Схема управления ик. ИК пульт. Теория управления. Инфракрасный беспроводной пульт дистанционного управления: принцип действия

Немного подробностей про BEAM (надувной отсек Международной космической станции).

Модуль BEAM (Bigelow Expandable Activity Module) был доставлен на орбиту 8 апреля 2016 года в негерметичном отсеке "Дракона". Если все пойдет по плану , то 15-16 апреля 2016 г. BEAM пристыкуют к МКС с помощью манипулятора , а 25-26 мая надуют.

Объем BEAM"а в свернутом состоянии 3,6 куб.м, в развернутом - 16,0 куб.м.

Оболочка состоит из нескольких слоев, в число которых входит материал Vectran . Вектран прочнее кевлара и предназначен для противостояния микрометеоритам и космическому мусору. Этот материал уже поработал в космосе - в частности, использовался в амортизационных баллонах при посадке марсоходов Spirit и Opportunity.

Более того, BEAM - не первый надувной космический корабль. Фирма-разработчик "Bigelow Aerospace" уже обкатала технологию на необитаемых аппаратах Genesis I и Genesis II (2006-2007 гг.).

Оба Genesis"а имели 15-сантиметровую "кожу" и сохраняли герметичность по крайней мере пару лет после запуска. Аппараты и сейчас находятся на орбите, но мониторинг их внутренних параметров не ведется.

BEAM, в отличие от Genesis"ов, позиционируется как обитаемый модуль, однако после стыковки с МКС жить, работать и хранить материалы в нем не будут. Люк задраят и будут дистанционно отслеживать температуру, давление, радиационную обстановку внутри. Показания датчиков радиации будут сравниваться с данными таких же датчиков внутри МКС.
Анимация:

Если двухлетние испытания пройдут удачно, то в перспективе возможна постройка из подобных модулей космических станций , колоний на Луне и Марсе.

Помимо экономии места при запуске, среди достоинств такой конструкции отмечают лучшие звукопоглощающие характеристики текстиля по сравнению с традиционной алюминиевой обшивкой. А проблема шума на МКС весьма остра: из-за него

был сделан модуль управления роботом по ИК каналу. Вот о нём я бы и хотел написать поподробнее. Так как применений этому можно найти очень много.

Собственно, что такое ИК-управление - объяснять, думаю, не нужно. Сейчас более распространено управление по Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee. Но если вам требуется простое устройство, которое можно собрать «на коленке» при минимальных затратах, то эта статья для вас. =)

Я не буду привязывать эту статью к определённому микроконтроллеру, а опишу общие принципы работы ИК прёмо-передатчика с AVR МК.

1. Что потребуется

При создании простого ИК-управления, негласным стандартом является использование приёмника от компании Vishay TSOPxxxx и диода TSALxxxx в качестве передатчика.

В обозначении приёмников TSOP последние две цифры означают частоту (в кГц) на которой воспринимается передаваемый сигнал. Сложностей в работе с этими компонентами особых нет. Можно писать свой протокол передачи, можно воспользоваться уже готовыми решениями. В моём случае я решил связать два микроконтроллера ИК-каналом, используя USART. Принцип такой же, как если бы мы соеденили два МК обычными проводами. Нюанс только в модулировании несущей частоты и в настройке таймера.

2. Схемки

Чтобы не городить огородов, воспользуемся схемой включения TSOP из его даташита:

Выход TSOPа нужно подключить напрямую к входу (RX) USART МК.

С подключением передатчика ситуация немного другая. Так как приёмник работает только на определённой частоте, то нужно задать эту же частоту на излучателе. Это сделать не сложно запрограммировав таймер. Для ATmega16 это будет выглядить вот так:
TCCR1A=0x40;
TCCR1B=0x09;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x84;

Нужную частоту можно выразить из формулы:

OCRn - будет искомое значение, которое нужно перевести в шестнадцатеричный формат и записать в регистр OCR1A (для случая с МК ATmega16).

