Многоканальное дистанционное управление по ИК каналу

Электроника для всех

Блог о электронике

ИК дистанционное управление

Завязка или «Как начинался девайс»

…Когда я пришёл, Виктория сидела на диване, уставившись в телевизор. День выдался тяжёлый, поэтому ей не хотелось ничего делать. Несколько минут мы смотрели какой-то попсовый сериал, потом он закончился, и Вика выключила телевизор. В комнате стало темно. На улице шумел дождь, и от этого казалось, что дома тоже холодно.
Вика поднялась с дивана и принялась, на ощупь, искать выключатель от светильника. Настенный светильник висел, почему-то, не у дивана, а на другой стене и приходилось топать через всю комнату, чтобы зажечь свет. Когда она, наконец, включила его, комната наполнилась тёплым светом лампочки накаливания.
Около меня, на помятой простыне, лежал пульт от телевизора. Нижние кнопки без опознавательных знаков и, скорее всего, не использовались. И тут у меня возникла интересная мысль…
— Вик, а хочешь, я сделаю так, что твой светильник можно будет пультом от ящика включить? Там даже кнопки лишние есть…

Концепция
Наше устройство должно уметь принимать сигнал с ИК-пульта, отличать «свою» кнопку от других, и управлять нагрузкой. Первый и последний пункты простые, как топор. А вот со вторым немного интереснее. Я решил не ограничиваться каким-то конкретным пультом (Почему? – «Не интересно так!»), а сделать систему, которая может работать с разными моделями пультов от разной техники. Лишь бы ИК-приёмник не спасовал, и уверенно ловил сигнал.

Ловить сигнал будем с помощью фотоприёмника TSOP. Причем не каждый приёмник подойдёт – несущая частота должна совпадать с частотой пульта. Несущая частота приёмника указана в его маркировке: TSOP17xx – 17 это модель приёмника, а хх – частота в килогерцах. А несущую частоту пульта можно найти в документации или в инете. В принципе, сигнал будет приниматься, даже если частоты не совпадают, но чувствительность будет фиговой – придётся тыкать пультом прямо в приёмник.

Каждая компания, выпускающая бытовую технику, вынуждена соблюдать стандарты при изготовлении «железа». И частоты модуляции у пультов, тоже стандартные. Зато разработчики отрываются на программной части – разнообразие протоколов обмена между пультом и устройством просто поражает. Поэтому, пришлось придумать универсальный алгоритм, которому плевать на протокол обмена. Работает он так:

В памяти устройства хранятся контрольные точки. Для каждой такой точки нужно записать время и состояние выхода с ИК-приёмника – 0 или 1.
При получении сигнала с пульта, МК будет последовательно проверять каждую точку. Если все точки совпали – то это была та самая кнопка, на которую устройство запрограммировали. А если выход с приёмника хотя-бы в одной точке не совпал с шаблоном, то устройство никак не отреагирует.

Впрочем, баги никто не отменял! Возможно, что, сигнал будет отличаться от шаблона, но
в контрольных точках значения будут одинаковые. Получится ложное срабатывание. Казалось-бы – редкостное западло, и бороться с ним пипец сложно! Но на самом деле не всё так плохо (а местами даже хорошо).

Во-первых, у нас ведь цифровой сигнал, а значит, импульсы идут с постоянными задержками (таймингами) и просто-так не возникают. Поэтому, если точки стоят достаточно плотно, то можно не бояться, что какой-нибудь импульс будет пропущен.

Во-вторых мелкий шум (обычно выглядит, как редкие короткие импульсы) в большинстве случаев идёт лесом – ибо если он не попадёт прямо на контрольную точку, то нифига не повлияет на систему. Значит у нас есть естественная защита от шума.

Второй тип ошибок (aka «Пропуск команды») бывает из-за того, что точка расположена слишком близко к фронту импульса (к тому месту, где сигнал на выходе приёмника меняет свой уровень).
Представь себе, что через несколько микросекунд после контрольной точки сигнал должен меняться с HIGH на LOW. А теперь представь, что пульт выдал команду чуть быстрее, чем обычно (довольно часто случается). Фронт импульса сдвинулся во времени, и теперь он происходит ДО контрольной точки! Выход с приёмника не совпадёт с шаблоном и система сбросится.
Чтобы этого не происходило, нужно размещать контрольные точки подальше от фронтов.

«Всё круто» — скажешь ты – «Но откуда мне взять контрольные точки?». Вот и я над этим долго тупил. В результате решил доверить расстановку точек тебе.
На устройстве есть джампер J1. Если при включении он замкнут – устройство будет тупо передавать через UART всё, что выдаёт ИК-приёмник. На другой стороне провода эти данные принимает моя программа, которая выдаёт на экран компа импульсы с TSOP’а. Тебе остаётся только мышкой раскидать по этому графику контрольные точки, и прошить их в EEPROM. Если возможности использовать UART нету, то на помощь приходит джампер J2. Когда он замкнут – устройство не выдаёт данные по UART, а складывает их в EEPROM.

Схема
Простая до безобразия. В качестве контроллера я взял ATTiny2313. Частота 4 мегагерца, от кварца, или внутренней RC цепочки.
На отдельный разъём выведены линии RX и TX для связи, и питание. Туда – же выведен RESET для того чтобы можно было перепрошивать МК, не вынимая из устройства.
Выход фотоприёмника подключается к INT0, он подтянут к питанию через резистор в 33к. Если будут сильные помехи, то можно поставить туда резистор поменьше, например, 10к.
На пинах D4 и D5 висят джамперы. Jumper1 на D5 и Jumper2 на D4.

