Nelle apparecchiature elettroniche domestiche, i ricevitori a infrarossi integrati sono ampiamente utilizzati. In un altro modo, sono anche chiamati moduli IR.
Possono essere trovati in qualsiasi dispositivo elettronico che può essere controllato con un telecomando.
Ad esempio, un ricevitore IR sul circuito stampato di un televisore.
Nonostante l'apparente semplicità di questo componente elettronico, si tratta di un circuito integrato specializzato progettato per ricevere un segnale a infrarossi dai telecomandi (RC). Di norma, un ricevitore IR ha almeno 3 pin. Un pin è comune e si collega a meno «-» Alimentazione elettrica ( GND), l'altro funge da positivo «+» conclusione ( Vs), e il terzo è l'uscita del segnale ricevuto ( Fuori).
A differenza di un fotodiodo a infrarossi convenzionale, un ricevitore IR può ricevere ed elaborare un segnale a infrarossi, ovvero impulsi IR di una frequenza fissa e una certa durata: una raffica di impulsi. Questa soluzione tecnologica elimina gli allarmi accidentali che possono essere causati da radiazioni di fondo e interferenze da altri dispositivi che emettono nel raggio dell'infrarosso.
Ad esempio, le lampade fluorescenti con reattori elettronici possono interferire notevolmente con un ricevitore a infrarossi. È chiaro che l'uso di un ricevitore IR invece di un fotodiodo IR convenzionale non funzionerà, perché il modulo IR è un microcircuito specializzato, affilato per esigenze specifiche.
Per comprendere il principio di funzionamento del modulo IR, diamo un'occhiata più da vicino alla sua struttura utilizzando uno schema a blocchi.
Il microcircuito del ricevitore IR include:
fotodiodo PIN
Amplificatore regolabile
Filtro passa banda
Rilevatore di ampiezza
Filtro integratore
Dispositivo di soglia
fotodiodo PINÈ una specie di fotodiodo, in cui tra le aree n e P si trova una regione del proprio semiconduttore ( i-regione ). La regione di un semiconduttore intrinseco è, infatti, uno strato di puro semiconduttore senza impurezze introdotte al suo interno. È questo strato che conferisce al diodo PIN le sue proprietà speciali. A proposito, i diodi PIN (non i fotodiodi) sono utilizzati attivamente nell'elettronica a microonde. Dai un'occhiata al tuo cellulare, utilizza anche un diodo PIN.
Ma torniamo al fotodiodo PIN. Nello stato normale, nessuna corrente scorre attraverso il fotodiodo PIN, poiché è incluso nel circuito nella direzione opposta (nella cosiddetta polarizzazione inversa). Poiché sotto l'influenza della radiazione infrarossa esterna in i-regioni sorgono coppie elettrone-lacuna, quindi, di conseguenza, una corrente inizia a fluire attraverso il diodo. Questa corrente viene quindi convertita in tensione e fornita a amplificatore regolabile.
Quindi il segnale dall'amplificatore regolabile va a filtro passa banda... Serve come protezione contro le interferenze. Il filtro passa-banda è sintonizzato su una frequenza specifica. Quindi nei ricevitori IR si utilizzano principalmente filtri passa-banda, sintonizzati su una frequenza di 30; 33; 36; 36,7; 38; 40; 56 e 455kHz. Affinché il segnale emesso dal telecomando possa essere ricevuto dal ricevitore IR, deve essere modulato con la stessa frequenza su cui è sintonizzato il filtro passabanda del ricevitore IR. Ecco come appare, ad esempio, un segnale modulato da un diodo ad infrarossi che emette (vedi figura).
Ed ecco come appare il segnale all'uscita del ricevitore IR.
Va notato che la selettività del filtro passa-banda è bassa. Pertanto, un modulo IR con un filtro da 30 kilohertz può facilmente ricevere un segnale con una frequenza di 36,7 kilohertz o più. Tuttavia, in questo caso, la distanza di ricezione sicura è notevolmente ridotta.
