Разработка инфракрасного пульта и приемника дистанционного управления (стр. 3 из 14)
Обычно в пультах используется одна частота модуляции. На неё настроен пульт и приёмник. Частоты модуляции обычно «стандартны» — это 36 кГц, 38 кГц, 40кГц (Panasonic, Sony). Редкими считаются частоты 56 кГц (Sharp). Фирма Bang & Olufsen использует 455 кГц, что является большой редкостью.
Для частот от 30 до 50 кГц обычно используются светодиоды с длиной волны 950 нм, а для 455 кГц используются светодиоды с длиной волны 870нм.
Модуляция
Передача сигнала осуществляется мерцанием светодиода с соответствующей частотой. Несколько таких модулированных передач и гашений формируют кодированную посылку. Приёмники ИК сигнала в своём составе обычно имеют частотный детектор (или подобную схему) детектирующую наличие или отсутствие мерцания заданной частоты.
Практически все ИК приёмники производимые серийно имеют ИК светофильтр (и выглядят тёмными). Встроенная схема состоящая из нескольких каскадов усилителей и демодулятора (частотного детектора) чувствительна к сигналу до −90 дБ (большинство радиолюбительских схем имеют чувствительность до −60 дБ). Также практически все ИК приёмники имеют всего три вывода: Питание, Земля, Выход данных (показывающий наличие или отсутствие модулированного сигнала на входе фото приёмника. Использование приёмника не совпадающей с частотой модуляции пульта не означает что он не будет принимать. Он будет принимать, но его чувствительность может очень сильно упасть. Для приёма сигнала от пульта ДУ также существует демодулятор без встроенного ИК фото приёмника — микросхема фирмы Sony CXA1511l, по своей сути — высококачественный частотный детектор, позволяющий сделать пульт например не на светодиодах ИК диапазона а на УФ.
Методы кодирования данных
Сейчас преимущественно используются следующие две схемы кодирования передаваемых данных:
- Первая в пультах ДУ стала применяться фирмой Philips (протокол RC5): Передача 0 дополнялась единицей, а передача 1 — нулём. То есть 001 передавалась бы как 01 01 10. Соответственно посылка считывается последовательно, и в эфир подаётся модулированный сигнал только когда встречается единица.
- Авторство второй схемы кодирования приписывается фирме Sony. Сначала всегда передаётся «1» модулированным сигналом, а потом «0» пауза. Временной размер единицы всегда одинаковый, а временной размер 0 — это кодированные передаваемые данные. Длинная пауза — передача единицы, короткая пауза — передача нуля.
Перед посылкой кодированных данных пульт всегда посылает одну или несколько синхропосылок для того, чтобы фото приёмник настроил приёмную цепь (синхронизировался с пультом по чувствительности и фазе).
Производители пультов не склонны придерживаться каких-либо общих стандартных протоколов кодирования данных и вправе разрабатывать и применять для своей техники всё новые и новые протоколы. Более полный список протоколов: NEC (repetitive pulse), NEC (repetitive data), RC5, RC6, RCMM, RECS-80, R-2000 (33 kHz), Thomson RCA (56.7 kHz), Toshiba Micom Format (similar NEC), Sony 12 Bit, Sony 15 Bit, Sony 20 Bit, Kaseikyo Matsushita (36.7 kHz), Mitsubishi (38 kHz, preburst 8 ms, 16 bit), Ruwido r-map, Ruwido r-step, Continuous transmission 4000 bps и Continuous transmission 1000 bps.
Питание
Бытовые пульты ДУ обычно питаются от двух батареек типоразмера AA или AAA. Это связано с тем, что для питания инфракрасного светодиода необходимо не менее 2,0—2,5 Вольт, а от одной батареи 1,3 В такого напряжения не получить (без использования изощрённых схемотехнических способов).
1.3 Протокол RC-5
При проектировании ИК пульта и приемника для дистанционного управления мы будем использовать протокол RC-5, поэтому кратко рассмотрим, что это такое и как оно работает.
В протоколе RC5, тут кодирование информации осуществляется не длительностью импульса. Такой способ кодирования информации называется еще манчестерским. RC5 посылка на выходе интегрального приёмника TSOP36 , который на выходе фильтрует несущую частоту 36кГц (Рис.1.3):
Рисунок 1.3 – Временное распределение протокола RC-5
Длительность посылки в протоколе RC5 составляет - 24.9мс, а период повторения - 114мс. Посылка состоит из 14бит. Первые два бита в посылке (S1 и S2) это стартовые биты они всегда должны быть равны 1. Третий бит (Т) это бит триггера, он меняет состояние каждый раз, когда на пульте нажимается кнопка. Служит для отличия многократного нажатия кнопки на пульте. После бита триггера идут 5 бит адреса устройства. Далее идут 6 бит самой команды.