К пину D6 подцеплен силовой модуль. Причём симистор я взял самый мелкий из тех, что у меня были – BT131. Ток у него 1А – не круто, но зато корпус не слишком большой — ТО92. Для мелкой нагрузки самое то. Опторазвязку я сделал на MOC3023 – у неё нет датчика пересечения нуля, а значит она подходит для плавного управления нагрузкой (здесь я это так и не реализовал).

Порт B почти полностью выведен на разъём – туда можно прицепить индикатор или ещё что-нибудь. Этим-же разъёмом я пользуюсь при прошивке девайса. Пин B0 занят светодиодом.

Питается всё это дело через LM70L05 и диодный мост. То есть на вход можно подавать переменное напряжение, например, с трансформатора. Главное, чтобы оно не превышало 25 Вольт, а то умрёт либо стабилизатор, либо кондер.

Плата получилась вот такая:

Да, она немного отличается от той платы, которая лежит в архиве. Но это не значит, что я сделал себе убер-продвинутую плату, а вам подсунул демо версию :). Напротив, моя плата имеет пару недостатков, которых нет в конечной версии: у меня не выведена на штырёк ножка RESET, и светодиод висит на PB7. А это не очень способствует внутрисхемному программированию.

Прошивка
Устройство может работать в двух режимах. В первом – когда J2 замкнут – оно просто передаёт импульсы с фотоприёмника в UART. С него и начнём:

UART работает на скорости 9600, т.е, при частоте 4МГц в регистр UBRR записываем 25.

…ждём, пока не дёрнется ножка фотоприёмника. Как только она опустилась (изначально-то она болтается на pull-up резисторе) мы запускаем таймер (TIMER/COUNTER1, тот, что на 16 бит) и врубаем прерывание INT0 на любое изменение входа – any logical change (ICS00 = 1). Таймер тикает… ждём.

Импульс с пульта кончился – выход с фотоприёмника взметнулся вверх, прерывание сработало. Теперь записываем в память значение таймера и сбрасываем таймер. Ещё нужно инкрементировать указатель записи, чтобы в следующем прерывании записать в другую ячейку памяти.

Ещё импульс… выход дёргается… прерывание… запись значения таймера в память… сброс таймера… указатель + 2 (мы пишем два байта за раз)…

И так будет продолжаться до тех пор, пока не станет ясно, что конец (оперативки) близок. Или, пока сигнал не кончится. В любом случае, мы стопорим таймер и отключаем прерывания. Потом, не спеша выкидываем всё, что насобирали, в UART. Или, если J2 замкнут – в EEPROM.

В конце можно затупить в бесконечный цикл и ждать ресета – миссия выполнена.
А на выходе получится последовательность чисел. Каждое из них – время между изменениями состояния выхода TSOP’a. Зная, с чего началась эта последовательность (А мы знаем! Это перепад с HIGH на LOW), мы можем восстановить всю картину:

Второй режим. Тут мы ловим команды с пульта и управляем нагрузкой.

Прерывания не используются совсем, всё крутится в главном цикле программы. В EEPROM лежат контрольные точки. Каждая из них занимает 1 байт: 7 бит на время от последней точки и 1 бит на состояние выход TSOP’a в этой точке.

После инициализации сидим и ждём, пока TSOP дёрнется. Как только это случилось – читаем из EEPROM первую точку, и в простом цикле тупим столько, сколько там написано. При этом время считаем пачками по 32us. Выйдя из ступора, проверяем – что-там на выходе приёмника.

Если выход не совпал с тем, что мы ожидали – это не наша команда. Можно спокойно дожидаться конца сигнала и начинать всё сначала.

Если выход соответствует нашим ожиданиям – загружаем следующюю точку и проверяем её. Так до тех пор, пока не наткнёмся на точку, время которой = 0. Это значит, что точек больше нет. Значит вся команда совпала, и можно дёргать нагрузку.

Вот так, получается, простенький алгоритм. Но ведь чем проще, тем надёжнее!

Софтина
Сначала я думал сделать автоматическое запоминание шаблона. То есть ты замыкаешь джампер, тыкаешь пультом в TSOP, а МК сам расставляет контрольные точки и складывает их в EEPROM. Потом стало ясно, что идея бредовая: более-менее адекватный алгоритм получится чересчур сложным. Или не будет универсальным.

Второй идеей была программка для компа, в которой можно самому расставить контрольные точки. Не слишком технологично, но всяко лучше, чем доверять это дело МК.

Приучаем девайс отзываться на нужную кнопку пульта:

1) Замыкаем перемычку J1.

2) Подключаем UART. Если возможности его подключить нету, то замыкаем джампер J2. Тогда устройство будет скидывать данные в EEPROM.

3) Врубаем питание.

4) Если мы решили юзать UART, то запускаем софт и смотрим на строку состояния (внизу окошка). Там должно быть написано “COM порт открыт”. Если не написано, то ищем косяк в подключении и тыкаем кнопу «Подключить».

5) Берём пульт и тыкаем нужной кнопкой в TSOP. Как только девайс почует, что сигнал пошёл – загорится светодиод. Сразу после этого устройство начнёт передавать по UART (или писать в EEPROM) данные. Когда передача закончилась, светодиод гаснет.

Читайте также:  Терморегулятор для теплиц

6.1) Если работаем по UART, то жмём кнопу «Загрузить по UART». И радуемся надписи «Загрузил график…» в строке состояния.

6.2) Если работаем через EEPROM, то читаем программатором EEPROM память и сохраняем в *.bin файл. (Именно bin!). Потом нажимаем в программе кнопку «Загрузить .bin» и выбираем файл с EEPROM.

