Помните, как в мультфильме «трое из Простоквашино», мама дяди Федора сказала: «Я так устаю на работе, что даже телевизор смотреть не могу!» Видимо, эта фраза и является ответом на вопрос, почему вся современная бытовая аппаратура имеет инфракрасные пульты дистанционного управления (ПДУ) . Но, если разобраться, то все началось намного раньше.

ПДУ с проводами

Первыми работами по дистанционному управлению занимались немцы в конце 30-х годов двадцатого столетия, еще до начала Второй мировой войны. Объектом автоматизации был ламповый приемник. Пульт управления представлял собой отдельную металлическую панель с кнопками. Нажатие кнопки приводило к срабатыванию исполнительного механизма, - реле, электромагнита или двигателя. Соединение между таким ПДУ и приемником было выполнено многожильным кабелем, что все равно привязывало слушателя к определенному месту.

Подобные пульты были у советских ламповых телевизоров первого класса. Это была маленькая пластмассовая коробочка с регулятором громкости, соединенная с телевизором проводом. Кроме громкости такой пульт ничем управлять не мог. Но определенные удобства такой пульт, несомненно, создавал. Ведь тогда не было надоедливой рекламы и фильм приходилось смотреть от начала до конца.

Ультразвуковые ПДУ

Первый беспроводной пульт дистанционного управления обязан своим появлением на свет американцу Хассо Платтнеру. В 1972 году после ухода из IBM он организовал свою фирму и в целях налаживания деловых контактов и связей часто и много ездил по всему миру. На одной из встреч с руководством компании JVC произошел конфузный случай.

При обсуждении какой-то проблемы Платтнер встал и двинулся к телевизору, чтобы пальцем показать какую-то деталь на экране. Но, до экрана не дошел, споткнувшись о кабель дистанционного управления. Пролил коктейль на костюм и в сердцах сказал: «Разве нельзя было сделать переключение каналов по радиоволне?», чем вогнал японских компаньонов в краску. А уже ровно через год появился первый пульт на ультразвуковых лучах.

Принцип его действия заключался в подаче своей частоты при нажатии на каждую кнопку. Ультразвук улавливался микрофоном и усиливался усилителем, в которым использовалось несколько параллельных каналов с резонансными контурами. На выходах этих каналов появлялись управляющие напряжения. При таком способе кодирования каналов получалось не очень много.

Дальнейшее развитие электроники, в частности появление микросхем фирмы INTEL, позволило отказаться от подобного многочастотного кодирования. На одной ультразвуковой частоте за счет различных способов модуляции стало возможным передавать намного больше команд, чем при много частотном кодировании. Одним из первых аппаратов оснащенных ультразвуковым ПДУ был телевизор фирмы RCA. Кодирование команд осуществлялось при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Эти пульты имели целый ряд недостатков. В первую очередь большие габариты и мощность потребления. Это было связано с тем, что ультразвуковое излучение охотно поглощается предметами обихода, - одеждой, мягкой мебелью, коврами. Поэтому мощность излучения требовалось увеличивать, что сокращало срок службы батарей.

Рис. 1. Первые пульты дистанционного управления

Специализированные микросхемы для ПДУ

Дело пошло лучше после того, как фирма INTEL разработала свой первый микропроцессор 8080. Эту новую разработку взяли за основу фирмы GRUNDIG и MAGNAVOX, которые сделали первый специализированный микропроцессор. В этом случае процессором генерируется нужный код цифровой команды под воздействием нажатой кнопки. Таким образом специализированная микросхема для ПДУ есть не что иное, как с уже прошитой программой. Такие ПДУ назывались TELEPILOT.

ПДУ на ИК-лучах

Первый цветной телевизор с микропроцессорным управлением и пультом дистанционного управления (ПДУ) на ИК лучах был выпущен совместно фирмами GRUNDIG и MAGNAVOX уже в 1974 году. Уже в этой модели в углу экрана показывался номер переключающегося канала (система OSD). Эта система команд получила название ITT. Это был первенец фирмы GRUNDIG.

