myLINKER - Модулятор и демодулятор ИК-телеуправления

Модули myLINKER в сборе.

Описываемые модули myLINKER представляют собой модулятор и демодулятор инфракрасного излучения, позволяющие беспроводно дистанционно передавать цифровые сигналы. Модули myLINKER построены на распространэнных элементах и правильно собранная схема не требует наладки, то есть "собрал-работает".

Конструкция имеет следующие харрактеристики:

• дальность связи в прямой видимости: 5-20 метров,
• частота модуляции: 30, 36, 38 или 40 кГц,
• напряжение питания 4,5 - 5,5 Вольт,
• потребляемый ток приёмника или передатчика: ок. 1 мА,
• максимальная скорость передачи: 2400 бит/сек,
• времянные параметры импульсов данных зависят от выбраного TSOP-приёмника.

Относительно малая дальность связи и низкая скорость передачи обусловлены максимальной простотой схемы и доступностью элементов для сборки. Тем не менее конструкция myLINKER может быть использована в местах, где не требуется высокая скорость и большая дальность связи. А для начинающих эта конструкция может стать первым шагом на пути в беспроводную связь.

Рис. 1. Блок-схема myLINKER.

Блок-схема myLINKER приведена на рис. 1. Передатчик состоит из двух генераторов. Первый генератор работает на частоте ИК-модуля приёмника. Этот генератор начинает генерировать импульсы при низком уровне сигнала на входе. Второй генератор генерирует импульсы с частотой около 500 кГц, которые "заполняют" импульсы первого генератора (см приведённые эпюры напряжения на рисунке). Подобная "двойная" модуляция позволяет работать ИК-светодиоду в импульсном режиме. В таком режиме импульсный ток через светодиод допускается около 1 Ампера, что значительно увеличивает мощность излучения, а значит и дальность связи. Приёмная часть myLINKER состоит из детектора и фильтра несущей частоты.

Рис. 2. Принципиальная схема myLINKER.

Принципиальная схема myLINKER приведена на рис. 2. Приёмная часть myLINKER собрана на ИК-приёмнике ТСОП в типовом включении из даташита и в детальных пояснениях не нуждается. Модулятор передатчика собран на простой логической микросхеме 74HC02. Эта микросхема содержит 4 логических елемента 2ИЛИ-НЕ. На этих элементах собраны два генератора. Зеленым фоном на схеме подсвечены элементы генератора несущей частоты ТСОП, жёлтым цветом - элементы генератора импульов 500 кГц. Номинал резистора R2 выбирается в зависимости от применённого в приёмной части ТСОП-модуля и его ориентировочные сопротивления для разных частот приведены на схеме.
Резистор R1 обеспечивает высокий уровень сигнала на неподключенном входе передающей части. Этот резистор переводит модулятор myLINKER в ждущий режим при неподключённом входе. Резистор R6 в цепи коллектора транзистора ограничивает ток через ИК-светодиоды.

Работу схемы передатчика в динамической симуляции можно посмотреть по этой ссылке (требуется установка java).

Активным логическим уровнем сигнала на входе модулятора является "логический нуль", такой же уровень сигнала будет и на выходе приёмной части myLINKER. То есть сигнал, проходя через myLINKER, не инвертируется: "нуль" на входе передаётся "нулём" на выход.

Передающая и приёмная часть собрана на односторонне фольгированном материале. Расположение элементов на платах и их размеры приведены на рисунке 3.

Рис. 3. Расположение элементов на платах myLINKER.

Перенести рисунок платы можно посредством "ЛУТ-технологии", ссылка на файл с рисунком платы расположена в конце описания.

Как уже сказано выше, правильо собранная конструкция в наладке не нуждается. Для проверки работоспобности модулей можно поступить следующим образом. К передающей части подключить кнопку и любой светодиод видимого света как показано на рисунке 4, а к приёмной - светодиод с резистором. После подачи питания на обе платы ни один из светодиодов не должен светиться и никакая деталь не должна нагреваться.

Рис. 4. Тестирование работы myLINKER.

Расположив приёмную и передающую часть напротив друг-друга, замкнём контакты кнопки. Светодиоды на передающей и приёмной частях должны засветиться, причём светодиод приёмной части спустя некоторое время может погаснуть даже при замкнутых контактах кнопки.
Если у вас что-то не получается и работает не так как описано - спросите совета на форуме в специальной теме (ссылка в конце текста).

После проверки работоспособности модулей myLINKER можно перейти сразу к конкретному применению этой конструкции!

Примры применения myLINKER

Самый простой робот с дистанционным управлением можно собрать, если к myLINKER подключить драйвер двигателя. Например, можно взять уже описаный модуль myDRIVER. Соединим плату демодулятора myLINKER с платой myDRIVER как показано на рисунке 5. К плате модулятора останется подключить кнопку и небольшой конденсатор.