7) Смотрим на загрузившийся график – это сигнал с TSOP’a. На боковой панели есть ползунок – им можно менять масштаб. Теперь тыкаем мышкой по графику – ставим контрольные точки. Правой кнопкой точки удаляются. Только не нужно их ставить слишком близко к фронтам. Получается примерно так:

8) Нажимаем «Сохранить .bin» и сохраняем точки. Потом прошиваем этот файл в EEPROM. Так-как мы запихиваем время между двумя точками в 7 бит, то оно ограничено 4мс. Если время между двумя точками превысит это значение – программа откажется запихивать точки в файл.

9) Снимаем джамперы. Перезагружаем устройство. Готово!

Принцип работы ИК пульта управления

Большая часть современной бытовой электронной аппаратуры имеет пульт дистанционного управления, использующий инфракрасное (ИК) излучение в качестве способа передачи информации. ИК канал передачи данных используется в некоторых устройствах системы “умный дом”, которую мы производим.

Принцип ИК передачи информации

Инфракрасное, или тепловое излучение – это электромагнитное излучение, которое испускает любое нагретое до определенной температуры тело. ИК диапазон лежит в ближайшей к видимому свету области спектра, в его длинноволновой части и занимает область приблизительно от 750 нм до 1000 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, около половины излучения Солнца. Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении отличаются от их свойств в видимом свете. Например, некоторые стекла непрозрачны для инфракрасных лучей, а парафин, в отличие от видимого света, прозрачен для ИК излучения и используется для изготовления ИК линз. Для его регистрации используют тепловые и фотоэлектрические приемники и специальные фотоматериалы. Источником ИК лучей, кроме нагретых тел, наиболее часто используются твердотельные излучатели – инфракрасные светодиоды, ИК лазеры, для регистрации применяются фотодиоды, форотезисторы или болометры. Некоторые особенности инфракрасного излучения делают его удобным для применения в устройствах передачи данных:

  • ИК твердотельные излучатели (ИК светодиоды) компактны, практически безинерционны, экономичны и недороги.
  • ИК приемники малогабаритны и также недороги
  • ИК лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости
  • Несмотря на распространенность ИК лучей и высокий уровень “фона”, источников импульсных помех в ИК области мало
  • ИК излучение низкой мощности не сказывается на здоровье человека
  • ИК лучи хорошо отражаются от большинства материалов (стен, мебели)
  • ИК излучение не проникает сквозь стены и не мешает работе других аналогичных устройств

Все это позволяет с успехом использовать ИК способ передачи информации во многих устройствах. ИК передатчики и приемники находят применение в бытовой и промышленной электронике, компьютерной технике, охранных системах, системах передачи данных на большие расстояния по оптоволокну. Рассмотрим более подробно работу систем (пультов) управления бытовой электроники.

Пульт ИК управления при нажатии кнопки излучает кодированную посылку, а приемник, установленный в управляемом устройстве, принимает её и выполняет требуемые действия. Для того, чтобы передать логическую последовательность, пульт формирует импульсный пакет ИК лучей, информация в котором модулируется или кодируется длительностью или фазой составляющих пакет импульсов. В первых устройствах управления использовались последовательности коротких импульсов, каждый из которых представлял собою часть полезной информации. Однако в дальнейшем, стали использовать метод модулирования постоянной частоты логической последовательностью, в результате чего в пространство излучаются не одиночные импульсы, а пакеты импульсов определенной частоты. Данные уже передаются закодированными длительностью и положением этих частотных пакетов. ИК приемник принимает такую последовательность и выполняет демодулирование с получением огибающей. Такой метод передачи и приема отличается высокой помехозащищенностью, поскольку приемник, настроенный на частоту передатчика, уже не реагирует на помехи с другой частотой. Сегодня для приема ИК сигнала обычно применяется специальная микросхема, объединяющая фотоприемник, усилитель с полосовым фильтром, настроенным на определенную несущую частоту, усилитель с АРУ и детектор для получения огибающей сигнала. Кроме электрического фильтра, такая микросхема имеет в своем составе оптический фильтр, настроенный на частоту принимаемого ИК излучения, что позволяет в максимальной степени использовать преимущество светодиодного излучателя, спектр излучения которого имеет небольшую ширину. В результате таких технических решений, стало возможным принимать маломощный полезный сигнал на фоне ИК излучения других источников, бытовых приборов, радиаторов отопления и т.д. Работа современных устройств ИК управления достаточно надежна, а дальность составляет от нескольких метров до 40 и более метров, в зависимости от варианта реализации и уровня помех.

Передатчик ИК сигнала

Передатчик ИК сигнала, ИК пульт, чаще всего имеет питание от батарейки или аккумулятора. Следовательно его потребление должно быть максимально низким. С другой стороны, излучаемый сигнал должен быть значительной мощности для обеспечения большой дальности передачи. Такие противоположные по энергетическим затратам задачи успешно решаются способом передачи коротких импульсных кодированных пакетов. В промежутках между передачами пульт практически не потребляет энергии. Задача контроллера пульта – опрос кнопок клавиатуры, кодирование информации, модулирование опорной частоты и выдача сигнала на излучатель. Для изготовления пультов выпускаются различные специализированные микросхемы, однако для этих целей могут быть использованы и современные микроконтроллеры общего применения типа AVR или PIC. Основное требование к таким микроконтроллерам – это наличие режима сна с чрезвычайно низким потреблением и способность чувствовать нажатия кнопок в этом состоянии.

