Разработка инфракрасного пульта и приемника дистанционного управления (стр. 2 из 14)

Своеобразные пульты ДУ бывают у автомобильных сигнализаций и некоторых цифровых фотоаппаратов. Бывают также пульты ДУ для управления роботами, авиамоделями и др.(Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Различные пульты для бытовых приборов

1.2.1 История дистанционного управления

Один из самых ранних образцов устройств для дистанционного управления придумал и запатентовал Никола Тесла в 1893 году.

В 1903 году испанский инженер и математик Leonardo Torres Quevedo представил в Парижской академии наук Telekino — устройство, представлявшее собой робота, выполняющего команды, переданные посредством электромагнитных волн. В том же году он получил патенты во Франции, Испании, Великобритании и США. В 1906 году в порту Бильбао в присутствии короля и большого сборища зрителей Torres представил своё изобретение, управляя лодкой с корабля. Позже он пробовал приспособить Telekino для снарядов и торпед, но прекратил проект из-за недостатка средств.

Первая дистанционно управляемая модель аэроплана была запущена в 1932 году. Затем над использованием дистанционного управления в военных целях усиленно работали во время Второй мировой войне, например в проекте немецкой ракеты земля-воздух Вассерфаль.

Первый пульт ДУ для управления телевизором был разработан американской компанией Zenith Radio Corporation в начала 1950-х. Он был соединён с телевизором кабелем. В 1955 году был разработан беспроводной пульт Flashmatic, основанный на посылании луча света в направлении фотоэлемента. К сожалению, фотоэлемент не мог отличить свет из пульта от света из других источников. Кроме того, требовалось направлять пульт точно на приёмник.

В 1956 году американец австрийского происхождения Роберт Адлер разработал беспроводной пульт Zenith Space Commander. Он был механическим и использовал ультразвук для задания канала и громкости. Когда пользователь нажимал кнопку, она щёлкала и ударяла пластину. Каждая пластина извлекала шум разной частоты и схемы телевизора распознавали этот шум. Изобретение транзистора сделало возможным производство дешёвых электрических пультов, которые содержат пьезоэлектрический кристалл, питающийся электрическим током и колеблющийся с частотой, превышающей верхний предел слуха человека (хотя слышимой собаками). Приёмник содержал микрофон, подсоединённый к схеме, настроенной на ту же частоту. Некоторыми проблемами этого способа были возможность приёмника сработать от естественного шума и то, что некоторые люди, особенно молодые женщины, могли слышать пронзительные ультразвуковые сигналы. Был даже случай, когда игрушечный ксилофон мог переключать каналы на телевизорах этого типа, потому что некоторые обертоны ксилофона совпадали по частоте с сигналами пульта.

В 1974 г. фирмы GRUNDIG и MAGNAVOX выпустили первый цветной телевизор с микропроцессором управления на ИК-лучах. Телевизор имел экранную индикацию (OSD) — в углу экрана отображался номера канала.

Толчок к появлению более сложных типов пультов ДУ появился в конце 1970-х, когда компанией Би-би-си был разработан телетекст. Большинство продаваемых пультов ДУ в то время имели ограниченный набор функций, иногда только четыре: следующий канал, предыдущий канал, увеличить или уменьшить громкость. Эти пульты не отвечали нуждам телетекста, где страницы были пронумерованы трёхзначными числами. Пульт, позволяющий выбирать страницу телетекста, должен был иметь кнопки для цифр от 0 до 9, другие управляющие кнопки, например для переключения между текстом и изображением, а также обычные телевизионные кнопки для громкости, каналов, яркости, цветности. Первые телевизоры с телетекстом имели проводные пульты для выбора страниц телетекста, но рост использования телетекста показал необходимость в беспроводных устройствах. И инженеры Би-Би-Си начали переговоры с производителями телевизоров, что привело в 1977—1978 к появлению опытных образцов, имевших гораздо больший набор функций. Одной из компаний была ITT, её именем был позже назван протокол инфракрасной связи.

В 1980-х Стивен Возняк из компании Apple основал компанию CL9. Целью компании было создание пульта ДУ, который мог бы управлять несколькими электронными устройствами. Осенью 1987 года был был представлен модуль CORE. Его преимуществом была возможность «обучаться» сигналам от разных устройств. Он также имел возможность выполнять определённые функции в назначенное время благодаря встроенным часам. Так же это был первый пульт, который мог быть подключён к компьютеру и загружен обновлённым программным кодом. CORE не оказал большого влияния на рынок. Для среднего пользователя было слишком сложно программировать его, но он получил восторженные отзывы от людей, которые смогли разобраться с его программированием. Названные препятствия привели к роспуску CL9, но один из её работников продолжил дело под маркой Celadon.

