Анализатор сигналов инфракрасного пульта дистанционного управления

Инфракрасные системы дистанционного управления (ДУ) широко применяются в различных электронных приборах: аудио- и видеотехника, климатические системы, системы освещения и т.д. Их принцип действия основан на передаче команд управления с помощью модулированного потока инфракрасного излучения от пульта управления к приемному модулю.

При создании нового устройства с дистанционным управлением можно использовать имеющиеся на рынке готовые приемо-передающие модули, комплекты микросхем для их изготовления или заняться разработкой собственной системы.

В тех случаях, когда устройство разрабатывается на основе микроконтроллера, можно использовать имеющийся в наличии готовый пульт, например, от телевизора, а приемную часть реализовать на том же микроконтроллере, подключив к нему фотоприемник. Такой подход позволяет получить желаемый результат с минимальными затратами средств и времени. Для разработки программы декодирования сигналов ДУ необходимо знать протокол передачи данных используемого пульта.

Пульт дистанционного управления при нажатии кнопки формирует кодовую последовательность, которой модулируется световой поток, излучаемый инфракрасным светодиодом. На практике в пультах ДУ используются три вида модуляции [1] (таблица1).

Таблица 1. Виды модуляции в пультах ДУ

Посылаемый пультом пакет световых импульсов состоит из заголовка и информационного поля. Заголовок, как правило, представляет собой импульс. Его длительность импульса и следующей за ним паузы позволяют определить тип используемого протокола. Информационное поле содержит биты адреса и команды. Число битов адреса и команды, а также порядок их размещения в информационном поле зависит от типа протокола. Адрес, формируемый пультом, всегда постоянный и не зависит от нажатой кнопки. Устройства разного типа, как правило, имеют отличающиеся адреса, что позволяет исключить одновременное их срабатывание от одного пульта при одинаковом протоколе обмена. Код команды наоборот определяет нажатую кнопку и для разных устройств может быть одинаковым. Таким образом, несовместимость пультов управления от разных устройств может быть обусловлена либо отличием протоколов, либо отличием адресов при одинаковых протоколах. В таблице 2 приведены структуры информационных полей некоторых протоколов систем дистанционного управления [1, 2].

Таблица 2. Структуры информационных полей протоколов ДУ

В том случае, если кнопка пульта нажата и удерживается, вслед за основным пакетом передается последовательность повтора (рис.1), которая может представлять собой:

  повторение основного пакета;

  только заголовок основного пакета с измененной длительностью паузы;

  информационное поле (или только команда) основного пакета без заголовка.

Рис.1. Вид сигнала пульта ДУ при удержании кнопки

Временные параметры указанных выше протоколов приведены в таблце 3.

Таблица 3. Временные параметры протоколов ДУ

Для идентификации типа используемого протокола и определения кодов адреса и команд разработан анализатор сигналов пульта дистанционного управления. Он представляет собой аппаратно-программное устройство, состоящее из PC-совместимого персонального компьютера, DAQ-платы типа NI PCI 6251 компании National Instruments и интегрального фотоприемника типа BRM-1020 (рис.2).

Рис.2. Структурная схема анализатора

Оптический сигнал от пульта ДУ, поступает на фотоприемник, в котором преобразуется в последовательность электрических импульсов. Эта последовательность оцифровывается в блоке аналого-цифрового преобразователя DAQ-платы и передается в персональный компьютер.

Программное обеспечение анализатора разработано в среде графического программирования LabVIEW [3]. На рис.3 показан интерфейс пользователя. Изображение импульсной последовательности выводится на графический индикатор для визуального наблюдения. По виду сигнала можно убедиться в работоспособности пульта управления и предварительно оценить тип используемого в нем протокола.

Рис.3. Интерфейс пользователя программного обеспечения анализатора

Анализ сигнала, принятого от пульта дистанционного управления, следует проводить в автоматическом режиме работы прибора. По умолчанию после запуска программы кнопка «РЕЖИМ РАБОТЫ» находится в положении «АВТОМАТИЧЕСКИЙ». Если нажать на эту кнопку, то произойдет переход в ручной режим и на ней появится надпись «РУЧНОЙ».

Работа анализатора в автоматическом режиме начинается с измерения длительности импульса и паузы заголовка принятого пакета. Полученные значения сравниваются с табличными величинами этих параметров для известных протоколов. При обнаружении совпадения, в текстовое окно «ПРОТОКОЛ» выводится название протокола, иначе отображается надпись «НЕ ОПРЕДЕЛЕН». Если протокол идентифицирован, производится измерение периодов импульсов информационного поля. В соответствии с табличными значениями длительностей для сигналов логического нуля и логической единицы и структурой информационного поля данного протокола формируются коды адреса и команды, которые выводятся на цифровые индикаторы «АДРЕС» и «КОМАНДА» в шестнадцатеричном формате. Поочередно нажимая все кнопки пульта управления, можно для каждой из них определить код команды.

В том случае, если не удается автоматически идентифицировать протокол, измерения можно произвести в ручном режиме. Для этого нужно переключить кнопку «РЕЖИМ РАБОТЫ» в положение «РУЧНОЙ». Над экраном графического индикатора расположен регулятор с двумя ползунками красного и синего цвета. С их помощью по экрану графического индикатора можно перемещать вертикальные курсоры (красный и синий). Их положение на горизонтальной оси будет отображаться на цифровых индикаторах «КУРСОР 1» и «КУРСОР 2». На цифровой индикатор «ДЛИТЕЛЬНОСТЬ» выводится величина временного интервала выделенного курсорами. Таким образом, с помощью курсоров можно измерить длительность импульса и паузы заголовка исследуемого протокола, а также временные интервалы, соответствующие сигналам логического нуля и логической единицы.

Чтобы определить адрес пульта и команду нажатой на нем кнопки, сначала необходимо выделить курсорами временной интервал, соответствующий логическому нулю и нажать кнопку «ЗАПИСЬ НУЛЯ». Затем нужно выделить временной интервал, соответствующий сигналу логической единицы и нажать кнопку «ЗАПИСЬ ЕДИНИЦЫ». После нажатия на кнопку «ВЫВЕСТИ РЕЗУЛЬТАТ», на цифровых индикаторах будут отображены адрес пульта и команда, соответствующая нажатой на нем кнопки.

В табл.4 приведены параметры сигналов для некоторых пультов ДУ, определенные с помощью анализатора. Полученные результаты показали широкую распространенность протокола NEC.

Таблица 4. Результаты исследования пультов ДУ

Таким образом, представленный в работе анализатор сигналов инфракрасного пульта дистанционного управления позволяет определить тип используемого протокола, адрес пульта и команды, соответствующие его кнопкам. Если сигналы пульта не соответствуют ни одному из известных протоколов, с помощью анализатора можно измерить их временные параметры.

Литература:

1. Data Formats for Remote Control.   www.vishay.com/docs/80071/dataform.pdf.

2. IR Remote Control Theory.   http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/ir.htm.

3. Тревис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. 4-ое издание, переработанное и дополненное   М.: ДМК Пресс, 2011. – 904 с.