Излучатель ИК сигнала испускает инфракрасные лучи под действием тока возбуждения. Ток на излучатель обычно превышает возможности микроконтроллера, поэтому для формирования необходимого тока устанавливается простейший светодиодный драйвер на одном транзисторе. Для снижения потерь, при выборе транзистора необходимо обратить внимание на его коэффициент усиления тока – β или h21. Чем выше этот коэффициент, тем выше эффективность устройства. Современные передатчики используют полевые или CMOS транзистоы, эффективность которых на используемых частотах можно считать предельной.

Приведенная схема не лишена недостатков, в частности при снижении уровня заряда батареи, мощность излучения будет падать, что приведет к снижению дальности. Для снижения зависимости от напряжения питания, можно использовать простейший стабилизатор тока.

Большинство передатчиков работают на частоте 30 – 50 кГц. Такой диапазон частот был выбран исторически при создании первых подобных устройств. Была выбрана область с наименьшим уровнем помех. Кроме того, принимались в расчет ограничения на элементную базу. В дальнейшем, по мере стандартизации и распространения аппаратуры с таким способом управления, переход на другие частоты стал нецелесообразным.

В целях увеличения импульсной мощности передатчика, а соответственно и его дальности, сигнал основной частоты отличается от меандра и имеет скважность 3 – 6. Таким образом повышается импульсная мощность с сохранением или даже уменьшением средней мощности. Импульсный ток светодиода выбирается исходя из его паспортных значений и может достигать одного и более Ампер. Импульсный ток в большинстве пультов ИК не превышает 100 мА. При этом, поскольку и опорная частота имеет малый коэффициент заполнения и длительность кодированной посылки не превышает 20-30 мс, средний ток при нажатой кнопке не превышает одного миллиампера. Повышение импульсного тока светодиода сопряжено с снижением эффективности и уменьшением срока службы. Современные инфракрасные светодиоды имеют эффективность 100-200 мВт излучаемой энергии при токе 50 мА. Допустимый средний ток не должен превышать 10-20 мА. Питание светодиода должно иметь RC фильтр, который снижает воздействие импульсной помехи на питание микроконтроллера. Спектр применяемых светодиодов для ИК пультов большинства бытовой аппаратуры имеет максимум в области 940 нм.

Длительность единичного пакета опорной частоты для уверенного приема составляет не менее 12-15 и не более 200 периодов. При передаче кодированной посылки, передатчик формирует в начале преамбулу, которая представляет собой один или несколько пакетов опорной частоты и позволяет приемнику установить необходимый уровень усиления и фона. Данные в кодированной посылке передаются в виде нулей и единиц, которые определяются длительностью или фазой (расстоянием между соседними пакетами). Общая длительность кодированной посылки чаще всего составляет от нескольких бит до нескольких десятков байт. Порядок следования, признак начала и количество данных определяется форматом посылки.

Приемник ИК сигнала

Приемник ИК сигнала как правило имеет в своем составе собственно приемник ИК излучения и микроконтроллер. Микроконтроллер раскодирует принимаемый сигнал и выполняет требуемые действия. Поскольку приемник в большинстве случаев устанавливается в аппаратуре с сетевым питанием, его потребление не существенно. Микроконтроллер чаще всего выполняет и другие сервисные функции в устройстве и является его центральным логическим устройством.

Приемник ИК излучения чаще всего выполняется в виде отдельного интегрального модуля, который располагается за передней панелью управляемой аппаратуры. В передней панели имеется прозрачное для ИК лучей окошко. Как правило, такая микросхема имеет три вывода – питание, общий и выход сигнала. Производители электронных компонентов предлагают приемники ИК сигналов различного типа и исполнения. Однако, принцип их работы схож. Внутри такая микросхема имеет:

  • фотоприемник – фотодиод
  • интегрирующий усилитель, выделяющий полезный сигнал на уровне фона
  • ограничитель, приводящий сигнал к логическому уровню
  • полосовой фильтр, настроенный на частоту передатчика
  • демодулятор – детектор, выделяющий огибающую полезного сигнала.

Корпус такого приемника выполняется из материала, выполняющего роль дополнительного фильтра, пропускающего ИК лучи определенной длины волны. Современные интегральные приемники позволяют принимать полезный сигнал на уровне фона, превышающего его в несколько десятков раз и при этом чувствовать посылки частоты, имеющие всего от 4 – 5 периодов.

Питание приемника излучения должно быть выполнено с RC фильтром для увеличения чувствительности. Микроконтроллер производит помеху широкого спектра на линиях питания, что может повлиять на работу приемника.

Форматы ИК передачи данных

Различные производители бытовой аппаратуры применяют в своих изделиях различные пульты ИК управления. Поскольку пульт должен общаться только с конкретным устройством, он формирует последовательность данных, уникальную для своего типа оборудования. Передаваемые данные содержат кроме собственно команды управления адрес устройства, проверочные данные и другую сервисную информацию. Более того, различные производители используют различные способы формирования последовательности данных и различные способы передачи логических состояний. Наиболее распространенные способы кодирования битов информации – это изменение длительности паузы между пакетами (метод интервалов) и кодирование сочетанием состояний (бифазный метод). Однако, встречаются способы кодирования бит информации длительностью, сочетанием длительности и паузы и т.д. Наиболее распространенные форматы передачи:

Читайте также:  Bitcoin и Ripple: чем отличаются

Форматы RC-5 и NEC используются многими производителями электроники. Некоторые производители разработали свой стандарт, но в основном используют его сами. Менее распространенные форматы пультов управления:

В отличие от пультов управления бытовой электроникой, которые передают только одну команду, соответствующую нажатой кнопке, пульты управления кондиционерами передают при каждом нажатии всю информацию о параметрах, выбранных пользователем на экране пульта, такие как температура, режим охлаждения, нагрева или вентиляции, мощность вентилятора и другие. В результате, посылка становится достаточно длительной. Например, пульт бытового кондиционера Daikin FTXG передает единовременно 35 байт информации, скомпонованной в трех последовательных посылках. Форматы пакетов ИК передачи кондиционеров:

Инфракрасные передатчики служат для синхронизации активных 3D очков затворного типа с телевизором.

