Dálkové ovladače
Popis kódování
Základem dálkových ovladačů (DO) spotřební elektroniky (TV, video, Hi-Fi věž, zesilovače a pod.) je infračervený modulovaný signál, nejčastěji s nosnou frekvencí 36kHz nebo 56kHz. Přenosový protokol RC-5, navržený firmou Philips,
amplitudově klíčuje nosnou frekvenci podle logických hodnot informačního signálu. Samotný přenos je tak složen ze sekvence značek a mezer. Značka je 32 burstů nosné frekvence a mezera odpovídá šířce
značky, po dobu mezery se však nevysílá. Logická jednička je složena z mezery a pulsu, logická nula z pulsu a mezery, viz obr.1.
Přenos jednoho informačního bitu trvá 64 period nosné a v případě nosné 36kHz je tato doba 64*1/36000=1.78ms.
Každý povel protokolu RC-5 je složen ze 14 bitů (24.89ms pro 36kHz, 16ms pro 56kHz). Je-li tlačítko DO drženo déle než 114ms, je povel opakován po 89ms (pro 36kHz), t.j. s periodou 114ms dokud není tlačítko uvolněno. Pakliže je uvolněno v okamžiku přenosu povelu, je tento povel dokončen.
Význam bitů povelu je následující:
- 2 start bity - mají vždy hodnotu 1
- 1 toggle bit - mění svoji hodnotu s každým stiskem tlačítka. Tak je zajištěno právě jedno vyhodnocení v přijímači bez ohledu na počet přijmutých povelů z DO při delším držení tlačítka, kdy dochází k opakování vysílání po 114ms.
- 5 adresových bitů - jedním DO lze ovládat až 32 spotřebičů (2^5). Každému typu spotřebiče je přidělena pevná adresa (TV má 0, video 5 a pod.)
- 6 bitů povelu - každému tlačítku je přidělen zpravidla jeden kód. Bohužel jsou normalizovány jen nejběžnější tlačítka (číslicím 0 až 9 odpovídá kód 0 až 9, stanby 12 a pod.). Kódování rozšířených funkcí je u různých výrobců odlišné.
V důsledku masivního rozšíření dálkově ovládané spotřební elektroniky dodává nyní mnoho výrobců již kompletní hybridní infrapřijímač v jedné součástce pod označením SFH506-36 (pásmová propust 36kHz), SFH506-56 (pásmová propust 56kHz) nebo SFH5110-36 (36kHz s tvarovačem) či SFH5110-38 (38kHz s tvarovačem) a pod.
Následující obr.2 zobrazuje průběh signálu protokolu RC-5 po demodulaci na výstupu SFH506 (IR demodulátor má výstup invertovaný vůči signálu, tedy značce odpovídá logická nula, mezeře naopak logická jednička - klidový stav).
Základní zapojení přijímačů
V dřívějších dobách bylo nutné IR přijímač realizovat z diskrétních součástek, neboť specializované součástky na trhu chyběly a málokdo tehdy předpokládal tak masové rozšíření DO. První pionýři používali v podstatě am-zesilovače s regulací zisku (AFC smyčka), neboť intenzita signálu kolísá v závislosti na úhlu natočení osy IR-led DO vůči ose přijímací fotodiody (fototranzistory jsou méně vhodné), vzdálenosti DO od přijímače, stárnutím IR-led, poklesem
budícího proudu IR-led v DO následkem poklesu napájecího napětí (DO je bateriově napájený) a pod. Protože univerzální obvody vyžadují množství součástek a navíc nesplňují stoprocentně požadavky kladené na přijímač DO, byly vyvinuty speciální obvody, mezi nimi například TDA4050.
O těchto obvodech a ověřených zapojeních se zde zmíním stručně spíše z historického shrnutí či pro další inspiraci s případným využitím v jiných oblastech a nepředpokládám, že je bude někdo ještě někdy realizovat, vždyť v současnosti
jsou běžně v prodeji hybridní přijímače (SFH, SFX, SFTT viz výše) od 20,-Kč. Ovšem vyjímky potvrzují pravidlo. Začněme s popisem od těch nejstarších:
Schema IR přijímačů na bázi operačních zesilovačů, směšovacích zesilovačů TCA440 ( ekvivalent A244D v produkci bývalého NDR ) či specializovaných obvodů TDA4050 je na dalších obrázcích.
