Receptoarele integrate de radiații infraroșii sunt utilizate pe scară largă în echipamentele electronice de uz casnic. Într-un alt fel, ele sunt numite și module IR.
Ele pot fi găsite în orice dispozitiv electronic care poate fi controlat cu ajutorul unei telecomenzi.
Iată, de exemplu, un receptor IR pe o placă de circuit TV.
În ciuda simplității aparente a acestei componente electronice, este un circuit integrat specializat conceput pentru a primi un semnal infraroșu de la telecomenzi. De regulă, un receptor IR are cel puțin 3 pini. Un pin este comun și este conectat la minus «-» alimente ( GND), celălalt servește drept pozitiv «+» ieșire ( Vs), iar al treilea este ieșirea semnalului primit ( Afară).
Spre deosebire de o fotodiodă în infraroșu convențională, un receptor IR poate primi și procesa un semnal infraroșu, care este un impuls IR cu o frecvență fixă și o anumită durată - o explozie de impulsuri. Această soluție tehnologică elimină activările aleatorii care pot fi cauzate de radiația de fond și interferența de la alte dispozitive care emit în domeniul infraroșu.
De exemplu, lămpile fluorescente cu balast electronic pot provoca interferențe puternice la receptorul de semnal IR. Este clar că utilizarea unui receptor IR în locul unei fotodiode IR convenționale nu va funcționa, deoarece modulul IR este un microcircuit specializat, adaptat nevoilor specifice.
Pentru a înțelege principiul de funcționare al modulului IR, să ne uităm la structura sa mai detaliat folosind o diagramă bloc.
Cipul receptorului IR include:
Fotodioda PIN
Amplificator reglabil
Filtru trece-bandă
Detector de amplitudine
Filtru de integrare
Dispozitiv de prag
Fotodioda PIN este un tip de fotodiodă în care între regiuni nȘi p există o regiune a propriului semiconductor ( i-zona ). Regiunea semiconductoare intrinsecă este în esență un strat de semiconductor pur fără impurități introduse în ea. Acest strat conferă diodei PIN proprietățile sale speciale. Apropo, diodele PIN (nu fotodiode) sunt utilizate în mod activ în electronica cu microunde. Aruncă o privire la telefonul tău mobil, folosește și o diodă PIN.
Dar, să revenim la fotodioda PIN. În stare normală, nu trece curent prin fotodioda PIN, deoarece este conectată la circuit în direcția opusă (în așa-numita polarizare inversă). Deoarece sub influența radiației infraroșii externe în i-zonele Apar perechi electron-gaură și, ca urmare, curentul începe să curgă prin diodă. Acest curent este apoi convertit în tensiune și furnizat către amplificator reglabil.
Apoi, semnalul de la amplificatorul reglabil merge la filtru trece-bandă. Acesta servește ca protecție împotriva interferențelor. Filtrul trece-bandă este reglat la o anumită frecvență. Astfel, receptoarele IR folosesc în principal filtre trece-bandă reglate la o frecvență de 30; 33; 36; 36,7; 38; 40; 56 și 455 kiloherți. Pentru ca semnalul emis de telecomandă să fie recepționat de receptorul IR, acesta trebuie modulat la aceeași frecvență la care este setat filtrul trece-bandă al receptorului IR. Acesta este, de exemplu, cum arată un semnal modulat de la o diodă emițătoare de infraroșu (vezi figura).
Și așa arată semnalul la ieșirea receptorului IR.
Este de remarcat faptul că selectivitatea filtrului trece-bandă este scăzută. Prin urmare, un modul IR cu un filtru de 30 kiloherți poate primi cu ușurință un semnal cu o frecvență de 36,7 kiloherți sau mai mult. Adevărat, în același timp, distanța de recepție fiabilă este redusă considerabil.
După ce semnalul a trecut prin filtrul trece-bandă, este trimis către detector de amplitudineȘi filtru integrator. Este necesar un filtru de integrare pentru a suprima exploziile scurte de semnal unic care pot fi cauzate de interferențe. Apoi, semnalul merge la dispozitiv de prag, și apoi mai departe tranzistor de ieșire.