В дальнейшем исследованиями в области ПДУ занялась фирма PHILIPS, которая разработала систему команд RC-5. Новая система позволяла кодировать 2048 команд, что в 4 раза превысило количество команд в системе ITT. Несущая частота была выбрана 36КГц, что не мешало передачам европейских радиовещательных станций и работе пультов с ультразвуковыми передатчиками с частотой 30 и 40КГц, а также обеспечивала достаточную дальность приема.

Но электронная техника не стояла на месте, а как говорил один киногерой, - шла вперед семимильными шагами. Совершенствовались телевизоры, появились видеомагнитофоны и музыкальные центры, спутниковые тюнеры, проигрыватели CD и DVD и многое другое.

Для управления новой техникой потребовались и новые ПДУ, а соответственно пришлось разрабатывать новые микросхемы. Такие микросхемы разработали фирмы SIEMENS и THOMSON. Несущая частота новых ПДУ была тоже 36КГц, но использовался другой метод модуляции сигнала, - двухфазная модуляция. При такой модуляции несущая частота была более стабильна, что обеспечило повышение дальности, увеличение помехозащищенности и надежности работы.

Дальнейший вклад в дело развития систем ПДУ снова внесла фирма PHILIPS. В начале 90 годов прошлого века она объединила все лучшее, что было в системах RC-5 и SIEMENS. Получившийся продукт получил название «Объединенная система команд». Суть ее в следующем. ПДУ такой системы имеют функции «MENU 1» и «MENU 2». В каждой из этих функций одна и та же кнопка выполняет разные команды, и получается, что меньшим количеством кнопок можно выполнить большее число команд.

Впоследствии пульты управления проникли во многие другие области бытовой техники. ИК излучением в настоящее время управляются кондиционеры, вентиляторы, настенные тепловентиляторы, . Даже некоторые модели автомагнитол и цифровых фотоаппаратов имеют ПДУ.

При всем многообразии пультов и управляемых ими устройств, все они работают практически одинаково: инфракрасный светодиод ПДУ при нажатии кнопок излучает пачки инфракрасных импульсов (вспышек), которые принимаются фотоприемником («глазом») телевизора или другого устройства. Современный интегральный фотоприемник представляет собой устройство достаточно сложное, хотя по внешнему его виду этого не скажешь. Внешний вид фотоприемника показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Фотоприемник

Приемник настроен на прием импульсов с несущей частотой 36КГц, что соответствует протоколу RC-5. Если вблизи фотоприемника просто включить, например, от батарейки, ИК светодиод, то его немигающее свечение на «глаз» никакого воздействия не окажет, даже если этот светодиод поднести вплотную к фотоприемнику. Также не оказывает воздействия дневной и искусственный свет. Такая избирательность обусловлена тем, что в цепи усиления сигнала фотоприемника имеется полосовой фильтр. Структурная схема фотоприемника показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Структурная схема фотоприемника

Здесь не будет объясняться подробно протокол RC-5, поскольку на дальнейший рассказ, да собственно и на ремонт ПДУ, это незнание никак не повлияет. Желающие познакомиться с протоколом RC-5 более подробно могут найти его описание в интернете. Это уже тема для отдельной статьи.

Устройство ПДУ

При всем многообразии современных ПДУ все модели устроены практически одинаково. Основное различие чаще всего во внешнем виде, в дизайне устройства. Как было сказано в первой части статьи, основой современного ПДУ является специализированный микроконтроллер. Программа в МК записывается в процессе изготовления на заводе и в дальнейшем изменена быть не может. При включении в схему для такого МК требуется минимальное количество навесных деталей. Схема современного ПДУ показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема современного пульта дистанционного управления

Основой всего устройства является микросхема U1типа SAA3010P. Хотя буквы могут быть и другими, что говорит о другой фирме производителе микросхемы. Но цифры все равно остаются 3010.

