В наше время телевидение достигло апогея развития. Многие люди смотрят телевизор по несколько раз день и пульт в данном случае является неотъемлемой частью телевизора. Взрослые люди с грустью вспоминают те времена, когда им приходилось вставать каждый раз с дивана или кресла, чтобы переключить канал. Теперь же все гораздо проще – достаточно нажать всего одну кнопку на этой «волшебной палочке» и вы смотрите уже другой канал. Но как же работает пульт? Давайте заглянем внутрь. Принцип работы дистанционного управления заключается в том, что для его действия необходимо нажать кнопку, которая отвечает за ту или иную функцию. Это нажатие затем превратится в инфракрасный сигнал света, который получит телевизор. Если снять заднюю крышку пульта, то вы увидите всего одну деталь – печатную плату с множеством точечек и линий. Практически во всех устройствах дистанционного управления используется типичный набор компонентов. Во-первых, это интегральная схема (также называемая чипом) с серийным номером "TA11835". С правой стороны чипа проходит диод, транзистор (черный), резонатор (желтый), два резистора (зеленые) и конденсатор (темно синий). Рядом с контактами батареи есть резистор (зеленый) и конденсатор (коричневый диск). С помощью этой схемы чип определяет, какая была нажата кнопка. Затем он переводит «нажатую кнопку» в некую последовательность символов, своего рода азбуку Морзе, поскольку каждая кнопка имеет свой код. Затем чип отсылает этот закодированный сигнал на транзистор, который его усиливает.
Печатная схема
Если раскрутить печатную схему и вытащить ее из пульта, то можно заметить, что она представляет собой тонкую пластинку из стекловолокна, на поверхности которой выгравированы тонкие медные "полосы". На печатной плате собраны различные электронные части. «Печатанье» медных полос на листе из стекловолокна довольно недорогостоящий процесс. К тому же в наше время не составляет большой сложности установить детали (например, чипы, транзисторы и т.д.) на пластину из стекловолокна, а затем припаять все это медными проводами.
Если посмотреть на схему, то можно увидеть набор точек контакта, которые соответствуют каждой отдельной кнопке. Сами кнопки сделаны из тонкого эластичного материала. Каждой кнопке соответствует крошечный проводящий диск. Когда диск соприкасается с контактами на печатной схеме, происходит соединение и чип улавливает сигнал об их соединении. На конце печатной схемы находится инфракрасный светодиод, также называемый светоизлучающим диодом. Многие светоизлучающие диоды производят видимый свет, но те диоды, которые устанавливаются в пульты дистанционного управления, излучают невидимый для человеческого глаза свет. Но если у вас есть видеокамера, то вы можете увидеть этот свет через видеоискатель. Для этого вам необходимо навести пульт на камеру и нажать любую кнопку. Инфракрасный свет отразится в видеоискателе.
В сущности, основной принцип работы всех устройств дистанционного управления состоит в следующем: вы нажимаете на кнопку и главный чип улавливает соприкосновение кнопки с платой и определяет какая была нажата кнопка. Тогда он воспроизводит кодированный сигнал этой кнопки и отсылает его на светоизлучающий диод, который перерабатывает сигнал в инфракрасный свет. Датчик в телевизоре улавливает этот сигнал и выполняет заданную ему команду.
