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).