Как было сказано выше, навесных деталей практически нет. Прежде всего, это , хотя это не совсем точно. Его назначение - синхронизация внутреннего генератора микросхемы, что обеспечивает требуемые временные характеристики выходного сигнала.

В нижнем правом углу схемы показана матрица клавиш (KEY MATRIX). Ее строки подсоединены к выводам DR0…DR7, а столбцы, соответственно, к выводам X0…X7. При нажатии на любую кнопку замыкается одна пара столбец - строка, и на выходе микросхемы возникает импульсная последовательность соответствующая нажатой кнопке. Каждая кнопка выдает свою последовательность и никакую другую! Всего возможно подключить 8*8=64 кнопки, хотя практически может быть и меньше.

Выходной сигнал в виде импульсов напряжения поступает на затвор полевого транзистора VT1, который в свою очередь управляет работой ИК светодиода VD1. Алгоритм управления в данном случае очень простой: открылся транзистор - засветился светодиод, транзистор закрыт, - светодиод погас. В таком случае говорят, что транзистор работает в ключевом режиме. В результате таких вспышек формируются пакеты импульсов, соответствующие протоколу управления RC-5.

Питание схемы производится от двух гальванических элементов типа AA, энергии которых хватает не менее чем на год. Параллельно батарейкам стоит электролитический конденсатор C1, который шунтируя внутренне сопротивление батареек, продлевает срок их службы и обеспечивает нормальную работу ПДУ при несколько «подсевших» батарейках. Светодиод в импульсном режиме может потреблять ток до 1А.

После рассмотрения схемы ПДУ, кажется, можно сказать, что ломаться при таком простом устройстве абсолютно нечему, но это не так. Именно ПДУ чаще всего доставляет неприятности владельцу телевизора. О том, как отремонтировать ПДУ, какие его основные «болезни», а также, чем и как их вылечить будет рассказано во второй части статьи.

был сделан модуль управления роботом по ИК каналу. Вот о нём я бы и хотел написать поподробнее. Так как применений этому можно найти очень много.

Собственно, что такое ИК-управление - объяснять, думаю, не нужно. Сейчас более распространено управление по Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee. Но если вам требуется простое устройство, которое можно собрать «на коленке» при минимальных затратах, то эта статья для вас. =)

Я не буду привязывать эту статью к определённому микроконтроллеру, а опишу общие принципы работы ИК прёмо-передатчика с AVR МК.

1. Что потребуется

При создании простого ИК-управления, негласным стандартом является использование приёмника от компании Vishay TSOPxxxx и диода TSALxxxx в качестве передатчика.

В обозначении приёмников TSOP последние две цифры означают частоту (в кГц) на которой воспринимается передаваемый сигнал. Сложностей в работе с этими компонентами особых нет. Можно писать свой протокол передачи, можно воспользоваться уже готовыми решениями. В моём случае я решил связать два микроконтроллера ИК-каналом, используя USART. Принцип такой же, как если бы мы соеденили два МК обычными проводами. Нюанс только в модулировании несущей частоты и в настройке таймера.

2. Схемки

Чтобы не городить огородов, воспользуемся схемой включения TSOP из его даташита:

Выход TSOPа нужно подключить напрямую к входу (RX) USART МК.

С подключением передатчика ситуация немного другая. Так как приёмник работает только на определённой частоте, то нужно задать эту же частоту на излучателе. Это сделать не сложно запрограммировав таймер. Для ATmega16 это будет выглядить вот так:
TCCR1A=0x40;
TCCR1B=0x09;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x84;

Нужную частоту можно выразить из формулы:

OCRn - будет искомое значение, которое нужно перевести в шестнадцатеричный формат и записать в регистр OCR1A (для случая с МК ATmega16).

