В бытовой радиоэлектронной аппаратуре получили широкое применение интегральные приёмники инфракрасного излучения. По-другому их ещё называют ИК-модулями.
Их можно обнаружить в любом электронном приборе, управлять которым можно с помощью пульта дистанционного управления.
Вот, например, ИК-приёмник на печатной плате телевизора.
Несмотря на кажущуюся простоту данного электронного компонента – это специализированная интегральная схема, предназначенная для приёма инфракрасного сигнала от пультов дистанционного управления (ДУ). Как правило, ИК-приёмник имеет не менее 3-х выводов. Один вывод является общим и подключается к минусу «-» питания (GND ), другой служит плюсовым «+» выводом (Vs ), а третий выходом принимаемого сигнала (Out ).
В отличие от обычного инфракрасного фотодиода, ИК-приёмник может принимать и обрабатывать инфракрасный сигнал, представляющий собой ИК-импульсы фиксированной частоты и определённой длительности – пачки импульсов. Это технологическое решение избавляет от случайных срабатываний, которые могут быть вызваны фоновым излучением и помехами со стороны других приборов, излучающих в инфракрасном диапазоне.
Например, сильные помехи для приёмника ИК-сигналов могут создавать люминесцентные осветительные лампы с электронным балластом . Понятно, что использовать ИК-приёмник взамен обычного ИК-фотодиода не получиться, ведь ИК-модуль является специализированной микросхемой, заточенной под определённые нужды.
Для того чтобы понять принцип работы ИК-модуля разберёмся более детально в его устройстве с помощью структурной схемы.
Микросхема приёмника ИК-излучения включает:
PIN-фотодиод
Регулируемый усилитель
Полосовой фильтр
Амплитудный детектор
Интегрирующий фильтр
Пороговое устройство
PIN-фотодиод – это разновидность фотодиода, у которого между областями n и p расположена область из собственного полупроводника (i-область ). Область собственного полупроводника – это по сути прослойка из чистого полупроводника без внесённых в него примесей. Именно этот слой и придаёт PIN-диоду его особенные свойства. К слову сказать, PIN-диоды (не фотодиоды) активно применяются в СВЧ электронике. Взгляните на свой мобильный телефон, в нём также используется PIN-диод.
Но, вернёмся к PIN-фотодиоду. В обычном состоянии ток через PIN-фотодиод не протекает, так как в схему он включен в обратном направлении (в так называемом обратном смещении). Так как под действием внешнего инфракрасного излучения в i-области возникают электронно-дырочные пары, то в результате через диод начинает протекать ток. Этот ток затем преобразуется в напряжение и поступает на регулируемый усилитель .
Далее сигнал с регулируемого усилителя поступает на полосовой фильтр . Он служит защитой от помех. Полосовой фильтр настроен на определённую частоту. Так в ИК-приёмниках в основном используются полосовые фильтры, настроенные на частоту 30; 33; 36; 36,7; 38; 40; 56 и 455 килогерц. Чтобы излучаемый пультом ДУ сигнал мог быть принят ИК-приёмником, он должен быть модулирован такой же частотой, на которую настроен полосовой фильтр ИК-приёмника. Вот так, например, выглядит модулированный сигнал от излучающего инфракрасного диода (см. рисунок).
А вот так выглядит сигнал на выходе ИК-приёмника.
Стоит отметить, что избирательность полосового фильтра невелика. Поэтому ИК-модуль с фильтром на 30 килогерц вполне может принимать сигнал частотой 36,7 килогерц и более. Правда, при этом расстояние уверенного приёма заметно снижается.
После того, как сигнал прошёл через полосовой фильтр, он поступает на амплитудный детектор и интегрирующий фильтр . Интегрирующий фильтр необходим для подавления коротких одиночных всплесков сигнала, которые могут быть вызваны помехами. Далее сигнал поступает на пороговое устройство , а затем на выходной транзистор .
Для устойчивой работы приёмника коэффициент усиления регулируемого усилителя контролируется системой автоматической регулировки усиления (АРУ ). Поскольку полезный сигнал представляет собой пачку импульсов определённой длительности, то из-за инерционности АРУ сигнал успевает пройти через тракт усиления и остальные узлы схемы.
В случае, когда длительность пачки импульсов чрезмерна система АРУ срабатывает, и приёмник перестаёт принимать сигнал. Такая ситуация может возникнуть, когда ИК-приёмник засвечен люминесцентной лампой с электронным балластом, который работает на частотах 30 – 50 килогерц. В таком случае промодулированное инфракрасное излучение паров ртути лампы может пройти защитный полосовой фильтр фотоприёмника и вызвать срабатывание АРУ. Естественно, при этом чувствительность ИК-приёмника падает.