Двунаправленная передача информации используется в некоторых мобильных устройствах: ноутбуках, телефонах, смартфонах, плеерах и т.д. Передача информации по протоколу IrDA основана на форматах асинхронной передачи данных, реализованных в COM портах компьютера.

Передача информации на большие расстояния не обходится сегодня без ИК излучения. Оптоволоконные линии связи используют ИК излучение ближней и средней области спектра (некоторые и видимого) для передачи данных.

Многоканальное дистанционное управление по ИК каналу

Микросхемы НТ12Е и HT12D фирмы Holtek представляют собой кодер и декодер, для передачи команд на некоторое расстояние, по ИК-каналу или радиоканалу (в зависимости от типа приемника и передатчика). Установкой перемычек между выводами 1 – 8 и общим минусом можно каждой паре “приемник – передатчик” присвоить собственный 8-битный идентификационный код.

Декодер приемника будет реагировать только на команды кодера передатчика с таким же 8-битным кодом. Это позволяет использовать данные микросхемы в качестве радио – или ИК-ключей для охранных систем, электронных замков с дистанционным управлением, а так же, сделать возможным практически независимую работу нескольких таких устройств в одном помещении (или в пределах радиуса действия радиоканала).

На рисунке 1 приведена схема передатчика. Данные передаются по инфракрасному оптическому каналу, использующему ИК-светодиод и интегральный фотоприемник как в системах дистанционного управления современных телевизоров.

Передатчик формирует только одну команду, для подачи которой на него подают питание с помощью кнопки S1. Передача кода происходит все время, пока кнопку S1 держат нажатой. Идентификационный код задают установкой перемычек между выводами 1 – 8 микросхемы D1 и общим минусом питания. Перемычки могут быть установлены не обязательно так, как это показано на схеме, – их может быть другое количество и в другом порядке. Но, важно чтобы перемычки в приемнике и передатчике были установлены одинаково.

Так как в приемнике используется интегральный фотоприемник, рассчитанный на прием модулированных ИК-вспышек, частотой около 35-38 кГц, в передатчике имеется схема модулятора, выполненная на интегральном таймере NE555 (D2). На D2 сделан генератор импульсов частотой 35-38 кГц, который включается и выключается импульсами данных, поступающими с выхода D1 (выв. 17) на его вход обнуления (выв.4).

Питается передатчик от четырех включенных последовательно дисковых элементов типа AG13 (по 1,5V каждый).

Схема приемника показана на рисунке 2. Интегральный фотоприемник F1 на своем выходе дает отрицательные импульсы, но для нормальной работы HT12D необходимо чтобы эти импульсы были положительными, поэтому они проходят через инвертор на транзисторе VT1. Использование транзистора P-N-P структуры из соображений снижения тока потребления.

Если здесь использовать N-P-N ключ, его эмиттер нужно будет соединить с общим минусом, а сам транзистор в отсутствие входного сигнала будет открытым, создавая дополнительный ток через коллектор. P-N-P транзистор включен эмиттером к плюсу питания, поэтому в отсутствие входного сигнала он закрыт.

Идентификационный код, так же как и в схеме передатчика, задается перемычками между выводами 1-8 микросхемы D1 и общим минусом. Перемычки должны быть установлены так же, как в передатчике.

При приеме команды на выходе D1 (вывод 17, рис. 2) появляется импульс, которым зажигается светодиод HL1. Данный светодиод служит индикатором приема команды.

Так как система, практически, однокомандная, то для организации управления двумя нагрузками здесь используется дополнительный двоичный счетчик D2. Его задача подсчитывать число посланных команд и соответственно выбирать варианты состояний нагрузки. Так, после включения питания этот счетчик цепью C3-R5 принудительно устанавливается в нулевое положение.

При этом, обе нагрузки, которые включаются с при помощи реле Р1 и Р2, оказываются выключенными. Однократное нажатие и отпускание кнопки S1 (рис. 1) приводит к формированию одного импульса на выходе D1 (рис. 2). Это переводит счетчик в состояние «01». Возникает единица на выводе 1 D2 и включается реле Р1.

Второе нажатие кнопки приводит к установке на выходе счетчика «10», – реле Р1 выключается, но включается Р2. Третье нажатие кнопки – код на выходе D2 «11» и оба реле включены. А после четвертого нажатия оба реле выключены. То есть, включение реле происходит по двоичному коду. Это позволяет используя однокомандную систему управления, управлять двумя нагрузками.

Рис.3

Детали. В схеме приемника (рис. 1) можно использовать любой интегральный фотоприемник, рассчитанный на прием модулированных импульсов. На рисунке 3 приводится цоколевка нескольких подходящих для данной схемы фотоприемников. Нумерация выводов обозначена соответственно их подключению по рис. 2.

Инфракрасный светодиод может быть любым для систем дистанционного управления. Кнопка S1 – замыкающая, без фиксации. В несколько раз увеличить дальность действия (сейчас она составляет всего 5 метров прямой наводкой) можно уменьшив сопротивление R5 (рис.1) до 1-3 Оm и применив на месте VT1 транзистор Дарлингтона или полевой ключевой транзистор (в общем, собрав схему выхода по схеме любого пульта ДУ от телевизора). Но, в этом случае, возрастет ток потребления при передаче, что, возможно, потребует использования более мощного источника питания.