Теперь TSOP будет принимать наш сигнал. Но чтобы можно было использовать USART, нужно промодулировать наш сигнал. Чтобы это можно было делать - подключим ИК-диод по схеме:

3. Немного кода

Прошивки я писал в CodeVision AVR.

Вот так будет выглядеть код для передатчика:
#include
#include

Void main(void)
{
PORTB=0x00;
DDRB=0x02;

DDRC=0x00;
PORTC=0xFF;

TCCR1A=0x40;
TCCR1B=0x09;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x84; // Сюда вписываем значение для вашей частоты

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity
// USART Mode: Asynchronous
// USART Baud Rate: 2400
UCSRA=0x00;
UCSRB=0x08;
UCSRC=0x86;
UBRRH=0x00;
UBRRL=0xCF;

While (1)
{

If (PINC.4 == 0x00) { putchar("S");}/* В данном случае при нажатии на кнопку, которая висит на PINC.4 МК отсылает символ "S". Который передаётся на другой контроллер через ИК.*/
};
}

Код приёмника не привожу, т.к. занимает много места, а для восприятия общих принципов кода передатчика будет, думаю, достаточно.

Помимо дистанционного управления (хотя это и так обширная область применений), можно использовать этот метод для датчиков припятствий\прохождения объектва и если таковых датчиков у вас много, а работаю они на одной частоте, то чтобы они не засвечивали друг друга можно передавать разные пакеты.

Желаю удачи! Буду рад любым вопроса\критике\предложениям;)

UPD. Решил выложить фото самого пульта, чтобы было видно, что работает девайс не только как китайские приёмники, которые подключаются к ПК. Возможности гораздо шире и универсальнее.

Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, ИК-пульт дистанционного управления, Радиомодуль NRF24L01, OKI 120A2, SD Card Module, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, Модем M590E GSM GPRS, Часы реального времени DS 3231/DS 1307, Mini 360 на схеме LM2596, L293D, Инфракрасные датчики расстояния, Часы реального времени, HC-SR501, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Контроллер L298N, HC-SR501, GSM GPRS, Модем M590E GSM GPRS, Часы реального времени DS 3231/DS 1307, Модуль Wi-Fi ESP8266-12E, Card Module, Блок питания, Mini 360, L293D, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Радиомодуль, ИК-пульт, Ethernet shield, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, ИК-пульт дистанционного управления, SD Card Module, Радиомодуль NRF24L01, двигатель OKI, L293D, Шаговый двигатель, Блок питания, L293D, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Карта памяти SD, Ethernet shield, датчик движения HC-SR501, Модуль Wi-Fi ESP8266-12E, Шаговый двигатель OKI 120A2, Шаговый двигатель,

Обмен данными в инфракрасном диапазоне

Для обеспечения надежного приема и гарантированной защиты от помех используется модуляция сигнала и кодирование. Передача данных производится в близком к видимому инфракрасном спектре. Длина волны в большинстве реализованных систем варьируется в пределах 800–950 нм. Самый простой способ избавиться от фонового шума - модулировать (заполнить) сигнал при передаче одной из стандартных частот: 30, 33, 36, 37, 38, 40, 56 кГц. Именно на эти частоты настроены все современные интегральные приемники.

Для обеспечения достаточной дальности при передаче кодовой последовательности необходимо сформировать мощный сигнал. Ток через ИК-светодиод может достигать 1 А - такие токи вполне допустимы в импульсном режиме, при этом средняя рассеиваемая мощность не должна превышать предельно допустимую, указанную в документации.

Разработано большое количество специализированных микросхем (SAA3010, GS8489, KS51840 и т. п), генерирующих готовую кодовую последовательность и потребляющих минимальный ток в ждущем режиме, что немаловажно при питании от батарей. Эти микросхемы существенно упрощают схему пультов дистанционного управления (ПДУ). Когда мы нажимаем кнопку пульта, микросхема передатчика активизируется и генерирует кодовую последовательность с заданным заполнением. Светодиод преобразуют эти сигналы в ИК-излучение. Излученный сигнал принимается фотодиодом, который снова преобразует ИК-излучение в электрические импульсы. Эти импульсы усиливаются и демодулируются микросхемой приемника. Затем они подаются на декодер. Декодирование обычно осуществляется программно с помощью микроконтроллера.

