نظرية عمل التحكم عن بعد باستخدام الأشعة تحت الحمراء IR Remote Control Theory :

[F.Abdelaziz]

نظرية عمل التحكم عن بعد باستخدام الأشعة تحت الحمراء IR Remote Control Theory :
المرجع :

http://www.sbprojects.com/knowledge/ir/index.php

أرخص وسيلة للتحكم بجهاز عن بعد ضمن النطاق المرئى تكون عن طريق ضوء الأشعة تحت الحمراء Infra-Red light . فى الوقت الراهن , يمكن التحكم تقريبا فى جميع المعدات السمعية audio والمرئية video بهذه الطريقة . ونتيجة لهذا الانتشار الواسع فإن المكونات المطلوبة أصبحت رخيصة جدا , مما يجعلها مثالية لاستخدام الهواة فى المشاريع .
فى هذا الموضوع سوف نتناول نظرية عمل التحكم عن بعد عن طريق الأشعة تحت الحمراء IR , وبعض البروتوكولات التى تستخدم فى الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية .
ضوء الأشعة تحت الحمراء Infra-Red Light :
الأشعة تحت الحمراء هى فى الواقع ضوء عادى (طبيعى) بلون معين . نحن , البشر, لا يمكننا رؤية هذا اللون لأن طول موجته 950nm (نانوميتر) وهو أقل (تحت) من الطيف المرئى . وهذا واحد من أسباب اختيار الاشعة تحت الحمراء من أجل أغراض التحكم عن بعد , نحن نريد استخدامها ولا نهتم برؤيتها . هناك سبب آخر , لأن ليدات الأشعة تحت الحمراء من السهل صناعتها , وبالتالى يمكن أن تكون رخيصة جدا .
على الرغم من أننا كبشر لا يمكننا رؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من جهاز التحكم عن بعد , هذا لا يعنى أننا لا يمكننا جعلها مرئية . كاميرا الفديو أو كاميرا التصوير الرقمية يمكن أن ترى ضوء الأشعة تحت الحمراء . حتى أرخص الهواتف المحمولة , فى هذه الأيام , مدمج بها كاميرات . ببشاطة وجه جهاز التحكم عن بعد لمثل هذه الكاميرا , واضغط على أى زر , سوف ترى الليد وهو يومض .

لسوء الحظ , بالنسبة لنا هناك العديد من مصادر ضوء الأشعة تحت الحمراء . الشمس هى أقوى مصدر شدة أضاءة من الجميع , لكن هناك العديد من المصادر الأخرى , مثل : مصابيح الإضاءة , والشموع , وأنظمة التدفئة المركزية , وحتى أجسامنا تشع ضوء أشعة تحت حمراء . فى الواقع كل شىء يشع حرارة , هو أيضا يشع ضوء أشعة تحت حمراء . لذلك يجب علينا أن نأخذ بعض الاحتياطيات لضمان أن رسالة الأشعة تحت الحمراء تصل إلى المستقبل بدون أخطاء .

التعديل أو التضمين Modulation :

[F.Abdelaziz]

التعديل أو التضمين Modulation :
التعديل هو الحل لجعل إشارتنا تعلو فوق الضوضاء . مع التعديل يمكننا أن نجعل مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء يومض بتردد frequency معين . مصدر استقبال الأشعة تحت الحمراء سوف يتم ضبطه أو توليفه tuned على هذا التردد , لذلك يمكننا تجاهل كل شىء آخر . يمكنك التفكير فى هذا الوميض كوسيلة لجذب إنتباه المستقبل . ونحن كبشر أيضا نلاحظ وميض الأضواء الصفراء فى مواقع البناء (العمل) على الفور , حتى فى ضوء النهار الساطع .

فى الشكل أعلاه تستطيع أن ترى "إشارة معدلة أم مضمنة" modulated signal تقوم بتشغيل ليد الأشعة تحت الحمراء IR LED للمرسل transmitter على الجانب الأيسر . "الإشارة المكتشفة" detected signal يتم إخراجها من المستقبل receiver فى الجانب الآخر .
فى الاتصالات التسلسلية نتكلم عادة عن "العلامات" 'marks' و "الفراغات" 'spaces' . "الفراغ" 'space' هو الإشارة الافتراضية , والتى هى "حالة التبطيل" off stat فى حالة الإرسال . لا يتم إشعاع ضوء أثناء حالة "الفراغ" . أثناء حالة "العلامة" 'mark' للإشارة فإن ضوء الأشعة تحت الحمراء ينبض pulsed على شكل توصيل ON وفصل OFF بتردد معين . الترددات بين30kHz و60kHz شائعة الاستخدام فى الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية .
فى جانب المستقبل يتم تمثيل "الفراغ" عن طريق المستوى المرتفع high لخرج المستقبل . وبالتالى تمثيل "العلامة" تلقائيا عن طريق المستوى المنخفض low .
برجاء ملاحظة أن "العلامات" 'marks' و" الفراغات "'spaces' ليست "الآحاد" (1) و"الأصفار" (0) , التى نريد إرسالها . العلاقة الحقيقية بين العلامات والفراغات والآحاد والأصفار تعتمد على على البروتوكول الذى يتم استخدامه . وسوف نتناول المزيد حول وصف البروتوكولات فيما بعد .
المرسل The Transmitter :

