Ir remote control

Фактически, инфракрасный - это обычный свет определенного цвета. Мы не можем видеть этот цвет, т.к. его длина волны (950 нм) находится за границей видимого спектра. Это одна из причин выбора ИК лучей для задач дистанционного управления устройствами, мы хотим управлять ими, но не видеть управляющих сигналов. Другая причина в том, что ИК излучатели достаточно просты в изготовлении и относительно дешевы.

К сожалению, существует много еще источников инфракрасного света. Солнце - самый яркий из них, но есть и другие: лампочки, свечи, системы центрального отопления, и даже наши тела излучают инфракрасный свет. Фактически все, что излучает тепло, также излучает инфракрасный свет.

Поэтому приходится принять меры предосторожности, чтобы гарантировать, что наш ИК сигнал достигнет приемника неискаженным.

При помощи модуляции мы сможем выделить наш сигнал на фоне шума. При модуляции источник ИК света будет мерцать с некоторой частотой. ИК приемник будет настроен на эту частоту, таким образом он сможет игнорировать все остальное.
Это мерцание можно представить как привлечение внимания приемника. Точно также и люди замечают мерцание желтых источников света даже при ярком дневном свете.

На картинке сверху можно видеть как модулированный сигнал излучается ИК диодом передатчика (слева). На другой стороне приемник детектирует принятый сигнал. При последовательной передаче данных, можно говорить о "символах" и "паузах". "Пауза" - это исходный сигнал, которому соответствует отключенное состояние передатчика. В течении "паузы" свет не излучается. В течении "символа" ИК сигнал излучается и пульсирует с некоторой частотой. На приемной стороне "пауза" представляется высоким уровнем напряжения. А "символ" автоматически представляется низким уровнем. Отметим, что "символы" и "паузы" не соответствуют 1-ам и 0-ям, которые нужно передать. Соответствие между "символами", "паузами" и 1-ами с 0-ями устанавливается используемым протоколом.

1. Bi-phase coding. Длина импульсов и промежутки между ними по 0.9мс или 1.8 мс. Логические 0 и 1 определяются, как показано на рисунке:

2. Pulse-distance modulation. Длина импульсов постоянна. Промежутки большей длительности - лог. 1 , меньшей - лог. 0.

3. Pulse-length code. Длина промежутков постоянна. Импульсы большей длительности - лог. 1 , меньшей - лог. 0.

Сразу нужно сделать оговорку по поводу "импульсов". На самом деле каждый такой "серый" импульс - это 20-30 очень коротких импульсов идущих с большой постоянной частотой (от 30 до 56 кГц) или даже вообще инфракрасный фон с частотой 400 кГц. При оцифровке звуковой картой (44100Гц) этот "фон" сливается в импульсы по форме близкие к прямоугольным. Этого достаточно для точного декодирования.

Модуляция Bi-phase. Сначала идут старшие биты, потом младшие.

Если нажать кнопку на дистанционке и держать, будут слаться посылки (DataWord) с одинаковым значением Toggle bit. Если отпустить кнопку и нажать снова, пойдут те же посылки, но уже с инверсным значением Toggle bit.

Этот стандарт использует PHILIPS и SAMSUNG без каких-либо отклонений.

Модуляция Pulse-distance. Сначала идут младшие биты, потом старшие.При нажатии кнопки на дистанционке выдается одна полная посылка, а затем через промежутки идут одиночные импульсы, говорящие о том, что кнопка еще нажата. Перед посылкой (первой полной и одиночными импульсами) идет один длинный импульс синхронизации.
В посылке адрес и команда идут два раза - сначала просто, затем с инверсией (что-то не совпало - команда не принята). Кроме того, основная посылка идет только один раз при нажатии на кнопку. Вероятность того, что она пройдет правильно с первого раза, не очень высока.

Пример: адрес "00110111" и команда "00011010"
кодируются как "00110111'11001000'00011010'11100101".

Этот стандарт используют HITACHI, NOKIA, AIWA, AKAI, AverMedia.

Creative RM-900 (от SoundBlaster Live Platinum) повторяет первую посылку 2 раза, кроме того первый байт адреса равен C1h, а второй 44h, то есть между первым и вторым байтом нет ничего общего. Для совместимости первые 2 байта адреса не сравниваются и используются оба.

Модуляция Pulse-distance. Сначала идут старшие биты, потом младшие.
На 100% этому стандарту не соответствует ничего. Например в JVC дистанционках использован этот стандарт с сильными отклонениями (расхождения по длительностям, Toggle bits никогда не меняются, адресных битов 6, а командных 8 вместо 4 и 6 соответственно).