Приемник ИК ПДУ должен восстанавливать данные с двухфазным кодированием и реагировать на большие быстрые изменения уровня сигнала независимо от помех. Ширина импульсов на выходе приемника должна отличаться от номинальной не более чем на 10 %. Приемник также должен быть нечувствительным к постоянным внешним засветкам. Удовлетворить всем этим требованиям достаточно непросто. Старые реализации приемника ИК ДУ, даже с применением специализированных микросхем, содержали десятки компонентов. Такие приемники часто использовали резонансные контуры, настроенные на частоту заполнения. Все это делало конструкцию сложной в изготовлении и настройке, требовало применения хорошего экранирования.

В последнее время большое распространение получили трехвыводные интегральные приемники ИК ПДУ (SFH5110-xx, TSOP17xx, TFMS5хх0 и т. п.). В одном корпусе они объединяют фотодиод, предусилитель и формирователь. На выходе формируется обычный ТТЛ-сигнал без заполнения, пригодный для дальнейшей обработки микроконтроллером. Наиболее важный параметр при выборе приемника - частота заполнения.

Внутренний усилитель интегрального приемника имеет высокий коэффициент усиления, поэтому для исключения самовозбуждения и устранения влияния наводок по цепям питания необходимо использовать электролитический конденсатор емкостью не менее 4,7 мкФ, подключенный максимально близко к выводу VCC.

Подключение ИК-приемника

В качестве приемника ИК ПДУ применим микросхему TSOP31236. В одном корпусе она объединяют фотодиод, предусилитель и формирователь. На выходе формируется обычный ТТЛ-сигнал без заполнения, пригодный для дальнейшей обработки микроконтроллером. Несущая частота 36 кГц, выход инверсный, т. е. при отсутствии сигнала на пин приходит логическая "1", при появлении сигнала он посылает логический "0".

Библиотека IRremote

Можно узнать протокол вашего пульта и написать скетч для получения кодов, от- правляемых с пульта. К счастью, уже написана универсальная библиотека для приема и обработки кодов с любого пульта - IRremote.

Файлы библиотеки вы можете найти в папке libraries/IrRemote сопровождающего книгу электронного архива. Для использования библиотеки в своих проектах поместим их в папку libraries каталога установки Arduino. Скетч для получения кода и отправки в последовательный порт представлен в примере.

#include

int RECV_PIN = 11;

IRrecv irrecv(RECV_PIN); decode_results results;

void setup()

Serial.begin(9600);

irrecv.enableIRIn(); // включить приемник

void loop()

if (irrecv.decode(&results))

Serial.println(results.value, HEX); irrecv.resume(); // получить следующее значение

Можно и передавать ИК-команды. Поддерживаемые протоколы: NEC, Sony SIRC, Philips RC5, Philips RC6. Передающий ИК-светодиод должен быть подключен к pin 3. Скетч для отправки ИК-кода представлен в примере.

#include IRsend irsend;

void setup()

Serial.begin(9600);

void loop()

if (Serial.read() != -1)

for (int i = 0; i < 3; i++)

irsend.sendSony(0xa90, 12); // Sony TV power code delay(100);

Скетч для получения кодов ИК-пульта

Первая задача - получить список кодов клавиш нашего пульта.

Определим список клавиш пульта для управления:

<> - движение вперед;

<↓> - движение назад;

<←> - поворот влево;

<→> - поворот вправо;

<–CH> - увеличение скорости при движении вперед/назад;

- уменьшение скорости при движении вперед/назад;

<–VOL> - круговое движение на месте влево;

- круговое движение на месте вправо;

<0> - остановка робота.

