ИК управление с импульсным кодированием (8 команд)

На рис. 9.1 представлена структурная схема, объясняющая принцип действия передатчика. Светодиоды (LED), излучающие в ИК диапазоне, получают питание от мультивибратора (MB), который вырабатывает импульсы с частотой следования 5 кГц. MB модулирует передаваемое излучение, что позволяет отделить его при приеме от окружающих световых помех.

В свою очередь, мультивибратор на 5 кГц модулируется частотой следования другого мультивибратора, которая значительно ниже 5 Гц. Она управляет включением/выключением MB на 5 кГц, на выходе которого формируются импульсные последовательности с паузами, соответствующими паузам низкочастотного MB.

Количество импульсных последовательностей мультивибратора на 5 кГц можно определить при совместном использовании пятигерцевого MB и счетчика-декодера. Он считает последовательные импульсы по 5 Гц и запускает (переводит в состояние 1) сначала свой выход № 1, затем № 2 и т.д. «Декодированные выходы» счетчика соединены с клавишным программирующим переключателем. Если, например, поставить этот переключатель на декодированный выход № 4, то команда остановки мультивибратора на 5 Гц будет запущена в начале четвертой импульсной последовательности. Это происходит настолько быстро, что на выходе передатчика получают только три первые последовательности.

В схеме приемника (рис. 9.2) после усиления и демодуляции восстанавливают импульсные последовательности, поступающие от мультивибратора на 5 Гц.

Таким образом, для запоминания числа полученных импульсных последовательностей и для запуска соответствующей команды (например, посредством симистора) достаточно иметь счетчик-декодер, который идентичен подобному устройству передатчика.

Для того чтобы отправить новую команду, необходимо прежде всего обнулить оба счетчика. Для передатчика сделать это очень просто: достаточно нажать на клавишу, воздействующую на вход разрешения работы счетчика. Одновременно выполняется команда запуска мультивибратора на 5 Гц, который в момент нажатия клавиши работает в непрерывном режиме.

Если теперь, не отпуская клавиши, поставить программирующий переключатель в новое положение, то передача «в непрерывном режиме» будет длиться до тех пор, пока схема временной задержки приемника не ответит обнулением счетчика-декодера. Если же отпустить клавишу на данном этапе, то оба счетчика-декодера (в схемах передачи и приема) начнут работу с одинакового нулевого положения и будут изменять свои состояния, как показано выше.

Схема передатчика

Медленный мультивибратор работает с двумя из четырех элементов ИЛИ-НЕ, которые содержит интегральная КМОП схема CD 4001 (или HEF 4001, 34001) - рис. 9.3. Третий из этих элементов служит переключателем, а четвертый остается неиспользованным. Выводы питания интегральных схем на данном рисунке не представлены. Вывод 14 подсоединен к источнику питания, вывод 7 - к «земле».

Интегральная схема NE555 (или СА 555 CG) используется для управления излучающим диодом ИК диапазона в качестве мультивибратора на 5 кГц. При этом ее выходной ток может достигать 200 мА. Типы моделей светодиода ИК диапазона имеют достаточно узкую диаграмму направленности, благодаря чему обеспечивается качественная концентрация излучаемой энергии. Однако при этом необходимо соблюдать точную ориентацию светодиода и фотоприемника.

Хотя даже один единственный светодиод способен обеспечить достаточную для использования в бытовых приложениях дальность действия, для передатчика она может быть увеличена (без повышения потребления энергии) за счет последовательного включения нескольких (до пяти) излучающих диодов. Таким образом, при присоединении очередного диода следует уменьшать номинал резистора R5 приблизительно на 8 Ом.

Выходная цепь содержит подстроечный резистор R4, позволяющий настроить частоту второго мультивибратора на частоту избирательного фильтра приемника.

На рис. 9.4 показаны печатная плата передатчика и ее обратная сторона с установленными компонентами схемы передатчика. Печатная плата, занимающая достаточно небольшое место, была разработана с учетом габаритов корпуса Teko Р/2, в котором наряду с ней находятся кнопка включения, прерыватель, переключатель, а также небольшая батарейка на 9 В. На рис. 9.5 представлен внешний вид передатчика, схема которого показана на рис. 9.3.

Несмотря на то что потребление тока передатчиком составляет 100-200 мА, для обеспечения питания будет достаточно небольшой батарейки, поскольку устройство можно отключать после каждого выполнения команды.

Предпочтительно впаять излучающий диод на сторону печати схемы и расположить эту схему около одной из боковых стенок корпуса, просверлив в ней отверстие напротив диода.

Элементы схем, представленных на рис. 9.3 и 9.4 (передатчик устройства дистанционного управления):

• С1: 22 нФ, пленочный;
• С2: 4,7 нФ, керамический или пленочный;
• СЗ: 15 мкФ, 15 В, электролитический;
• R1: 4,7 МОм;
• R2: 15 кОм;
• R3: 270 Ом;
• R4: 22 кОм, подстроечный;
• R5: 47 Ом, 1 Вт;
• R6: 2,7 кОм;
• интегральная КМОП схема:
• CD 4011 и CD 4017;
•  интегральная схема мультивибратора: NE 555;
• вращающийся переключатель на восемь положений;
• диод ИК диапазона: LD 271, CQY 37, CQW 89 В или подобные.

