整的紅外功能，并在遙控器中包含嵌入式鍵盤(pán)掃描儀。
用于遙控器的ZigBee RF4CE芯片需要具有最佳的功率優(yōu)化，而用于機頂盒或電視機的ZigBee芯片不需要優(yōu)化功率，但是這種芯片需要提供適當的接口，以方便集成。對于電視機而言，UART接口是首選接口，對于機頂盒而言，SPI/TWI接口是首選接口。
將每個(gè)應用的完整RF4CE功能整合到單個(gè)設備中可以實(shí)現低成本的可靠射頻遙控器。預集成可以降低總解決方案的成本，同時(shí)可使射頻遙控器方案變得更加容易實(shí)現。
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圖1：遙控器2.0實(shí)體模型——基于ZigBee RF4CE的新型交互式遙控器將提供像“Find Me”這樣非
圖2：采用不同技術(shù)遙控器的續航能力。
圖3：基于通信控制器的架構與基于微控制器的傳統架構的對比。
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