Различные пульты для бытовых приборов
История
|
Первый пульт ДУ для управления телевизором был разработан Юджином Полли , сотрудником американской компании Zenith Radio Corporation в начале 1950-х годов . Он был соединён с телевизором кабелем . В 1955 году был разработан беспроводной пульт Flashmatic , основанный на посылании луча света в направлении фотоэлемента . К сожалению, фотоэлемент не мог отличить свет из пульта от света из других источников. Кроме того, требовалось направлять пульт точно на приёмник. К началу 2000-х годов количество бытовых электроприборов резко возросло. Для управления домашним кинотеатром может потребоваться пять-шесть пультов: от спутникового приёмника, видеомагнитофона, DVD-проигрывателя, телевизионного и звукового усилителя. Некоторые из них требуется использовать друг за другом, и, из-за разобщённости систем управления, это становится обременительным. Многие специалисты, включая известного специалиста по юзабилити Jakob Nielsen и изобретателя современного пульта ДУ Роберта Адлера, отмечают, сколь запутанно и неуклюже использование нескольких пультов. Появление КПК с инфракрасным портом позволило создавать универсальные пульты ДУ с программируемым управлением. Однако в силу высокой стоимости этот метод не стал слишком распространён. Не стали широко распространёнными и специальные универсальные обучаемые пульты управления в силу относительной сложности программирования и использования. Также возможно использование некоторых мобильных телефонов для дистанционного управления (по каналу Bluetooth) персональным компьютером. Некоторые смартфоны под управлением Android, например Redmi 4X фирмы Xiaomi позволяют дистанционно управлять телевизорами некоторых массовых производителей по ИК-каналу. Типы ПДУПрименениеПДУ используются для дистанционного управления бытовой электронной аппаратурой (телевизорами, муз. центрами, аудио- и видеопроигрывателями и тп.). Миниатюрные пульты ДУ имеют автомобильные сигнализации . Есть пульты ДУ и для управления роботами , авиамоделями и пр. Системами ДУ бывают оборудованы даже храмы . Вообще - пульт ДУ может быть применён в любом устройстве, имеющем электронное управление. ПДУ бытовой аппаратурыПДУ для бытовой электронной аппаратуры обычно представляет собой небольшое устройство с кнопками , с питанием от батареек , посылающее команды посредством инфракрасного излучения с длиной волны 0,75-1,4 микрона . 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 частоту модуляции передаваемых данных, в противном случае приёмник окажется неспособен принять и обработать посланные ему данные. МодуляцияОбычно 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 совпадающей 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 (пачек импульсов
) формируют кодированную посылку
(см. ниже). 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 имеет всего три вывода: Питание
, Земля
, Выход данных
. КодированиеДля распознавания множества различных команд пульта применяется кодирование передаваемых данных. Сейчас преимущественно используются следующие две схемы кодирования передаваемых данных:
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 кГц), Thomson RCA (56,7 кГц), Toshiba Micom Format (similar NEC), Sony 12 Bit, Sony 15 Bit, Sony 20 Bit, Kaseikyo Matsushita (36,7 кГц), Mitsubishi (38 кГц, preburst 8 ms, 16 bit), Ruwido r-map, Ruwido r-step, Continuous transmission 4000 bps и Continuous transmission 1000 bps. 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. Неисправности беспроводных пультов ДУ
Наличие сигнала с пульта можно проверить, посмотрев на него через видеокамеру или цифровой фотоаппарат, при этом нажимая на пульте кнопки. ПЗС-матрицы бытовой фото- и видеоаппаратуры обычно видят инфракрасный диапазон. |
История дистанционного управления
Один из самых ранних образцов устройств для дистанционного управления придумал и запатентовал Никола Тесла в 1893 году .
Первый пульт ДУ для управления телевизором был разработан американской компанией Zenith Radio Corporation в начала 1950-х . Он был соединён с телевизором кабелем . В 1955 году был разработан беспроводной пульт Flashmatic , основанный на посылании луча света в направлении фотоэлемента . К сожалению, фотоэлемент не мог отличить свет из пульта от света из других источников. Кроме того, требовалось направлять пульт точно на приёмник.
Пульт ДУ Zenith Space Commander 600
Универсальный пульт Harmony 670
Военное дело
- В Первой мировой войне немецкий флот применял специальные лодки для борьбы с прибрежным флотом. Они приводились в движение двигателями внутреннего сгорания и управлялись дистанционно с береговой станции
по кабелю длиной несколько миль, привязанному к катушке на корабле. Самолёт использовался для их точного наведения. Эти лодки несли большой заряд взрывчатки в носу и ходили на скорости 30 узлов .
