Перевод статьи про ИК-пульт громкости

Введение

После долгих уговоров со стороны читателей (и значительного количества поисков в Сети чего-то подходящего, которые оказались безрезультатными), я наконец-то спроектировал пульт дистанционного управления. Существует довольно много микросхем для дистанционного управления, но практически ни одну из них нельзя приобрести в любительских количествах. Это означает, что устройства пришлось бы закупать оптом, но очень немногие компании готовы поставлять менее 1000 штук. Это слишком большой складской запас, который пришлось бы держать, причём требуются и передатчик, и приёмник. После долгих душевных терзаний мне в конце концов пришлось решиться и рассмотреть использование программируемого микроконтроллера (PIC) для этой задачи. Это оказалось проще, чем я сначала думал, и некоторые удачные особенности выбранного устройства определённо помогли.

Это настоящий «минималистичный» пульт, имеющий всего три функции...

Громче, Тише и Mute

Громкость регулируется моторизованным потенциометром, а не одним из «цифровых» потенциометров, которых теперь множество, и это сделано по ряду весьма веских причин.

Трудно утверждать, что новейшие цифровые потенциометры имеют худшие характеристики, они не так легко доступны — впрочем, как и моторизованные потенциометры, но их всё же можно достать без особого напряжения (поиск в Сети выдаст довольно много поставщиков). Преимущества моторизованного потенциометра в том, что он не требует резервного питания для сохранения последней настройки, использует простую ручку для ручного управления, и они действительно выглядят круто. Кроме того, ручка обеспечивает отображение текущей настройки, устраняя необходимость в устройстве индикации для показа громкости. Эта простая задача сложнее, чем может показаться, и сделать так, чтобы это хорошо выглядело — трудно.

Точно так же выбор реле для Mute может показаться немного архаичным в наши дни, но реле обладают огромными преимуществами: они чрезвычайно надёжны (10 миллионов механических срабатываний — типичный показатель), недороги и легко доступны. Вы можете подумать, что «жёсткий» Mute с помощью реле будет звучать неприятно, но в моей системе это просто звучит так, как и должно — мгновенная тишина. Однако крайне важно, чтобы предусилитель имел нулевое постоянное напряжение на выходе, иначе вы услышите (потенциально) выраженный щелчок через динамики. Хотя «дребезг» контактов очень заметен на осциллографе при подаче синусоиды (он также слышен), он не вызывает проблем с программным материалом.

Передатчик и приёмник пульта основаны на микросхеме 12F683 (8-выводной), и до сих пор зарекомендовали себя как очень надёжно работающие.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если у вас случайно есть оборудование Sony (особенно телевизор Sony), пульт почти наверняка доставит вам некоторые неприятности, поскольку он использует протокол Sony SIRC. Я предлагаю владельцам такого оборудования не использовать пульт ESP, чтобы предотвратить помехи между устройствами.

Обратите внимание, что переписка указывает на то, что некоторые универсальные пульты могут испытывать трудности с приёмником. На данном этапе окончательного решения, по-видимому, не существует. Возможно, «обучение» пульта с помощью передатчика ESP может сработать, но это не было проверено.

Мне сообщили, что Sony «Device 1» (TV) — правильное соответствие для приёмника. Коды находятся на цифровой клавиатуре, но могут быть переназначены, если у вас есть универсальный пульт...

• 2 / 3 — Громкость вверх
• 3 / 4 — Громкость вниз
• 4 / 5 — Mute

Благодарю Ian M за подробности. Обратите внимание, что это предоставлено добросовестно, но не было протестировано ESP. Фактическая кнопка может отличаться для разных пультов Sony. Второй набор цифр относится к пульту Sony RM-VLZ620.

Фотографии ниже показывают передатчик, а под ним приёмник, и они примерно на 30% больше натуральной величины (в зависимости от разрешения вашего экрана). Приёмник имеет два набора отверстий для микросхемы ИК-приёмника, так что её можно монтировать торцом или боком к передней панели. Как можно видеть, на регуляторе нет радиатора, и даже при питании 20В постоянного тока он даже не нагревается при нормальном использовании.

tx — Передатчик — P110AS

rx — Приёмник пульта — P110B (PIC или перемычка Mute не установлены)

case — Пример корпуса передатчика

На фотографии выше показана моя вторая попытка создать подходящий корпус. Первая полностью функциональна, но большая и громоздкая (использует готовый корпус для пульта). Здесь требуется значительный объём работы, и их изготовление было бы очень дорогим. Тем не менее, фотография может вдохновить других на изготовление исключительно красивого пульта.

