TECHNO BROTHER

Сколько логических микросхем понадобится для того, чтобы получить полноценный ИК пульт дистанционного управления? Наверняка вам даже в голову не приходил этот вопрос! А в моем воспаленном сознании однажды такой вопрос возник.

Если вам приходилось сталкиваться с моими предыдущими статьями, то вы уже имеете представление о моем специфическом увлечении схемотехникой. Но далеко не все мои идеи находят воплощение в железе, многое так и остается в виде черновиков на виртуальных моделях. Так случилось и с этой схемой, но она кажется мне достаточно интересной, чтобы поделиться ей с вами.

Если вы тоже считаете, что немного схемотехники после новогодних праздников вам не повредит, тогда добро пожаловать под кат.

Одному моему товарищу из Ярославля необходимо было разработать задание для конкурса по электронике. Формат конкурса удивительным образом совпал с форматом моего увлечения. Поэтому товарищ и обратился ко мне.

Конкурс проводился для студентов колледжа, и мне хотелось предложить что-то «умное», а не очередную «свистелку-мигалку» на жесткой логике. И тут в моем архиве попалась схема ИК пульта дистанционного управления в формате RC-5. Почему бы и нет? Тут и модуляция есть, и кодирование и схемотехника занятная. Решено! Я предварительно согласовал идею с товарищем и приступил к проработке.

❯ Формат RC-5

Сам по себе протокол RC-5 стар как этот мир и является хорошим примером функционального минимализма в схемотехнике. Разрабатывался он в те времена, когда инженерам приходилось экономить вычислительные ресурсы в своих схемах. Это сегодня можно взять какую-нибудь Arduino и сделать на ней любой протокол управления без особых хлопот. Наверное, поэтому в современных статья по протоколу RC-5 опускаются некоторые важные моменты.

Протокол RC-5 использует бифазное модулирование, которое в зарубежной литературе именуется кодом «Манчестер». Его основным преимуществом является самосинхронизация. То есть двоичный код можно передавать по одному каналу связи без дополнительного канала синхронизации.

Все биты передаются за одинаковое время 1.778мс. Для передачи логического ноля первую половину периода передается высокий уровень, а вторую — низкий. Для передачи единицы — наоборот.

Такой код получается очень просто путем кодирования данных тактовым сигналом с заполнением 50% с помощью функции «исключающего или». Тактовый сигнал должен иметь высокий уровень первую половину периода, и низкий уровень — во второй. Если вспомнить, как работает логическая функция XOR, то все сразу станет понятно.

К слову, время передачи одного бита данных 1.778мс выбрано не случайно. Для исключения влияния фонового ИК излучения, например от ламп дневного освещения, сигнал пульта модулируется на частоте 36кГц. Таким образом за один период передачи данных помещается ровно 64 заполняющих импульса. Опорная частота обычно имеет скважность 3 или 4, так сигнал потом проще фильтровать.

Сама посылка в формате RC-5 включает в себя 14 бит. Чуть позже мы увидим, что это тоже очень удобно с точки зрения схемотехники. Общее время передачи одной посылки составляет 24,9мс.

В начале посылки всегда передается два стартовых бита, имеющих значение логической «1». При Манчестерском кодировании нам необходимо знать значение первого бита, иначе все последующие могут быть интерпретированы неверно. Также это позволяет синхронизироваться приемникам.

Третий бит триггер (бит управления) меняет своё состояние при каждом следующем нажатии кнопки. Если кнопка удерживается, то посылка должна повторяться каждые 114 мс, а бит — триггер при этом не меняется. Таким образом определяется различие между нажатием одной кнопки несколько раз и ее удерживанием.

Пять битов адреса системы S4 — S0 управления позволяют выбрать одно из 32-х стандартных устройств (телевизор, видеопроигрыватель, CD-плеер и так далее), для которого адресуется команда C5 — C0. Команды были тоже стандартизированы разработчиком протокола — компанией Филипс.

Когда-то это позволяло различать пульты управления для разных устройств. Но потом Китайцы, как всегда, все поломали, в их сверх массовых устройствах частенько коды использовались так, как это было удобно китайским инженерам. Вот сейчас и случается так, что на пульте от люстры появляется секретная кнопка, которая добавляет громкости телевизору и одновременно включает кухонную вытяжку на первой скорости.