К началу 2000-х количество бытовых электроприборов резко возросло. Для управления домашним кинотеатром может потребоваться пять—шесть пультов: от спутникового приёмника, видео-магнитофона, DVD-проигрывателя, телевизионного и звукового усилителя. Некоторые из них требуется использовать друг за другом, и, из-за разобщённости систем управления, это становится обременительным. Многие специалисты, включая известного специалиста и изобретателя современного пульта ДУ Роберта Адлера, отмечают сколь запутанно и неуклюже использование нескольких пультов.

Появление КПК с инфракрасным портом позволило создавать универсальные пульты ДУ с программируемым управлением. Однако в силу высокой стоимости этот метод не стал слишком распространён. Не стали широко распространёнными и специальные универсальные обучаемые пульты управления в силу относительной сложности программирования и использования. Так же возможно использование некоторых мобильных телефонов для дистанционного управления (по какналу Bluetooth) персональным компьютером.

1.2.2 Каналы связи для дистанционного управления

- Проводной канал — используется там, где нет возможности применить беспроводные каналы, например, из-за отсутствия прямой видимости, наличия экранировки, соображений секретности и т. д., главным образом для управления системами мобильных объектов, оборудованием производственных объектов, лабораторий, или специальных объектов (военного и другого назначения)

- Радиоканал — используется, главным образом, для управления мобильными объектами — радиоуправляемыми спортивными моделями и игрушками, оборудованием для чрезвычайных ситуаций (роботы и т. д.), беспилотными летательными аппаратами, военными мобильными объектами

- Ультразвуковой канал — используется редко, для управления мобильными и стационарными объектами на сравнительно небольшом расстоянии

- Инфракрасный канал — используется, как правило, для бытовой электроники

1.2.3 Устройство бытовых ПДУ

Модуляция инфракрасного светодиода изменяется в зависимости от нажатой кнопки.

Большинство пультов ДУ для электроники используют светодиод, испускающий пучок инфракрасного излучения с длиной волны 0,75—1,4 микрон, который достигнет устройства. Этот свет невидим для человеческого глаза, но распознаётся устройством, так же как и матрицей цифрового фотоаппарата или видеокамеры. В основе большинства пультов дистанционного управления обычно лежит одна бескорпусная микросхема помещенная прямо на печатную плату. Сверху микросхема покрыта компаундом, что предотвращает её повреждение.

1.2.4 Принцип действия ПДУ

Для одноканального (с одной функцией, с одной кнопкой) пульта достаточно наличия сигнала, чтобы передать команду. Для пультов с несколькими функциями необходима более сложная система: частотная модуляция несущего сигнала. После демодуляции полученного сигнала, применяются соответствующие частотные фильтры для разделения сигналов. Сейчас чаще всего используется цифровая обработка сигналов. Часто можно услышать сигналы, модулируемые на инфракрасном несущем, используя пульт ДУ рядом со средневолновым радиоприёмником не настроенным на станцию.

Для считывания кода нажатой кнопки обычно применяется метод активного сканирования линий (как например в компьютерных клавиатурах), но в пультах ДУ бытовой техники использование такого метода требовало бы затрат энергии и батарейки бы быстро садились. Поэтому в них используется метод «одна кнопка — одна линия». При нажатии на кнопку пульта соединяются общая линия и линия этой кнопки, вследствие чего поступающий сигнал «будит» микросхему пульта, она определяет код нажатой кнопки и формирует посылку, содержащую код пульта и код кнопки. Пульты ДУ не имеют обратной связи, это означает что пульт не может определить достиг ли сигнал приёмника или нет. Потому сигнал, соответствующий нажатой кнопке передаётся непрерывно до тех пор пока кнопка не будет отпущена. При отпускании кнопки пульт переходит обратно в выключенное состояние.

На приёмной стороне (например в телевизоре) принимаются данные, проверяется код пульта, и, если этот код соответствует заданному, выполняется команда, соответствующая нажатой кнопке. Приёмник может оказаться неспособен принять и обработать посланные ему данные в случае несовместимости с пультом.

Причинами могут быть:

- Используются разные методы кодирования передаваемых данных.

- Используются разные частоты модуляции инфракрасного сигнала.