Pizarrón Electrónico con ConferenceXP, Módulo 1: Interface del Pizarrón Electrónico

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1 RT CPSI-UTN # : Pizarrón Electrónico con Conference XP, Módulo 1: Interface del Pizarrón Electrónico 23 Pizarrón Electrónico con ConferenceXP, Módulo 1: Interface del Pizarrón Electrónico Julián S. Bruno, Alejandro J. Panelli, Daniel N. Pellettieri, Marcelo R. Risk Centro de Procesamiento de Señales e Imágenes (CPSI), UTN-FRBA Resumen - El objetivo del presente módulo es desarrollar la interfaz de datos del pizarrón electrónico. El trabajo se realizó en base al pizarrón Mimio Xi, modelo portátil que puede utilizarse en cualquier pizarra blanca para marcadores. Dadas las particulares aplicaciones del proyecto, se hizo necesario contar con una interfaz de datos propia, que es la encargada de interpretar las tramas de datos provenientes del pizarrón Mimio correspondientes al color de marcador, la posición del mismo sobre el pizarrón y la pulsación de los diferentes controles ubicados en la parte inferior del panel frontal del dispositivo. En este reporte se describirán, además, los algoritmos utilizados para la corrección por dispersión de velocidad y por alinealidad. corregir los errores causados por: los cambios en la velocidad del marcador al dibujar con el mismo sobre el pizarrón, la distancia del marcador respecto de la barra del Mimio y la alinealidad introducida por el sistema de detección de la posición del marcador. La conexión del sistema Mimio Xi a la PC se realiza a través del puerto serie a b/s. Las características de la conexión son las siguientes: 8 bits de datos Sin paridad 1 bit de STOP handshake desactivado I. Introducción La más importante dificultad a resolver fue que el pizarrón electrónico no enviaba directamente las coordenadas de la posición del marcador. Por esta razón, surgió la necesidad de analizar todo el protocolo de comunicación, siguiendo un proceso de ingeniería inversa, con el objeto de determinar dicho protocolo y todos los datos asociados al mismo. II. Desarrollo Para el desarrollo de esta fase del proyecto se cuenta, en primer lugar, con un pizarrón Mimio Xi. Se optó por desarrollar un controlador para la recepción de datos en lugar de los software desarrollados por el fabricante del sistema, con el objeto de disponer de un controlador que se adapte eficientemente a las necesidades del proyecto. El equipo utilizado, ya montado sobre una pizarra blanca, se observa en la figura 1. Para el análisis de las tramas de datos, se utilizó un software "sniffer", el Serial TAP 98 v2.0. El método seguido consistió en realizar una captura de diferentes tramas bajo diferentes condiciones de operación, para luego interpretar la información codificada en las tramas. Dicha captura fue realizada con el sniffer. Asimismo, se desarrollaron algoritmos para Fig. 1. Pizarrón Mimio Xi 2.1 Tramas de sincronismo. La activación del sistema Mimio se produce cuando la PC envía el valor 25h. Como respuesta, Mimio envía al port serie la trama 25 1C D C 7E (trama "F3"), determinando así el comienzo de la transmisión. A partir de ese momento, se empiezan a recibir tramas de sincronismo por el port serie, constituidas por una cadena con los caracteres 16 CA 6B D C 7E (trama "F1"). Cada vez que se comienza a dibujar, se abre una "ventana". La trama de sincronismo de ventana está formada por la cadena 16 CA 6B D (trama "F2"). Cada una de estas ventanas corresponde a la recep-