Pentru o funcționare stabilă a receptorului, câștigul amplificatorului reglabil este controlat de un sistem automat de control al câștigului ( AGC). Deoarece semnalul util este un pachet de impulsuri de o anumită durată, datorită inerției AGC, semnalul are timp să treacă prin calea de amplificare și nodurile rămase ale circuitului.
În cazul în care durata unei explozii de impulsuri este excesivă, sistemul AGC este declanșat și receptorul nu mai primește semnalul. Această situație poate apărea atunci când receptorul IR este iluminat de o lampă fluorescentă cu un balast electronic care funcționează la frecvențe de 30 - 50 kiloherți. În acest caz, radiația infraroșie modulată a vaporilor de mercur ai lămpii poate trece prin filtrul de protecție trece-bandă al fotodetectorului și poate declanșa AGC. Desigur, sensibilitatea receptorului IR scade.
Prin urmare, nu trebuie să fii surprins când fotoreceptorul TV nu acceptă bine comenzile de la telecomandă. Poate că este pur și simplu deranjat de iluminarea lămpilor fluorescente.
Ajustare automată a pragului ( ARP) îndeplinește o funcție similară ca AGC, controlând pragul dispozitivului de prag. ARP stabilește nivelul pragului de răspuns în așa fel încât să reducă numărul de impulsuri false la ieșirea modulului. În absența unui semnal util, numărul de impulsuri false poate ajunge la 15 pe minut.
Forma corpului modulului IR ajută la focalizarea radiației primite pe suprafața sensibilă a fotodiodei. Materialul carcasei transmite radiații cu o lungime de undă de la 830 la 1100 nm. Astfel, dispozitivul implementează un filtru optic. Pentru a proteja elementele receptorului de câmpurile electrice externe, în modul este instalat un scut electrostatic. Fotografia prezintă module IR ale mărcii HS0038A2Și TSOP2236. Pentru comparație, în apropiere sunt afișate fotodiode IR convenționale. KDF-111VȘi FD-265.
Receptoare IR
Cum se verifică dacă receptorul IR funcționează corect?
Deoarece receptorul de semnal IR este un microcircuit specializat, pentru a verifica în mod fiabil funcționalitatea acestuia, este necesar să se aplice microcircuit cu tensiune de alimentare. De exemplu, tensiunea nominală de alimentare pentru modulele IR de „înaltă tensiune” din seria TSOP22 este de 5 volți. Consumul de curent este de câțiva miliamperi (0,4 - 1,5 mA). Când conectați alimentarea la modul, merită să luați în considerare pinout-ul.
Într-o stare în care receptorului nu este furnizat niciun semnal, precum și în pauzele dintre rafale de impulsuri, tensiunea la ieșire (fără sarcină) este aproape egală cu tensiunea de alimentare. Tensiunea de ieșire dintre pinul de masă (GND) și pinul de ieșire a semnalului poate fi măsurată folosind un multimetru digital. De asemenea, puteți măsura curentul consumat de modul. Dacă consumul de curent îl depășește pe cel tipic, atunci modulul este cel mai probabil defect.
Citiți despre cum să verificați funcționalitatea receptorului IR folosind o sursă de alimentare, un multimetru și o telecomandă.
După cum puteți vedea, receptoarele de semnal IR utilizate în sistemele de telecomandă cu infraroșu au un design destul de sofisticat. Acești fotodetectori sunt adesea folosiți de pasionații de tehnologie a microcontrolerelor în dispozitivele lor de casă.
Un modul receptor cu un singur canal cu un releu, care trebuie declanșat de orice telecomandă standard cu infraroșu, oferă control de la distanță a oricărei sarcini printr-un canal IR invizibil. Proiectul se bazează pe microcontrolerul PIC12F683 și TSOP1738 este folosit ca receptor infraroșu. Microcontrolerul decodifică datele de proiectare seriale RC5 care provin de la TSOP1738 și oferă control de ieșire dacă datele sunt valide. Ieșirea poate fi setată la diferite stări dorite folosind un jumper de pe placă (J1). Pe placa de circuit imprimat sunt 3 LED-uri: indicator de putere, prezență transmisie și activare releu. Acest circuit funcționează cu orice telecomandă RC5 pentru un televizor, centru etc.