Dopo che il segnale è passato attraverso il filtro passa banda, passa a rilevatore di ampiezza e filtro integratore... È necessario un filtro integratore per sopprimere brevi raffiche singole nel segnale che possono essere causate dal rumore. Quindi il segnale va a dispositivo di soglia e poi su transistor di uscita.
Per un funzionamento stabile del ricevitore, il guadagno dell'amplificatore variabile è controllato dal sistema di controllo automatico del guadagno ( AGC). Poiché il segnale utile è un burst di impulsi di una certa durata, a causa dell'inerzia dell'AGC, il segnale ha il tempo di attraversare il percorso di amplificazione e il resto dei nodi del circuito.
Nel caso in cui la durata della raffica di impulsi sia eccessiva, il sistema AGC viene attivato e il ricevitore smette di ricevere il segnale. Questa situazione può verificarsi quando il ricevitore IR è illuminato da una lampada fluorescente con reattore elettronico, che funziona a frequenze di 30-50 kilohertz. In questo caso, la radiazione infrarossa modulata del vapore di mercurio proveniente dalla lampada può passare il filtro passa-banda protettivo del fotorilevatore e attivare l'AGC. Naturalmente, in questo caso, la sensibilità del ricevitore IR diminuisce.
Pertanto, non sorprenderti se il fotorilevatore della TV non riceve bene i comandi dal telecomando. Forse è semplicemente disturbato dall'illuminazione delle lampade fluorescenti.
Regolazione automatica della soglia ( ARP) svolge la stessa funzione di AGC, controllando la soglia del dispositivo di soglia. ATM imposta il livello della soglia in modo tale da ridurre il numero di falsi impulsi all'uscita del modulo. In assenza di un segnale utile, il numero di falsi impulsi può raggiungere i 15 al minuto.
La forma del corpo del modulo IR aiuta a focalizzare la radiazione ricevuta sulla superficie sensibile del fotodiodo. Il materiale del corpo trasmette radiazioni con una lunghezza d'onda da 830 a 1100 nm. Pertanto, nel dispositivo è implementato un filtro ottico. Per proteggere gli elementi del ricevitore dall'influenza di campi elettrici esterni, nel modulo è installato uno schermo elettrostatico. La foto mostra i moduli IR del marchio HS0038A2 e TSOP2236... Per confronto, i normali fotodiodi IR sono mostrati accanto a KDF-111V e FD-265.
Ricevitori IR
Come verificare se il ricevitore IR funziona correttamente?
Poiché il ricevitore di segnali IR è un microcircuito specializzato, per verificarne in modo affidabile la funzionalità, è necessario applicare una tensione di alimentazione al microcircuito. Ad esempio, la tensione di alimentazione nominale per i moduli IR "alta tensione" della serie TSOP22 è di 5 volt. La corrente consumata è in unità di milliampere (0,4 - 1,5 mA). Quando si collega l'alimentazione al modulo, tenere in considerazione il pinout.
In uno stato in cui un segnale non viene fornito al ricevitore, così come nelle pause tra raffiche di impulsi, la tensione alla sua uscita (senza carico) è praticamente uguale alla tensione di alimentazione. La tensione di uscita tra il terminale comune (GND) e il terminale di uscita del segnale può essere misurata con un multimetro digitale. È inoltre possibile misurare la corrente consumata dal modulo. Se il consumo di corrente supera quello tipico, molto probabilmente il modulo è difettoso.
Leggi come verificare la funzionalità del ricevitore IR utilizzando un alimentatore, un multimetro e un telecomando.
Come puoi vedere, i ricevitori a infrarossi utilizzati nei sistemi di controllo remoto a infrarossi hanno un dispositivo piuttosto sofisticato. Questi fotorivelatori sono spesso utilizzati nei loro dispositivi fatti in casa dagli amanti della tecnologia dei microcontrollori.
