ИК-пульт: приёмник TSOP38438 и передатчик на светодиоде TSAL6200

Приёмник

Выводы. У TSOP382.., TSOP384.., TSOP44.. и TSOP48.. порядок одинаковый: 1 — OUT, 2 — GND, 3 — VS. У TSOP22.. и TSOP24.. в том же корпусе питание и общий провод поменяны местами: 1 — OUT, 2 — VS, 3 — GND. Перед пайкой сверяйте маркировку.

Питание. Модуль работает от 2,0 до 5,5 В и потребляет 0,25–0,45 мА при 3,3 В. Питайте его от того же напряжения, что и микроконтроллер: выход — открытый коллектор с внутренней подтяжкой к питанию приёмника, и при 5 В на приёмнике единица на входе 3,3-вольтового микроконтроллера была бы 5 В.

Фильтр питания. У Vishay внутренняя стабилизация, и пульсации питания до 100 мВ на работу почти не влияют (doc. 80072). Если рядом импульсный стабилизатор, цифровые схемы с выбросами по питанию или ИК-светодиод того же устройства, Vishay ставит фильтр: R1 100 Ом последовательно в питание и C1 0,22 мкФ вплотную к выводам VS и GND. На R1 при наибольшем токе приёмника падает

и при 3,3 В приёмник получает 3,25 В — с большим запасом над его минимумом 2,0 В. Частота среза фильтра:

при 100 Ом и 0,22 мкФ, то есть пульсации на частоте несущей 38 кГц и выше он ослабляет в разы.

Выход. Ноль на выходе — не выше 0,2 В при втекающем токе 2 мА, ёмкость нагрузки до 1 нФ допустима (doc. 80069). Внутренней подтяжки хватает для входа микроконтроллера; если фронты нужны круче или декодер чувствителен к уровню, Vishay допускает внешнюю подтяжку 10 кОм (doc. 80067). Выход подают на вход захвата таймера — у STM32F103 это, например, PA0 (TIM2_CH1): таймер сам запишет время каждого фронта.

Какие пачки пропустит приёмник

Приёмник отличает сигнал от помех — света ламп, непрерывных наводок — по частоте, длине пачек и тому, какую долю времени занимает несущая. Требования Vishay к сигналу:

На 38 кГц период несущей — 26,3 мкс: пачка от 263 мкс, пауза от 316 мкс. Для TSOP48.. требования мягче к паузам — от 10 периодов, после длинных пачек больше 3 × длины, — но коротких пачек в секунду до 950 (doc. 82459).

Проверка для NEC. Бит NEC начинается пачкой из 22 импульсов с периодом 26,3 мкс — 579 мкс, и до начала следующего бита при «0» остаётся пауза 1,125 − 0,579 = 0,546 мс, почти 21 период. Обе величины с запасом в пределах таблицы. Пачек в кадре около 34 на 108 мс — около 315 в секунду, тоже далеко от предела. Лидер NEC длиной 9 мс — 342 периода — длинная пачка, но Vishay прямо отмечает NEC как подходящий код для обеих серий, а лидер называет ненужным для своих приёмников (doc. 80071).

Длительность на выходе. Выходной ноль приходит с задержкой и отличается по длительности от пачки:

Для TSOP382 задержка — от 7 до 13 периодов несущей, 184–342 мкс, а длительность нуля на выходе — длина пачки ±5 периодов, ±132 мкс (у TSOP48 — ±4 периода). Это допуск с учётом температуры, питания и уровня сигнала. Декодер поэтому не сравнивает длительности точно, а относит их к диапазонам: например, ноль 0,4–0,8 мс — пачка бита, единица короче 0,8 мс — «0», длиннее 1,4 мс — «1».

Передатчик

ИК-светодиод TSAL6200 включён через резистор R1 от шины 5 В и ключ VT1 — MOSFET AO3400A, затвор которого управляет выход таймера. Таймер формирует несущую сам: при тактовой частоте таймера 72 МГц период 1895 тактов (регистр ARR = 1894) даёт 37,995 кГц, а сравнение на 632 такта — заполнение 1/3, как у NEC по описанию Vishay (импульсы 8,77 мкс с периодом 26,3 мкс). Пачки включает и выключает программа или второй таймер. TIM1 у STM32F103 — таймер с расширенными функциями: его выходы заработают, только когда в регистре TIMx_BDTR установлен бит MOE (RM0008, разд. 14.4.18); у TIM2–TIM4 такого бита нет.

Ток светодиода. Пределы TSAL6200 (doc. 81010):

• длительно — 100 мА;
• в импульсах до 100 мкс с заполнением 0,5 — 200 мА;
• одиночный импульс до 100 мкс — 1,5 А.