Caracteristicile circuitului
- Alimentare receptor 7-12V DC
- Consumul de curent al receptorului de până la 30 mA
- Raza de actiune de pana la 10 metri
- Protocolul de semnal RC5
- Dimensiuni placa 60 x 30 mm
Deși a devenit recent la modă să folosești un canal radio, inclusiv Bluetooth, să faci singur astfel de echipamente nu este deloc ușor. În plus, undele radio sunt supuse interferențelor și este ușor să le interceptați. Prin urmare, semnalul IR va fi de preferat în unele cazuri. Firmware, desene de circuite imprimate și descriere completă în engleză -
Printre dispozitivele concepute pentru control și monitorizare de la distanță, dispozitivele care utilizează radiații infraroșii (IR) au un loc de lungă durată și onorabil.
De exemplu, primele telecomenzi cu infraroșu au apărut în 1974 datorită Grundig și Magnavox, care au lansat primul televizor echipat cu astfel de comenzi. Senzorii care utilizează radiații infraroșii sunt utilizați pe scară largă în automatizare.
Principalul avantaj al dispozitivelor de control IR este sensibilitatea lor scăzută la interferența electromagnetică și faptul că aceste dispozitive în sine nu interferează cu alte dispozitive electronice. De regulă, telecomanda IR este limitată la spațiile rezidențiale sau industriale, iar emițătorul și receptorul radiației IR trebuie să fie în linie directă de vedere și îndreptate unul spre celălalt.
Aceste proprietăți determină domeniul principal de aplicare al dispozitivelor în cauză - controlul de la distanță a aparatelor de uz casnic și a dispozitivelor de automatizare pe distanțe scurte, precum și acolo unde este necesară detectarea fără contact a intersecției liniei de propagare liniară a radiației.
Chiar și în zorii apariției lor, dispozitivele care foloseau raze IR erau foarte simplu de dezvoltat și de utilizat, dar în zilele noastre, odată cu utilizarea unei baze electronice moderne, astfel de dispozitive au devenit și mai simple și mai fiabile. După cum puteți vedea cu ușurință, chiar și telefoanele mobile și smartphone-urile sunt echipate cu un port în infraroșu pentru comunicarea și controlul aparatelor de uz casnic prin canalul infraroșu, în ciuda utilizării pe scară largă a tehnologiilor wireless precum Bluetooth și Wi-Fi.
Master Kit oferă mai multe module infraroșu concepute pentru a fi utilizate în proiecte de bricolaj.
Să luăm în considerare trei dispozitive cu diferite grade de complexitate și scop. Pentru comoditate, principalele caracteristici ale tuturor dispozitivelor sunt rezumate într-un tabel situat la sfârșitul recenziei.
- Bariera cu infraroșu este destinată utilizării ca senzor pentru sistemele de securitate, în timpul competițiilor sportive ca finisaj foto, precum și pentru controlul de la distanță a dispozitivelor de automatizare la o distanță de până la 50 de metri.
Dispozitivul este format din două module - un transmițător și un receptor. Transmițătorul este asamblat pe un temporizator integrat dublu NE556 și generează impulsuri dreptunghiulare cu o frecvență de umplere de 36 kHz. Cronometrul are o ieșire de curent suficient de puternică pentru a controla direct LED-urile cu infraroșu conectate la acesta.
Un singur analog al NE556 este faimosul cronometru integrat NE555, care a servit cu fidelitate o întreagă armată de radioamatori pentru dezvoltarea dispozitivelor electronice timp de multe decenii. Puteți studia temporizatorul folosind exemple de 20 de circuite electronice dezvoltate pe baza acestui temporizator folosind kitul de proiectare „Classics of Circuit Design” din seria lor ABC of an Electronics Engineer. La asamblarea circuitelor, nici nu ai nevoie de fier de lipit; toate sunt asamblate pe o placă de breadboard fără lipire.