❯ Структурная схема пульта

У меня получилась следующая структурная схема пульта управления. Вспоминая, что это задание для конкурса, количество элементов схемы и площадь печатной платы имеют ограничение, функциональность пульта пришлось ограничить десятью кнопками. Функция повторной отправки команды при удержании кнопки тоже не реализована. Но все это достаточно просто можно добавить при необходимости.

На схеме я добавил наименования микросхем, которые используются в каждом конкретном блоке.

Клавиатура и приоритетный шифратор

Обработка командных кнопок реализована с помощью приоритетного шифратора CD4532. Для добавления еще двух кнопок я использовал три вентиля ИЛИ 74НС32. Можно было бы использовать два шифратора включенных последовательно, но один вентиль ИЛИ понадобился в другом блоке схемы, так получилось сократить количество корпусов.

Кнопки обязательно следует подтянуть на землю резисторами, чтобы входы шифратора не болтались в воздухе. В зависимости от качества кнопок, параллельно каждой можно поставить по конденсатору на 0,1мкФ.

Вывод 14 GS микросхемы U6 позволяет определить момент нажатия кнопки, дифференциальная цепочка С7-R9 выступает в роли детектора фронта и формирует короткий импульс запуска схемы write. На выходах d0-d3 формируется двоичный код нажатой кнопки.

Формирователь сообщения

Код нажатой кнопки передается на схему формирования сообщения. Эта схема построена на основе двух сдвиговых регистров 74НС165. Я думаю, что тут все должно быть понятно, RC-5 это же последовательный протокол, вот и регистры использованы параллельно-последовательные.

Один вентиль XOR используется в качестве инвертора, это тоже сделано с целью сокращения количества корпусов логических микросхем, чтобы еще дополнительный корпус не ставить с вентилями НЕ.

Через инвертор сигнал write защелкивает входы сдвигового регистра, чтобы последовательно были переданы данные, установившиеся на входе регистра на момент нажатия кнопки.

Входы D0-D4 сдвигового регистра U1 посажены на землю и формируют нулевой адрес устройства, при необходимости эти линии можно переключить между землей и плюсом питания так, как вам будет удобно. По классификации от Филипс 0h это адрес для телевизоров, кнопками можно будет клацать TV-программы.

Бит-переключатель

Бит управления trig формируется триггером U3:B, включенным по схеме ждущего мультивибратора с увеличенной крутизной фронта. Короткий импульс write со схемы обработки клавиатуры переключает выход триггера на противоположенное значение. Благодаря этому в посылке можно различать отдельные нажатия на кнопки пульта.

Отправка сообщений и тактирование

Также сигнал write переключает выходы второго вентиля триггера U3:A, что активирует работу схемы формирования сообщения на основе счетчика 74HC393.

Задача этой схемы заключается в том, чтобы подать на сдвиговые регистры 14 тактовых импульсов и выдать все 14 бит данных.

Триггер U3:A удерживает счетчик U2:A в состоянии сброса, пока не придёт сигнал write. Благодаря схеме монтажного ИЛИ на диодах D3-D6, счетчик будет вести счет до тех пор, пока хотя бы на одном из его выходов Q0-Q3 будет присутствовать низкий уровень.

По фронту 15-ого тактового импульса все выходы счетчика установятся в высокий уровень, через вентиль ИЛИ U4:A на вход триггера поступит импульс переключения, и работа схемы завершится. То есть пятнадцатый импульс от тактового генератора на сдвиговый регистр не поступит, схема пропустит ровно 14 тактовых импульсов с выхода генератора U8 на NE555, во время которых выходной сигнал схемы формирования сообщения transfer будет в активном уровне.

Бифазный модулятор

Думаю, что объяснять работу модулятора в манчестерский код подробно не нужно. Это должно быть понятно из предыдущего текста.

Заполнение сформированного сообщения частотой 36кГц выполняет генератор U9 на таймере NE555. Современные ИК-приемники часто строятся на модулях типа TSOP, которые на выходе сразу дают низкочастотный сигнал, и поэтому они не так критичны к количеству импульсов заполнения.

