ИК-приёмник "TSOP" - Справочные материалы - Теория. Инфракрасный датчик сигнализации

Сигнала для управления цифровой камерой с помощью iPhone, iPod и прочих «качественных» мобильных устройств воспроизведения звука. Владельцы «яблочных» портативных устройств могут приобрести готовый ИК-передатчик и программу DSLR.Bot для дистанционного управления камерой (и еще с массой других полезных функций) за деньги меньшие, чем стоит самый простой специализированный ИК-пульт управления. Так как у меня смартфон другой марки, я попробовал реализовать идею для него.

Суть идеи в том, что хороший проигрыватель звуковых файлов может генерировать сигнал с частотой в 16-19 кГц. И если пустить «навстречу» (со сдвигом фазы на половину периода) два таких сигнала, то получится несущая для ИК-канала управления, в котором обычно используются частоты 32-38 кГц. Такой звуковой сигнал 16-19 кГц и его модуляцию несложно сгенерировать в звуковом редакторе. Для проигрывания подойдет мобильный плеер, поддерживающий WAV/MP3-файлы (MP3, как показывает практика, для хранения управляющих ИК-сигналов менее пригоден). В качестве передатчика нужно использовать ИК-светодиоды, подключив их к выходу наушников проигрывателя, к левому и правому каналам, «навстречу» друг другу. Светодиоды будут открываться с основной несущей частотой 16-19 кГц, а так как сигнал в двух каналах стерео сдвинут на полпериода, «суммарная» несущая мерцаний будет 32-38 кГц.

Схема подключения ИК-светодиодов к стереоразъему. Мой смартфон распознаёт наушники автоматически и не делает этого, если на массе «ничего нет», поэтому я дополнительно добавил к схеме два сопротивления по 4,7 кОм (с бо́льшим сопротивлением смартфон перестает видеть наушники, а мне нужно было максимально возможное сопротивление, чтобы обеспечить минимальный ток «утечки» из основного для светодиодов канала стереосигнала «левый-правый»).

Создание ИК-передатчика - лишь первый этап реализации дистанционного управления камерой. Еще нужно сгенерировать сигнал и придумать алгоритм управления. В моем случае зеркальных камер Canon сигнал должен имитировать сигналы пульта Canon RC-1.

Пульт Canon RC-1. Имеет переключатель режимов работы. В первом положении - обычный спуск, во втором - с предварительной двухсекундной задержкой.

Описание ИК-сигнала пульта Canon RC-1 , которое я обнаружил в Сети, не помогло сделать устойчиво работающий пульт на ИК-светодиодах. Ни смартфон, ни мультимедийные проигрыватели, которыми я пользуюсь, камеру не запускали. А вот с компьютера управлять камерой было возможно. Разобраться, почему так, не имея возможности наблюдать ИК-сигнал, крайне сложно. Определить, что ИК-светодиоды в принципе работают, можно с помощью цифровой камеры, которая, в отличие от человеческого глаза, сигнал ИК видит.

Цифровая камера «делает» ИК-сигнал видимым, ошибочно транслируя сигнал из невидимой области спектра в видимую (отчасти поэтому снимки многих цифровых камер, особенно компактов, неверно воспроизводят цвета и яркости).

Однако без «инструментов» определить, почему светодиод, который светит, камеру все же не запускает, невозможно, а осциллографа, регистрирующего сигнал частотой 30-40 кГц, у меня не оказалось. Пришлось воспользовался идеей, описанной в статье «Звуковая карта как элемент оптико-электронного измерительного прибора », подключив в качестве приемника ИК-датчик.

Звуковая карта не позволяет регистрировать сигнал в диапазоне 30-40 кГц, а только его модуляции. Известно, что заполняющий сигнал в ИК-канале системы управления камерой Canon лежит в диапазоне 30-40 кГц, что позволяет звуковой карте различать модуляции этого сигнала с большой точностью (порядка периода несущей). Незнание точных параметров несущей не является большой проблемой. В конце концов, можно сделать запускающий сигнал с несущей 30, 32, 34, 36… кГц и выбрать подходящий. Вариантов будет не так-то и много.

