Принцип работы беспроводного пульта дистанционного управления

С тем, что беспроводной универсальный пульт дистанционного управления (ПДУ) вносит определенные удобства при эксплуатации бытовой техники, согласятся все. Время, когда использовался проводной удлинитель, в качестве ДУ, навсегда ушло в прошлое.

При помощи этого устройства можно управлять работой многих бытовых приборов, начиная от компьютера и заканчивая такой нехитрой операцией, как включение света, все, что необходимо, это подключить контроллер дистанционного пульта управления.

Дистанционное управление это комфорт

Устройство пульта ДУ

Бытовой ПДУ представляет собой коробку, на лицевой части которой располагаются кнопки. Пульт работает от батареек и посылает сигналы в виде инфракрасных лучей (0,75 – 1,4 микрона). Волна не распознается человеком, но воспринимается принимающим механизмом. В конструкции есть бескорпусная или корпусная микросхема, которая расположена на пластине из диэлектрика и залита полимерной термопластической смолой.
На панели универсального пульта есть базовые части:

• клавиша включения, выбора аппарата;
• регулятор силы звука и переключения каналов, настройки даты и времени;
• цифровые клавиши для ввода чисел;
• кнопки программирования;
• джойстики для перехода по меню;
• клавиши, назначение которых выбирает пользователь самостоятельно;
• жидкокристаллический или сенсорный экран, показывающий текущие сведения.

Для устройств с множеством функций нужна сложная система с регулированием частоты волн, она же защищает канал от помех и кодирует подаваемые команды. Используется цифровое преобразование микросхемой пульта и декодирование приемником.

Передатчик ИК сигнала

Передатчик ИК сигнала, ИК пульт, чаще всего имеет питание от батарейки или аккумулятора. Следовательно его потребление должно быть максимально низким. С другой стороны, излучаемый сигнал должен быть значительной мощности для обеспечения большой дальности передачи. Такие противоположные по энергетическим затратам задачи успешно решаются способом передачи коротких импульсных кодированных пакетов. В промежутках между передачами пульт практически не потребляет энергии. Задача контроллера пульта — опрос кнопок клавиатуры, кодирование информации, модулирование опорной частоты и выдача сигнала на излучатель. Для изготовления пультов выпускаются различные специализированные микросхемы, однако для этих целей могут быть использованы и современные микроконтроллеры общего применения типа AVR или PIC. Основное требование к таким микроконтроллерам — это наличие режима сна с чрезвычайно низким потреблением и способность чувствовать нажатия кнопок в этом состоянии.

Излучатель ИК сигнала испускает инфракрасные лучи под действием тока возбуждения. Ток на излучатель обычно превышает возможности микроконтроллера, поэтому для формирования необходимого тока устанавливается простейший светодиодный драйвер на одном транзисторе. Для снижения потерь, при выборе транзистора необходимо обратить внимание на его коэффициент усиления тока — β или h21. Чем выше этот коэффициент, тем выше эффективность устройства. Современные передатчики используют полевые или CMOS транзистоы, эффективность которых на используемых частотах можно считать предельной.

Приведенная схема не лишена недостатков, в частности при снижении уровня заряда батареи, мощность излучения будет падать, что приведет к снижению дальности. Для снижения зависимости от напряжения питания, можно использовать простейший стабилизатор тока.

Большинство передатчиков работают на частоте 30 — 50 кГц. Такой диапазон частот был выбран исторически при создании первых подобных устройств. Была выбрана область с наименьшим уровнем помех. Кроме того, принимались в расчет ограничения на элементную базу. В дальнейшем, по мере стандартизации и распространения аппаратуры с таким способом управления, переход на другие частоты стал нецелесообразным.

В целях увеличения импульсной мощности передатчика, а соответственно и его дальности, сигнал основной частоты отличается от меандра и имеет скважность 3 — 6. Таким образом повышается импульсная мощность с сохранением или даже уменьшением средней мощности. Импульсный ток светодиода выбирается исходя из его паспортных значений и может достигать одного и более Ампер. Импульсный ток в большинстве пультов ИК не превышает 100 мА. При этом, поскольку и опорная частота имеет малый коэффициент заполнения и длительность кодированной посылки не превышает 20-30 мс, средний ток при нажатой кнопке не превышает одного миллиампера. Повышение импульсного тока светодиода сопряжено с снижением эффективности и уменьшением срока службы. Современные инфракрасные светодиоды имеют эффективность 100-200 мВт излучаемой энергии при токе 50 мА. Допустимый средний ток не должен превышать 10-20 мА. Питание светодиода должно иметь RC фильтр, который снижает воздействие импульсной помехи на питание микроконтроллера. Спектр применяемых светодиодов для ИК пультов большинства бытовой аппаратуры имеет максимум в области 940 нм.

Длительность единичного пакета опорной частоты для уверенного приема составляет не менее 12-15 и не более 200 периодов. При передаче кодированной посылки, передатчик формирует в начале преамбулу, которая представляет собой один или несколько пакетов опорной частоты и позволяет приемнику установить необходимый уровень усиления и фона. Данные в кодированной посылке передаются в виде нулей и единиц, которые определяются длительностью или фазой (расстоянием между соседними пакетами). Общая длительность кодированной посылки чаще всего составляет от нескольких бит до нескольких десятков байт. Порядок следования, признак начала и количество данных определяется форматом посылки.