Светодиод D7 должен быть инфракрасным с длинной волны 940нм, это самый распространенный диапазон для ИК управления. Если длинна волны светодиода будет отличаться, дальность приема может сильно сократиться.

Немного о питании схемы

Питание схемы можно осуществлять от трех, а лучше четырех последовательно включенных батареек типа ААА. Либо использовать две батарейки с повышающим стабилизатором на 5В. Наличие стабилизатора предпочтительнее, это позволит выжать из батареек максимальную емкость.

❯ Итоги проектирования

Предварительная компоновка схемы на печатную плату показала ее жизнеспособность. Для реализации схемы ИК-пульта в формате RC-5 мне понадобилось всего девять корпусов типа SOIC, два из которых имеют по 8 выводов. Все эти компоненты вполне помещаются в формате классического пульта управления для телевизора.

Вопрос остается только к энергопотреблению схемы. Жрать батарейки конечно же она будет прилично, не сравнить со специализированными микросхемами, которые переходят в сон между нажатиями кнопок.

До воплощения этой схемы в железо так и не дошло, хотя было бы интересно ее спаять. По итогу проектирования схемы, мы с товарищем пришли к другой концепции задания для конкурса. Но из этой схемы получилась хорошая головоломка для дополнительной тренировки студентов на понимание цифровой схемотехники.

А почему, эту схему мы так и не собрали, как-нибудь напишу в одной из следующих своих статей.

Если вам понравилась эта статья, то вы можете посмотреть другие мои проекты:

• 1. Простая схема динамических указателей поворотов, и никаких микроконтроллеров

• 2. Светодиодная шкала для переменного резистора на «рассыпухе»

• 3. Светофор на логике со схемотехникой в стиле Beatles. Как электроника вновь стала моим хобби

• 4. Профессиональные методы прототипирования печатных плат. Распечатать на принтере или фрезеровать, ни слова про утюг

• 5. Бирдекель или арифметический детектив на операционных усилителях

• 6. Электронная игра «лабиринт» на сервоприводах. Никаких arduino, только жесткая логика

• 7. Велосипедный фонарь с динамическими поворотами. Зачем покупать на AliExpress, если можно сделать самому?

• 8. LPKF ProtoMat S63. Мыши плакали, кололись, но… продолжали фрезеровать печатные платы

• 9. Звуковой усилитель на драйвере шагового двигателя L298 и таймере 555. Да, 555-й может и спеть

• 10. Графический спектроанализатор с динамической индикацией на жесткой логике

• 11. Цифровой термометр на жесткой логике

Появление Rabbit R1 AI Assistant кажется важной вехой в области технологий. Этот компактный персональный помощник с голосовым управлением - результат стремления генерального директора Rabbit Джесси Лю вернуть простоту использования телефона. Лю утверждает, что карманное устройство с искусственным интеллектом Rabbit уже полностью распродано - было приобретено 10 000 единиц.

Что представляет собой ИИ-помощник Rabbit R1?

Представленный на выставке CES 2024, Rabbit R1 - это портативный ИИ-помощник стоимостью 200 долларов(~17592 p) с 2,88-дюймовым сенсорным экраном. Устройство, разработанное совместно с Teenage Engineering, напоминает рацию своим квадратным дизайном и ярким оранжевым цветом, что придает ему ретро-стиль. В нем есть такие функции, как камера, колесо управления, динамики и микрофоны. Кроме того, он оснащен 4 ГБ оперативной памяти, накопителем на 128 ГБ и работает на процессоре MediaTek с частотой 2,3 ГГц.

Она реагирует на голосовые команды и способна выполнять такие действия, как заказ поездок, управление домашними делами и ответы на вопросы.

Хотя это не сильно отличается от того, что мы уже делаем со своими смартфонами, цель, по словам Лю, состоит в том, чтобы предложить более целенаправленный и менее навязчивый цифровой опыт. Кроме того, в специальном режиме обучения вы можете научить R1 взаимодействовать с определенными командами, и он будет делать это и в дальнейшем.

Почему он так популярен?

Отчасти стремительная и внезапная популярность R1 объясняется тем, что в теории она призвана кардинально изменить взаимодействие человека с технологиями.