- Рабоче-крестьянская Красная армия использовала дистанционно-управляемые танки в Советско-финской войне 1939-1940 годов и в начале Великой Отечественной войны . Телетанк управлялся по радиосвязи из управляющего танка на расстоянии 500-1500 м, таким образом, получалась телемеханическая группа. Красная армия выставила по меньшей мере два телетанковых батальона в начале ВОВ. Также у Красной армии были дистанционно-управляемые катера и экспериментальные самолёты. Между тем, немецкие танковые батальоны были полностью радиофицированы, каждый танк имел на своем борту рацию, что говорит об огромном превосходстве немецкой техники и промышленности к началу войны.
- Подробная информация о применении ПДУ для средств спецназначения в наше время носит преимущественно закрытый характер
Авиация
Практически все средства авионики и другое бортовое оборудование ЛА управляются с помощью пультов ДУ в кабине пилотов, ДУ имеется также в наземном оборудовании
Водный транспорт
Значительная часть судового оборудования управляется с помощью ПДУ
Железная дорога и метро
ПДУ применяются для управления оборудованием поездов, путевым оборудованием, оборудованием станций (эскалатор, освещение и т. д.)
Промышленное производство и строительство
Некоторые виды производственного и строительного оборудования могут управляться с помощью ПДУ
Научно-исследовательские и производственно технические лаборатории
Некоторые виды лабораторного оборудования управляются с помощью ПДУ
Космос
- Технология дистанционного управления также использовалась в исследованиях космоса. Советский Луноход дистанционно управлялся с Земли. Прямое дистанционное управление космическими аппаратами на бо́льших расстояниях непрактично из-за возрастающей задержки сигнала.
- Для управления оборудованием и двигателями космического корабля в кабине космонавтов имеются пульты ДУ
Связь и другие системы информационных технологий
Дистанционное управление могут иметь ретрансляторы, радиомаяки, а также связные радиостанции, радиолокаторы и другие системы
Электроэнергетика
В электроэнергетике ПДУ используются для управления объектами энергосистемы и управления энергопотреблением
Помните, как в мультфильме «трое из Простоквашино», мама дяди Федора сказала: «Я так устаю на работе, что даже телевизор смотреть не могу!» Видимо, эта фраза и является ответом на вопрос, почему вся современная бытовая аппаратура имеет инфракрасные пульты дистанционного управления (ПДУ) . Но, если разобраться, то все началось намного раньше.
ПДУ с проводами
Первыми работами по дистанционному управлению занимались немцы в конце 30-х годов двадцатого столетия, еще до начала Второй мировой войны. Объектом автоматизации был ламповый приемник. Пульт управления представлял собой отдельную металлическую панель с кнопками. Нажатие кнопки приводило к срабатыванию исполнительного механизма, - реле, электромагнита или двигателя. Соединение между таким ПДУ и приемником было выполнено многожильным кабелем, что все равно привязывало слушателя к определенному месту.
Подобные пульты были у советских ламповых телевизоров первого класса. Это была маленькая пластмассовая коробочка с регулятором громкости, соединенная с телевизором проводом. Кроме громкости такой пульт ничем управлять не мог. Но определенные удобства такой пульт, несомненно, создавал. Ведь тогда не было надоедливой рекламы и фильм приходилось смотреть от начала до конца.
Ультразвуковые ПДУ
Первый беспроводной пульт дистанционного управления обязан своим появлением на свет американцу Хассо Платтнеру. В 1972 году после ухода из IBM он организовал свою фирму и в целях налаживания деловых контактов и связей часто и много ездил по всему миру. На одной из встреч с руководством компании JVC произошел конфузный случай.
При обсуждении какой-то проблемы Платтнер встал и двинулся к телевизору, чтобы пальцем показать какую-то деталь на экране. Но, до экрана не дошел, споткнувшись о кабель дистанционного управления. Пролил коктейль на костюм и в сердцах сказал: «Разве нельзя было сделать переключение каналов по радиоволне?», чем вогнал японских компаньонов в краску. А уже ровно через год появился первый пульт на ультразвуковых лучах.