Чтобы принимать ИК-сигнал на звуковую карту, нужен специальный датчик. Я приспособил для этого датчик ИК-пульта дистанционного управления от старого ТВ-тюнера:

ИК-приемник подключается к компьютеру (карте расширения ТВ-тюнера) через стандартный стереоразъем. Но это не значит, что его можно просто вставить в звуковую карту и записывать с него сигнал. Внутри приемника простенькая схема из ИК-датчика, конденсатора и резистора (подобная той, что приведена далее в тексте). ИК-датчик приемника имеет три вывода: два питания и сигнал. Чтобы приемник работал, его нужно запитать, подав на соответствующие клеммы напряжение. Питание возьмем с USB-порта компьютера:

Ради «универсальности» статьи я собрал ИК-приемник на основе вполне распространенного ИК-датчика TSOP 1736 (две последние цифры в маркировке - оптимальная для датчика несущая частота в кГц; вероятно, подойдет и другой датчик из серии TSOP 1730-1740). Схема подключения такая:

Стандартная схема подключения ИК-приемника. На схеме датчик IR IN подключен к стереоразъему (для подключения к микрофонному входу звуковой карты) и питанию от USB. Пунктиром показана в общем необязательная при подключении к одному компьютеру шина массы. Емкость полярного конденсатора 4,7 мкФ, напряжение 5 В. В цепь питания для ограничения тока можно поставить сопротивление в 50-100 Ом.

Для проверки пригодности электронных компонентов простой ИК-приемник можно собрать и без пайки. Однако в такой версии передаваемый в регистратор сигнал может не быть достаточно чистым, что затруднит расшифровку. Поэтому после опробования на макете компоненты лучше аккуратно спаять.

ИК-приемник не обязательно использовать в паре с компьютером. ИК-сигнал для последующей расшифровки запишет и более-менее качественный диктофон. Я использовал Alesis PalmTrack, который, согласно спецификации, поддерживает в режиме записи файлы 48 кГц WAV. Этот недорогой диктофон обладает высокими (заявленными) характеристиками и нередко в различных обзорах рекомендуется в качестве устройства для записи при съемке фильмов цифровыми зеркалками. Я пока не оценил его как очень качественный, но и цена диктофона действительно невысока (при доставке из-за границы).

Подключение ИК-приемника к диктофону. Сигнальный вывод ИК-приемника нужно подключить к одному из каналов записи диктофона, а питание взять с батарей питания (предварительно я проверил, что «0» питания и масса на стереоразъеме подключены к общей шине).

Для обработки сигнала подходит свободно (лицензия ) распространяемая программа . Она может получать сигнал со звуковой карты и тут же его оцифровывать или работать с записанными отдельно звуковыми файлами. У меня программа не всегда видела ИК-приемник, подключенный к звуковой карте. Чтобы обойти эту особенность, можно запустить программу с подключенным нормальным микрофоном, а затем подключить вместо него ИК-приемник. Для оцифровки лучше выбрать максимальную поддерживаемую частоту выборки (96 кГц).

Так выглядят последовательно записанные с помощью Audacity ИК-сигналы пульта Canon RC-1. Первый сигнал из двух более широко расположенных пиков - обычный спуск затвора, второй - спуск затвора с предварительной двухсекундной паузой.

При увеличении масштаба временной шкалы можно увидеть более-менее точное «описание» модуляции сигнала. Он состоит из двух последовательных импульсов и паузы. Длительность паузы примерно равна 7 мс. Точнее определить длительность импульсов и пауз можно по количеству семплов и частоте семплирования.

«Расшифровка» сигнала ИК-пульта Canon, записанная с помощью Alesis PalmTrack. Зная заранее, как примерно устроен сигнал, можно и с помощью диктофона получить необходимые данные для его расшифровки.

С использованием имеющегося оборудования для моего пульта Canon RC-1 я получил следующие данные о структуре его сигналов (на основе нескольких последовательных записей). Обычный спуск затвора: импульс 64-72 семпла (при оцифровке 96 кГц) - пауза 670-680 семплов - импульс 64-72. Спуск затвора с предварительной паузой в 2 секунды: импульс 64-72 семпла - пауза 480-490 семплов - импульс 64-72. В пересчете на секунды получаем для обычного спуска затвора: ≈0,7 мс - 7 мс - 0,7 мс. Для спуска с задержкой: ≈0,7 мс - 5 мс - 0,7 мс.

В следующей части будет описано, как генерировать сигнал и «подгонять» его под устройство воспроизведения.

Для начала внесём немного ясности в названия. Аббревиатура TSOP в электронике может обозначать тип корпуса микросхем (Рис. 1 "1"). (TSOP - Thin Small-Outline Package) а так же TSOP - это название семейства сенсоров для приёма инфракрасных сигналов (Рис. 1 "2").