2 24 RT CPSI-UTN # : Julián S. Bruno et al. ción de datos cuando se comienza a escribir con el marcador (pen down). A continuación de este inicio de "ventana", se envía 28h y, a continuación, la codificación del color del marcador utilizado, según se observa en la tabla 1. Los códigos 05h a 08h corresponden a otros colores de marcadores, de los que no se dispone al momento de analizar las tramas de datos. Obsérvese además que la función de borrador se maneja como si se tratara de un marcador más. TABLA 1. IDENTIFICACIÓN HEXADECIMAL DE CADA MARCADOR. CÓDIGO 01h 02h 03h 04h 05h 06h 07h 08h 09h 0Ah COLOR Negro Azul Verde Rojo Borrador grueso Borrador fino 2.2 Coordenadas de la posición del marcador. Las coordenadas de los puntos en los que se apoya el marcador se determinan realizando un cálculo trigonométrico elemental a partir de las distancias d1 y d2, que son las distancias del marcador a los micrófonos del receptor. Dichas distancias se grafican en la Fig. 2. Las distancias d 1 y d 2 son conocidas, ya que son las obtenidas a través de las tramas de datos. Por otro lado, d3 también es dato, ya que es medible (es la distancia entre los micrófonos). Por lo tanto, mediante la aplicación del teorema del coseno: Luego: x = d 1.sen α y = d 2.cos α Mimio envía los valores de d 1 y d 2 dentro de la trama de datos graficada en la fig. 3. Se observan 5 subtramas, que denominaremos T1 a T5, con la cantidad de bytes detallada en la figura. La información más útil de cada subtrama es la distancia del marcador a los micrófonos, que se guarda en los 4 bytes más significativos de cada una de las mismas. Las subtramas T1 a T5 se envían en forma secuencial, y cada una contiene las coordenadas de un punto; es decir que con la transmisión de las subtramas de T1 a T5 se transmiten las coordenadas de 5 puntos en total. Luego se transmiten otras 5, con las coordenadas de otros 5 puntos, y así sucesivamente hasta que se deja de utilizar el marcador. Cabe destacar que, de estas 5 tramas, la única información útil es la de las distancias d 1 y d 2 de los 5 puntos. También se envía el color del marcador, pero esta información es redundante, pues ya había sido enviada al establecerse la ventana, a continuación de la trama F2. Veamos un ejemplo: 2F D 4E CA B8 15-2F E 15-2F 8A F E2 15-2F 7D F E B1 B F F 8D F D E2 15-2F EE F 9D C F F 0E 15-2F C F C F E Nota: Para las subtramas de datos, se usó la siguiente convención de colores: T1 - T2 - T3 - T4 - T5 d 2 = d 1 + d 3-2.d 1.d 3.cosα es posible obtener el ángulo como: cos α=(d 1 + d 3 - d 2 ) / 2.d 1.d3 Fig. 3. Trama de datos y subtramas que la componen. Fig. 2. Coordenadas de la posición del marcador En el presente ejemplo, se muestran tres tramas de datos completas. Obsérvense las 5 subtramas de cada una, donde d 1 y d 2, están en formato hexadecimal, para 5 puntos distintos, arrojando un total de 15 puntos. Del análisis de estas 15 subtramas surgen los valores de d 1 y d 2 para dichos 15 puntos que se muestran en la

3 RT CPSI-UTN # : Pizarrón Electrónico con Conference XP, Módulo 1: Interface del Pizarrón Electrónico 25 TABLA 2. DISTANCIAS DE LOS MARCADORES PARA EL EJEMPLO ANALIZADO. PUNTO D 1 D 2 SUBTRAMA TRAMA PUNTO 1 2F D T1 PUNTO 2 2F T2 PUNTO 3 2F 8A T3 1ra trama de datos PUNTO 4 2F T4 PUNTO 5 2F 7D T5 PUNTO 6 2F E T1 PUNTO 7 2F T2 PUNTO 8 2F 8D T3 2da trama de datos PUNTO 9 2F D T4 PUNTO 10 2F T5 PUNTO 11 2F 9D T1 PUNTO 12 2F F T2 PUNTO 13 2F C T3 3ra trama de datos PUNTO 14 2F C T4 PUNTO 15 2F E T5 tabla 2. Esporádicamente, entre ventana y ventana, se envían otras tramas de sincronismo, correspondientes a las cadenas 16 CA 6B D C 79 (trama "F1.a"),16 CA 6B D D 7F (trama "F1.b"), 16 CA 6B D7 32 4C 7E (trama "F1.c") y 16 CA 6B D E 7C (trama "F1.d"). Es decir que, mientras no se establecen ventanas, Mimio envía ocasionalmente tramas F1.a o F1.b o F1.c o F1.d en lugar de la F1. Al presente se desconoce la función exacta de estas tramas, que aparecen sólo en forma esporádica. El fin de ventana tiene la estructura (trama "F4") En el Apéndice A se puede observar un lote de tramas completo y su análisis detallado. 2.3 Corrección de la dispersión. A medida que no alejamos con el marcador de la barra receptora, obtenemos puntos con mayor dispersión. Para corregir esto, se utilizó un filtro de ventana desplazable, en el cual el ancho de la ventana depende de la distancia al origen de coordenadas. La emisión de estructuras de datos no sigue fielmente la velocidad con que se utiliza el marcador. Esto ocurre porque el muestreo se realiza a frecuencia constante. Así, si se realiza un trazo moviendo el marcador a una velocidad suficientemente lenta, Mimio puede emitir las coordenadas correspondientes a todos los puntos del trazo, para que este tenga un aspecto "lleno". Sin embargo, si la velocidad del trazo es más rápida, no se podrá muestrear una suficiente cantidad de puntos, por lo que los mismos no alcanzarán a "llenar" el trazo. Esto implica que la cantidad de puntos por trazo depende de la velocidad de desplazamiento del marcador. Es por esto que le ancho de la ventana desplazable debería depender además de la velocidad con que se dibuja con el marcador. Esto es algo que hasta la fecha no lo hemos realizado. 2.4 Corrección de la alinealidad. Existe un problema de alinealidad, por cuya causa los puntos de una cuadrícula dibujada en el pizarrón no se dibujarán en su posición correcta. Es decir que las distancias d 1 y d 2 transmitidas por Mimio no responden exactamente a la posición del marcador. Este error se hace más evidente en el extremo inferior izquierdo del pizarrón (justo por debajo del receptor), y disminuye hacia los otros extremos, como puede verse en la figura 4. La corrección de esta alinealidad se hizo en base a un algoritmo de corrección basado en la siguiente expresión polinómica [1]: z = a + bx 0 y 1 + cx 0 y 2 + dx 0 y 3 + ex 0 y 4 + fx 0 y 5 + gx 1 y 0 + hx 1 y 1 + ix 1 y 2 + jx 1 y 3 + kx 1 y 4 + lx 1 y 5 + mx 2 y 0 + nx 2 y 1 + ox 2 y 2 + px 2 y 3 + qx 2 y 4 + rx 2 y 5 + sx 3 y 0 + tx 3 y 1 + ux 3 y 2 + vx 3 y 3 + wx 3 y 4 + xx 3 y 5 + yx 4 y 0 + zx 4 y 1 + Ax 4 y 2 + Bx 4 y 3 + Cx 4 y 4 + Dx 4 y 5 + Ex 5 y 0 + Fx 5 y 1 + Gx 5 y 2 + Hx 5 y 3 + Ix 5 y 4 + Jx 5 y 5 La corrección obtenida se presenta en la figura 5.