Поэтому не стоит удивляться, когда фотоприёмник телевизора плохо принимает команды от пульта ДУ. Возможно, ему просто мешает засветка люминесцентных ламп.
Автоматическая регулировка порога (АРП ) выполняет аналогичную функцию, что и АРУ, управляя порогом срабатывания порогового устройства. АРП выставляет уровень порога срабатывания таким образом, чтобы уменьшить число ложных импульсов на выходе модуля. При отсутствии полезного сигнала число ложных импульсов может достигать 15-ти в минуту.
Форма корпуса ИК-модуля способствует фокусировке принимаемого излучения на чувствительную поверхность фотодиода. Материал же корпуса пропускает излучение с длиной волны от 830 до 1100 нм. Таким образом, в устройстве реализован оптический фильтр. Для защиты элементов приёмника от воздействия внешних электрических полей в модуле установлен электростатический экран. На фотографии показаны ИК-модули марки HS0038A2 и TSOP2236 . Для сравнения рядом показаны обычные ИК-фотодиоды КДФ-111В и ФД-265 .
ИК-приёмники
Как проверить исправность ИК-приёмника?
Поскольку приёмник ИК-сигналов является специализированной микросхемой, то для того, чтобы достоверно проверить её исправность необходимо подать на микросхему напряжение питания. Например, номинальное напряжение питания для «высоковольтных» ИК-модулей серии TSOP22 составляет 5 вольт. Потребляемый ток составляет единицы миллиампер (0,4 – 1,5 мА). При подключении питания к модулю стоит учитывать цоколёвку.
В состоянии, когда на приёмник не подаётся сигнал, а также в паузах между пачками импульсов напряжение на его выходе (без нагрузки) практически равно напряжению питания. Выходное напряжение между общим выводом (GND) и выводом выхода сигнала можно замерить с помощью цифрового мультиметра . Также можно замерить потребляемый модулем ток. Если ток потребления превышает типовой, то скорее всего модуль неисправен.
О том, как проверить исправность ИК-приёмника с помощью блока питания , мультиметра и пульта ДУ читайте .
Как видим, приёмники ИК-сигналов, используемые в системах дистанционного управления по инфракрасному каналу, имеют достаточно изощрённое устройство. Данные фотоприёмники часто используют в своих самодельных устройствах любители микроконтроллерной техники.
Одноканальный модуль приемника с реле, для срабатывания от любого стандартного инфракрасного пульта, обеспечивает дистанционное управление любой нагрузкой по невидимому ИК каналу . Проект основан на микроконтроллере PIC12F683, а TSOP1738 используется в качестве инфракрасного приемника. Микроконтроллер декодирует серийный проект данных RC5, поступающих от TSOP1738 и обеспечивает управление выходом если данные действительны. На выходе могут быть установлены различные необходимые состояния с помощью перемычки на плате (J1). На печатной плате имеются 3 светодиода: индикатор питания, наличие передачи и срабатывание реле. Эта схема работает с любым RC5 пультом от телевизора, центра и так далее.
Особенности работы схемы
- Питание приемника 7-12В DC
- Ток потребления приемника до 30 мА
- Радиус действия до 10 метров
- RC5 протокол сигнала
- Размеры платы 60 x 30 мм
Хотя в последнее время стало модным использовать радиоканал , в том числе Блютус , самостоятельно изготовить такую аппаратуру совсем не просто. К тому же радиоволны подвержены помехам, да и перехватить их элементарно. Поэтому ИК сигнал в некоторых случаях будет предпочтительнее. Прошивку, рисунки печатных плат и полное описание на английском —
Среди устройств, предназначенных для дистанционного управления и контроля, устройства, использующие инфракрасное (ИК) излучение, занимают давнее и почетное место.
Например, первые пульты дистанционного управления на инфракрасных лучах появились в 1974 году благодаря фирмам Grundig и Magnavox, которые выпустили первый телевизор, оснащенный таким управлением. Датчики, использующие ИК-излучение, широко используются в автоматике.
Основным преимуществом устройств управления на ИК-лучах является их низкая чувствительность к электромагнитным помехам, а также то, что эти устройства сами не создают помех другим электронным устройствам. Как правило, ИК дистанционное управление ограничивается жилым или производственным помещением, а излучатель и приемник ИК излучения должны находиться в прямой видимости и быть направленными друг на друга.