Именно этот приёмник инфракрасного излучения мы и будем далее иметь ввиду под понятием TSOP. (TSOP - Temic Semiconductors Opto Electronics Photo Modules).

Немного истории.

Разновидности TSOP-приёмников.

Принцип работы.

"Основная" частота - это частота импульсов инфра-красного излучения (света), которую отфильтровывает внутренний демодулятор TSOP. Эта частота обычно равна 36, 38, 40 кГц, но может быть и другой, об этом необходимо справиться в даташите на конкретный тип TSOP-приёмника. Для повышения помехоустойчивости ИК-канала связи, применяется модулированная передача ИК-света. Временные харрактеристики модуляции для помехозащитной передачи приведены в даташите на конкретный TSOP-приёмник. Но в большинстве случаев достаточно придерживаться простых правил:

1) минимальное количество импульсов в пачке - 15
2) максимальное количество импульсов в пачке - 50
3) минимальное время между пачками - 15*T
4) частота импульсов в пачке должна соответствовать основной частоте TSOP-приёмника
5) светодиод должен быть с длиной волны = 950 nm.
"T " - период "основной" частоты TSOP-приёмника.

Принцип передачи импульсов (рисунок).

Регулируя в некоторых пределах длину пачки импульсов, можно передавать двоичные сигналы. Длинный импульс на выходе TSOP-приёмника может означать "единицу", а короткий - "нуль". Таким образом при соблюдении правил модуляции дальность передачи цифровых сигналов на прямой видимости между светодиодом и TSOP-приёмником может достигать 10-20 метров. Скорость передачи не большая, около 1200 бит в секунду, в зависимости от применённого TSOP-приёмника.

Использование TSOP в качестве сенсора .

2) Сенсор "на отражение", детектируется отражение ИК-лучей от предмета.

Инфра-Карсный спектр света, так же как и видимый свет, подчиняется законам оптики:
- излучение может отражается от различных поверхностей
- интенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника
Эти две оссобенности и используются для построения так называемых "ИК-бамперов" - безконтактных сенсоров обнаружения препятствий. Что бы исключить ложные срабатывания или ложные несрабатывания таких бамперов необходимо излучать пачки импульсов, как и при передаче комманд пультом управления.

Генерировать пачки импульсов можно с помощью обычных логических микросхем или с момощью микроконтроллера. Если в конструкции используются несколько сенсоров на основе TSOP-приёмников или несколько излучающих диодов, следует предусмотреть избирательный опрос "срабатывания" датчика. Такая избирательность достигается проверкой срабатывания TSOP-приёмника только в тот момент, когда передаётся только для него предназначенная пачка ИК-импульсов, или сразу же после её передачи.

Расстояние срабатывание ИК-бампера на основе TSOP-приёмника можно регулировать тремя способами:
1) изменяя основную частоту импульсов ИК-излучения,
2) изменяя скважность основной частоты импульсов ИК-света
3) изменяя ток через ИК-светодиод.
Выбор способа определяется удобством использования в конкретной схеме ИК-бампера.

У безконтактных бамперов на основе TSOP-приёмников есть существенный недостаток: расстояние "срабатывания" такого бампера сильно зависит от цвета и шероховатости отражающей поверхности предмета. Но очень низкая цена TSOP-приёмников и простота их использования представляют большой интерес для начинающих электронщиков для постройки разнообразных сенсоров.

Практически в лю­бой квартире есть радиоточка, а нам и вообще повезло, - целая радиопро­водка не только на кухню, но и в каж­дую комнату. Ра­диосетью мы уже давно не пользова­лись, и несколько лет назад написали заявление чтобы её отключили. Таким образом, осталась вполне нормальная маломощная низко­вольтная проводка в каждую комнату и кухню. И вот недав­но установили спут­никовую систему. Какая связь? Как оказалось самая непосредственная. Так как ресивер один, а телевизоров несколько, и располо­жены они, само собою, в разных комнатах. Конечно, в плинтусе проложен кабель, по которому сигнал разведен. Но, возникает необходимость управлять ресивером не только в той комнате, где он расположен, но и в другой, там где есть телевизор. Сигнал от пульта ДУ через стену не проходит и нужен ретранслятор. Сначала была мысль проло­жить дополнительные провода в кабель- канал плинтуса, туда же, где и проложен телевизионный кабель. Но потом вспомнили о радиопроводке.

Принципиальная схема ретранслятора показана на рисунке в тексте. Здесь дан вариант на три места приема сигнала и один выход. Каждый приемный узел состоит из интегрального фотоприемника и транзистор­ного каскада. Питание и сигнал поступает по одной и той же двухпроводной линии.