Запускаем скетч из примера и получаем коды нужных клавиш для вашего пульта. Значения кодов выводятся в последовательный порт.

#include

void setup()

// прерывания для ИК

void loop()

// обработка кода нажатия if(ir_kod>0)

ir_go(ir_kod); Serial.println(ir_kod); ir_kod=0;

// получить код, переданный с ИК-пульта void get_ir_kod()

detachInterrupt(0); // отключить прерывание 0 if (irrecv.decode(&results))

if (results.value > 0 && results.value < 0xFFFFFFFF)

// прошла 1 сек?

if (ir_time2-ir_time1>1000)

{ir_kod = ir_dt;ir_time1=ir_time2;}

else

ir_kod = 0;

irrecv.resume();

Оформим их в виде констант

#define FORWARD 1936 //

#define BACK 3984 // ↓

#define SPEED_UP 144 //ch+

#define LEFT 3472 // ←

#define RIGHT 1424 // →

#define STOP 2320 // 0 - стоп

Определять поступление команды с пульта мы будем по прерыванию 0 (на digital pin2). По прерыванию запускается процедура get_ir_kod(), которая определяет код, поступающий с пульта, и записывает его в переменную ir_kod. Процедура loop() проверяет переменную ir_kod, и в случае ненулевого значения переменной (получения кода с пульта) вызывает процедуру вывода действия ir_go(). На данном этапе - это вывод в последовательный порт предполагаемого по нажатию клавиши действия.

Данный скетч представлен в примере.

Результат команды с пульта выводитсяна монитор последовательного порта.

#include

// вход ИК-приемника int RECV_PIN = 2;

IRrecv irrecv(RECV_PIN); decode_results results; unsigned long ir_dt, old_ir; long ir_kod;

unsigned long ir_time1, ir_time2;

// коды клавиш ИК-пульта (marmitek)

#define FORWARD 1936

#define BACK 3984

#define SPEED_UP 144 //ch+

#define SPEED_DOWN 2192 //ch-

#define LEFT 3472

#define RIGHT 1424

#define CIRCLE_LEFT 3216 //vol+

#define CIRCLE_RIGHT 1168 //vol-

#define STOP 2320 //0

void setup()

// последовательный порт Serial.begin(9600);

// включить приемник irrecv.enableIRIn(); ir_time1=0;ir_time2=0;

// прерывания для ИК

// FALLING – вызов прерывания при изменении уровня напряжения

// с высокого (HIGH) на низкое (LOW) attachInterrupt(0, get_ir_kod, FALLING);

void loop()

// обработка кода нажатия if(ir_kod>0)

ir_go(ir_kod); ir_kod=0;

// получить код переданный с ИК-пульта void get_ir_kod()

detachInterrupt(0); // отключить прерывание 0

if (irrecv.decode(&results))

if (results.value > 0 && results.value < 0xFFFFFFFF)

ir_dt = results.value; ir_time2=millis();

// прошла 1 сек?

if (ir_time2-ir_time1>1000)

{ir_kod = ir_dt;ir_time1=ir_time2;} else

ir_kod = 0;

irrecv.resume();

// активировать процедуру прерывания 0 attachInterrupt(0, get_ir_kod, FALLING);

// действие по полученному коду void ir_go(kod)

switch(kod)

case FORWARD: // направление вперед Serial.print("forward\n");

break;

case BACK: // направление назад Serial.print("back\n");

break;

case SPEED_UP: // скорость++ Serial.print("speed++\n"); break;

case SPEED_DOWN: // скорость-- Serial.print("speed--\n"); break;

case LEFT: // влево Serial.print("left\n"); break;

case RIGHT: // вправо Serial.print("right\n"); break;

case CIRCLE_RIGHT: // кружение вправо Serial.print("circle_right\n"); break;

case CIRCLE_LEFT: // кружение влево Serial.print("circle_left\n"); break;

case STOP: // стоп Serial.print("stop\n"); break;

В общем случае пульт дистанционного управления (ПДУ, RCU) - беспроводное или проводное устройство, предназначенное для управления каким-либо механизмом, объектом или процессом на расстоянии. Все устройства ДУ подразделяются на группы:

• по способу получения электропитания: по кабелю, автономное;
• по используемому каналу для передачи управляющих сигналов: ИК, ультразвук, радио, провод, механический привод;
• по функциональности: с одним набором команд, универсальный для нескольких устройств одного производителя, программируемый (обучаемый);
• по мобильности и другим признакам.