На случай, если вам интересно: показанный корпус сделан из отрезка алюминиевого прутка плюс немного 3-мм листа для задней стенки, а внутренняя часть была отфрезерована для размещения печатной платы и батарей. Инкрустированная гравированная панель выгодно подчёркивает его. Кнопки выточены из алюминиевого прутка и просто лежат поверх маленьких переключателей. Печатная плата передатчика — прототип тех, что на фотографии выше.

Хотя можно было бы сделать пульт с множеством кнопок, как те, что обычно предлагаются в наши дни, было сочтено, что это было бы довольно бессмысленно. Сложность (и стоимость) возрастают, нужна клавиатура вместо простых кнопок, а милый маленький PIC, который я использовал, пришлось бы заменить на что-то с большим количеством входов и выходов. Возможность переключения источников незначительно полезна (используйте для этого вместо этого выход mute, если это для вас так важно — я могу добавить подробности о том, как это сделать, если будет интерес), но по большей части из кресла в гостиной не так уж много можно сделать. Меня всегда забавляют пульты для видеомагнитофонов и CD/DVD-плееров, которые предлагают функцию извлечения. Итак, вы нажимаете кнопку, а затем... всё равно приходится вставать!

Описание

Естественно, в конструкции две части, как описано ниже...

Передатчик

Передатчик показан на Рисунке 1, и хотя он прост, есть пара хитростей, которые мне пришлось внедрить, чтобы минимизировать потребление батареи в режиме ожидания. Хотя ток покоя PIC составляет всего 200 мкА, это всё равно посадит пару элементов AA или AAA на 1,5В со временем. Чтобы обойти это, при нажатии кнопки открывается Q1 и, следовательно, Q2, и подаётся питание на PIC. C2 поддерживает питание в течение короткого периода после отпускания кнопки, хотя это важно только для управления mute. Его можно опустить, но я не рекомендую этого делать.

Вы вполне можете спросить: «Почему не использовать диоды?» Хороший вопрос. Потому что минимальное напряжение для PIC составляет около 2В, диоды снизили бы доступные 3В слишком сильно (даже диоды Шоттки снизят напряжение питания более чем на 100 мВ), тогда как показанная схема теряет лишь около 30 милливольт при активации. Это означает максимальный срок службы батареи, и можно даже использовать перезаряжаемые элементы. Ток в режиме ожидания при показанной схеме практически нулевой — может быть несколько наноампер утечки транзисторов, но это будет почти невозможно измерить. Первоначальные испытания показали утечку на неизмеримом уровне тока (резисторы эмиттер-база необходимы для минимальной утечки). Стоимость дополнительных компонентов вызвала бы у бухгалтера инфаркт, если бы их делали тысячами, но фактическая стоимость транзисторов и резисторов — копейки в плане любительского использования.

Рисунок 1 — Передатчик пульта дистанционного управления

Печатная плата имеет размеры всего 78мм x 31мм (3,05" x 1,2") и вмещает переключатели и все компоненты, кроме двух элементов AA (или AAA) на 1,5В. Любой подходящий корпус пульта сможет вместить плату, и для установки деталей не нужна особая забота. Не используются компоненты поверхностного монтажа, так как их слишком трудно устанавливать вручную. Значительная часть платы предназначена для крепления, и это можно легко уменьшить, чтобы разместить плату в тонком корпусе (таком, как показанный выше).

Если вам не нужна полная мощность передатчика, вы можете увеличить значение R9 (предлагается от 47 до 100 Ом). Как показано, с резистором 10 Ом фактический пиковый ток светодиода составляет около 50 мА (теоретически он должен быть гораздо больше, но Q3 не может открыться достаточно сильно). Это даёт разумную дальность для передатчика (обычно около 5–10 метров, в зависимости от угла обзора микросхемы приёмника), и этого должно быть достаточно практически для всех применений.

switch — Фотография показывает два стиля переключателей, которые подойдут для передатчика. Только маленькие переключатели доступны от ESP, и размеры показаны на диаграмме ниже. Оба являются «тактильными» типами для монтажа на плату, но большие типы больше подходят для коммерческих корпусов пультов, потому что они достаточно высокие, чтобы доставать через корпус. Если вы хотите использовать более крупные переключатели, вы можете купить их у большинства поставщиков. Маленьким переключателям обычно потребуется дополнительная кнопка сверху, которую вам придётся сделать самостоятельно. Диаграмма ниже показывает два переключателя в масштабе, так что разница в размере вполне очевидна.

switch — Размеры стилей переключателей

Приёмник

Приёмник показан на Рисунке 2 и обеспечивает привод двигателя (вперёд и назад) для моторизованного потенциометра, а также реле для приглушения. Реле просто замыкает выход предусилителя — это не вызовет повреждения предусилителя, при условии, что контакты реле подключены непосредственно к выходному разъёму. При включении питания происходит автоматическое приглушение на 10 секунд, но это можно отключить, если вам это не нужно. Предлагается использовать светодиод для индикации того, что предусилитель приглушён — это может избавить вас от значительного смущения когда-нибудь в будущем. Чтобы добавить светодиод, просто подключите светодиод последовательно с резистором от 560 Ом до 2,2 кОм параллельно катушке реле, как показано.