Работу приемного узла можно рассмотреть на примере первого из них. На линию связи поступает напряжение 6v через резистор r 5, который повышает сопротивления источника питания до 1 кОм. В отсутствие сигнала управления ток от линии через диод vd 1 поступает на конденсатор С1 и заряжает его до напряжения 5-6v . При приеме сигнала от пульта на выходе f 1 появляются импульсы, которые поступают через резистор r 1 на базу транзистора vt 1. С каж­дым импульсом этот транзистор открывается и замыкает радиопро­водку. Напряжение при этом в ней падает почти до нуля. Но питание фотоприемника под­ держивается за счет конденсатора С1, так как диод vd 1 не позволяет ему разряжаться через открытый транзистор vt 1. А в паузах между импульсами С1 подзаряжается через открывающийся диод vdl .

В конечном итоге на резисторе r 5 будут импульсы логического уровня. Пульт излу­чает команды модулированные импульсами частотой 36 кГц, а фотоприемник их демоду- лирует, поэтому на резисторе r 5 будут командные импульсы без модуляции. Чтобы их передать на фотоприемник ресивера их необходимо сначала модулировать сигналом частотой 36 кГц, а потом уже подать на инфракрасный светодиод. Модулятор сделан на микросхеме d 1. Мультивибратор на эле­ментах d 1.1 и d 1.2 генерирует импульсы частотой 36 кГц. Частота зависит от цепочки r 4-c 4, и если нужно её можно легко изме­нить в любую сторону. Затем эти импульсы поступают на модулятор, который выполнен на логическом элементе d 1.3. На него же и поступают командные импульсы с резистора r 5. А на его выходе будут уже модулирован­ные импульсы, только инвертированные. На транзисторный ключ vt 4 они поступают через дополнительный инвертор d 1.4. Ключевой каскад на vt 4 и инфракрасном светодиоде hl 1 дает ИК-сигнал существен­но слабее, чем любой стандартный пульт ДУ, и поэтому уверенный прием его возможен только с небольшого расстояния, - не более одного-двух метров. В данном случае это не имеет значения, так как hl 1 расположен на очень небольшом расстоянии от ресивера.

Источником питания служит сетевой блочок от отыгравшей свое игровой телеприставки вроде «Денди». До 6 v напряжение понижа­ется интегральным стабилизатором А1.

Детали могут быть самыми разнообразны­ми. Можно использовать другие фотоприем­ники, но обязательно на такую же частоту как пульт управления. Возможно применение других транзисторов, диодов, ИК-светодиода.

Приемные блоки очень просты, - всего по пять деталей, поэтому плат для них я не делал, - все спаял на выводах конденсатора и фотоприемника. Два блока вообще разме­стил в радиорозетках, так как они были на видном месте. Сделать это совсем несложно, - у розетки удаляется один контакт и в его отверстие «смотрит» фотоприемник. А ко второму контакту весь «паучок» крепится. Для одного приемника пришлось сделать отдельный корпус из упаковки от фото­пленки, и подключить к радиорозетке прово­дом. Пришлось это сделать потому что розетка находилась за шкафом.

Передающий узел собран аналогичным образом, но в корпусе сломанного пульта ДУ от старого телевизора. От него и ИК- светодиод.

Перед тем как все подключать к радиопро­водке нужно определиться с полярностью. Провод там витой обычный и контакты разных розеток не совпадают. Поэтому нужно сначала подключить передающий узел, а потом с помощью мультиметра определить полярность напряжения в других розетках. Плюс-минус желательно подписать на розет­ках, например, фломастером для компакт- дисков.

В общем-то налаживания никакого не потребовалось. Все заработало после перво­го же включения. Может быть если окажется что Ваши фотоприемники другого типа и потребляют больше ток, и напряжение на них ниже 5v , тогда можно попробовать это исправить уменьшением сопротивления r 5. А еще может быть потребуется настроить частоту мультивибратора (подбором r 4 или С4) на частоту пульта ресивера.

Еловский В. В.

Раздел: [Инфракрасная техника]
Сохрани статью в:

Принцип передачи ИК сигналов состоит из следующего — электрический сигнал основной (несущей) частоты модулируется передаваемыми данными и с помощью инфракрасного светодиода излучается в пространство.

