Dálková ovládání - I. díl - Autoklíče.cz

Dálková ovládání - radiofrekvenční nebo infračervená I. díl

Úvod

   Vzpomínáte si na chvíle, kdy jste museli vstát a přistoupit k televizoru, abyste přepnuli kanál nebo nastavili hlasitost? Nebo jste naopak mladí a už jste vyrostli s infračerveným dálkovým ovladačem v rukou? Není pochyb o tom, že komfort, který dálkové ovládání poskytuje, je v našem každodenním životě nezbytný. Infračervené (IČ) dálkové ovladače se osvědčily jako úsporné řešení pro ovládání mnoha druhů elektronických zařízení: Dálková ovládání jsou vhodná pro domácí zábavu, klimatizaci, domácí osvětlení. Použití infračerveného světla jako média má však některá omezení a nevýhody. V posledních letech se silně prosazuje trend radiofrekvenčních (RF) dálkových ovladačů – používají se nejen v domácí elektronice, ale také např. u autoklíčů. Poskytují uživateli ještě větší pohodlí, náklady na materiál se mohly snížit na konkurenceschopnou úroveň a nyní jsou konkurenceschopné s infračerveným ovládáním. V tomto článku se dočtete o rozdílech mezi IČ a RF dálkovými ovladači nejen z pohledu uživatele, ale také z pohledu inženýra, který musí takové systémy dálkového ovládání navrhovat. V tomto prvním díle se podíváme na IČ dálková ovládání, v druhém díle, který bude následovat, pak na dálková ovládání  radiofrekvenční. 

Společné aspekty dálkových ovladačů IČ a RF

   Samotný dálkový ovladač, nazývaný také vysílač, je mobilní zařízení a musí být dobře použitelný v lidské ruce. Jediným rozumným zdrojem energie jsou baterie. Bez ohledu na to, zda se používají baterie jednorázové nebo dobíjecí, tužkové, AAA, 9V-PP3-blokové nebo knoflíkové, je jedním z nejdůležitějších požadavků minimální spotřeba energie. Zajímavý je nejen napájecí proud v aktivním režimu bezprostředně po stisknutí tlačítka (až 500 mA špičkového proudu u diod vyzařujících infračervené záření). Ještě zajímavějším problémem je nízký klidový proud v době, kdy není stisknuto žádné tlačítko. Aktivní proud je v podstatě definován výstupním výkonem vysílače a dobou trvání takového dálkového povelu. Pro IČ a RF jsou zavedeny různé protokoly, některé z nich jsou standardy nebo alespoň de facto standardy. Všechny vykazují různý počet informačních bitů, různou modulaci a kódování a různé přenosové rychlosti. Zatímco příkazy pro jednu událost jsou spíše krátké (např. zapnutí nebo přepnutí kanálu), existují také příkazy pro ladění, kdy se tlačítko drží stisknuté po delší dobu (např. zvýšení hlasitosti). Při výběru nebo definování takového protokolu musí technik najít kompromis s ohledem na následující parametry:

  • Bitová délka datového rámce příkazu: Čím nižší je počet bitů v rámci, tím nižší je spotřeba energie. Na druhou stranu delší rámce umožňují delší synchronizační vzory a větší obsah přenášených informací.
  • Bitová rychlost: Vyšší datový tok vede ke zkrácení doby přenosu. Na druhou stranu vyšší datové toky vyžadují rychlejší hardware přijímače a větší šířku pásma pro rádiové dálkové ovládání.
  • Spolehlivost: Stabilitu spojení lze zvýšit dodatečnými bity detekce chyb v datovém rámci (např. CRC – cyklická redundanční kontrola).
  • Architektura přijímače: V závislosti na koncepci přijímače a modulace musí být protokol případně bez stejnosměrných složek (viz Manchesterské kódování) a musí poskytovat vhodnou průběžnou sekvenci, která dává přijímači možnost přizpůsobit se měnícím se podmínkám média.

   Špičkové dálkové ovladače mohou nabízet další funkce, které dále přispívají k celkové spotřebě energie: Dálkové ovladače mohou být vybaveny např. osvětlením tlačítek, LCD displejem, funkcemi samoučení a mnoha dalšími.