Принцип работы пульта дистанционного управления

Чаще в устройствах применяется одна частотная модуляция (излучения светодиодного элемента), на которую настраивается приемник и пульт. Значения частоты с постоянной амплитудой обычно неизменны — это 36, 38 или 40 кГц (Button, Canon, Pro Black). Редко используются показатели 56 кГц (Sharp, Runva, Doorhan). Изделия компании Bang & Olufsen работают со значением 455 кГц, что относится к редким характеристикам.

Если частота приемника и передатчика не совпадает, пульт будет работать, но снизится его чувствительность. Несколько модулированных пакетов импульсов создают кодированное отправление, а приемник содержит демодулятор (transmitter), схему светофильтров и детектор частот.

Раньше на пульт ставились только основные команды управляемого аппарата, большинство элементов управления располагалось на корпусе бытовой техники. Ситуация изменилась: управлять вентиляцией, воротами, подсветкой, светофорным оборудованием можно только с помощи дистанционного прибора.

Общие сведения

Смарт–пульт” же оснащен следующими функциями:

1. Гироскоп. То есть он отслеживает свое положение в пространстве. За счет этого устройством можно пользоваться как обычной мышкой. Достаточно просто перемещать его в пространстве – курсор на экране будет повторять эти действия. Таким пультом печатать поисковые запросы в десятки раз быстрее! По сути, это мышка для телевизора с дополнительными кнопками. Но вместо оптического адаптера здесь используется гироскоп (как в телефонах).
2. Голосовые команды. Смарт-устройства оснащаются микрофоном. А сам телевизор поддерживает управление голосом.
3. Наличие колеса прокрутки. Во всех SMART-манипуляторах от LG имеется колесо прокрутки, как в обычной мышке. Просматривать страницы сайтов или листать меню с ним удобней, чем «стрелочками» на обычном пульте.

Конечно же, SMART-пульт для телевизора позволяет взаимодействовать и с традиционным TV-меню: переключать каналы, регулировать громкость звука, менять текущие источники видеосигнала и т. д.

Самая подробная статья про управление СМАРТ-пультом, совместимость с ТВ тут.

Виды беспроводных пультов

Встроенный пульт ДУ
Приборы питаются от 2 – 4 съемных аккумуляторов типа АА, ААА, реже применяются батарейки «Крона» 9 В. Для работы ИК светодиода нужно 2,5 вольта, поэтому требуется несколько элементов для обеспечения рубежа ПДУ. Специалисты советуют щелочные или солевые батарейки.

По типу питания бывают пульты:

• автономные;
• устройства, питаемые от электрической сети 220 В или с преобразователем 360 В.

Выпускают переносные устройства, которые чаще используются в быту для беспроводного управления лампами, люстрами, открыванием ворот, работой гидроборта, другими выключателями. Встроенный пульт ИК монтируется для управления сложными системами «умного дома» или устанавливаются в производственных комплексах для управления, например, подъемным краном.

По функциональности различают устройства управления:

• с ограниченным количеством команд;
• с выбором числа распоряжений (универсальный вариант, например марка ABCD);
• с возможностью обучения набору сигналов (обучаемые модели, например, DC V).

Пульт ABCD

Пульт DC V

Связь с управляемым оборудованием устанавливается механическим или проводным способом, используется радиоканал, WI-FI, ультразвуковой и инфракрасный метод. Драйвер Тродфри регулирует свет в бытовом пульте, а Wireless USB заменяет стандартные проводные передачи.

Чем универсальные модели отличаются от оригинальных

По функциональным характеристикам универсальные изделия не уступают оригинальным. Однако в случае поломки такой прибор намного проще сменить на новый. Так как оригинальные изделия чаще всего необходимо предварительно заказывать. Кроме того универсальные изделия используются для домашних кинотеатров, кондиционеров и прочее. Таким образом, приобретая универсальный пульт, можно одновременно использовать его к нескольким приборам. Это очень комфортно и пользуется спросом среди потребителей. Пульт настраивается один раз, в дальнейшем устройство самостоятельно подключается к указанной технике.

Схема пульта дистанционного управления

Для различения команд передающего блока используется метод кодирования. Перед трансляцией сигнала пульт выдает один или несколько синхронных пакетов, чтобы сенсорный приемник настроил цепь получения и синхронизировался с передатчиком по фазе и степени чувствительности.

Разработано две схемы для этой цели:

• Первая система используется в пульте дистанционном компании Philips (в соответствии с RC5 и RC4 протоколами). Посылка сигнала 0 дополняется цифрой 1, а посылка 1 требует прибавления 0. Сигнал 001 поступает в виде 010110 и считывается последовательно, а в пространство подается смоделированный пакет.
• Авторами второй кодировочной схемы являются представители компании Sony. Передается единица модулированным всплеском, а ноль означает паузу. Ноль передает кодированную информацию при одинаковом временном показателе единицы.