Un modulo ricevitore a un canale con un relè, per il funzionamento da qualsiasi telecomando a infrarossi standard, consente il controllo remoto di qualsiasi carico tramite un canale IR invisibile. Il progetto si basa sul microcontrollore PIC12F683 e il TSOP1738 viene utilizzato come ricevitore a infrarossi. Il microcontrollore decodifica il progetto di dati seriali RC5 proveniente dal TSOP1738 e controlla l'uscita se i dati sono validi. L'uscita può essere impostata sui vari stati richiesti utilizzando un ponticello sulla scheda (J1). Sul PCB sono presenti 3 LED: indicatore di alimentazione, presenza trasmissione e attivazione relè. Questo circuito funziona con qualsiasi telecomando RC5 da TV, centro e così via.
Caratteristiche dello schema
- Alimentazione ricevitore 7-12V DC
- Consumo di corrente del ricevitore fino a 30 mA
- Raggio d'azione fino a 10 metri
- Protocollo segnale RC5
- Dimensioni scheda 60 x 30 mm
Sebbene di recente sia diventato di moda utilizzare un canale radio, incluso il Bluetooth, non è affatto facile realizzare tali apparecchiature da soli. Inoltre, le onde radio sono suscettibili alle interferenze, ed è elementare intercettarle. Pertanto, in alcuni casi sarà preferibile il segnale IR. Firmware, disegni PCB e descrizione completa in inglese -
Tra i dispositivi progettati per il controllo e il monitoraggio a distanza, i dispositivi che utilizzano la radiazione infrarossa (IR) hanno un posto lungo e onorevole.
Ad esempio, i primi telecomandi a infrarossi sono apparsi nel 1974 grazie alle aziende Grundig e Magnavox, che hanno rilasciato il primo televisore dotato di tale controllo. I sensori a infrarossi sono ampiamente utilizzati nell'automazione.
Il vantaggio principale dei dispositivi di controllo a infrarossi è la loro bassa sensibilità alle interferenze elettromagnetiche, nonché il fatto che questi stessi dispositivi non interferiscono con altri dispositivi elettronici. In genere, il telecomando a infrarossi è limitato a locali residenziali o industriali e l'emettitore e il ricevitore di radiazioni infrarosse devono essere in linea di vista ed essere diretti l'uno verso l'altro.
Queste proprietà determinano il principale campo di applicazione dei dispositivi considerati: il controllo remoto di elettrodomestici e dispositivi di automazione a breve distanza, nonché laddove è richiesto il rilevamento senza contatto dell'intersezione della propagazione lineare della radiazione.
Anche agli albori della loro comparsa, i dispositivi che utilizzavano i raggi infrarossi erano molto semplici da sviluppare e utilizzare, ma al momento, quando si utilizza una moderna base elettronica, tali dispositivi sono diventati ancora più semplici e affidabili. Come si vede, anche i cellulari e gli smartphone sono dotati di una porta ad infrarossi per la comunicazione e il controllo degli elettrodomestici tramite infrarossi, nonostante l'uso diffuso di tecnologie wireless come Bluetooth e Wi-Fi.
Master Kit offre diversi moduli a infrarossi per progetti fai-da-te.
Considera tre dispositivi di vari gradi di complessità e scopo. Per comodità, le caratteristiche principali di tutti i dispositivi sono riassunte nella tabella a fine recensione.
- La barriera a infrarossi è destinata all'uso come sensore per sistemi di sicurezza, per competizioni sportive come fotofinish, nonché per il controllo remoto di dispositivi di automazione a una distanza fino a 50 metri.
Il dispositivo è composto da due moduli: un trasmettitore e un ricevitore. Il trasmettitore è montato su un doppio timer integrale NE556 e forma impulsi rettangolari con una frequenza di riempimento di 36 kHz. Il timer ha un'uscita di corrente sufficientemente potente per controllare direttamente i LED infrarossi ad esso collegati.
Un singolo analogo di NE556 è il famoso timer integrale NE555, che da molti decenni serve un intero esercito di radioamatori per lo sviluppo di dispositivi elettronici. Puoi studiare il timer su esempi di 20 circuiti elettronici sviluppati sulla base di questo timer usando il set-costruttore "Classics of Circuit Engineering" della loro serie ABC. Quando si assemblano i circuiti, non è nemmeno necessario un saldatore; sono tutti assemblati su una breadboard senza saldatura.
