ИК пульт. Теория управления

(перевод с английского)

ик пульты

Инфракрасные лучи - самый дешевый способ для удаленного управления устройством в невидимом диапазоне света. Практически все аудио и видео устройства управляются ИК лучами. В связи с широким распространением используемых необходимых компонентов, ИК управление стало очень дешевым, что делает его идеальным у любителей использовать для собственных проектов.
Я объясню теорию работы ИК-пульта дистанционного управления, и некоторые из протоколов, которые используются в потребительской электронике.

Инфракрасный свет

Инфракрасный на самом деле нормальный свет с определенным цветом. Мы, люди не можем видеть этот цвет, потому что его длина волны 950нм, что ниже видимого спектра. Это одна из причин, почему ИК-свет выбран для удаленных целей управления, мы хотим использовать, но мы не заинтересованы видеть этот свет. Другая причина в том, что ИК управление довольно легко сделать, и поэтому дешевы в производстве. Хотя мы, люди не видим инфракрасный свет, излучаемый из пульта дистанционного управления не означает, что мы не можем сделать его видимым.

Инфракрасный свет

Видеокамера или цифровой фотоаппарат может "видеть" инфракрасный свет, как вы можете увидеть в этой картине. Если у вас есть веб-камера вам повезло, наведите пульт дистанционного управления, нажмите любую кнопку, и вы увидите мерцающий индикатор. К сожалению, вокруг нас еще очень много источников инфракрасного света. Солнце - яркий источник их всех, но есть такие как: лампы, свечи, система центрального отопления, и даже наше тело излучает инфракрасный свет. На самом деле все, что излучает тепло, также излучает инфракрасный свет. Поэтому мы должны принять некоторые меры предосторожности, чтобы гарантировать, что наши ИК сообщения приходили к получателю без ошибок.

Модуляции

Модуляция необходима для того, чтобы наш сигнал выделялся на фоне шума. С модуляцией сигнал ИК мигает с определенной частотой. ИК-приемник будет настроен на эту частоту, поэтому он может игнорировать все остальное.

модуляция ИК сигнала

На картинке вы можете видеть слева передатчик модулирующий сигнал с помощью ИК-светодиода. Сигнал регистрируется в приемнике на другой стороне. В последовательной коммуникации мы обычно говорим о "маркерах" и "пространстве". "Пространство" - период при отсутствии сигналов с передатчика. Никакой свет не излучается в это время. После простоя "маркеры" ИК импульсов идут в определенном частотном диапазоне. Частоты между 30 кГц и 60 кГц обычно используются в бытовой электронике. На выходе приемника "пространство" представлено высоким логическим уровнем. "Маркер" представляет низкий уровень. Пожалуйста, отметьте, что "маркеры" и "пространство" не 1-ы и 0-и, которые необходимо передать. Реальные отношения между "маркерами" и "пространства" и единиц и нулей зависят от используемого протокола. Больше информации об этом может быть найдено на страницах, которые описывают протоколы.

Передатчик

Передатчики это обычно пульты с батареями. Он должен потреблять мало энергии, как это возможно, и ИК-сигнал должен быть как можно более надежным, чтобы достичь приемлемой дистанцний управления. Предпочтительно она должна быть ударопрочной.
Многие чипы предназначены для использования в качестве ИК-передатчиков. Старые чипы были предназначены для лишь одного из нескольких ныне используемых протоколов. В нынешнее время очень низкое потребление у микроконтроллеров, позволяет использовать в ИК-передатчиках, а также они являются более гибкими в использовании. Если не нажата кнопка они находятся в режиме сна, в котором низкий ток потребления. Процессор "просыпается" для того чтобы передать соответствующую команду ИК только при нажатии клавиши.
Кварцевые кристаллы редко используются в таких пультах. Они очень хрупкие и, как правило, легко ломаются, когда пульт падает. Керамические резонаторы гораздо более подходящие, потому что они могут выдерживать большие физические перегрузки. Тот факт, что они менее точны, совсем не важен.
Ток через светодиод (или светодиодов) может варьироваться от 100 мА и до более 1А! Для того чтобы получить приемлемую дистанцию управления светодиодный ток должен быть как можно выше. Тут выбирается компромисс между параметром светодиода, срок службы батареи и максимальной дистанции. Светодиодные токи могут быть высокими, потому что управляющие импульсы светодиодов очень короткие. Средняя мощность излучения светодиода не должна превышать максимального значения. Вы также должны добиться того, чтобы максимально быстрый взгляд тока для светодиодных не был превышен. Все эти параметры можно найти в спецификации светодиодов.