Одной из главных тем выставки CES 2024 был Интернет вещей (IoT), и многие компании сосредоточились на интеграции с существующими операционными системами, такими как iOS или Android. Каждый стартап и крупная компания хотят, чтобы ваш телефон был подключен к множеству технологий в вашем доме, поэтому ностальгическая простота R1 мгновенно привлекла внимание.

Телеграм канал - t.me/Infooasis

Предоставляю ему слово:

ЛОРТА 16ТЦ-605Д - Телевизор шестого поколения, переносной, малогабаритный, укомплектован пультом дистанционного управления и выносным блоком питания. Обеспечивает работу от автономного источника напряжения 11,5-30 В. Габаритные размеры . 285 х 192 х 175 мм. Масса телевизора . 4 кг. Выпускался Львовским заводом Лорта по программе конверсии, благодаря чему получил в наследство от специзделий кинескоп 16ЛК1Ц с небывалой для телевизоров такого размера разрешающей способностью в 400 ТВЛ. Есть основания полагать, что в кабине Бурана стояли приборы именно с такими кинескопами. При этом по всему видно, что телевизор уже был результатом агонии: схема упрощена до максимума, на плате жуткая солянка из советских и привозных компонентов, корпус склеен из чего-то хрупкого, похожего на бакелит и сверху покрашен. Выпущено их было немного - ровно столько, сколько оставалось на складе советских кинескопов. Судя потому, что они таки ещё попадаются на аукционах во Львове в коробочном состоянии, можно сделать вывод, что ими сотрудникам завода иной раз выдавали зарплату.

В предыдущем ретропонедельнике №130 был Осциллограф С1-68 также производства ПО ЛОРТА. В Ретропонедельнике №81 про советские микроволновые печи также были микроволновки производившаяся на ПО Лорта. - СП-10 и СП-11.

Ютуб канал Бородатого Инженера - https://www.youtube.com/@gnom/featured

Телеграм канал Бородатого инженера https://t.me/gnombeard

❯ Что за станции такие – «НеоТерм»?

У саратовской компании «Магистр» целая линейка симпатичных паяльных станций «НеоТерм». Отличаются они составом и количеством инструмента, который можно одновременно к ним подключать.

Ранее я приобрёл трёхканальную станцию «НеоТерм-3Т».

Два паяльника позволяют работать одновременно с другом.

Или паять сразу в две руки, для чего я их и взял. Это очень удобно, особенно для демонтажа:

Тут главное не жалеть флюса и наляпать хорошую колбаску припоя, чтобы он покрыл все выводы сразу и был проводником тепла. Процесс происходит очень быстро и микросхемы не перегреваются.

Кроме того, в паяльники можно вставить разные жала:

В один побольше, в другой поменьше. Для ювелирных работ это может быть полезным.
Часто бывают ситуации, когда нужно залудить что-то (например, тоненький проводок), а потом сразу припаять к крохотному разъёму с мелким шагом, который только и ждёт, чтобы засосать соплю между своими маленькими выводами.

Делать это одним паяльником не очень удобно: для лужения хорошо бы взять на жало побольше припоя, а для ювелирной пайки, наоборот, почти полностью убрать припой. У разъёмов обычно много выводов, и эти операции чередуются. Гораздо удобнее лудить и паять отдельными паяльниками.

Если паять вдвоём всё-таки скучно, то можно выбрать станцию с тремя паяльниками («НеоТерм-3С»).

И паять не только в две руки, но и левой ногой.

Вместо двух паяльников можно подключить вот такой термопинцет.

Термозачисткой можно снимать изоляцию.

Станцией я доволен.

❯ Что внутри?

Когда в руки попадает какой-нибудь приборчик, всегда интересно, что там у него внутри.
Снимаем переднюю панель.

На передней панели установлена основная плата с микроконтроллером STM32F071RBT6, энергонезависимой памятью 24LC02B-I/SN, пищалкой, экраном, кнопками и прочей мелочёвкой.

Питается станция от тороидального трансформатора ПКФЛ 671113.678ш мощностью 148 ВА, изготовленного белорусским предприятием «Юджэн».