Il segnale emesso viene ricevuto da un ricevitore basato su un microcircuito specializzato, rilevato da un rilevatore di picco e alimentato a un amplificatore di corrente a transistor, a cui è collegato un relè, che consente la commutazione di corrente fino a 10A.
La barriera ad infrarossi, nonostante la sua semplicità, è un dispositivo piuttosto sensibile, e le permette di funzionare sia per "trasmissione" che per "riflessione" e richiede la realizzazione di cappe per il trasmettitore e il ricevitore, eliminando l'influenza dei segnali riflessi.
Si può vedere un esempio di utilizzo di una barriera a infrarossi in combinazione con il set "Laboratorio digitale" della già citata serie ABC di ingegneri elettronici.
- È un interruttore della luce comandato da un qualsiasi telecomando a infrarossi.
Il modulo consente di controllare l'illuminazione o altri apparecchi elettrici utilizzando qualsiasi pulsante del telecomando.
In genere, ogni telecomando ha pulsanti utilizzati raramente o non utilizzati affatto. Usando questo interruttore, puoi accendere e spegnere il lampadario, il ventilatore, ecc. dallo stesso telecomando da cui controlli la TV o il centro musicale.
Quando viene applicata l'alimentazione, il modulo "aspetta" per 10 secondi di ricevere un segnale corrispondente al pulsante selezionato sul telecomando e, trascorso questo tempo, "ricorda" il pulsante premuto. Dopodiché, per attivare il relè del modulo, è sufficiente premere una volta questo pulsante; premendolo nuovamente, il relè si spegnerà. Pertanto, viene realizzata la modalità di controllo di tipo "trigger". Il modulo rimane programmato anche se viene tolta l'alimentazione.
Va notato che il modulo "ricorda" il suo ultimo stato quando l'alimentazione viene spenta.
Il dispositivo prevede una modalità di spegnimento automatico del carico circa 12 ore dopo l'accensione, nel caso in cui si dimentichi di spegnere il carico.
Il relè del modulo può commutare potenza fino a 1500 W.
- Il set di controllo wireless a infrarossi ha un proprio telecomando con 4 pulsanti e 4 canali di controllo da 2000 W ciascuno.
Ciascuno dei 4 canali del telecomando opera in modalità "pulsante", ovvero il relè di canale viene chiuso mentre viene premuto il pulsante corrispondente sul telecomando.
Con l'aiuto del modulo, è possibile organizzare il controllo inverso di due motori del collettore, poiché ciascun relè ha un contatto normalmente chiuso (NC) e uno normalmente aperto (NO) con un filo comune.
Per facilità d'uso, ogni canale è dotato di un LED che indica l'attivazione del relè.
Il telecomando del kit è alimentato dall'elemento CR2032.
Il controllo del carico con potenza maggiore per tutti i dispositivi considerati può essere effettuato utilizzando moduli di espansione:
Fino a 4000 W: il modulo di espansione va bene;
Fino a 8000 W: il modulo di espansione funzionerà.
Moduli di controllo a infrarossi
codice venditore | Nome | Tensione di alimentazione | Numero di canali di controllo | Potenza di carico massima di un canale, W | Esempi di applicazioni |
Barriera a infrarossi | 12V CC | Dispositivi di sicurezza; competizioni sportive; robotica; dispositivi di automazione |
|||
Interruttore della luce | 12V CC; 220V variabile | Illuminazione, ventilazione, controllo del riscaldamento |
|||
Kit di controllo wireless | 12V CC | Controllo reversibile dei motori dei collettori; Controllo a 4 canali di elettrodomestici |
Questo articolo fornisce uno schema di un dispositivo per il controllo remoto dell'illuminazione. Questo dispositivo è molto comodo perché permette di controllare, ad esempio, l'illuminazione della stanza senza alzarsi dalla sedia. La presenza del controller permette di utilizzare il protocollo RC5 IR e qualsiasi combinazione di pulsanti del telecomando per il controllo.