4 26 RT CPSI-UTN # : Julián S. Bruno et al. Fig. 4. Puntos detectados antes de la corrección (en cm) Fig. 5. Puntos detectados después de la corrección (en cm) 2.5 Pulsadores. En el panel frontal, el pizarrón Mimio dispone de 5 pulsadores los cuales, al ser presionados, envían en forma instantánea los códigos hexadecimales, que se muestran en la tabla 3. Estos pulsadores se asignarán a distintas funciones según los requerimientos del proyecto. TABLA 3. CÓDIGO HEXADECIMAL DE LOS PULSADORES DEL PANEL FRONTAL Pulsador 1: Pulsador 2: Pulsador 3: Pulsador 4: A Pulsador 5: III. Resultados La interface fue realizada con el éxito esperado, ya que se logró la comunicación eficiente entre el sistema Mimio y la PC, logrando además la captura exacta de las gráficas trazadas con el marcador en el pizarrón. Además, las correcciones de los errores funcionaron de la manera prevista. Queda por analizar la función de las tramas de sincronismo F1.a, F1.b, F1.c y F1.d, cuya función permanece siendo un interrogante, pero que aparentemente no es necesaria para cumplir con los objetivos del presente módulo y queda también por plantear un filtro de ventana desplazable que depende de la distancia y de la velocidad con la que se desplaza el marcador sobre el pizarrón.