Электромагнитные реле КУЦ-1 можно заменить другими, в этом случае тип транзистора, в коллекторе которого включено реле, должен соответствовать току обмотки, а напряжение питания реле – номинальному напряжению срабатывания (в данном случае, напряжение срабатывания 12V, ток – 30mA). КУЦ-1 может коммутировать нагрузку мощностью до 200W (при напряжении AC 220V).

На месте К561ИЕ10 можно использовать любой двоичный счетчик КМОП с числом выходов не менее двух, либо схему двухразрядного счетчика на двух D-триггерах (например, К561ТМ2). Напряжение питания логической части приемника (рис. 2) 5V, ограничено паспортным значением для фотоприемника (микросхемы допускают от 3 до 12V).

Для более точного согласования приемника с передатчиком может потребоваться более точный подбор R1 (рис.1) или R3 (рис. 2).

Управление электроприборами по ИК каналу

Мастер Кит BM8049M

Дистанционное управление освещением и бытовыми приборами с помощью выключателя с инфракрасным управлением на примере BM8049M

BM8049M общий вид модуля.

В наше время сложно удивить кого-то дистанционным управлением (ДУ) освещением и бытовыми приборами. Но чаще всего схемы ДУ реализованы на основе радиоканала частотой 433 МГц. На этой же частоте работает огромное количество брелков автосигнализаций, многие радиодатчики, любительские радиостанции и подобные девайсы. Из этого следует, что данная радиочастота перегружена, и стабильная работа устройств в любой момент времени не гарантируется.

Однако Мастер Кит предлагает альтернативный метод дистанционного управления – на основе инфракрасных лучей (ИК): выключатель с инфракрасным управлением BM8049M.

Точно такая же технология уже несколько десятилетий применяется в пультах управления бытовой техникой и электроникой. Достоинством ИК управления является её помехозащищённость, энергоэффективность (батарея в пульте может «жить» несколько лет) и простота реализации. Некоторым недостатком является только то, что ИК лучи не проходят сквозь сплошные препятствия в виде стен. Однако если не требуется управлять приборами на большом расстоянии, внутри помещения (комнаты) применять ИК-управление удобно. Даже не обязательно направлять ИК-луч строго на приёмник, так как инфракрасные лучи легко отражаются от стен и потолка помещения.

В комплекте BM8049M находится только модуль ИК-приёмника, но передатчика нет. Важным преимуществом этой модели является то, что в качестве ИК-передатчика может выступать любой пульт ДУ от бытовой техники. Это очень удобно: Вы берёте любой пульт и настраиваете по приведённой ниже технологии любую его кнопку на приёмник BM8049M. Больше никаких лишних пультов, которые имеют свойство теряться в самый нужный момент! Управляйте светом в вашем доме с пульта от телевизора – он всегда под рукой!

Процедура программирования очень проста: достаточно подать на приёмник питание 220 В, цепи нагрузки на этом этапе можно не подключать. Как правило, на любом пульте есть кнопки, которыми Вы никогда не пользуетесь. Логично настроить на работу с приёмником именно эту кнопку. В первые 10 секунд после включения модуль приёмника доступен для программирования. Достаточно нажать требуемую кнопку пульта, и кодовая комбинация запишется в память приёмника; успешную запись подтвердит щелчок сработавшего реле. Память энергонезависимая: это значит, что даже после отключения приёмника от питания в нём сохранятся настройки. После программирования достаточно коротко нажать на выбранную кнопку пульта для включения или выключения нагрузки. Приёмник будет срабатывать только на эту кнопку, к нажатиям любых других клавиш пульта он невосприимчив, что позволит без проблем использовать пульт по прямому назначению.

BM8049M является хитом продаж уже несколько лет, и по нашим наблюдениям совместим с подавляющим большинством ИК-пультов. Да, встречаются ИК-пульты с эксклюзивными кодовыми стандартами, которые не воспринимает приёмник, но их доля на рынке не превышает 1%. Если Вы столкнётесь с подобным случаем, попробуйте запрограммировать другой пульт. И напишите в Мастер Кит о возникшей проблеме, указав марку несовместимого пульта: сотрудники по возможности добавят данный кодовый стандарт в прошивку следующих партий BM8049M.

Фотодиод BM8049M имеет высокую чувствительность и широкий угол обзора, поэтому способен принимать отражённые от потолка, стен и мебели ИК-сигналы; направлять пульт строго на приёмник не требуется. Дальность действия может достигать 15 метров – этого расстояния вполне достаточно для управления нагрузкой даже в очень большой комнате.

В качестве элемента коммутации в модуле применено электромагнитное реле, рассчитанное на ток до 10 А. Это значит, что в случае работы с сетью 220 В максимальная мощность нагрузки может достигать 220 (В) ×10 (А)= 2200 Вт. Однако следует понимать, что данная мощность является предельной кратковременной, поэтому лучше не превышать мощность коммутируемой нагрузки более 1500 Вт.

Есть ещё один важный нюанс, о котором нужно помнить. Например, лампа накаливания мощностью 60 Вт в первые доли секунды после включения (пока не разогреется её спираль) потребляет мощность в несколько сотен ватт. Подобное же соотношение действует и для более мощных нагрузок. Поэтому при работе на предельных значениях тока в режиме частого включения-выключения контакты реле будут подгорать, и оно может быстро выйти из строя.