   Zajímavým tématem je potřeba zabezpečení. V závislosti na aplikaci může existovat požadavek na zabezpečené spojení, aby se zabránilo zneužití ovládaného zařízení – např. u autoklíčů nebo otevírání garážových vrat). Pro zabezpečení příslušných dálkových ovladačů se běžně používají vhodné šifrovací algoritmy (např. AES, XTEA, ..) a mechanismy s klouzavým kódem, které mění přenášený bitový vzor při každém stisknutí tlačítka. Výměna šifrovacích klíčů vnáší do zabezpečeného systému určitou dodatečnou složitost. Šifrování a dešifrování navíc spotřebovává další energii bez ohledu na to, zda je implementováno v hardwarovém stroji nebo ve firmwaru mikrokontroléru.  

   Na rozdíl od mobilního dálkového ovladače je ovládané zařízení (např. televizor) obvykle napájeno ze sítě. Tato skutečnost však nijak neulehčuje požadavek na co nejnižší spotřebu energie. Připravenost přijímat příkazy kdykoli během pohotovostního režimu (čekání na povel k zapnutí) se tak zásadně podílí na spotřebě elektrické energie v domácnostech. Toto „plýtvání energií“ není způsobeno samotným obvodem přijímače, ale především špatnou účinností napájecích zdrojů, zejména pokud jsou provozovány při odběru proudu mnohem nižším, než jsou jejich jmenovité hodnoty potřebné pro zapnutí. Evropská unie vydala nařízení, které omezuje spotřebu elektrické energie v pohotovostním režimu na 2 watty (od roku 2014 na 1 watt).

Dálkový ovladač

IČ datová komunikace

   Infračervené dálkové ovladače využívají neviditelné světelné impulsy pod viditelnou vlnovou délkou (cca 950 nm). Z hlediska chování při vyzařování se chová jako jakýkoli jiný viditelný zdroj světla: Mezi vysílačem (zdrojem světla) a přijímačem (detektorem světla) musí být přímá viditelnost. Jakékoli překážky mezi vysílačem a přijímačem brání správnému příjmu. Za dobrých podmínek může rozptýlené světlo nebo světlo odražené od stěn zajistit funkčnost systému. Pokud jsou mezi dálkovým ovladačem a přijímacím zařízením stěny, dálkové ovládání rozhodně nefunguje. Tato zjevná nevýhoda IČ dálkových ovladačů zároveň zjednodušuje protokol. Všechny dálkové ovladače pro stejný model zařízení mohou používat identické kódování. Není nutné explicitní párování mezi vysílačem a přijímačem s vlastními jedinečnými kódy, protože rozlišení je zaručeno optickým oddělením stejných zařízení.

   Maximální vyzařovaný světelný výkon není prakticky nijak právně upraven. Ten je omezen spíše spotřebou energie (životností baterie) a dosahem. Typický dosah infračervených dálkových ovladačů je až 10 metrů za předpokladu ideálních podmínek (ovladač fyzicky orientovaný směrem k přijímači, žádné překážky a žádné rušení jinými zdroji světla). Aby bylo infračervené spojení odolnější proti jakýmkoli jiným zdrojům infračerveného světla (např. elektronickým předřadníkům zářivek), je signál dálkového ovládání zapínán a vypínán s frekvencí přibližně 38 kHz. Datové informace jsou modulovány na této nosné frekvenci 38 kHz pomocí klíčování on-off. Bitová informace je reprezentována pomocí impulzního distančního kódování nebo dvoufázového (manchesterského) kódování. 

   Výhody infračervených dálkových systémů jsou zřejmé: díky velmi nízkým materiálovým nákladům na straně vysílače i přijímače jsou široce používány v mnoha aplikacích s nejnižšími náklady. Na straně vysílače je potřeba pouze velmi jednoduchý mikrokontrolér. Počet potřebných vstupních a výstupních pinů je v podstatě dán počtem tlačítek na řídicí jednotce. IČ-LED se jednoduše připojí k jednomu z výstupních pinů mikrokontroléru přímo nebo v některých případech je řízena přídavným tranzistorovým stupněm. Co se týče časovače, spíše než na krystal se většina konstrukcí spoléhá na levný keramický rezonátor nebo dokonce RC-oscilátor s poměrně špatnou frekvenční stabilitou (přijímač může tolerovat až +/-5 %). Pro napájení se jako první volba nabízejí jednorázové baterie. Vzhledem k tomu, že rozměry pouzdra dálkového ovladače jsou dány především počtem tlačítek a ergonomickými hledisky, je zde dostatek místa pro nejlevnější články AA nebo AAA. 