Semnalul emis este primit de un receptor, a cărui bază este un microcircuit specializat, este detectat de un detector de vârf și merge la un amplificator de curent pe un tranzistor, la care este conectat un releu, care permite comutarea curentului de până la 10A.
Bariera cu infraroșu, în ciuda simplității sale, este un dispozitiv destul de sensibil și vă permite să lucrați atât cu „transmisie”, cât și cu „reflexie” și necesită fabricarea de hote pentru emițător și receptor, eliminând influența semnalelor reflectate.
Poate fi vizualizat un exemplu de utilizare a unei bariere în infraroșu în combinație cu setul „Digital Laboratory” din seria ABC deja menționată a unui inginer electronic.
- - Acesta este un comutator de lumină controlat de orice telecomandă cu infraroșu.
Modulul vă permite să controlați iluminatul sau alte aparate electrice folosind orice buton de pe telecomandă.
În mod obișnuit, fiecare telecomandă are butoane care sunt rar folosite sau nu sunt folosite deloc. Folosind acest comutator, puteți porni și opri un candelabru, un ventilator etc. de la aceeași telecomandă cu care vă controlați televizorul sau sistemul stereo.
Când este aplicată alimentarea, modulul „așteaptă” timp de 10 secunde pentru a primi un semnal corespunzător butonului selectat de pe telecomandă, iar după acest timp „își amintește” butonul apăsat. După aceasta, pentru a activa releul modulului, este suficient să apăsați acest buton o dată; atunci când este apăsat din nou, releul se va opri. Astfel, este implementat un mod de control de tip „declanșator”. Modulul rămâne programat chiar dacă alimentarea sa este oprită.
Trebuie remarcat faptul că modulul „își amintește” ultima stare atunci când alimentarea este oprită.
Dispozitivul are un mod de oprire automată a încărcăturii la aproximativ 12 ore după ce a fost pornit, în cazul în care ați uitat să opriți încărcătura.
Releul modulului poate comuta puterea de până la 1500 W.
- Setul de control fără fir IR are propria telecomandă cu 4 butoane și 4 canale de control de 2000 W fiecare.
Fiecare dintre cele 4 canale de telecomandă funcționează în modul „buton”, adică Releul canalului este închis în timp ce butonul corespunzător de pe telecomandă este apăsat.
Folosind modulul, este posibil să se organizeze controlul reversibil a două motoare electrice cu perii, deoarece fiecare releu are un contact normal închis (NC) și unul normal deschis (NO) cu un fir comun.
Pentru ușurință în utilizare, fiecare canal este echipat cu un LED care indică activarea releului.
Telecomanda setului este alimentată de un element CR2032.
Controlul sarcinii cu putere mai mare pentru toate dispozitivele luate în considerare poate fi realizat folosind module de expansiune:
Până la 4000 W: modulul de extensie va face;
Până la 8000 W: modulul de extensie va funcționa.
Module controlate cu infraroșu
Cod furnizor | Nume | Tensiunea de alimentare | Numărul de canale de control | Puterea maximă de încărcare a unui canal, W | Exemple de aplicații |
Bariera cu infraroșu | 12V constantă | Dispozitive de securitate; competiții sportive; robotică; dispozitive de automatizare |
|||
Intrerupator | 12V constanta; 220V AC | Iluminat, ventilatie, control incalzire |
|||
Kit de control fără fir | 12V constantă | Control reversibil al motoarelor cu comutator; Control pe 4 canale a aparatelor de uz casnic |
Acest articol oferă o diagramă a unui dispozitiv pentru controlul luminii de la distanță. Acest dispozitiv este foarte convenabil deoarece vă permite să controlați, de exemplu, iluminarea într-o cameră fără a vă ridica de pe scaun. Prezența unui controler vă permite să utilizați protocolul RC5 IR și orice combinație de butoane ale telecomenzii pentru control.