Для приема сигнала используется фотоприемник, состоящий из фотодиода, усилителя с полосовым фильтром, настроенным на определенную основную (несущую) частоту, и демодулятора который выделяет принимаемые данные. Обычно, микросхема имеет 3 вывода Vo — ножка выхода ИК-приёмника. GND — общий вывод (минус источника питания). Vs — вывод плюса напряжения питания, обычно от 4,5 до 5,5 вольт. Этот фотоприемник имеет маркировку TSOP.

Упрощённая блок-схема TSOP-приёмника приведена на рисунке. В качестве выходного элемента внутри TSOP используется обычный N-P-N транзистор. В неактивном состоянии транзистор закрыт, и на ножке Vo присутствует слабый уровень высокого напряжения (лог. «1»). При появлении в чувствительной зоне TSOP инфракрасного излучения с «основной» частотой этот транзистор открывается, и выходная ножка Vo принимает низкий уровень сигнала (лог. «0»).

«Основная» частота — это частота импульсов инфра-красного излучения (света), которую отфильтровывает внутренний демодулятор TSOP. Эта частота обычно равна 36, 38, 40 кГц, но может быть и другой, об этом необходимо справиться в даташите на конкретный тип TSOP-приёмника. Для повышения помехоустойчивости ИК-канала связи, применяется модулированная передача ИК-света. Временные характеристики модуляции для помехозащитной передачи приведены в даташите на конкретный TSOP-приёмник. Но в большинстве случаев достаточно придерживаться простых правил:

1) минимальное количество импульсов в пачке — 15

2) максимальное количество импульсов в пачке — 50

3) минимальное время между пачками — 15хT *

4) частота импульсов в пачке должна соответствовать основной частоте TSOP-приёмника

5) светодиод должен быть с длиной волны = 950 nm.

*T — период «основной» частоты TSOP-приёмника.

Регулируя в некоторых пределах длину пачки импульсов, можно передавать двоичные сигналы. Длинный импульс на выходе TSOP-приёмника может означать «единицу», а короткий — «нуль». Таким образом, при соблюдении правил модуляции дальность передачи цифровых сигналов на прямой видимости между светодиодом и TSOP-приёмником может достигать 10-20 метров. Скорость передачи не большая, около 1200 бит в секунду, в зависимости от применённого TSOP-приёмника.

Принцип передачи сигнала:

Модулируя сигнал на входе передатчика последовательным кодом, мы получаем на выходе передатчика модулированный сигнал который состоит из несущей (основной) частоты и последовательного кода, в виде пачек импульсов. Длинный импульс это единица, короткий ноль. В итоге мы можем передавать двоичный код и принимать его.

Теперь перейдем к небольшому примеру приема сигналов ИК с помощью отладочной платы LaunchPad MSP-EXP430G2 от компании Texas Instruments. Нам необходимо подключить наш приемник ИК (я использовал TSOP 4836) к нашей отладочной плате.

Как мы уже говорили микросхема приемника TSOP имеет 3 вывода OUT — ножка выхода ИК-приёмника. GND — общий вывод (минус источника питания). V CC — вывод плюса напряжения питания. Как видно из схемы подключения выход приемника подключен к пину №11.

Приступаем к программированию нашего LaunchPad. Для начала запускаем среду программирования LaunchPad - Energia.

Выбираем тип используемого контроллера, совместимого с LaunchPad msp430g2553. И приступаем к написанию простого скэтча.

#include //Подключаем библиотеку для работы с ИК приемником

int RECV_PIN = 11; // Определяем с какого контакта будем принимать сигнал отИКприёмника TSOP4836

IRrecvirrecv(RECV_PIN); //Создаем класс ИК приемника

decode_resultsresults; // Результат декодирования помещаем в переменную

Serial.begin(9600); // Инициируем порт для наблюдения результатов (Serial monitor)

irrecv.enableIRIn(); // Запускаем прием ИК

if (irrecv.decode(&results)) { // Если получен какой либо код с ИК приемника

Serial.println(results.value); // Выводим числовое значение нажатой клавиши на пульте ИК

irrecv.resume(); // Ожидаем получение следующей переменной

Нажимаем кнопку Upload, прошиваем наш контроллер. Открываем SerialMonitor. Берем пульт управления от телевизора или другой пульт ИК. Подносим к нашему приемнику TSOP 4836 подключенному к LaunchPad и начинаем нажимать на кнопки пульта, в терминал будут выводиться значения кнопок пульта в десятичной системе исчисления. Для того что бы получить значения в двоичной системе необходимо изменить строчку добавив в каком виде вы хотите получить данные.

Serial.println(results.value, BIN ); // Выводим числовое значение нажатой клавиши на пульте ИК