Теперь TSOP будет принимать наш сигнал. Но чтобы можно было использовать USART, нужно промодулировать наш сигнал. Чтобы это можно было делать - подключим ИК-диод по схеме:

3. Немного кода

Прошивки я писал в CodeVision AVR.

Вот так будет выглядеть код для передатчика:
#include
#include

Void main(void)
{
PORTB=0x00;
DDRB=0x02;

DDRC=0x00;
PORTC=0xFF;

TCCR1A=0x40;
TCCR1B=0x09;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x84; // Сюда вписываем значение для вашей частоты

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity
// USART Mode: Asynchronous
// USART Baud Rate: 2400
UCSRA=0x00;
UCSRB=0x08;
UCSRC=0x86;
UBRRH=0x00;
UBRRL=0xCF;

While (1)
{

If (PINC.4 == 0x00) { putchar("S");}/* В данном случае при нажатии на кнопку, которая висит на PINC.4 МК отсылает символ "S". Который передаётся на другой контроллер через ИК.*/
};
}

Код приёмника не привожу, т.к. занимает много места, а для восприятия общих принципов кода передатчика будет, думаю, достаточно.

Помимо дистанционного управления (хотя это и так обширная область применений), можно использовать этот метод для датчиков припятствий\прохождения объектва и если таковых датчиков у вас много, а работаю они на одной частоте, то чтобы они не засвечивали друг друга можно передавать разные пакеты.

Желаю удачи! Буду рад любым вопроса\критике\предложениям;)

UPD. Решил выложить фото самого пульта, чтобы было видно, что работает девайс не только как китайские приёмники, которые подключаются к ПК. Возможности гораздо шире и универсальнее.

Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, ИК-пульт дистанционного управления, Радиомодуль NRF24L01, OKI 120A2, SD Card Module, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, Модем M590E GSM GPRS, Часы реального времени DS 3231/DS 1307, Mini 360 на схеме LM2596, L293D, Инфракрасные датчики расстояния, Часы реального времени, HC-SR501, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Контроллер L298N, HC-SR501, GSM GPRS, Модем M590E GSM GPRS, Часы реального времени DS 3231/DS 1307, Модуль Wi-Fi ESP8266-12E, Card Module, Блок питания, Mini 360, L293D, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Радиомодуль, ИК-пульт, Ethernet shield, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, ИК-пульт дистанционного управления, SD Card Module, Радиомодуль NRF24L01, двигатель OKI, L293D, Шаговый двигатель, Блок питания, L293D, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Карта памяти SD, Ethernet shield, датчик движения HC-SR501, Модуль Wi-Fi ESP8266-12E, Шаговый двигатель OKI 120A2, Шаговый двигатель,

Обмен данными в инфракрасном диапазоне

Для обеспечения надежного приема и гарантированной защиты от помех используется модуляция сигнала и кодирование. Передача данных производится в близком к видимому инфракрасном спектре. Длина волны в большинстве реализованных систем варьируется в пределах 800–950 нм. Самый простой способ избавиться от фонового шума - модулировать (заполнить) сигнал при передаче одной из стандартных частот: 30, 33, 36, 37, 38, 40, 56 кГц. Именно на эти частоты настроены все современные интегральные приемники.

Для обеспечения достаточной дальности при передаче кодовой последовательности необходимо сформировать мощный сигнал. Ток через ИК-светодиод может достигать 1 А - такие токи вполне допустимы в импульсном режиме, при этом средняя рассеиваемая мощность не должна превышать предельно допустимую, указанную в документации.

Разработано большое количество специализированных микросхем (SAA3010, GS8489, KS51840 и т. п), генерирующих готовую кодовую последовательность и потребляющих минимальный ток в ждущем режиме, что немаловажно при питании от батарей. Эти микросхемы существенно упрощают схему пультов дистанционного управления (ПДУ). Когда мы нажимаем кнопку пульта, микросхема передатчика активизируется и генерирует кодовую последовательность с заданным заполнением. Светодиод преобразуют эти сигналы в ИК-излучение. Излученный сигнал принимается фотодиодом, который снова преобразует ИК-излучение в электрические импульсы. Эти импульсы усиливаются и демодулируются микросхемой приемника. Затем они подаются на декодер. Декодирование обычно осуществляется программно с помощью микроконтроллера.