Эти свойства определяют основную сферу применения рассматриваемых устройств – дистанционные управление бытовыми приборами и устройствами автоматики на небольших расстояниях, а также там, где требуется бесконтактное обнаружение пересечения линии прямолинейного распространения излучения.
Даже на заре своего возникновения устройства на ИК лучах были весьма просты в разработке и применении, в настоящее же время при использовании современной электронной базы такие устройства стали еще проще и надежнее. Как нетрудно заметить, даже мобильные телефоны и смартфоны оснащаются ИК-портом для связи и управления бытовой техникой по ИК-каналу, несмотря на широкое применение беспроводных технологий, таких как Bluetooth и Wi-Fi.
Компания Мастер Кит предлагает несколько модулей, работающих с использованием ИК-излучения, предназначенных для применения в проектах DIY.
Рассмотрим три устройства разной степени сложности и назначения. Для удобства основные характеристики всех устройств сведены в таблицу, расположенную в конце обзора.
- Инфракрасный барьер предназначен для применения в качестве датчика охранных систем, при спортивных соревнованиях в качестве фотофиниша, а также для дистанционного управления устройствами автоматики на расстоянии до 50 метров.
Устройство состоит из двух модулей – передатчика и приемника. Передатчик собран на сдвоенном интегральном таймере NE556 и формирует прямоугольные импульсы с заполнением частотой 36 кГц. Таймер имеет достаточно мощный токовый выход для того, чтобы непосредственно управлять подключенными к нему инфракрасными светодиодами.
Одиночным аналогом NE556 является знаменитый интегральный таймер NE555, который вот уже много десятков лет верой и правдой служит целой армии радиолюбителей для разработки электронных устройств. Изучить таймер на примерах 20 электронных схем, разработанных на основе этого таймера, можно с помощью набора-конструктора «Классика схемотехники» их серии Азбука электронщика. При сборке схем даже не потребуется паяльник; все они собираются на беспаечной макетной плате.
Излученный сигнал принимается приемником, основой которого является специализированная микросхема, детектируется пиковым детектором и поступает на усилитель тока на транзисторе, к которому подключено реле, позволяющее коммутировать ток до 10А.
Инфракрасный барьер, несмотря на простоту, является достаточно чувствительным устройством, и позволяет работать как на «просвет», так и на «отражение» и требует изготовления бленд для передатчика и приемника, устраняющих влияние переотраженных сигналов.
Пример применения инфракрасного барьера совместно с набором «Цифровая лаборатория» из уже упомянутой серии Азбука электронщика можно посмотреть .
- – это выключатель освещения с управлением от любого пульта дистанционного управления на инфракрасных лучах.
Модуль позволяет управлять освещением или другими электроприборами, используя любую кнопку пульта ДУ.
Как правило, на каждом пульте ДУ есть редко используемые или вовсе не используемые кнопки. Применив этот выключатель, вы сможете включать и выключать люстру, вентилятор и т.п. с того же пульта ДУ, с которого вы управляете телевизором или музыкальным центром.
При подаче питания модуль в течение 10 секунд «ждет» получения сигнала, соответствующего выбранной кнопке пульта, и по истечению этого времени «запоминает» нажатую кнопку. После этого для срабатывания реле модуля достаточно один раз нажать эту кнопку, при повторном нажатии реле выключится. Таким образом, реализуется режим управления типа «триггер». Модуль остается запрограммированным даже при отключении его питания.
Следует отметить, что модуль «помнит» свое последнее состояние при отключении питания.
В устройстве предусмотрен режим автоматического отключения нагрузки примерно через 12 часов после ее включения на случай, если нагрузку забыли выключить.
Реле модуля может коммутировать мощность до 1500 Вт.
- Комплект беспроводного управления по ИК-каналу имеет собственный пульт ДУ с 4-мя кнопками и 4 канала управления по 2000 Вт каждый.
Каждый из 4-х каналов дистанционного управления работает в режиме «кнопка», т.е. реле канала замкнуто, пока нажата соответствующая кнопка на пульте ДУ.
С помощью модуля можно организовать реверсивное управление двумя коллекторными электродвигателями, поскольку каждое реле имеет один нормально замкнутый (NC) и один нормально разомкнутый (NO) контакты с общим проводом.
Для удобства использования каждый канал оснащен светодиодом, индицирующим включение реле.
Пульт комплекта питается от элемента CR2032.
Управление нагрузкой с большей мощностью для всех рассмотренных устройств можно осуществить с помощью модулей расширения:
До 4000 Вт: подойдет модуль расширения ;
До 8000 Вт: подойдет модуль расширения .