Infračervený signál je vždy snímán fotodiodou D1, která je pro dosažení maximální citlivosti, dynamiky a linearity
zapojena v odporovém režimu, t.j. třetím kvadrantu VA-charakteristiky. Fotovoltaický režim není pro tyto účely vhodný (malá linearita a nízká citlivost snímače, daná velikostí aktivní plochy čipu) a pro zapojeni ve fotovoltaickém režimu (1.kvadrant VA) mohou pracovat jen prvky
za tímto účelem vyrobené (tak zvané fotonky využívající hradlový jev - hradlové diody, například 1PP75 a pod.) Před diodu je vhodné vložit IR filtr zabraňující pronikání elektromagnetického záření ve viditelném spektru
(ústřižek filmu a pod.) nebo přímo použít fotodiodu se spektrální citlivostí v infračerveném pásmu překrývající vlnovou délku použitého vyzařovače v DO.
Na obr.3 je základní zapojení DO s A244D a s IR snímačem, fotodiodou D1, která je připojena k rezonančnímu obvodu Tr1C3, naladěného na kmitočet nosné, například 36kHz (spotřební elektronika Tesla dříve používala nosnou 31.25kHz či 37kHz).
Odporem R10 laděný obvod zatlumíme, čímž snížíme selektivitu a šířka pásma bude kolem 12kHz a naladění Tr1C3 pak nebude příliš kritické. Převod Tr1 n1:n2 je asi 5:1
a jeho snížením k poměru 2:1 můžeme rovněž šířku pásma zvětšit bez použití R10 (při n2:n1 = 5:1 a bez R10 je šířka pásma asi 6kHz). Při jiném převodu je ovšem nutné příslušně změnit i kapacitu C3.
Pokud bude obvod málo zatlumený, může při přechodech značka-mezera a mezera-značka docházet
k většímu zpoždění průchozího signálu, daného delším nakmitáváním a dokmitáváním rezonančního obvodu. Na primární straně je Tr1 zatížen kapacitou diody (asi 20pF), sekundární vinutí má kapacitní zátěž danou C3 a vstupem zesilovače A244D (TCA440). Při intenzívním osvětlení okolním světlem má D1 trvale nižší odpor a prochází jí
vyšší stejnosměrný proud, který na R1 vyvolá vyšší úbytek napětí. Tímto napětím (pin 3 IO1) je regulován vstupní předzesilovač IO1 tak, aby nedocházelo k limitaci, t.j. ke zkreslení a tím ke ztrátě zesilovaného signálu. Na předzesilovač navazuje směšovač, který není využit (vstup 5 IO1 uzemněn), z jehož výstupu (pin 15) je přes C2 (R3 a R4 zajišťují pracovní bod výstupů směšovače) signál přiveden na mf-zesilovač (pin 12) s třístupňovým řízeným zesílovačem (pin 9) a výstupem (pin 7).
Pro dosažení maximálního výstupního napětí je na výstupu mf-zesilovače (pin 7) laděný obvod L1C6
naladěný na kmitočet nosné (36kHz a pod.) se šířkou pásma cca 4kHz. L1C6 se nejvíce podílí na selektivitě IR přijímače a pro dosažení vyšší selektivity by bylo nutné nahradit C2 za pásmovou propust nebo keramický rezonátor a pod.
Modulační signál je získáván z kolektoru T1. Mf-zesilovač má rovněž vlastní regulaci zesílení (vstup AFC na pinu 9) nastavenou cca na 2.5V z diodového detektoru D2,D3 a vyhlazovacího filtru R6C8 a úroveň regulace je nutné nastavit s ohledem na maximální možné výstupní napětí asi 4V, dané technologií a vnitřním zapojením obvodu.
Při konstrukci je třeba vstupní transformátor Tr1 a obvod L1C6 umístit tak, aby se v žádném případě neovlivňovaly, jinak je nutné nahradit zapojení s využitím směšovače s referenčním signálem a tím bude mít vstupní a výstupní obvod různé rezonance dané právě referenčním kmitočtem.
Na obr.4 je další zapojení přijímače DO bez laděného obvodu na vstupu. K přizpůsobení velkého odporu fotodiody je použit emitorový sledovač T1 s proudovou zpětnou vazbou v R2. Vzhledem k malému napětí z D1 je vhodné použít T1 s malým šumem, aby se zbytečně nezvětšoval šum přijímače a tak nezkracovala vzdálenost ovládání. Z emitoru T1 je je signál veden do předzesilovače IO1. Mezi druhý vstup předzesilovače (pin1) a jeden z výstupů směšovače (pin 16) je zapojen selektivní filtr R3R5R6C3C4C5 typu
dvojité T, naladěný na nosný kmitočet (v tomto případě na 35.7kHz). Z dalšího výstupu směšovače (pin 15) je signál veden přes C9 do řízeného mf-zesilovače, z jehož výstupu (pin 7) je signál veden do detektoru T2. Z něho je mf-zesilovač řízen (AFC na pinu 9). Z výstupu IO1 (pin 7) je signál demodulován D2 a tranzistorem T3 zesílen a impedančně přizpůsoben pro dekodér DO. Toto zapojení rovněž používá přímozesilující AFC zesilovač bez směšování.