Кроме управляющей платы есть ещё силовая. Все выводы трансформатора подключены к этой плате. На ней интересных деталей уже побольше: беленькие оптопары MOCD207R2M, 3 пары транзисторов (IRF7493 и IRFH6200), разъёмы для термоинструментов, 2 ОУ OP07C и разная мелочь.

❯ Как же работает управление нагрузкой?

Можно заметить, что транзисторы включены попарно и встречно – любопытненько! Вооружившись мультиметром срисовываем схему, приводим её в понятный читаемый вид (показана только одна из вторичных обмоток трансформатора).

Заодно можно помоделировать в Spice симуляторе.

Пусть на выводе 7 обмотки плюс, а на выводе 6 минус (положительная полуволна). Ток через R2, диод VD1 и обратный диод ключа VT2 заряжает конденсатор С1.

По каналам ключей VT1, VT2 ток не течёт, так как они закрыты.
Постепенно накопительный конденсатор С1 заряжается до напряжения, равного амплитуде синусоиды минус падение на диоде VD1 и обратном диоде транзистора VT2.

Теперь можно использовать заряд этого конденсатора для открывания полевых транзисторов. Если открыть транзистор оптопары U1B, то ключи VT1, VT2 откроются и ток нагрузки потечёт через них.

Закрыть транзисторы VT1, VT2 можно открыванием оптопары U2B, которая разрядит ёмкости затворов.

Посмотрим на графики SPICE модели. Сверху видим ток нагрузки и напряжение на ней. А также Напряжение на обмотке трансформатора, питающей схему. По центру – короткие прямоугольные импульсы открывания и закрывания (подаются на светодиоды оптопар U1B и U2B соответственно). Снизу приведены напряжения сток-исток VT1 и VT2.

Что здесь происходит?

1. В обмотке трансформатора положительная полуволна, напряжение нарастает. Напряжение сток-исток ключа VT1 так же нарастает, а вот напряжение на ключе VT2 остаётся низким. Почему так происходит? Дело в том, что диод ключа VT2 при такой полярности открыт, а диод VT1 закрыт. Если поменять полярность полуволны, то состояния их диодов поменяются местами.

2. Даём короткий импульс на открывающую оптопару, открывая её на время длительности импульса. Этого достаточно, чтобы зарядить ёмкости затвором зарядом из С1 и открыть транзисторы.

3. Транзисторы VT1, VT2 открыты (напряжения сток-исток на них малы).

4. Даём короткий импульс на закрывающую оптопару, открывая её на время длительности импульса. Этого достаточно, чтобы разрядить ёмкости затворов и закрыть транзисторы.

5. Транзисторы закрыты. Диод ключа VT1 закрыт, а VT2 открыт.

Такое управление похоже на фазовое управление тиристорами (симисторами), но здесь мы можем закрыть транзисторы в любой момент, а не ждать, пока напряжение анод-катод уменьшится до нуля и тиристоры (симисторы) закроются сами.

Значительный плюс – малое сопротивление канала полевого транзистора, по сравнению с сопротивлением открытого тиристора или симистора. Посмотрим на график из даташита транзистора IRFH6200.

При 4 В затвор-исток сопротивление канала в районе 1 мОм. При токе 50 А будет падение 50 мВ. У тиристора прямое падение напряжения на участке анод-катод будет более 1 В. Например, у тиристора CLA50E1200HB при 50 А будет падение 1,25 В.

У более низковольтного КУ202Г максимальное напряжение в открытом состоянии указано 1,5 В. 1500 мВ/50 мВ=30 раз. Разница значительная.

Стабилитрон VD2 на 12 В защищает затворы транзисторов от превышения напряжения. Резистор между затвором и истоком препятствует самопроизвольному открыванию и поможет закрыть транзисторы, если контроллер вдруг отвалится.

Зачем диод VD1? Представим, что его нет. Тогда накопленный в С1 при положительной полуволне заряд утёк бы из конденсатора во время отрицательной полуволны.

Вот такая любопытная схема. Очень интересное, простое и красивое схемное решение, на мой взгляд.

Мы рассмотрели схему управления нагрузкой в канале термозачистки. Аналогичным образом управляются паяльники в двух других каналах.

Хороший инструмент есть – время творить!