Модули с инфракрасным управлением
Артикул | Название | Напряжение питания | Число каналов управления | Максимальная мощность нагрузки одного канала, Вт | Примеры применения |
Инфракрасный барьер | 12В постоянный | Охранные устройства; спортивные соревнования; робототехника; устройства автоматики |
|||
Выключатель освещения | 12В постоянный; 220В переменный | Управление освещением, вентиляцией, отоплением |
|||
Комплект беспроводного управления | 12В постоянный | Реверсивное управление коллекторными двигателями; 4-х канальное управление бытовыми приборами |
В данной статье приводится схема устройства для дистанционного управления освещением. Данный прибор очень удобен, поскольку позволяет управлять, например, освещением в комнате не вставая с кресла. Наличие контроллера позволяет использовать для управления ИК-протокол RC5 и любые комбинации кнопок ПДУ.
Устройство состоит из бестрансформаторного блока питания, микроконтроллера, ИК приёмника. Силовая часть выполнена на реле. Мозгом всей конструкции является микроконтроллер PIC12F675. Он считывает принимаемый фотоприёмником TSOP1736 ИК-сигнал, декодирует его и управляет через транзистор VT1 реле Р1, которое в свою очередь коммутирует источник света. Выбор типа реле зависит от мощности нагрузки и напряжения его питания. В качестве VD2 можно применить КД208. Для индикации работы используется маломощный светодиод HL1 c токоограничивающим резистором R2. Номинал резистора R2 рассчитывается исходя из падения напряжения на HL1 и рабочего тока. Опять же, исходя из минимизации энергопотребления, был взят резистор номиналом побольше. SB1 — малогабаритная кнопка. Она необходима для записи ИК команды в память контроллера любой не используемой кнопки ИК пульта и индикации включения ламп.
После монтажа схемы печатную плату необходимо обязательно промыть спиртом и высушить. Не вставляя контроллера в панель, проверяют необходимые напряжения питания. Если все нормально, снимают напряжение и вставляют ранее запрограммированный микроконтроллер. Снова подают напряжение питания и нажимают на кнопку SB1, схема готова к приему ИК кода. Далее нажимают на любую неиспользуемую кнопку пульта, должен засветиться светодиод HL1 (команда принята и дешифрирована) и сразу же опять нажимаем на SB1 – код команды записан в память контроллера. Промежуток между включением светодиода и нажатие кнопки для записи кода должен быть небольшим. Все. Теперь, при нажатий выбранной вами кнопки, должен будет включаться и выключаться свет.
Внимание! Поскольку в схеме использован бестрансформаторный блок питания, то прикосновение к любой части схемы может вызвать поражение электрическим током. Все подключения можно проводить, только убедившись, что оба питающих провода отключены от устройства.
Собрав JDM программатор, приступаем к поискам какой-либо несложной для повторения схемы. Довольно часто это бывают банальные мигалки на светодиоде или часы на LED индикаторах, но первый вариант практического применения почти не имеет, а второй нередко не подходит не потому, что нежелателен, а потому, что радиолюбитель, особенно начинающий или проживающий в глубинке, не всегда располагает нужными компонентами (например, кварцевым резонатором или LED индикаторми).
В предлагаемой ниже схеме, взятой с сайта Железо-off (http://aes.at.ua/publ/31-1-0-61), используются более доступные элементы.
Фотодатчик TSOP1738 был заменён мной на TSOP1736, но можно поэкспериментировать и с аналогичными деталями, снятыми с неисправной аппаратуры.
Микроконтроллеры, указанные в схеме, прошиваются разными прошивками - оба варианта прошивок можно скачать с упомянутого выше сайта.
Реле можно использовать любое на напряжение обмотки 12 вольт.
Немного об остальных деталях, поскольку на схеме номиналы некоторых из них читаются не очень хорошо:
C1 - 220 мкФ 25 В;
C2 - 220 мкФ, не менее 10 В;
C3 - 0,1 мкФ (тут в схему автора вкралась опечатка - следующий конденсатор, электролитический, должен иметь порядковый номер 4);
C4 - 4,7 мкФ 10 В;
R1 - 330 Ом;
R2 - 1K;
R3 - 4,7 K;
Т1 - BC547, КТ315 или другие аналогичные транзисторы структуры N-P-N;
LED - светодиод любого типа и понравившегося цвета;
D1 - 1N4148, 1N4007 или аналоги;
Кнопка - без фиксации.
Стабилизатор - любой на 5 вольт.