Приемник ИК ПДУ должен восстанавливать данные с двухфазным кодированием и реагировать на большие быстрые изменения уровня сигнала независимо от помех. Ширина импульсов на выходе приемника должна отличаться от номинальной не более чем на 10 %. Приемник также должен быть нечувствительным к постоянным внешним засветкам. Удовлетворить всем этим требованиям достаточно непросто. Старые реализации приемника ИК ДУ, даже с применением специализированных микросхем, содержали десятки компонентов. Такие приемники часто использовали резонансные контуры, настроенные на частоту заполнения. Все это делало конструкцию сложной в изготовлении и настройке, требовало применения хорошего экранирования.

В последнее время большое распространение получили трехвыводные интегральные приемники ИК ПДУ (SFH5110-xx, TSOP17xx, TFMS5хх0 и т. п.). В одном корпусе они объединяют фотодиод, предусилитель и формирователь. На выходе формируется обычный ТТЛ-сигнал без заполнения, пригодный для дальнейшей обработки микроконтроллером. Наиболее важный параметр при выборе приемника - частота заполнения.

Внутренний усилитель интегрального приемника имеет высокий коэффициент усиления, поэтому для исключения самовозбуждения и устранения влияния наводок по цепям питания необходимо использовать электролитический конденсатор емкостью не менее 4,7 мкФ, подключенный максимально близко к выводу VCC.

Подключение ИК-приемника

В качестве приемника ИК ПДУ применим микросхему TSOP31236. В одном корпусе она объединяют фотодиод, предусилитель и формирователь. На выходе формируется обычный ТТЛ-сигнал без заполнения, пригодный для дальнейшей обработки микроконтроллером. Несущая частота 36 кГц, выход инверсный, т. е. при отсутствии сигнала на пин приходит логическая "1", при появлении сигнала он посылает логический "0".

Библиотека IRremote

Можно узнать протокол вашего пульта и написать скетч для получения кодов, от- правляемых с пульта. К счастью, уже написана универсальная библиотека для приема и обработки кодов с любого пульта - IRremote.

Файлы библиотеки вы можете найти в папке libraries/IrRemote сопровождающего книгу электронного архива. Для использования библиотеки в своих проектах поместим их в папку libraries каталога установки Arduino. Скетч для получения кода и отправки в последовательный порт представлен в примере.

#include

int RECV_PIN = 11;

IRrecv irrecv(RECV_PIN); decode_results results;

void setup()

Serial.begin(9600);

irrecv.enableIRIn(); // включить приемник

void loop()

if (irrecv.decode(&results))

Serial.println(results.value, HEX); irrecv.resume(); // получить следующее значение

Можно и передавать ИК-команды. Поддерживаемые протоколы: NEC, Sony SIRC, Philips RC5, Philips RC6. Передающий ИК-светодиод должен быть подключен к pin 3. Скетч для отправки ИК-кода представлен в примере.

#include IRsend irsend;

void setup()

Serial.begin(9600);

void loop()

if (Serial.read() != -1)

for (int i = 0; i < 3; i++)

irsend.sendSony(0xa90, 12); // Sony TV power code delay(100);

Скетч для получения кодов ИК-пульта

Первая задача - получить список кодов клавиш нашего пульта.

Определим список клавиш пульта для управления:

<> - движение вперед;

<↓> - движение назад;

<←> - поворот влево;

<→> - поворот вправо;

<–CH> - увеличение скорости при движении вперед/назад;

- уменьшение скорости при движении вперед/назад;

<–VOL> - круговое движение на месте влево;

- круговое движение на месте вправо;

<0> - остановка робота.

