ПДУ бытовой аппаратуры

ПДУ для бытовой электронной аппаратуры обычно представляет собой небольшое устройство с кнопками, с питанием от батареек, посылающее команды посредством инфракрасного излучения с длиной волны 0,75—1,4микрон. Этот свет невидим для человеческого глаза, но распознаётся приёмником принимающего устройства. В большинстве ПДУ применяется одна специализированная микросхема, корпусная либо бескорпусная (помещенная прямо на печатную плату и залитая компаундом, для предотвращения повреждения).

Ранее на пульт ДУ выносились только основные функции аппарата (переключение каналов, управления громкостью и т. п.), сейчас большинство образцов современной бытовой электроники на самом корпусе имеют ограниченный набор средств управления и полный набор их на пульте ДУ.

Первым пультам для передачи одной функции, команды (одноканальный ПДУ, с одной кнопкой) было достаточно наличия/отсутствия самого передаваемого сигнала. Но и то только в том случае, если он передавался по помехозащищённому каналу (например, проводу), в противном случае внешние помехи (лучи Солнца и т. п.) приводили к ложному срабатыванию. Первые беспроводные ПДУ использовали ультразвуковой канал связи.

Для пультов с несколькими функциями необходима более сложная система — частотная модуляция несущего сигнала (она применяется и для создания помехозащищённости канала) и кодирование передаваемых команд. Сейчас для этого используется цифровая обработка — микросхема передатчика (в пульте) модулирует и кодирует передаваемый сигнал, в приёмнике происходит его демодуляция и декодирование. После демодуляции полученного сигнала применяются соответствующие частотные фильтры для разделения сигналов.

Для считывания кода нажатой кнопки обычно применяется метод сканирования линий матрицы кнопок (аналогичный метод применяется в компьютерных клавиатурах), но в пультах ДУ бытовой техники использование непрерывного сканирования требовало бы затрат энергии и батарейки бы быстро садились. Поэтому в режиме ожидания все линии сканирования устанавливаются в одинаковое состояние и процессор пульта переводится в режим «засыпания», отключая тактовый генератор и практически не потребляя энергию. При нажатии любой кнопки на входных линиях сканирования изменяется логический уровень, что вызывает «просыпание» процессора и запуск тактового генератора. После чего запускается полный цикл сканирования клавиатуры для определения вызвавшей просыпание кнопки. Метод «одна кнопка — одна линия» обычно не используется по причине большого числа кнопок на современных пультах ДУ. После определения нажатой кнопки пульт формирует посылку, содержащую код пульта и код кнопки.

Бытовые пульты ДУ не имеют обратной связи, это означает что пульт не может определить, достиг ли сигнал приёмника или нет. Поэтому сигнал, соответствующий нажатой кнопке, передаётся непрерывно до тех пор пока кнопка не будет отпущена. При отпускании кнопки пульт переходит обратно в дежурное состояние.

На приёмной стороне (например в телевизоре) принимаются данные: проверяется код пульта, и, если этот код соответствует заданному, выполняется команда, соответствующая нажатой кнопке. Передатчик и приёмник (пульта и аппарата) должны использовать одинаковые методы кодирования и частотумодуляции передаваемых данных, в противном случае приёмник окажется неспособен принять и обработать посланные ему данные.

Модуляция

Обычно в пультах используется одна частота модуляции несущей (то есть частоты излучения ИК-светодиода) — на неё настроен и пульт, и приёмник. Частоты модуляции обычно стандартны — это 36 кГц, 38 кГц, 40 кГц (Panasonic, Sony). Редкими считаются частоты 56 кГц (Sharp). Фирма Bang & Olufsen использует 455 кГц, что является большой редкостью. Использование приёмника с частотой модуляции, не точно совпадающего с частотой передатчика, не означает что он не будет принимать — приём останется, но его чувствительность может очень сильно упасть.