5 RT CPSI-UTN # : Pizarrón Electrónico con Conference XP, Módulo 1: Interface del Pizarrón Electrónico 27 Agradecimientos Agradecemos especialmente a la Secretaría de Ciencia y Técnica de la UTN-FRBA y a Microsoft Corporation por las instalaciones, equipamiento y documentación necesarios para la realización del proyecto. Al Ing Roitman J. I. por su invalorable ayuda en la comprensión del funcionamiento del Mimio. Referencias Phillips JR - Interactive 2-Dimensional and 3-Dimensional Data Modeling - Apéndice A Ejemplo de recepción de tramas A continuación se muestra un ejemplo de recepción de tramas. La lectura del port serie arrojó los siguientes datos: 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E F D 4E CA B8 15-2F E 15-2F 8A F E2 15-2F 7D F E B1 B F F 8D F D E2 15-2F EE F 9D C F F 0E 15-2F C F C F E F BD 23 B EF 15-2F BF 23 BA 1C 15-2F C1 23 BE F C2 23 C1 1A 15-2F C2 23 C F E4 23 E6 DA 6F A1 15-2F E3 23 E6 1C 15-2F E2 23 E7 1C 15-2F E4 23 E F E7 23 EE E D F 0D A0 41 C8 16 CA 6B D D 24 7E C E D F A4 D F 24 D4 03 2A 6C A5 24 DE 7A AB 24 E B1 24 F B4 24 FB 4E DB DD F DC 25 2B F DA 25 2A F D FE F C8 FD F B EC AD E DC DE ED FA 25 4E 2B E F B EC AC E DD DE EF FA 25 4D 8E CF F F B ED AD E DC DF ED FB 25 4E F1 B8 F F B2 16 CA 6B D ED AD E DF DF ED FB 25 4D 54 A1 4C F B ED AD E DE DF ED FB 25 4E B7 8A F B EE AF E9 25 3D D E5 25 3A DF A 74 3A FF A FC AF F A F3 25 4C BF F 25 6A 7D 5D 4B A D D 5C FC A E0 46 C C 25 6D B B 43 2F C AD AB 16 CA 6B D F D A D 25 A8 A B 25 A A7 9F A A CB B CC 9B CD 9A D D A 25 F8 6B EA 0D A 25 FB B 25 FE C F D A A1 26 2C CE D4 9A 15

6 28 RT CPSI-UTN # : Julián S. Bruno et al. 31 A A A A4 26 3A 9C C7 26 5F 31 BD C A C AF C A C A E7 26 8C 94 A E7 26 8D E5 26 8E E4 26 8E CA 6B D E2 26 8E 6E B1 F7 8F C B2 B B2 B FF 26 B3 4E FD 26 B3 4C F 26 D6 5A 78 E D 26 D6 CA B 26 D6 CC D6 CE D5 C F8 BD F7 C F6 C F5 C E 26 F4 DB F B 3E C B D A A C 27 3F EB C D B A E B C F 27 6E E6 1D F FE E E C EC B3 27 A CA 6B D B4 27 A B5 27 A9 1C B6 27 AE B7 27 B DA 27 D9 AB EF DB 27 DD DC 27 E1 3D DD 27 E6 3B DF 27 EC E D8 C A C A F 28 2F 2E C2 DE C B D B 28 A4 D4 AB B E 28 AB CB B2 CD B8 C BE C C 28 E D E 28 EC 7C F 28 F A2 28 F7 5B A4 28 FE CB A 7D CE 29 2F EE 16 CA 6B D D EA D6 29 3F E D FD 66 EC D D B C 29 BD 60 4F A C6 8C D E 29 DA 9C E3 BF C 2A 0E C3 39 8C A 16 9C A 20 AD D 2A 2B AD A 36 A BE 2A DA C3 2A 6D A C9 2A 77 B CF 2A D5 2A 8D FF 2A BB 89 0B C A C4 CA A CD CE E 2A D7 D A DE C B 07 EB F A 2B 0C 3D B 2B 0F 3F 16 CA 6B D B 0F 3D B 0E B 2E 4E DD EF B 2A B 2B B 1D D 2B B 32 B1 C B 2B B 2B B 1B D 2B B 2F 14 B0 D B B 2B B 1A E 2B B 2F C B 2A B 2B B 1C CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D D 7F - 16 CA 6B D D 7F - 16 CA 6B D D 7F 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D C 7E - 16 CA 6B D Las tramas reconocidas en este ejemplo real son: 16 CA 6B D C 7E (trama "F1") 16 CA 6B D (trama "F2"). 16 CA 6B D D 7F (trama "F1.b") (trama "F4")

7 RT CPSI-UTN # : Pizarrón Electrónico con Conference XP, Módulo 1: Interface del Pizarrón Electrónico 29 Además, se identifican las siguientes subtramas de datos: T1 - T2 - T3 - T4 - T5 Para el fragmento de recepción mostrado aquí, vemos que después de recibir 8 veces la trama "F1", se recibe un 28h, seguido del 02h, que en este caso indica que el color del marcador es el azul. A continuación se reciben varios juegos de tramas de datos como las detalladas en 22. A modo de ejemplo, transcribiremos las 3 primeras para su análisis (corresponden al ejemplo analizado anteriormente): 2F D 4E CA B8 15-2F E 15-2F 8A F E2 15-2F 7D F E B1 B F F 8D F D E2 15-2F EE F 9D C F F 0E 15-2F C F C F E Por último, señalamos la aparición de otras tramas de sincronismo, como la "F2", la "F1.b" y la "F4".