Модуляция Pulse-length. Сначала идут младшие биты, потом старшие. В начале посылки есть длинный стартовый импульс. До 20 бит данных.

При декодировании сигнала получается 28-битный идентификатор вида 0FAAAACC, где F - флаг определяющий модуляцию, A - адрес, C - команда. Исключение составляет SONY, где 24 младших бита определяют просто код команды.

Схема передатчика обычно запитывается от батарейки. Она должна потреблять как можно меньше энергии, но при этом ИК сигнал должен быть как можно "ярче", чтобы достичь требуемой дистанции.

Разработано много микросхем ИК передатчиков. В более старых микросхемах был реализован один из многих изобретенных протоколов. Сейчас в качестве ИК передатчиков используются микромощные контроллеры по одной простой причине - они более универсальные в использовании. Когда ни одна из кнопок пульта не нажата они находятся в "спящем" режиме с очень низким потреблением энергии. Процессор "просыпается" чтобы передать соответствующую ИК команду только в случае нажатия одной из клавиш.

Кристаллы кварца редко используются в таких пультах. Они очень хрупкие и имеют тенденцию легко ломаться при падении пульта. Керамические резонаторы подходят больше, т.к. они способны выдерживать большие физические нагрузки. То обстоятельство, что они немного хуже стабилизируют частоту, не столь важно.

Ток через излучатель может изменяться от 100 мA до практически 1A! Для того, чтобы получить приемлемую дистанцию управления ток через излучатель должен быть как можно больше. Требуется найти компромис между параметрами излучателя, емкостью батарейки и максимальной дистанцией управления. Токи излучателя могут достигать высокий значений, т.к. их импульсы очень короткие. Но все же средний расход энергии излучателя не должен превышать максимального значения. Необходимо посмотреть, чтобы максимальное значение тока в импульсном режиме излучателя не было превышено. Все эти параметры можно посмотреть в справочнике.

На рынке представлено много схем ИК приемников. Наиболее важным критерием отбора является частота модуляции и доступность в вашем регионе.

На картинке представлена типичная блок-схема такого ИК приемника. Не волнуйтесь, если не понимаете этой части описания, теперь это все реализуется в одном электронном компоненте.
Приемник ИК сигнала выполнен на ИК фотодиоде (слева на блок-схеме). Сиганл с него усиливается и ограничивается на первых двух стадиях. ограничитель добивается постоянного уровня импульса, несмотря на расстояние до пульта.
Через разделительный конденсатор переменный сигнал идет на полосовой фильтр (BPF). Полосовой фильтр настроен на частоту модуляции пульта. В бытовой электронике для этих целей используется диапазон частот от 30 кГц до 60 кГц.
Следующие блоки - это детектор, интегратор и компаратор. Задача этих трех блоков определить наличие частоты модуляции в сигнале. Если она присутствует, то на выходе компаратора устанавливается низкий уровень.

Как было сказано ранее, все эти блоки объединены в одном электронном компоненте. Многие производители предлагают такие компоненты.И многие из них производятся в нескольких версиях, каждая из которых настроена на свою частоту модуляции.

Отметим также, что усилитель обладает высоким коэффициентом усиления. Поэтому система легкосклонна к возбуждению. Установка конденсатора большой емкости (более 22 мкФ) между проводниками питания является обязательной, чтобы разделить шины питания. В некоторых справочниках рекомендуется также устанавливать резистор 330 Ом последовательно с источником, чтобы в дальнейшем отделить источник питания от остальной части схемы.

В Европе Ик приемники производят Siemens и Telefunken. В Беларуси - "Интеграл". Siemens выпускает SFH506-xx серию, где xx обозначает частоту модуляции - 30, 33, 36, 38, 40 or 56 кГц. Telefunken выпускает TFMS5xx0 и TK18xx серии, где xx также показывает частоту модуляции, на которую настроена микросхема.
Sharp, Xiamen Hualian и Japanese Electric производят ИК приемники в Азии. Sharp очень сложно маркирует свои устройства: GP1UD26xK, GP1UD27xK и GP1UD28xK, где x относится к частоте модуляции. Hualian производит HRMxx00 серию, представителями которой являются HRM3700 и HRM3800. Japanese Electric выпускает серии устройств, которые не содержат частоту модуляции в маркировке. PIC-12042LM настроено на 36,7 кГц, а PIC12043LM - на 37,9 кГц.