Передача сигнала осуществляется излучением ИК-светодиода с соответствующей частотой модуляции. Для частот от 30 до 50 кГц обычно используются светодиоды с длиной волны 950 нм, а для 455 кГц — специальные светодиоды с длиной волны 870 нм (на эту длину волны и высокую частоту модуляции ориентированы специализированные приёмники TSOP5700 и TSOP7000).

Несколько таких модулированных передач и гашений (пачекимпульсов) формируют кодированнуюпосылку. Приёмник ИК-сигнала состоит из нескольких каскадов усилителей и демодулятора (частотного детектора) и чувствителен к сигналу до −90 дБ (большинство радиолюбительских схем имеют чувствительность до −60 дБ). Также практически все производимые серийно ИК-приёмники имеют ИК-светофильтр (тёмно-красная линза или пластина). Сам модуль ИК-приёмника имеют всего три вывода: Питание, Земля, Выход данных.
Пример фотоприёмников: TSOP1736 — настроен на частоту 36 кГц, TSOP1738 — 38 кГц (производитель Vishay Telefunken), BRM1020 — 38 кГц.
Для приёма сигнала от пульта ДУ также существует демодулятор без встроенного ИК фотоприёмника — микросхема фирмы Sony CXA1511, по своей сути — высококачественный частотный детектор, позволяющий сделать пульт, например, на УФ-излучателях, а не на светодиодах ИК-диапазона.

Кодирование

Для распознавания множества различных команд пульта применяется кодирование передаваемых данных. Сейчас преимущественно используются следующие две схемы кодирования передаваемых данных:

· Первая в пультах ДУ стала применяться фирмой Philips (протоколы RC4 и RC5, т. н. Манчестерское кодирование): Передача 0 дополнялась единицей, а передача 1 — нулём. То есть 001 передается как 01 01 10. Соответственно посылка считывается последовательно, и в эфир подаётся модулированный сигнал только когда встречается единица.

· Авторство второй схемы кодирования приписывается фирме Sony. Сначала всегда передаётся «1» модулированным сигналом, затем «0» — пауза. Временной размер единицы всегда одинаковый, а временной размер 0 — это кодированные передаваемые данные. Длинная пауза — передача единицы, короткая пауза — передача нуля.

Перед посылкой кодированных данных пульт всегда посылает одну или несколько синхропосылок для того, чтобы фотоприёмник настроил приёмную цепь (синхронизировался с пультом по чувствительности и фазе).

Производители пультов не склонны придерживаться каких-либо общих стандартных протоколов кодирования данных и вправе разрабатывать и применять для своей техники всё новые и новые протоколы. Более полный список протоколов: NEC (repetitive pulse), NEC (repetitive data), RC5, RC6, RCMM, RECS-80, R-2000 (33 kHz), Thomson RCA (56.7 kHz), Toshiba Micom Format (similar NEC), Sony 12 Bit, Sony 15 Bit, Sony 20 Bit, Kaseikyo Matsushita (36.7 kHz), Mitsubishi (38 kHz, preburst 8 ms, 16 bit), Ruwido r-map, Ruwido r-step, Continuous transmission 4000 bps и Continuous transmission 1000 bps.

Питание

Бытовые пульты ДУ обычно питаются от 2-4 батареек типоразмера AA или AAA (реже от батарейки 9 В типа «Крона»). Это связано с тем, что для питания инфракрасного светодиода необходимо не менее 2,0-2,5 Вольта, и от одной батарейки (1,5 В) такого напряжения без усложнения схемы не получить. Для пультов рекомендуется покупать обыкновенные солевые или щелочные (Alkaline) батарейки, они прослужат дольше — дело в том, что аналогичные (типоразмера AA или AAA) аккумуляторы могут разрядиться уже за полгода только из-за высокого тока саморазряда у них, к тому же длительный срок эксплуатации одной зарядки не окупит стоимость аккумулятора.