Наиболее распространенный в настоящее время вид пультов ДУ - мобильное автономное беспроводное устройство с управлением объектами по инфракрасному каналу (ИК). Именно такой вид устройств ДУ используем в быту, когда передаем управляющие сигналы на телевизор, кондиционер, музыкальный центр, плеер и другую бытовую технику.

В первых моделях пультов присутствовал минимум управляющих элементов только для выполнения основных функций. Со временем подход изменился: современные изделия имеют полный комплект элементов управления, а сами управляемые устройства содержат их ограниченный набор.

Устройство пульта дистанционного управления

Гаджет представляет собой небольшую продолговатую пластиковую коробочку. На лицевой ее части располагаются кнопки, с помощью которых осуществляется выбор управляющей команды.

На торце устройства расположено отверстия для линзы ИК-излучателя, который непосредственно и отправляет команду на исполнение. С обратной стороны, под крышкой, располагается ниша для установки элементов питания. Как правило, это две батарейки AAA.

Если разобрать пульт, отсоединив верхнюю его часть от нижней, то мы увидим еще два элемента. Первый - печатная плата с контактными площадками и смонтированной электроникой.
Второй - выполненная из мягкого эластичного материала накладка с выпуклыми кнопками управления с проводящими дисками.

Инфракрасный беспроводной пульт дистанционного управления: принцип действия

Устройство пульта и работа дистанционного управления основаны на односторонней или двусторонней передаче информации между пультом и объектом управления с помощью лучей света в инфракрасном диапазоне. Для приема и передачи сигналов применяются ИК-приемники и передатчики.

Схему с двусторонним каналом передачи информации имеют пульты, управляющие кондиционерами: на кондиционер отправляется управляющий сигнал, а обратно возвращаются параметры работы агрегата и данные о температуре.

Все остальные модели в подавляющем большинстве случаев одноканальные.

Передача и прием команд

Возьмем операцию, которая наиболее часто встречается в быту: дистанционное беспроводное управление телевизором. Первое, что делает схема пульта, определяет, какая кнопка была нажата. Принцип определения тот же, что и в компьютерной клавиатуре: сканирование матрицы размещенных кнопок. Но, в отличие от клавиатуры ПК, на ПДУ генератор сканирования находится в режиме ожидания и включается только при нажатии кнопок на пульте. Этим достигается экономное использование элементов питания.

Затем производится кодирование управляющего сигнала (команды) и передача его ИК-светодиодом. Перед передачей основного сигнала производится синхронизация передающего и приемного устройств, также на приемной стороне производится проверка соответствия кода пульта. Сама же передача будет осуществляться в течение всего времени, пока нажата управляющая кнопка.

Следует заметить, что производители электронных устройств ничем не ограничены в создании алгоритмов кодирования управляющих сигналов и используемых частот модуляции. Это приводит к тому, что часто даже однотипные модели одного производителя требуют для управления разные пульты управления.

Схема пульта дистанционного управления

Большинство схем пультов ДУ TV и других бытовых устройств в своей основе имеют основную микросхему , формирующую сигнал управления после нажатия соответствующей клавиши, усилитель сигнала и ИК-светодиод . Разница заключается лишь в наименовании и компоновке радиоэлементов внутри корпуса устройства и на печатной плате.