Читайте также:  Автоматический инкубатор с терморегулятором

Как элемент коммутации реле имеет ряд достоинств. Во-первых, его контакты абсолютно не связаны с элементами схемы BM8049М, в частности, с шиной питания. Поэтому при штатном питании модуля от напряжения сети 220 В коммутировать можно как такую же сетевую нагрузку, так и низковольтные цепи напряжением, например, 5 или 12 В. Другим достоинством реле является его способность работать с любым типом нагрузки: лампами любых типов (накаливания, светодиодными, люминесцентными), моторами, нагревателями и т.п. Другие же схемы коммутации (например, на симисторах) не всегда корректно работают со сложной нагрузкой в виде светодиодных ламп.

Схема подключения модуля BM8049M.

Подключение приёмника очень простое и приведено на рисунках: схема и реальное фото для тех, кто не любит или не понимает схем.

Надо упомянуть ещё об одной полезной особенности приёмника BM8049М: в нём предусмотрена функция автоматического отключения нагрузки через 12 (±2 часа) часов после включения. Это может быть полезно, например, когда вы забыли выключить свет в комнате.

По умолчанию эта функция активна. Если же по какой-то причине функция автоотключения в вашем проекте не нужна, её можно деактивировать, но придётся воспользоваться паяльником и удалить из схемы резистор R7.

Удаление резистора для отмены функции автовыключения.

Для того чтобы придать конструкции законченный вид, а также для защиты от случайного удара током, модуль приёмника желательно разместить в корпусе подходящих размеров. Например, подойдёт пластиковый корпус BOX-G027 или подобный из каталога Мастер Кит. Любой корпус потребует простейшей доработки: необходимо будет просверлить пару отверстий: для сетевого кабеля, проводов нагрузки и фотоприёмника (разумеется, фотоприёмник должен быть выведен за пределы корпуса).

Корпус BOX-G027.

Конечно, рассмотренный в рамках этого обзора вариант управления комнатным освещением не является единственно возможным применением модуля. Вы можете включать/выключать всё что угодно: декоративную подсветку, вентиляторы, бытовую технику и т.п. Например, на рисунке ниже изображена схема подключения усилителя низкой частоты – конечно, его тоже можно «подружить» с BM8049M.

Схема подключения усилителя к BM8049M.

В заключение необходимо напомнить, что при работе с напряжением 220 В необходимо соблюдать стандартные меры предосторожности – берегите себя!

Надеюсь, данный обзор модуля Мастер Кит BM8049M был Вам интересен и сподвигнет на новые идеи по улучшению качества быта!

Простое самодельное ИК-управление переключением ТВ-каналов (555, К561ИЕ9)

На закате СССР появились и были очень популярны отечественныеполупроводниковые телевизоры серии УСЦТ, некоторые из них и сейчас в строю. Особенно долговечными были телевизоры с размером экрана 51 см по диагонали (кинескоп был весьма надежным). Конечно, они уже совсем не отвечают современным требованиям, но как «дачный вариант» еще вполне пригодны.

Как-то, от нечего делать, появилось желание усовершенствовать старенькую, уже давно «дачную» «Радугу-51ТЦ315», дополнив её системой дистанционного управления. Сейчас уже приобрести «родной» модуль невозможно, поэтому было решено сделать упрощенную однокомандную систему, позволяющую хотя бы переключать программы «по кольцу». Микроконроллеры и спец, микросхемы сразу были отвергнуты по причине нерентабельности, и система была сделана из того, что имелось в наличии.

А именно, интегральный таймер 555, ИК светодиод LD271, интегральный фотоприемник TSOP4838, счетчик К561ИЕ9 и плюс еще по-мелочи.

Схема пульта управления

Пульт представляет собой генератор импульсов частотой 38 кГц, на выходе которого включен через ключ инфракрасный светодиод. Генератор построен на основе микросхемы «555», так называемого «интегрального таймера». Частота генерации зависит от цепи C1-R1, при налаживании подбором резистора R1 нужно установить на выходе микросхемы (вывод 3) частоту 38 кГц.

Рис.1. Принципиальная схема ИК-передатчика для дистанционного управления телевизором.

Прямоугольные импульсы частотой 38 кГц поступают на базу транзистора VT1 через резистор R2. Диоды VD1 и VD2 вместе с резистором R3 образуют схему контроля тока через ИК-светодиод HL1.

При повышенном токе напряжение на R3 увеличивается, соответственно увеличивается и напряжение на эмиттере VT1. И когда напряжение на эмиттере приближается по величине к напряжению падения на диодах VD1 и VD2 происходит снижение напряжения на базе VT1 относительно эмиттера, и прикрывание транзистора.

Импульсы ИК-света, следующие с частотой 38 кГц излучаются инфракрасным светодиодом HL1.

Управление – одной кнопкой S1, которая подает на схему пульта питание. Пока кнопка нажата пультом излучаются инфракрасные импульсы.

Схема приемного блока

Приемник устанавливается внутрь телевизора, на него подается питание + 12V от источника питания телевизора, а катоды диодов VD2-VD9 соединяются с контактами кнопок модуля выбора программ УСУ-1-10.

Рис.2. Принципиальная схема ИК-приемника для дистанционного управления телевизором.

ИК-импульсы, излучаемые пультом, принимаются интегральным фотоприемником HF1 типа TSOP4838. Данный фотоприемник широко применяется в системах дистанционного управления различной бытовой электронной аппаратурой. При приеме сигнала на его выводе 1 присутствует логический ноль, а при отсутствии принимаемого сигнала единица.

Таким образом, когда кнопка пульта нажата на его выходе ноль, а когда не нажата – единица.

TSOP4838 должен питаться напряжением 4,5-5,5V, и не более. Но, для управления модулем выбора программ телевизора нужно на кнопки транзисторного 8-фазного триггера подавать напряжение 12V. Поэтому, на микросхему D1 подается напряжение 12V, а на фотоприемник HF1 напряжение 4,7-5V через параметрический стабилизатор на стабилитроне VD10 и резисторе R4.