Схема приемника

Для бытовых приложений в схеме приема предпочтительно использовать фототранзистор с широким угловым полем. Однако если передача ведется все время вдоль одной оси, то модели с узким угловым полем позволят обеспечить большую дальность действия.

В схеме, представленной на рис. 9.6, за фототранзистором Т1 следует сдвоенный операционный усилитель (ОУ) TL 082 СР. На первом ОУ собран активный полосовой фильтр, настроенный приблизительно на 5 кГц. После демодуляции и фильтрации второй ОУ вступает в действие в качестве триггера Шмитта, формирующего импульсы для запуска счетчика. Цепь временной задержки (рис. 9.2) состоит из конденсатора С7 и резистора R12. Диод D3, подключенный к выводам R12, работает так, чтобы упомянутая задержка имела место только на подъеме сигнала. Но когда выход триггера возвращается в нулевое состояние, конденсатор С7 мгновенно заряжается диодом D3 так, что команда «перезапуск» (reset) интегральной схемы CD 4017 вскоре снимается.

Фоновое освещение вызывает в фототранзисторе электрическое напряжение помех, которое ограничивает полезную чувствительность приемника. Поэтому лучше всего расположить приемник таким образом, чтобы свести к минимуму внешнюю засветку его от источника света или дневного освещения. В противном случае вероятно, что из-за помех счетчик будет продолжать вести отсчет хаотически, если только такие условия работы не приведут к постоянному его обнулению. Если ни соответствующая ориентация устройства, ни конус из черной бумаги, расположенный над фототранзистором, не спасут положения, можно прибегнуть к уменьшению сопротивления резистора R1 (при необходимости до 2 кОм), но в этом случае снижается чувствительность приемника и дальность действия сводится к расстоянию 2-3 м. И наоборот, работая при достаточном затемнении, можно увеличить чувствительность и дальность действия, увеличивая сопротивление резистора R1 до 47 или 100 кОм.

Заменив R1 колебательным контуром, представленным на рис. 9.7, даже в условиях достаточно интенсивного окружающего освещения можно добиться еще более высокой чувствительности.

Этот контур состоит из стирофлексного конденсатора СА и катушки, выполненной на ферритовом стержне размером 18x11 мм из материала 3 HI (RTC), N22 или N28 (Siemens). Если удельная индуктивность стержня составляет 400 нГн/количество витков2, то следует выполнить 200 + 350 витков (из проволоки диаметром 0,15 мм с эмалевым покрытием). При удельной индуктивности AL = 315 нГн/ко-личество витков2 необходимо намотать большее количество витков (225 + 400). При получении резонансной частоты, лежащей в диапазоне 4,7-5,3 кГц, с добротностью, приблизительно равной 100, и сопротивлением около 50 кОм в точке подсоединения эмиттера транзистора Т1 можно использовать и другие значения индуктивности L1 и емкости СА. Применение LC-фильтра увеличит чувствительность приемника до степени, при которой становится возможным прием через отражение от потолка, если снабдить передатчик несколькими диодами И К диапазона.

Элементы схем, показанных на рис. 9.7 и 9.8 (приемник устройства дистанционного управления):

• CI, С2: 100 нФ, пленочный;
• СЗ: 22 нФ, керамический или пленочный;
• С4: 10 нФ, керамический или пленочный;
• С5: 47 нФ, керамический или пленочный;
• С6: 220 нФ, танталовый или пленочный;
• С7: 100 нФ, пленочный;
• С8: 22 мкФ, электролитический;
• D1, D2, D3: 1 N 4148 или эквивалентные;
• R1: 27 кОм;
• R2: 680 кОм;
• R3: 1 МОм;
• R4: 150 Ом;
• R5: 330 кОм;
• R6: 120 кОм;
• R7: 330 кОм;
• R8, R9: 5,6 кОм;
• R10: 47 кОм;
• R11: 330 кОм;
• R12: 4,7 МОм;
• R13: 82 Ом;
• Т1: фототранзистор BP 103, BPW 14 В, BPW 22 А или подобные;
• сдвоенный операционный усилитель TL 082 CP;
• интегральная схема КМОП: CD 4017.

На плате, представленной на рис. 9.8, предусмотрено место для LC-фильтра.

Если удовлетворяет вариант с резистором (рис. 9.6), достаточно снять конденсатор СА, а также заменить L1 на R1 между эмиттером транзистора Т1 и «землей». Можно заметить, что между двумя неиспользуемыми выводами ИС CD 4017 проходит печатный проводник, поэтому пайка должна быть аккуратной, без наплывов олова. Размеры платы подобраны в соответствии с размерами корпуса Teko Р/2, который также вмещает цепи нагрузки (симистор) и питания, описанные выше.

Настройка частоты (резистор R4, рис. 9.3) может производиться путем поиска максимума отклонения универсального измерительного прибора, подключенного к выходам С4 (рис. 9.6). Следует удалить передатчик на такое расстояние, при котором упомянутый прибор показывает напряжение не более 1 В, поскольку в противном случае приемник может быть перенасыщен.

Литература:  2003 · Инфракрасные лучи в электронике. Шрайбер Г