Микросхема представляет собой специализированный микроконтроллер, в который в процессе производства записывается программный код. Записанная программа затем уже не изменяется в течение эксплуатации. На плате располагается также кварцевый резонатор для синхронизации частоты приемника и передатчика. Усилитель сигнала входит в состав микросхемы или выполнен на отдельном элементе.

Для самостоятельного создания такого устройства, кроме радиолюбительских навыков, вам необходимо также уметь создавать программный код для микроконтроллеров.

Пульт ДУ для ПК

Пульт дистанционного управления для персонального компьютера может оказаться полезным при работе с интерфейсом, как самой операционной системы, так и при управлении функционированием различных программ. Например, управление презентациями в Power Point или воспроизведением медиа-контента в Media Center . Иногда такие пульты уже входят в комплект ПК.

Производители пультов для ПК, в отличие от TV, реализовали 2 решения: ИК и радиопульты. Дело в том, что устойчиво при управлении в инфракрасном диапазоне взаимодействует с устройством при прямой видимости и на расстоянии до 10 м, что достаточно для TV, но может оказаться неудобным для управления ПК, особенно во время презентаций. Радиопульт увеличивает это расстояние до 30 м независимо от препятствий на пути сигнала.

Внешне радиопульт от ИК будет отличаться только наличием небольшой антенны. Но для того, чтобы можно было осуществлять управление, ПК необходим еще один элемент: приемник радио- или ИК- сигнала, установленный в компьютер или ноутбук. Это может быть, как встроенное устройство, так и модуль, подключаемый к порту USB. Второй вариант предпочтительней.

Универсальный и/или программируемый пульт ДУ

Универсальный пульт дистанционного управления может потребоваться в двух случаях:

1. Не найдена замена для утерянного или вышедшего из строя старого пульта управления TV или другой бытовой техники.
2. Множество различной бытовой техники в одном помещении делает управление ею с разных пультов чрезвычайно неудобным, так как понятие «правильного дизайна» и «оптимальной эргономичности» у всех производителей свое.

Различают два вида таких устройств: пульты, запоминающие команды (обучающиеся), и программируемые универсальные ПДУ. В первом случае, для ввода нужных кодов используется штатный ПДУ TV или другого устройства. Во втором, список доступных кодов и моделей техники, которыми можно управлять, находится в инструкции к прибору управления. Разница в том, что, несмотря на тысячи моделей устройств, поддерживаемых универсальными пультами, нужного устройства в этом перечне может не оказаться.

«Обучение» запоминающих пультов производится в соответствии с руководством пользователя и с использованием оригинального ПДУ. Если приобретенный пульт имеет на своей передней панели меньшее количество клавиш, чем у «родного», то в первую очередь следует программировать только те, которые необходимы.

После приобретения универсального многофункционального пульта не стоит выбрасывать старые штатные. Во-первых, они могут потребоваться, если новый внезапно выйдет из строя. Во-вторых, на универсальном может не оказаться некоторых нужных элементов. И в-третьих, они могут потребоваться для перепрограммирования в случае сбоя или смены элементов питания.

Смартфон в качестве ПДУ

Еще один вариант ПДУ практически для любого устройства - использование в качестве управляющего устройства смартфона. При этом в нем может быть, а может и не быть реализована передача сигналов в ИК диапазоне (технология IrDA ). В последнем случае управление осуществляется через Bluetooth или Wi-Fi. Единственное ограничение состоит в том, что управляемое устройство должно также поддерживать эти протоколы обмена информацией, что реализовано не на всей технике.

Более интересен в качестве ПДУ вариант смартфона с ИК-портом. Рассмотрим это на примере модели Xiaomi Redmi 3 и довольно старого телевизора Daevoo . Нам потребуется установить из Google Play специальное приложение. Оно может быть любым, главное, чтобы в перечне поддерживаемого оборудования присутствовала нужна модель объекта управления. Для этого телефона с оболочкой от MIUI оно называется Mi Remote (русский язык присутствует).

(перевод с английского)

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.