Согласующим уровни логических единиц каскадом служит транзистор VТ1. При этом он инвертирует логические уровни. Напряжение с коллектора VТ1 через цепь R3-C2 поступает на счетный вход счетчика D1, рассчитанный на прием положительных импульсов. Цепь R3-C2 служит для подавления ошибок от дребезга контактов кнопки S1 пульта управления.

Счетчик D1 К561ИЕ9 представляет собой трехразрядный двоичный счетчик, со схемой десятичного дешифратора на выходе. Он может находиться в одном из восьми состояний от 0 до 7, при этом логическая единица имеется только на одном, соответствующем его состоянию, выходе. На остальных выходах – нули.

При каждом нажатии – отпускании кнопки пульта счетчик переходит на одно состояние вверх, при этом переключается логическая единица по его выходам. Если отсчет начался с нуля, то через восемь нажатий кнопки, на девятое, счетчик вернется в нулевое положение. И далее, процесс переключения логической единицы по его выходам повторится.

ИК-светодиод LD271 можно заменить любым ИК-светодиодом, применимым для пультов дистанционного управления бытовой аппаратурой. Фотоприемник TSOP4838 можно заменить любым полным или функциональным аналогом.

Детали и монтаж

Микросхему К561ИЕ9 можно заменить на К176ИЕ9 или зарубежным аналогом. Можно использовать микросхему К561ИЕ8 (К176ИЕ8), при этом будет 10 выходов управления. Чтобы ограничить их до 8-и нужно выход за номером «8» соединить со входом «R» (при этом вход «R» не соединять с общим минусом, как это на схеме).

Диоды 1N4148 можно заменить любыми аналогами, например, КД521, КД522. Пульт питается от «Кроны». Помещен в футляр от зубной щетки. Монтаж -объемный на выводах микросхемы А1.

Схема приемника тоже собрана объемным монтажом и приклеена клеем «БФ-4» к деревянному корпусу телевизора изнутри. Для глазка фотоприемника я использовал отверстие для разъема для подключения головных телефонов (отверстие в телевизоре было пустое, закрытое заглушкой, самого разъема не было).

Подбором R1 (рис.1) нужно пульт настроить на частоту фотоприемника. Это видно по наибольшей дальности приема.

Если схема заинтересовала, но старой «Радуги» нет, её можно использовать и для переключения чего-либо более современного. К выходам микросхемы D1 можно через резисторы подключить транзисторные ключи, с электромагнитными реле на коллекторах или светодиодами мощных оптопар.

ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО РАДИОКАНАЛУ

Данное устройство позволяет управлять четырьмя нагрузками по радиоканалу. В качестве процессора используется PIC12F675. В нем залиты ключи активации для всех 4х каналов. В качестве радиомодулей применены дешевые FS1000A с несущей частотой 433 МГц.

Схема передатчика радиоуправления 433 МГц

Схема приемника радиоуправления 433 МГц

На схеме транзистор на выводе 7 контроллера показан для примера коммутации мощной нагрузки в ключевом режиме. Номера внутри “схемы МК” номера каналов управления. Переключатель используется для активации режима триггера. Во включенном состоянии – кратковременное нажатие на пульте активирует нагрузку и приемник удерживает ее до тех пор, пока не поступит следующее нажатие. Выключенное состояние – кратковременное нажатие кнопки на пульте – кратковременное включение нагрузки.

Все каналы независимы и можно использовать одновременно все. Устройство довольно легко повторяется. Дальность активации нагрузок по прямой видимости до 70 метров. Вся сложность при изготовлении заключается в прошивке микроконтроллера PIC12F675. Для прошивки использовал программу winpic800 и вот такой очень простой COM-программатор:

Схема COM-программатора для прошивки

Транзистор полевой BS170 заменил на 2N7000. Как программатор поведет себя с переходниками USB-COM не знаю.

При первом чтении МК ОБЯЗАТЕЛЬНО записываем или гравируем на чипе последние 4 символа в коде. До прошивки, открываем hex файл и добавляем в конец кода значения константы (4 символа – они разные для каждого МК). Это заводская константа, если ее не записывать, то можно выкинуть контроллера. Затем только прошиваем микроконтроллер. WinPic800 сама записывает значения константы и прошивает все правильно, но на всякий случай лучше записать их где-нибудь.

Прошивка написана товарищем “4uvak” с сайта “паяльник”. Вот архив с файлами, в том числе на печатные платы. А вот готовое устройство дистанционного управления по радиоканалу:

Пульт ДУ упаковал так:

При изготовлении, прежде чем думать о том, что устройство не работает – проверьте, работают ли модули FS1000A. Провести испытание можно по этой схеме. Светодиод должен немного подмигивать при нажатии кнопки у передатчика.

Схема испытания модулей ДУ

Насчет антенн – это куски провода 0.5-1 мм в диаметре, длиной 16 см. Это как раз 1/4 волны с учетом коэффициента укорочения. В спираль антенны не советую закручивать, диаграмма направленности при этом будет не круговая, а похожа на штаны.

Где можно использовать такую штуку? Практически везде, где используется электричество. Самый простой вариант – в качестве нагрузки приемника реле использовать и коммутировать уже все что угодно, начиная от настольных ламп и утюгов, заканчивая компьютерами и замками. А можно и машинку на радиоуправлении сделать – команды ведь как раз четыре (^ v ).

Автор прошивки 4uvak, сборка и испытание схемы BFG5000.

Обсудить статью ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО РАДИОКАНАЛУ

Ссылка на основную публикацию