схема простого ИК передатчика

Простая транзисторная схема, которая может быть использована для светодиодов. Транзистор с подходящим hFE и скорость переключения должны быть подобраны для этой схемы.
Значение резистора может быть рассчитана с использованием закона Ома. Помните, что номинальное падение напряжения на ИК-светодиод около 1,1В.
Стандартный драйвер, описанный выше, имеет один недостаток. Утечка напряжения батареи, при котором ток через светодиод будет уменьшаться, а это приведет к сокращению дистанции управления.

схема улучшенного ИК передатчика

Чтобы избежать этого в цепи эмиттера последовательно ставят 2 диода. При серии импульсов на базе транзистора напряжение будет ограничено до 1,2В. База-эмиттер транзистора вычитает 0,6В, что, в результате амплитуда составит 0,6В на эмиттере. Расчет тока через светодиод прост - снова применяя закона Ома.

Приемник

Сейчас много разных приемников существует на рынке. Наиболее важные критерии выбора частоты модуляции используется и наличие в продаже.

структурная схема ИК передатчика

На картинке выше вы можете видеть типичный блок-схема такого ИК-приемник. Не беспокойтесь, если вы не понимаете частей, все построено в одном электронном компоненте. Полученный ИК-сигнал с фотодиода обнаружения (на левой стороне диаграммы). Этот сигнал усиливается и ограничивается в первых 2-х этапах. Ограничителем выступает АРУ, чтобы получить постоянный уровень импульса, независимо от расстояния до пульта. Далее с AРУ сигнал поступает на полосовой фильтр (BPF). Полосовой фильтр настроен на частоту модуляции пульта. Общий диапазон частот от 30 кГц до 60 кГц для потребительской электроники. Следующий этап: детектор, интегратор и компаратор. Цель этих трех блоков для обнаружения присутствия частоты модуляции. Эта частота модуляции представляет выход компаратора как низкий сигнал.
Как я уже говорил ранее, все эти блоки интегрированы в единый электронный компонент. Есть много различных производителей этих компонентов на рынке. Устройства доступны в нескольких версиях, каждая из которых настроены на определенную частоту модуляции.
Обратите внимание, что усилитель установлен на очень высокий коэффициент усиления. Поэтому система считывает очень легко. Подключение большого конденсатора, по крайней мере 22мФ, к питанию приемника является обязательным. Некоторые даташиты рекомендуют ставить сопротивление 330 Ом последовательно с источником питания для дальнейшего отделить питания от остальной части схемы.

ИК приемник

Есть несколько производителей ИК-приемников на рынке. Siemens, Vishay Telefunken и являются основными поставщиками в Европе. Siemens имеет свой SFH506-хх серии, где хх обозначает частоту модуляции 30, 33, 36, 38, 40 или 56кГц. Telefunken производили свои TFMS5xx0 и TK18xx серии, где хх еще раз указывает на частоту модуляции устройства. Похоже, что эти компаненты уже устарели. Они заменяются Vishay TSOP12xx, TSOP48xx и TSOP62xx.
Sharp, Xiamen Hualian и Japanese Electric - 3 ведущих азиатских компаний в сфере ИК устройств. Sharp производит устройства с очень загадочными именами, как: GP1UD26xK, GP1UD27xK и GP1UD28xK, где х, связанные с частотной модуляцией. Hualian имеет свои HRMxx00 серии, как и HRM3700 HRM3800. Japanese Electric имеет ряд устройств, которые не включают частоту модуляции в наименовании детали. PIC12043LM настроен на 36.7kHz, и PIC12043LM настроен на 37.9kHz.

Конец?

На этом мы завершаем теории операции для ИК систем дистанционного управления, предназначенный для использования в бытовой электронике. Я понимаю, что существуют другие способы для реализации ИК-контроля, но я ограничусь лишь описанием выше. Один из вопросов, не освещенных здесь является безопасность. Безопасность не имеет никакого значения, если мне надо управлять только своими видеомагнитофоном или телевизором. Но когда дело доходит до открытия двери или автомобиля, то ключевой сигнал должен быть уникальным! Может быть, я расскажу этому вопросу позже, но не сейчас.
Я также понимаю, что мой небольшой перечень производителей далек от завершения. Вряд ли возможно перечислить всех производителей здесь. Вы можете отправить мне по электронной почте , если у вас есть сведения о других протоколов, которые вы считаете необходимо добавить на страницы.
Эта страница только описание основных теории работы ИК-пультов дистанционного управления. Он не описывает протоколы, которые участвуют в общении между передатчиком и приемником. Существуют разные протоколы, разработаные разными производителями.

 

www.sbprojects.com