Na obr.5 je zapojení přijímače s IO MDA2054. Signál z diody je přes vazební kondenzátor C5 přiveden na vstup prvního zesilovače (pin 4), jehož pracovní bod je nastaven rezistorem R14. Rezistory R10 a R20 jsou kolektorové odpory prvního zesilovače, z jehož výstupu (pin 7) je signál filtrován přes R9C6C4R4 na vstup mf diferenciálního zesilovače (pin 11). Zesílení
mf zesilovače je zajištěno zápornou zpětnou vazbou mezi invertujícím vstup mf-zesilovače (pin 10) a výstupem mf-zesilovače (pin 13) přes odpor R19. Kmitočtová kompenzace C11 mezi vývody 12 a 13.
Z výstupu mf-zesilovače (pin 13) je přes filtr R6R8C9 řízen obvod AFC (pin 15). Časová konstanta AFC je nastavena R5C8 na pinu 16. Výstupní signál z mf-zesilovače (pin 13) je přes kondenzátor C10, diodový detektor D2 a filtr C1R1C2R10 přiveden na zesilovač obálky (pin 2), z jehož výstupu (pin 8) je signál odváděn k dekodéru povelů.
Historicky mladšími jsou zesilovače založené již na specializovaných součástkách, vyrobených právě pro IR přijímače. Tyto obvody mají vyšší selektivitu, spolehlivost a navíc obsahují minimální množství diskrétních součástek viz obr.6, kde je zobrazen přijímač DO na bázi TDA4050. Vstupním snímačem zde je fotodioda D1 SFH205 (fy Siemens) připojena k laděnému obvodu L1C1C2, zatlumeného odporem R1.
Rezonanční obvod L1C1C2 určuje selektivitu celého přijímače. Vstupní signál je odebírán z impedančního děliče C1C2 do tranzistoru T1 stabilizovaného proudovou zpětnou vazbou R3 (T1 s nízkým šumem zlepšuje poměr signál/šum oproti zapojení TDA4050 bez tranzistoru).
Zvýšením hodnoty R3 zvýšíme zesílení za cenu snížení dynamiky (přebuzení T1 při vyšší intenzitě světla). Z kolektoru T1 je signál přiveden přes vazební kondenzátor C4 do IO1 na vstup regulovaného zesilovače. Časová konstanta regulace je nastavena kondenzátorem C6 na pinu 2.
Pásmová propust z dvojitého T-článku R5C8R6 a C9R7C10, zapojena mezi výstupem prvního zesilovače a jeho invertujícím vstup a nastavena na nosný kmitočet filtruje
nežádoucí signály. Kondenzátorem C5 blokujeme pracovní bod obvodu regulace. Výstupní signál pro dekodér odebíráme z pinu 3 (odolný proti zkratu). Šířka pásma vstupního obvodu je asi 3kHz při kmitočtu 32kHz.
Podoné zapojení přijímače DO s jádrem TDA4050 je i na obr.7. Zde však není použit laděný vstupní obvod, ale signál z D1 (opět SFH205) je přímo zesilován T1, jehož pracovní bod je zdola frekvenčně omezen C3R8 a shora R7C2. Stabilizace T1 je zajištěna děličem R1R2D1 s blokováním kondenzátorem C1 zaručuje zvýšenou odolnost proti vysoké intenzitě
nežádoucího okolního osvětlení.
Výstupní signál z IR přijímače je však zapotřebí následně zpracovat a vyhodnotit. K tomuto účelu slouží
příslušný dekodér DO, v dřívějších dobách sestavený buď ze standardních číslicových kombinačně-sekvenčních obvodů, zpravidla pro omezený počet povelů (i jednopovelové dekodéry)
nebo s použitím specialních řadičů (U806D z produkce tehdejší NDR či novější SAB3209 Samsung nebo KR1506ChL2 Sovětské provenience).
V současnosti je od těchto metod opouštěno a dekódování je prováděno mikrokontroléry či mikroprocesory, které jsou levnější a zajišťují vyšší flexibilitu, nehledě k možnostem
komfortnějšího ovládání, regulace a řízení ovládaného spotřebiče.