Принцип его действия заключался в подаче своей частоты при нажатии на каждую кнопку. Ультразвук улавливался микрофоном и усиливался усилителем, в которым использовалось несколько параллельных каналов с резонансными контурами. На выходах этих каналов появлялись управляющие напряжения. При таком способе кодирования каналов получалось не очень много.
Дальнейшее развитие электроники, в частности появление микросхем фирмы INTEL, позволило отказаться от подобного многочастотного кодирования. На одной ультразвуковой частоте за счет различных способов модуляции стало возможным передавать намного больше команд, чем при много частотном кодировании. Одним из первых аппаратов оснащенных ультразвуковым ПДУ был телевизор фирмы RCA. Кодирование команд осуществлялось при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Эти пульты имели целый ряд недостатков. В первую очередь большие габариты и мощность потребления. Это было связано с тем, что ультразвуковое излучение охотно поглощается предметами обихода, - одеждой, мягкой мебелью, коврами. Поэтому мощность излучения требовалось увеличивать, что сокращало срок службы батарей.
Рис. 1. Первые пульты дистанционного управления
Специализированные микросхемы для ПДУ
Дело пошло лучше после того, как фирма INTEL разработала свой первый микропроцессор 8080. Эту новую разработку взяли за основу фирмы GRUNDIG и MAGNAVOX, которые сделали первый специализированный микропроцессор. В этом случае процессором генерируется нужный код цифровой команды под воздействием нажатой кнопки. Таким образом специализированная микросхема для ПДУ есть не что иное, как с уже прошитой программой. Такие ПДУ назывались TELEPILOT.
ПДУ на ИК-лучах
Первый цветной телевизор с микропроцессорным управлением и пультом дистанционного управления (ПДУ) на ИК лучах был выпущен совместно фирмами GRUNDIG и MAGNAVOX уже в 1974 году. Уже в этой модели в углу экрана показывался номер переключающегося канала (система OSD). Эта система команд получила название ITT. Это был первенец фирмы GRUNDIG.
В дальнейшем исследованиями в области ПДУ занялась фирма PHILIPS, которая разработала систему команд RC-5. Новая система позволяла кодировать 2048 команд, что в 4 раза превысило количество команд в системе ITT. Несущая частота была выбрана 36КГц, что не мешало передачам европейских радиовещательных станций и работе пультов с ультразвуковыми передатчиками с частотой 30 и 40КГц, а также обеспечивала достаточную дальность приема.
Но электронная техника не стояла на месте, а как говорил один киногерой, - шла вперед семимильными шагами. Совершенствовались телевизоры, появились видеомагнитофоны и музыкальные центры, спутниковые тюнеры, проигрыватели CD и DVD и многое другое.
Для управления новой техникой потребовались и новые ПДУ, а соответственно пришлось разрабатывать новые микросхемы. Такие микросхемы разработали фирмы SIEMENS и THOMSON. Несущая частота новых ПДУ была тоже 36КГц, но использовался другой метод модуляции сигнала, - двухфазная модуляция. При такой модуляции несущая частота была более стабильна, что обеспечило повышение дальности, увеличение помехозащищенности и надежности работы.
Дальнейший вклад в дело развития систем ПДУ снова внесла фирма PHILIPS. В начале 90 годов прошлого века она объединила все лучшее, что было в системах RC-5 и SIEMENS. Получившийся продукт получил название «Объединенная система команд». Суть ее в следующем. ПДУ такой системы имеют функции «MENU 1» и «MENU 2». В каждой из этих функций одна и та же кнопка выполняет разные команды, и получается, что меньшим количеством кнопок можно выполнить большее число команд.
Впоследствии пульты управления проникли во многие другие области бытовой техники. ИК излучением в настоящее время управляются кондиционеры, вентиляторы, настенные тепловентиляторы, . Даже некоторые модели автомагнитол и цифровых фотоаппаратов имеют ПДУ.