Протокол передачи данных RC-5 имеет следующий формат (Рис.1.4):
Команды передаются пакетами. Каждый пакет содержит 14 бит:
SB (start bit) - два стартовых бита (всегда равны 1)
TB (toggle bit) - управляющий бит. Используется как признак нового нажатия. (Если удерживать кнопку пульта нажатой, то в первом пакете этот бит будет равен 1, а в последующих 0).
S4, S3, S2, S1, S0 (system bits) - пять битов адреса, определяющих номер системы, для которой данный пакет предназначен.
C5, C4, C3, C2, C1, C0 (command bits) - собственно биты, кодирующие определенную команду.
Длина одного пакета составляет 24,889 миллисекунд. Минимальная пауза между пакетами равна по длине 50 битам (88,889 миллисекунд) (Рис.1.5)
Рисунок 1.4 - Формат протокола передачи данных RC-5
Рисунок 1.5 – Временные интервалы передачи сигналов протокола RC-5
2 Разработка ИК пульта и приемника дистанционного управления
2.1 Постановка задачи
Требуется разработать ИК пульт и приемник дистанционного управления.
Разработка устройства будет производиться с учётом следующих требований:
- простота схемы (минимальное количество компонентов);
- функциональная насыщенность, многообразие регулируемых параметров;
- устойчивость к изменениям напряжения, долговечность;
- производить управление минимум четырех функций;
- низкое энергопотребление.
2.2 Разработка структурной схемы устройства и функциональной
спецификации
Разработаем структурную схему ИК пульта (Рисунок 2.1) и приемника (Рисунок 2.2) дистанционного управления.
Функциональная спецификация ИК пульта дистанционного управления:
1.Входы:
а. 4 кнопки выбора функций (SВ1-SВ4);
b. Электропитание МК.
SB1
SB2  |
SB3 
SB4  |  | |
 | ||
 | ||
Рисунок 2.1 – Структурная схема ИК пульта дистанционного управления
Рисунок 2.2 – Структурная схема ИК приемника дистанционного управления
2.Выходы:
а. ИК излучатель.
3.Функции:
а. Запись кодированного сигнала в память, при нажатии на одну из кнопок SВ1-SВ4;
b.Вывод кодированной информации на ИКИ (инфрокрасный излучатель) с МК;
c.Осуществление электропитания МК от внутреннего источника питания (ИП).
Функциональная спецификация ИК приемника дистанционного управления:
1.Входы:
а. Передача в МК закодированных сигналов от ИКП (ИК приемника)
b. Электропитание МК и ключей управления (Кл1-Кл4).
2. Выходы:
а. Сигнал управления от МК на соответствующий ключ (Кл1-Кл4);
b. Подача импульсов управления от ключа на исполнительные устройства (ИУ1-ИУ4).
3. Функции:
а. Прием ИКП закодированных сигналов и передача их на вход МК;
b.МК раскодировав сигналы передает импульсы управления на ключи Кл1-Кл4;
с. При срабатывании определенного ключа напряжение питания подается на исполнительные устройства (светодиоды, реле, лампы накаливания и т.д.);
d.Электропитание МК и ключей осуществляется либо от автономного источника питания, либо от селевого (ИП).
2.3 Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC12F629/675
Для разработки ИК пульта и приемника дистанционного управления выберем микроконтроллер PIC12F629. Чем выгоден данный микроконтроллер и почему именно его мы выбираем? Во-первых, он миниатюрен в исполнении, во-вторых- потребляет малый ток, последнее - отличается сравнительно невысокой ценой.
Основные параметры микроконтроллеров PIC12F629/675 приведены ниже и в Приложении А.
PIC12F629/675-8 - выводные Flash КМОП микроконтроллеры.
Характеристика микроконтроллеров:
• Высокопроизводительная RISC архитектура
• 35 команд
• Все команды выполняются за один цикл, кроме команд переходов, выполняемых за два цикла
• Тактовая частота:
DC - 20МГц, частота тактового сигнала
- DC - 200нс, длительность машинного цикла
• Память:
1024 х 14 слов Flash памяти программ
64 х 8 память данных
128 х 8 EEPROM памяти данных
• Система прерываний
• 16 аппаратных регистров специального назначения