Dispozitivul constă dintr-o sursă de alimentare fără transformator, un microcontroler și un receptor IR. Partea de putere este formată dintr-un releu. Creierul întregului design este microcontrolerul PIC12F675. Citește semnalul IR primit de fotodetectorul TSOP1736, îl decodifică și controlează releul P1 prin tranzistorul VT1, care la rândul său comută sursa de lumină. Alegerea tipului de releu depinde de puterea sarcinii și de tensiunea de alimentare a acestuia. KD208 poate fi folosit ca VD2. Pentru a indica funcționarea, se folosește un LED de putere redusă HL1 cu un rezistor de limitare a curentului R2. Valoarea rezistorului R2 este calculată pe baza căderii de tensiune pe HL1 și a curentului de funcționare. Din nou, pe baza minimizării consumului de energie, a fost ales un rezistor mai mare. SB1 este un buton de dimensiuni mici. Este necesar pentru înregistrarea comenzilor IR în memoria controlerului oricărui buton al telecomenzii IR neutilizat și pentru a indica faptul că lămpile sunt aprinse.
După instalarea circuitului, placa de circuit imprimat trebuie spălată cu alcool și uscată. Fără a introduce controlerul în panou, verificați tensiunile de alimentare necesare. Dacă totul este în regulă, scoateți tensiunea și introduceți microcontrolerul programat anterior. Aplicați din nou tensiunea de alimentare și apăsați butonul SB1, circuitul este gata să primească codul IR. Apoi, apăsați orice buton nefolosit de pe telecomandă, LED-ul HL1 ar trebui să se aprindă (comanda a fost acceptată și decriptată) și apăsați imediat din nou SB1 - codul de comandă este scris în memoria controlerului. Intervalul dintre aprinderea LED-ului și apăsarea butonului pentru înregistrarea codului ar trebui să fie scurt. Toate. Acum, când apăsați butonul pe care l-ați selectat, lumina ar trebui să se aprindă și să se stingă.
Atenţie! Deoarece circuitul folosește o sursă de alimentare fără transformator, atingerea oricărei părți a circuitului poate provoca șoc electric. Toate conexiunile pot fi efectuate numai după ce vă asigurați că ambele fire de alimentare sunt deconectate de la dispozitiv.
După ce am asamblat programatorul JDM, începem să căutăm un circuit ușor de replicat. Destul de des acestea sunt lumini intermitente banale pe un LED sau un ceas pe indicatoare LED, dar prima opțiune nu are aproape nicio aplicație practică, iar a doua nu este adesea potrivită, nu pentru că nu este de dorit, ci pentru că un radioamator, mai ales un începător sau locuiește în interior, nu are întotdeauna componentele necesare (de exemplu, un rezonator cu cuarț sau indicatoare LED).
Schema propusă mai jos, preluată de pe site-ul Zhelezo-off (http://aes.at.ua/publ/31-1-0-61), folosește elemente mai accesibile.
Am înlocuit fotosenzorul TSOP1738 cu un TSOP1736, dar puteți experimenta piese similare scoase din echipamentele defecte.
Microcontrolerele indicate în diagramă sunt flash cu firmware diferit - ambele versiuni de firmware pot fi descărcate de pe site-ul menționat mai sus.
Puteți utiliza orice releu cu o tensiune de înfășurare de 12 volți.
Câteva despre detaliile rămase, deoarece valorile unora dintre ele nu sunt foarte clare în diagramă:
C1 - 220 µF 25 V;
C2 - 220 µF, cel puțin 10 V;
C3 - 0,1 μF (aici o greșeală de tipar s-a strecurat în diagrama autorului - următorul condensator, electrolitic, trebuie să aibă numărul de serie 4);
C4 - 4,7 µF 10 V;
R1 - 330 Ohm;
R2 - 1K;
R3 - 4,7 K;
T1 - BC547, KT315 sau alți tranzistori similari din structura N-P-N;
LED - LED de orice tip și culoare la alegere;
D1 - 1N4148, 1N4007 sau analogi;
Buton - fără fixare.
Stabilizator - orice 5 volți.