При всем многообразии пультов и управляемых ими устройств, все они работают практически одинаково: инфракрасный светодиод ПДУ при нажатии кнопок излучает пачки инфракрасных импульсов (вспышек), которые принимаются фотоприемником («глазом») телевизора или другого устройства. Современный интегральный фотоприемник представляет собой устройство достаточно сложное, хотя по внешнему его виду этого не скажешь. Внешний вид фотоприемника показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Фотоприемник
Приемник настроен на прием импульсов с несущей частотой 36КГц, что соответствует протоколу RC-5. Если вблизи фотоприемника просто включить, например, от батарейки, ИК светодиод, то его немигающее свечение на «глаз» никакого воздействия не окажет, даже если этот светодиод поднести вплотную к фотоприемнику. Также не оказывает воздействия дневной и искусственный свет. Такая избирательность обусловлена тем, что в цепи усиления сигнала фотоприемника имеется полосовой фильтр. Структурная схема фотоприемника показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Структурная схема фотоприемника
Здесь не будет объясняться подробно протокол RC-5, поскольку на дальнейший рассказ, да собственно и на ремонт ПДУ, это незнание никак не повлияет. Желающие познакомиться с протоколом RC-5 более подробно могут найти его описание в интернете. Это уже тема для отдельной статьи.
Устройство ПДУ
При всем многообразии современных ПДУ все модели устроены практически одинаково. Основное различие чаще всего во внешнем виде, в дизайне устройства. Как было сказано в первой части статьи, основой современного ПДУ является специализированный микроконтроллер. Программа в МК записывается в процессе изготовления на заводе и в дальнейшем изменена быть не может. При включении в схему для такого МК требуется минимальное количество навесных деталей. Схема современного ПДУ показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема современного пульта дистанционного управления
Основой всего устройства является микросхема U1типа SAA3010P. Хотя буквы могут быть и другими, что говорит о другой фирме производителе микросхемы. Но цифры все равно остаются 3010.
Как было сказано выше, навесных деталей практически нет. Прежде всего, это , хотя это не совсем точно. Его назначение - синхронизация внутреннего генератора микросхемы, что обеспечивает требуемые временные характеристики выходного сигнала.
В нижнем правом углу схемы показана матрица клавиш (KEY MATRIX). Ее строки подсоединены к выводам DR0…DR7, а столбцы, соответственно, к выводам X0…X7. При нажатии на любую кнопку замыкается одна пара столбец - строка, и на выходе микросхемы возникает импульсная последовательность соответствующая нажатой кнопке. Каждая кнопка выдает свою последовательность и никакую другую! Всего возможно подключить 8*8=64 кнопки, хотя практически может быть и меньше.
Выходной сигнал в виде импульсов напряжения поступает на затвор полевого транзистора VT1, который в свою очередь управляет работой ИК светодиода VD1. Алгоритм управления в данном случае очень простой: открылся транзистор - засветился светодиод, транзистор закрыт, - светодиод погас. В таком случае говорят, что транзистор работает в ключевом режиме. В результате таких вспышек формируются пакеты импульсов, соответствующие протоколу управления RC-5.
Питание схемы производится от двух гальванических элементов типа AA, энергии которых хватает не менее чем на год. Параллельно батарейкам стоит электролитический конденсатор C1, который шунтируя внутренне сопротивление батареек, продлевает срок их службы и обеспечивает нормальную работу ПДУ при несколько «подсевших» батарейках. Светодиод в импульсном режиме может потреблять ток до 1А.
После рассмотрения схемы ПДУ, кажется, можно сказать, что ломаться при таком простом устройстве абсолютно нечему, но это не так. Именно ПДУ чаще всего доставляет неприятности владельцу телевизора. О том, как отремонтировать ПДУ, какие его основные «болезни», а также, чем и как их вылечить будет рассказано во второй части статьи.