Обратите внимание, что ток светодиода можно приблизительно рассчитать как (Vs − 2) / ILED, где Vs — напряжение питания, а ILED — ток светодиода. От 5 до 10 мА обычно более чем достаточно.

Плата спроектирована для использования реле с катушкой на 5В, но можно использовать реле и на другие напряжения, если требуется — обратите внимание, что D1 нужно исключить из платы, если вы используете реле на более высокое напряжение. Диод должен быть подключён параллельно катушке реле, но его придётся монтировать вне платы. Убедитесь, что вы правильно подобрали последовательный резистор светодиода для используемого напряжения — 2,2 кОм, как показано (при питании 5В), не даст яркого свечения, но это сделано намеренно. Возможно, вы захотите поэкспериментировать, чтобы получить желаемый эффект.

Чтобы использовать реле на другое напряжение, просто отсоедините возврат реле от точки 5В и подключите к подходящему источнику напряжения для реле (не забудьте удалить D1 с платы и смонтировать его снаружи, параллельно катушке реле).

Естественно, если вы хотите использовать реле приглушения (или импульс приглушения) для какой-то другой цели, вы можете это сделать (хотя я не уверен, какие другие возможности могут быть, которые были бы действительно полезны). Обратите внимание, что переключение mute в настоящее время переключается между состояниями при поочерёдных нажатиях кнопки на передатчике пульта. Опять же, если будет достаточный интерес к использованию выхода mute для чего-то ещё, я предложу PIC с иной программой, который выдаёт одиночный импульс на каждое нажатие кнопки.

Рисунок 2 — Приёмник пульта дистанционного управления

Обратите внимание, что C6 не монтируется на плате. Этот конденсатор должен быть биполярным (неполярным) электролитическим, и его следует монтировать непосредственно к клеммам двигателя с как можно более короткими выводами, чтобы предотвратить помехи от шума двигателя. Можно использовать конденсатор меньшего номинала (например, 100 нФ керамический), но для минимизации шума я предлагаю показанное значение.

Q1, Q2, Q4 и Q5 образуют мостовую схему управления двигателем. Когда Q1 проводит, его коллектор будет притягиваться вниз, обеспечивая базовый ток для Q5, который также открывается. Это обеспечивает положительное напряжение на выводе M2 и отрицательное на M1. Q2 и Q4 включаются таким же образом. Микросхема запрограммирована так, что не может одновременно включить Q1 и Q2, поскольку это вызвало бы короткое замыкание питания, повредив транзисторы.

Полная плата приёмника включает регулятор (показан ниже) и имеет размеры 31мм x 64мм (приблизительно 2,5" x 1,2"). Это гарантирует, что её можно сделать подходящей практически для любого предусилителя, хотя монтаж моторизованного потенциометра может быть немного более сложным, если у вас мало места. Кстати о потенциометре: убедитесь, что вы получили такой, у которого двигатель работает при 5В — большинство будет, но могут быть некоторые, которым нужно более высокое напряжение. Они непригодны для этой схемы, хотя возможно использовать потенциометр на более высокое напряжение с разрезанной дорожкой и перемычкой. Подробности будут доступны, если будет достаточный интерес.

Перемычка (J1) позволяет выбрать или отменить выбор приглушения при включении (Power-on Mute, PoM). Когда перемычка в показанном положении, PoM включён, и схема будет автоматически приглушать на 10 секунд при включении. Поместите перемычку в другое положение, чтобы отключить автоприглушение (приглушение с пульта не затрагивается и работает с перемычкой в любом положении).

Рисунок 3 — Источник питания приёмника пульта дистанционного управления

Наконец, источник питания показан на Рисунке 3. Очень стандартный регулятор на 5В, и подаваемое питание может быть от примерно 10В до 25В. При более высоких напряжениях может потребоваться радиатор. Хотя схема обычно используется лишь в течение коротких периодов за раз, в жизни всё возможно, и радиатор — дешёвая страховка.

Обратите внимание на разделение цифровой земли (DG) и аналоговой земли (A-GND). Эти точки не следует просто соединять — подключите цифровую землю напрямую к центральной точке фильтрующих конденсаторов источника питания предусилителя, а аналоговую землю подключите к земле выходных разъёмов RCA. Несоблюдение этой рекомендации может привести к фону или шуму в вашем аудиосигнале.