Рис. 5. Простейшея схема дистанционного управления роботом

Такой робот управляется следующим образом. После подключения питания робот постоянно едет вперёд, но стоит нажать кнопку управления на передающем устройстве, как один из моторов перестанет вращаться и робот повернёт в сторону. Таким образом можно дистанционно управлять платформой робота для избегания препятствий или прохождения какой либо трассы, например между ножками стульев в комнате. Пример такого робота можно увидеть на видеоролике ниже:

Видео 1. Управление простейшим роботом

Эта схема управления позволяет передавать лишь одну комманду, да и то только на время нажатия кнопки: после отпускания кнопки робот опять едет прямо. Что бы расширить функции управления необходимо как то закодировать комманды.

Из описания myLINKER можно догадаться, что с помощью этой конструкции можно передавать только два сигнала: "включено" и "выключено". Говоря другими словами, передавать можно лишь два положения или логических состояния: "логическую единицу" и "логический нуль". Но ведь именно только эти два состояния применяются в цифровой течнике! Значит, применив простые способы кодирования сигналов можно получить практически бесконечное число передаваемых комманд!

Одним из самых простых способов кодирования комманд является число-импульсное кодирование: то есть каждая комманда "включается" только определённым количеством импульсов. Похожий способ кодирования применялся и применяется в телефонном импульсном номеронаберателе - каждая цифра номера соответствует количеству импульсов.

Теперь попробуем воплотить этот способ кодирования в реальной схеме. Для етого нам понадобится собранные и провереные платы myLINKER, одна микросхема 74HC74, и пару светодиодов с резисторами. Микросхему 74HC74 можно заменить на любую аналогичную из серии 74 (74LS74, 74HCT74, 74F74) или на отечественные аналоги: К155ТМ2, К555ТМ2, К1533ТМ2. Все эти микросхемы содержат по два D-триггера с возможностью установки и сброса.
Не будем разбираться в работе D-триггера, а сразу перейдём к готовой схеме на рис 6.

Рис. 6. Модуль myLINKER с триггером

Цепочка C1R1 (из резистора и конденсатора) на входе "R" триггера служит для сброса его в нулевое состояние при включении питания.
Передающую часть myLINKER опять снабдим одной кнопкой. Подадим питание на схему - светодиод должен быть погашен. Теперь коротко нажмём на коммандную кнопку один раз - светодиод засветится, нажмём ещё раз - погаснет.
Поэкспериментируйте с нажатием кнопки!

Так как микросхема К155ТМ2 (или аналог) содержит целых два D-триггера, то второй триггер тоже можно задействовать, подключив его следом за первым. Таким образом мы получим двоичный счётчик - Рис. 7.

Рис. 7. Модуль myLINKER с числовым дешифратором

Схема передающего устройства и в этом случае остаётся прежней, а функцию шифрования комманд будет выполнять человек-оператор. Нажимая на кнопку управления, можно добиться разной комбинации включения светодиодов. Светодиоды будут переключаться в соответствии с двоичной последовательностью с каждым нажатием кнопки на передающей части myLINKER.
Что бы раскодировать эти двоичные сигналы в отдельные комманды можно применить ещё всего лишь одну микросхему двоичного дешифратора, например К155ИД1 или К155ИД3 (К555ИД1, К555ИД3). Такми образом можно собрать устройство телеуправления на 10 и более отдельных комманд.
Если же применить микроконтроллер, то всю дешифрацию комманд можно возложить на его плечи. А так же сразу выполнить ещё и другие действия с принятыми сигналами.

Для более сложного телеупаравления передающие сигналы можно шифровать и формировать с помощью микроконтроллера, и к этому же микроконтроллеру подключить несколько кнопок или ручек управления.
Для передачи комманд лучше всего применять распростраённые методы кодирования, например "RC-5", но тем не менее не исключена возможность передачи с помощью myLINKER данных непосредственно через стандартный UART. На видеорилике 2 приведён пример именно такого использования для передачи текстовых сообщений.

Видео 2. Дистанционная передача текста с помошью myLINKER

Один комплект модулей myLINKER позволяет осуществлять передачу информации только в одном направлении. Что бы передавать информацию и в обратном направлении потребуется ещё один комплект модулей: Рис.8.

Рис. 8. Двусторонняя связь модулями myLINKER

В таком случае с мобильной платформы можно будет "общаться" в обе стороны: не только передавать ей управляющие комманды, но и получать с платформы состояние сенсоров или другой информации.

Смелых и Удачных Экспериментов!!!

Дополнения и файлы:

• PDF: Файл PDF с рисунком печатной платы для "ЛУТ"
• myURL: Ветка форума для обсуждения myLINKER.
• myURL: Всё об ИК-приёмнике "TSOP".
• URL: Триггеры
• URL: Шифратор и дешифратор команд телеуправления
• URL: Помехозащищенная система телеуправления

Размещение этой статьи на других сайтах как полностью, так и частично разрешено только после согласования с администрацией myROBOT.RU