Импульсы несущей короче (8,8 мкс) и реже (1/3), чем условия для 200 мА, так что этот предел и берём. Цель — 150 мА в импульсе. Прямое напряжение при этом токе по графику рис. 4 — около 1,45 В:

Худший случай. Наименьшее прямое напряжение в таблице не нормировано. По рис. 4 уже при 1 мА оно около 1,1 В, а с нагревом снижается на 1,8 мВ/К — при 85 °C ещё на 0,1 В. Возьмём 1,0 В и резистор −5 %:

При наибольшем прямом напряжении из таблицы (1,6 В при 100 мА) и резисторе +5 % ток — около 135 мА. Падение на открытом AO3400A — до 48 мОм при 2,5 В на затворе, единицы милливольт, — в расчёт не входит.

Средний ток и мощность. Внутри пачки средний ток — треть импульсного, 49 мА, меньше длительных 100 мА даже на 9-миллисекундном лидере NEC. На светодиоде во время пачки рассеивается около 72 мВт при допустимых 160 мВт. Резистор во время длинной пачки греет 0,18 Вт, а в среднем — около 45 мВт, если полный кадр повторяется каждые 108 мс, и около 15 мВт, если пульт, как в NEC, при удержании кнопки шлёт только короткие коды повтора (лидер и один импульс). Резистора на 0,25 Вт хватает.

Затвор. Порог AO3400A — 0,65–1,45 В, а сопротивление канала нормировано при 2,5 В, поэтому выход на 3,3 В открывает его полностью. R2 100 Ом ограничивает ток перезаряда затвора, R3 100 кОм держит транзистор закрытым, пока вывод микроконтроллера после сброса не настроен — иначе светодиод мог бы гореть постоянным током 150 мА.

Конденсатор C1. Каждый импульс 150 мА длительностью 8,8 мкс снимает с C1 100 мкФ около 13 мВ, а провода до источника питания этот ток не видят. Иначе импульсы несущей пошли бы по шине питания — и в приёмник того же устройства, для которого Vishay и советует RC-фильтр.

Дальность и температура. Vishay указывает типичную дальность 30 м для TSOP382 и 24 м для TSOP48 с TSAL6200 при токе всего 50 мА — в испытательном сигнале. Больший ток увеличивает силу излучения, но с нагревом она падает: по рис. 7 даташита TSAL6200 при 50 °C это около 80 % от значения при 25 °C.

Сформировать кадр NEC для своего адреса и команды и проверить длительности можно в калькуляторе:

#include <IRremote.hpp>

void setup() {
    IrSender.begin(3);  // IR LED pin
}

void loop() {
    IrSender.sendNEC(0x04, 0x08, 0);  // address, command, repeats
    delay(1000);
}

/* The same frame as exact durations: IrSender.sendRaw(nec_raw, 67, 38); */
/* NEC frame: 67 durations in microseconds, mark first, 38 kHz carrier */
const uint16_t nec_raw[67] = {
    9000, 4500, 563, 563, 563, 563, 563, 1688, 563, 563,
    563, 563, 563, 563, 563, 563, 563, 563, 563, 1688,
    563, 1688, 563, 563, 563, 1688, 563, 1688, 563, 1688,
    563, 1688, 563, 1688, 563, 563, 563, 563, 563, 563,
    563, 1688, 563, 563, 563, 563, 563, 563, 563, 563,
    563, 1688, 563, 1688, 563, 1688, 563, 563, 563, 1688,
    563, 1688, 563, 1688, 563, 1688, 563
};

Детали

Почему не работает

• Приёмник греется или не отвечает. Перепутаны выводы: у TSOP22.. и TSOP24.. питание на выводе 2, а у TSOP382, TSOP384 и TSOP48 — на выводе 3.
• Пульт принимается только вблизи, а с включённым передатчиком на той же плате — никак. Импульсы тока светодиода идут по общей шине питания в приёмник. Нужен фильтр 100 Ом + 0,22 мкФ у приёмника и конденсатор у светодиода.
• Свой протокол принимается через раз. Пачки короче 10 периодов или паузы короче 12 периодов, либо длинные пачки без длинных пауз — приёмник счёл их помехой. Сверьтесь с таблицей для своей серии.
• Длительности на выходе «плавают». Это нормальный разброс ±5 периодов несущей и задержка до 13 периодов. Декодер должен сравнивать длительности с допуском.
• Светодиод горит постоянно, а не мигает. Вывод таймера после сброса не настроен или настроен как обычный выход в единице: нужна подтяжка затвора к общему проводу и проверка, что ШИМ включается только на время пачки.
• Дальность маленькая. Слишком малый ток, несущая не на той частоте, что у приёмника (38 кГц против 36 или 40 кГц), или светодиод светит мимо — у TSAL6200 угол половинной силы излучения всего ±17°.