Il dispositivo è costituito da un alimentatore senza trasformatore, un microcontrollore, un ricevitore IR. La sezione di potenza è realizzata su un relè. Il cervello dell'intera struttura è il microcontrollore PIC12F675. Legge il segnale IR ricevuto dal fotorilevatore TSOP1736, lo decodifica e controlla il relè P1 attraverso il transistor VT1, che a sua volta commuta la sorgente luminosa. La scelta del tipo di relè dipende dalla potenza del carico e dalla sua tensione di alimentazione. KD208 può essere utilizzato come VD2. Per indicare il funzionamento, viene utilizzato un LED HL1 a bassa potenza con un resistore di limitazione della corrente R2. Il resistore R2 viene calcolato in base alla caduta di tensione su HL1 e alla corrente di esercizio. Anche in questo caso, basandosi sulla riduzione al minimo del consumo energetico, è stata adottata una resistenza più grande. SB1 è un pulsante di piccole dimensioni. È necessario scrivere un comando IR nella memoria del controller di qualsiasi pulsante del telecomando IR inutilizzato e indicare che le lampade sono accese.
Dopo aver installato il circuito, il circuito stampato deve essere risciacquato con alcool e asciugato. Senza inserire il controller nel pannello, verificare le tensioni di alimentazione richieste. Se tutto è normale togliere la tensione e inserire il microcontrollore precedentemente programmato. Viene nuovamente applicata la tensione di alimentazione e viene premuto il pulsante SB1, il circuito è pronto a ricevere il codice IR. Quindi, premere qualsiasi pulsante inutilizzato sul telecomando, il LED HL1 dovrebbe accendersi (il comando viene accettato e decodificato) e premere immediatamente di nuovo SB1 - il codice di comando viene scritto nella memoria del controller. L'intervallo tra l'accensione del LED e la pressione del pulsante per scrivere il codice dovrebbe essere piccolo. Qualunque cosa. Ora, quando premi il pulsante di tua scelta, la luce dovrebbe accendersi e spegnersi.
Attenzione! Poiché il circuito utilizza un alimentatore senza trasformatore, toccare qualsiasi parte del circuito può causare scosse elettriche. Tutti i collegamenti possono essere effettuati solo dopo essersi assicurati che entrambi i cavi di alimentazione siano scollegati dal dispositivo.
Dopo aver assemblato il programmatore JDM, iniziamo a cercare uno schema semplice da ripetere. Abbastanza spesso, queste sono banali luci lampeggianti su un LED o un orologio su indicatori LED, ma la prima opzione non ha quasi alcuna applicazione pratica e la seconda spesso non è adatta non perché sia indesiderabile, ma perché un radioamatore, soprattutto un principiante o vivendo nell'entroterra, non sempre dispone dei componenti necessari (ad esempio, un risonatore al quarzo o indicatori LED).
Nello schema proposto di seguito, tratto dal sito Iron-off (http://aes.at.ua/publ/31-1-0-61), vengono utilizzati elementi più accessibili.
Il sensore fotografico TSOP1738 è stato sostituito da me con TSOP1736, ma puoi sperimentare con parti simili rimosse da hardware difettoso.
I microcontrollori indicati nello schema sono flashati con firmware diverso - entrambe le versioni firmware possono essere scaricate dal sito sopra.
Qualsiasi relè può essere utilizzato per una tensione di avvolgimento di 12 volt.
Un po 'del resto dei dettagli, poiché sul diagramma le denominazioni di alcuni di essi non si leggono molto bene:
C1 - 220 μF 25 V;
C2 - 220 μF, almeno 10 V;
C3 - 0,1 μF (qui un errore di stampa si è insinuato nel circuito dell'autore - il prossimo condensatore, elettrolitico, dovrebbe avere il numero di serie 4);
C4 - 4,7 μF 10 V;
R1 - 330 Ohm;
R2 - 1K;
R3 4.7K;
T1 - BC547, KT315 o altri transistor simili della struttura N-P-N;
LED - LED di qualsiasi tipo e colore ti piaccia;
D1 - 1N4148, 1N4007 o analoghi;
Pulsante - momentaneo.
Stabilizzatore: qualsiasi 5 volt.