Исследования показали, что длительность сигналов варьирует отклонения времени на уровне +-10%. Передаваемые пакеты модулируются с помощью изменения частоты, что влияет на дальность работы устройства.

Как сделать пульт своими руками

Схема 4-канального пульта
Пульт ДУ — это устройство, которое можно собрать, преобразовав смартфон. Нужно приобрести инфракрасные диоды или вынуть их из ненужных пультов (2 шт.) и штекер от старых наушников. Для сборки понадобится наждак, изолента и суперклей, работа проводится кусачками и паяльником.

Для изготовления выполняются этапы:

• С одной стороны зачищаются выступающие сбоку элементы ИК диодов с помощью наждачной бумаги.
• Диоды с помощью суперклея соединяются так, чтобы внутри оказалась сточенная сторона.
• Лапки диодов нужно согнуть и лишние выступы демонтировать кусачками.
• Паяльником припаиваются аноды друг к другу.
• Проводится аналогичная обработка второго диода;.
• Оба светодиода нужно подключить к штекерным лапкам без соблюдения полярности.
• Место пайки обмазывается клеем и защищается изоляционной лентой.

Режим подсоединения делается через IR Port или WI-FI, IR Blaster. Выбирается модификация телевизора и подтверждается действие. Переделанный смартфон направляется на ИК приемник домашнего экрана, функции оказываются под управлением.

Сфера использования ДУ

Универсальный пульт управляет несколькими видами бытовой электроники. Такой прибор отличается от локального устройства, которое продается вместе со стиральной машинкой, икс боксом или фотоаппаратом. УП продается в качестве обособленного продукта и покупается отдельно.

Разные технологии изготовления влияют на конечные действия устройства и его стоимость. Пульты управляют одним или несколькими установками, диапазон применения определяется производителем. Обучаемые модели дают возможность задавать перечень координируемого оборудования путем программирования.

В быту ИК пульт работает со всеми современными моделями бытовой техники, используется в системе комплексной автоматизации дома для управления климатом, организации защиты от взлома, открывает и закрывает входные проемы, настраивает режим работы варочных и отопительных агрегатов.

Совместимые ПДУ

В таких раскрученных брендах, как, например, LG и Samsung, большая часть пультов совместимы со всеми телевизорами соответствующей марки. У менее раскрученных брендов пульты собираются из типовых микросхем, а значит, к недорогим телевизорам всегда можно подобрать устройство от другого ТВ.

Если вы живёте в многоквартирном доме, вы можете попросить пульт ДУ у соседей или знакомых, чтобы проверить его на совместимость. Если подходит, значит, эту модель можно смело покупать. Такой вариант пригодится на случай, когда не удаётся найти точную копию сломавшегося пульта.

Признаки совместимости:

• корректное взаимодействие с телевизионным приёмником;
• телевизор послушно и без задержек исполняет все команды, посланные ему с тестируемого пульта ДУ.

Преимущества пультов дистанционного управления

Переход на удаленное управление обеспечивает удобство для пользователя, т. к. не нужно передвигаться по жилищу для включения света, установки параметров микроклимата в помещении. В автоматизированной системе человек может с помощью пульта обеспечить качественную работу дома, не вставая с места.

Дистанционное реагирование успешно работает при удаленности объектов от оператора, например при координации летательных средств, самолетов, авто. Маяки, ретрансляторы, радиостанции связи управляются на расстоянии и не требуют непосредственного присутствия человека.

В играх, таких как Xbox, ранее применялась проводная система связи, но замена на беспроводные пульты дает игрокам больше возможностей.

Плюсы и минусы управления освещением на расстоянии

Основные преимущества:

• экономный расход электроэнергии;
• удобство пользования, особенно если нужно контролировать освещение в нескольких точках;
• легкость монтажа – не требуется ломать стены и прокладывать отдельную ветвь электропроводки;
• возможность сопряжения с диммером для плавного включения света;
• экономия расходных материалов – для беспроводной системы ну требуются провода и кабели;
• комфортный процесс включения и выключения света;
• пользователь не подвержен аварийному отключении питания- сенсорный шкаф и автомат соединяются по радиоволнам, и управление освещением производится без подключения к локальной сети;
• безопасность – дистанционные выключатели освещения работают от маленьких значений силы тока, которая не является опасной для человека;
• возможность управления подсветкой как с ПДУ, так и со смартфона или планшета с установленной программой;
• наличие эффекта присутствия помогает обезопасить квартиру от проникновения взломщиков.

Недостатки дистанционного управления освещением:

• стоимость подобных приборов несколько выше, чем у стационарных выключателей;
• могут возникнуть проблемы, связанные с плохим сигналом Wi-Fi или его отсутствием, севшей батарейкой в ПДУ;
• сложность настройки – требуется соблюдать строгие правила, иначе будут погрешности при работе устройства;
• требуется точная корректировка условий срабатывания;
• возможность ложного срабатывания – для удаления этого эффекта приходится разрабатывать системы с несколькими датчиками.