Запускаем скетч из примера и получаем коды нужных клавиш для вашего пульта. Значения кодов выводятся в последовательный порт.

#include

void setup()

// прерывания для ИК

void loop()

// обработка кода нажатия if(ir_kod>0)

ir_go(ir_kod); Serial.println(ir_kod); ir_kod=0;

// получить код, переданный с ИК-пульта void get_ir_kod()

detachInterrupt(0); // отключить прерывание 0 if (irrecv.decode(&results))

if (results.value > 0 && results.value < 0xFFFFFFFF)

// прошла 1 сек?

if (ir_time2-ir_time1>1000)

{ir_kod = ir_dt;ir_time1=ir_time2;}

else

ir_kod = 0;

irrecv.resume();

Оформим их в виде констант

#define FORWARD 1936 //

#define BACK 3984 // ↓

#define SPEED_UP 144 //ch+

#define LEFT 3472 // ←

#define RIGHT 1424 // →

#define STOP 2320 // 0 - стоп

Определять поступление команды с пульта мы будем по прерыванию 0 (на digital pin2). По прерыванию запускается процедура get_ir_kod(), которая определяет код, поступающий с пульта, и записывает его в переменную ir_kod. Процедура loop() проверяет переменную ir_kod, и в случае ненулевого значения переменной (получения кода с пульта) вызывает процедуру вывода действия ir_go(). На данном этапе - это вывод в последовательный порт предполагаемого по нажатию клавиши действия.

Данный скетч представлен в примере.

Результат команды с пульта выводитсяна монитор последовательного порта.

#include

// вход ИК-приемника int RECV_PIN = 2;

IRrecv irrecv(RECV_PIN); decode_results results; unsigned long ir_dt, old_ir; long ir_kod;

unsigned long ir_time1, ir_time2;

// коды клавиш ИК-пульта (marmitek)

#define FORWARD 1936

#define BACK 3984

#define SPEED_UP 144 //ch+

#define SPEED_DOWN 2192 //ch-

#define LEFT 3472

#define RIGHT 1424

#define CIRCLE_LEFT 3216 //vol+

#define CIRCLE_RIGHT 1168 //vol-

#define STOP 2320 //0

void setup()

// последовательный порт Serial.begin(9600);

// включить приемник irrecv.enableIRIn(); ir_time1=0;ir_time2=0;

// прерывания для ИК

// FALLING – вызов прерывания при изменении уровня напряжения

// с высокого (HIGH) на низкое (LOW) attachInterrupt(0, get_ir_kod, FALLING);

void loop()

// обработка кода нажатия if(ir_kod>0)

ir_go(ir_kod); ir_kod=0;

// получить код переданный с ИК-пульта void get_ir_kod()

detachInterrupt(0); // отключить прерывание 0

if (irrecv.decode(&results))

if (results.value > 0 && results.value < 0xFFFFFFFF)

ir_dt = results.value; ir_time2=millis();

// прошла 1 сек?

if (ir_time2-ir_time1>1000)

{ir_kod = ir_dt;ir_time1=ir_time2;} else

ir_kod = 0;

irrecv.resume();

// активировать процедуру прерывания 0 attachInterrupt(0, get_ir_kod, FALLING);

// действие по полученному коду void ir_go(kod)

switch(kod)

case FORWARD: // направление вперед Serial.print("forward\n");

break;

case BACK: // направление назад Serial.print("back\n");

break;

case SPEED_UP: // скорость++ Serial.print("speed++\n"); break;

case SPEED_DOWN: // скорость-- Serial.print("speed--\n"); break;

case LEFT: // влево Serial.print("left\n"); break;

case RIGHT: // вправо Serial.print("right\n"); break;

case CIRCLE_RIGHT: // кружение вправо Serial.print("circle_right\n"); break;

case CIRCLE_LEFT: // кружение влево Serial.print("circle_left\n"); break;

case STOP: // стоп Serial.print("stop\n"); break;