Сборка

Сборка, очевидно, невозможна без запрограммированных микросхем. Они поставляются вместе с платами, а также ИК-светодиод, микросхема ИК-приёмника и переключатели. Все остальные детали полностью стандартны. В сборке двух устройств нет ничего особенно критичного. Самой трудной частью будет изготовление корпуса передатчика (если вы хотите что-то немного приятнее, чем базовые корпуса, обычно доступные).

Обратитесь к фотографии выше — три переключателя на передатчике можно видеть по центру, с ИК-светодиодом с правой стороны. Есть выбор миниатюрных тактильных кнопочных переключателей — показаны маленькие, но доступна также и более крупная версия. Они будут поставляться вместе с платой (только маленькие переключатели доступны от ESP — подробности о различных переключателях показаны выше).

Плата приёмника также показана, и на ней есть всё, кроме потенциометра и реле. Размещение крепления для потенциометра было бы бессмысленным, поскольку существует несколько вариантов моторизованных потенциометров, и я мог сделать плату только для одного стиля. Таким образом, можно легко подключить любой тип, который вы захотите использовать. Размеры платы приёмника — 38 x 76мм (1,5" x 3") — сохранение малого размера платы было важным, поскольку она должна помещаться внутри большого разнообразия самодельных предусилителей.

Как упоминалось выше, плата приёмника не предназначена для удержания потенциометра или реле. Это означает, что плату можно разместить в наиболее удобном месте в вашем предусилителе и даже допускает дооснащение. Хотя микросхема ИК-приёмника спроектирована для установки на плату (в одном из двух мест), её можно вынести на небольшое расстояние с помощью проводов при желании. В некоторых случаях это значительно облегчит её размещение в вашем корпусе.

Реле следует монтировать как можно ближе к выходам предусилителя, сохраняя всю сигнальную проводку короткой. Реле можно закрепить на месте с помощью двусторонней клейкой ленты, а проводку подключить непосредственно к выводам реле.

Проводка к потенциометру совершенно обычная. Большинство моторизованных потенциометров — логарифмические (обычно 20 кОм), но если вы предпочитаете использовать линейный потенциометр, подключённый как показано в Проекте 01, то вам придётся разобрать логарифмический потенциометр, поставляемый с двигателем/редуктором, и заменить начинку линейного потенциометра. Это можно сделать, и хотя немного хлопотно, это будет хорошо работать, если вы аккуратны.

Не забудьте провести проводку катушки реле подальше от входных цепей или других чувствительных частей вашего предусилителя, иначе вы можете получить щелчки и хлопки через систему при срабатывании реле.

Тестирование

Передатчик — Единственный способ действительно протестировать передатчик — использовать приёмник, если только у вас нет доступа к осциллографу. Защитные резисторы использовать нельзя, потому что ток ИК-светодиода слишком высок, так что просто убедитесь, что не допускаете ошибки. Микросхема не потерпит обратной полярности или подключения питания к неправильным выводам, поэтому будьте очень осторожны, чтобы убедиться в правильной установке.

Приёмник — Подключите приёмник к подходящему источнику питания — помните, что земля (ground) источника питания должна быть подключена! При первом включении дважды проверьте, что вся проводка правильна — нет места для ошибок! Если вы допустили ошибку в проводке, существует очень большая вероятность того, что что-то будет повреждено. При подаче питания реле приглушения должно оставаться обесточенным в течение 10 секунд и должно сработать после истечения времени. Проверьте, что передатчик управляет реле приглушения (одно нажатие кнопки для приглушения, следующее — для отмены) и приводом двигателя для потенциометра. Если потенциометр поворачивается в неправильном направлении, просто поменяйте местами провода к двигателю.

Примечание

Как всегда, графика для этого проекта недоступна, как и исходный код для микроконтроллера. Пожалуйста, не спрашивайте, потому что ответ будет «Нет». Обратите внимание, что и передатчик, и приёмник используют один и тот же микроконтроллер — разводка платы определяет, будет ли он действовать как кодер или декодер, на основе начального напряжения на выводе 5. Содержимое набора следующее...

Передатчик

• Печатная плата
• Переключатели (только маленькие типы доступны от ESP)
• ИК-диод
• Запрограммированный PIC

Приёмник

• Печатная плата
• Микросхема ИК-детектора
• Запрограммированный PIC

Вам придётся достать остальные детали, но они все полностью стандартны и легко доступны. Любые обычные маломощные транзисторы на 100 мА подойдут как для PNP, так и для NPN устройств (для передатчика и приёмника), резисторы должны быть только 5%, а конденсаторы ничего особенного — подойдёт всё, что помещается на плату. Как всегда, полные подробности сборки доступны в защищённом разделе.