   Na přijímací straně je návrh materiálu v podstatě definován infračerveným citlivým tranzistorem. Dnes se v mnoha konstrukcích používá integrovaná součástka infračerveného přijímače, která obsahuje nejen infračervený tranzistor, ale také demodulátor a obvod automatického zesílení (např. TSOP 1838, TSOP 11xx, SFH 506, SFH 5110). Jeho výstupem je již digitální signál s čistými hranami pro snadné zpracování protokolu mikrokontrolérem.  Protože rychlost přenosu dat v infračerveném pásmu je poměrně nízká (přibližně 500 až 1000 bitů za sekundu), může mikrokontrolér, který je tak jako tak v přijímacím zařízení, zpracovávat IČ-příjem jako vedlejší úlohu prostým měřením časové vzdálenosti mezi hranami pomocí časovače. Skutečnou konstrukční výzvou je koncepce napájení, protože přijímač dálkového ovládání musí zůstat aktivní i v pohotovostním režimu systému.

Autoklíč

IČ protokoly

   Většina IČ-protokolů obsahuje následující informace: Adresa zařízení, která je stejná pro všechna zařízení stejného typu modelu, a příkaz (např. zvýšení hlasitosti). Běžně se používají jednoduché strategie zvyšující odolnost spojení: Například opakované zasílání stejného bitového vzoru inverzním způsobem. Porovnání přenesených informací přijatých v různých verzích umožňuje přijímači odhalit chyby v přijatém bitovém toku. Takové rámce jsou jednoduše ignorovány. Některé rozšířené funkce v IČ-protokolech jsou:

  • Přepínací bity mění svůj stav s každým stisknutím tlačítka, což umožňuje přijímači snadno rozlišit souvislé stisknutí tlačítka od opakovaného stisknutí.
  • Bity vybití baterie: Jakmile úroveň nabití baterie vysílače klesne pod určitou mez, nastaví se tento bit. Přijímač to někdy signalizuje uživateli, který má možnost vyměnit baterie před náhlým vybitím.

   Většina IČ-protokolů používá jednu z následujících modulačních technik, které představují jedničkové a nulové bity na nosné frekvenci 38 kHz:

  • Pulzní kódování vzdálenosti: Bitová informace je reprezentována vzdáleností hran. Toto kódování obvykle není oproštěno od stejnosměrných složek. Pro IČ-přijímače to však nepředstavuje skutečný problém. Je poměrně jednoduché dekódovat informaci v mikrokontroléru přijímače měřením doby trvání pulzů pomocí časovače. 
  • Manchesterské kódování: Výhodou manchesterského kódování je, že neobsahuje stejnosměrné složky. To umožňuje přijímačům dokonale nastavit rozhodovací práh mezi příchozími vysokými a nízkými úrovněmi. Dekódování je v mikrokontroléru přijímače poněkud obtížnější, protože je třeba zjistit směr hrany uprostřed každého datového bitu (vzestupný nebo sestupný).

    A zde končí první díl článku, který vám přináší Autoklíče.cz. Kromě autoklíčů a klíčů k motocyklům zhotovujeme též klíče všech možných tvarů a velikostí, včetně klíčů schránkových a skříňových. Můžete se na nás s důvěrou obrátit, rádi vám pomůžeme.

Také si přečtěte

Také si přečtěte

Navštivte nás na našich provozovnách AUTOKLÍČE.CZ

Užíváme cookies, abychom vám zajistili co možná nejsnadnější použití našich webových stránek. Pokud budete nadále prohlížet naše stránky předpokládáme, že s použitím cookies souhlasíte.
Soukromí a cookies