[F.Abdelaziz]

المرسل The Transmitter :
المرسل عادة ما يكون جهاز يعمل بالبطارية . وبتالى بنبغى أن يستهلك أقل قدر ممكن من القدرة , كما ينبغى أيضا أن تكون إشارة الأشعة تحت الحمراء قوية بقدر كافى لتحقيق القدرة على التحكم لمسافة مقبولة . بالإضافة إلى ذلك يجب أن يتحمل الصدمات أيضا .
تم تصميم العديد من الرقائق chips لاستخدامها كمرسل للأشعة تحت الحمراء . الرقاقة القديمة خصصت لواحد فقط من البروتوكولات المختلفة التى تم ابتكارها . فى الوقت الحاضر يستخدم ميكروكونترولر ذات قدرة منخفضة جدا فى إرسال الأشعة تحت الحمراء , لسبب بسيط , هو أنها أكثر مرونة فى الاستخدام . عند عدم الضغط على أى زر تكون فى وضع "الخمول أو النوم" sleep mode وتستهلك قدرة منخفضة جدا , حيث لا يم استهلاك تيار يذكر . يستيقظ المعالج لإرسال الأمر المناسب للأشعة تحت الحمراء فقط عند الضغط على مفتاح .
نادرا ما تستخدم بلورات الكوارتز Quartz crystalsفى أجهزة من هذا القبيل , لأنها هشة وتميل للكسر بسهولة عندما يسقط الجهاز . دائرة الرنين السيراميكى Ceramic resonators هى الأكثر مناسبة هنا , لأنها يمكنها تحمل الصدمات الطبيعية بشكل أكبر . حقيقة أنها أقل قليلا فى الدقة ليس مهما .
التيار المار خلال الدايود (أو الدايودات) يمكن أن يختلف من 100mA إلى أكثر من 1A! . من أجل الحصول على مسافة تحكم مقبولة فإن تيارات الليد يجب أن تكون عند أعلى مستوى ممكن . يجب عمل مفاضلة بين بارامترات (مقننات) الليد , و عمر البطارية , وأقصى مسافة تحكم . تيار الليد يمكن أن يكون مرتفعا لأن النبضات التى تقوم بتشغيل الليدات قصيرة جدا . متوسط القدرة المبددة بالليد يجب إلا تتجاوز حد القيمة القصوى . يجب أن تضمن أيضا عدم تجاوز الحد الأقصى لتيار الذروة لليد . يمكنك أن تجد جميع هذه البارامترات فى الداتا شيت الخاصة بالليد .
يمكن استخدام دائرة ترانزستور بسيطة لتشغيل الليد . ينبغى اختيار ترانزستور بمعامل كسب HFEوسرعة تحويل مناسبين لهذا الغرض . يمكن حساب المقاومة ببساطة باستخدام قانون أوم . تذكر أن هبوط الجهد العادى عبر ليد الأشعة تحت الحمراء هو 1.1V تقريبا .

التشغيل العادى , المذكور أعلاه, له عيب واحد . كلما هبط جهد البطارية , فإن التيار المار خلال الليد سوف ينخفض أيضا . وهذا يؤدى إلى تقليل مسافى التحكم التى يمكن تغطيتها .

دائرة "تابع المشع" emitter follower يمكن أن تتجنب ذلك . الثنائيان على التوالى سوف يحددان limit النبضات على قاعدة الترانزستور بالقيمة 1.2V . يتم طرح جهد "القاعدة المشع " للترانزستور وهو بالقيمة 0.6V , مما يؤدى إلى سعة ثابتة بقيمة 0.6V عند المشع . هذه السعة الثابتة عبر مقاومة ثابتة تؤدى إلى نبضات تيار بسعة ثابتة . يتم حساب التيار المار خلال الليد ببساطة بتطبيق قانون أوم .
المستقبل The Receiver :

[F.Abdelaziz]

المستقبل The Receiver :
العديد من دوائر الاستقبال المختلفة موجودة بالسوق . معيار الاختيار الأكثر أهمية عو "تردد التعديل" modulation frequency المستخدم وتوفره فى السوق المحلى .

فى الشكل إعلاه يمكنك أن ترى نموذج للمخطط الصندوقى لمستقبل الأشعة تحت الحمراء . لا تشعر بالذعر إذا كنت لا تفهم هذا الجزء من الوصف , لأن كل شىء تم بناءه داخل عنصر إلكترونى واحد فقط .
يتم إلتقاط إشارة الأشعة تحت الحمراء عن طريق ثائى كشف الأشعة تحت الحمراء بالجانب الأيسر من المخطط . هذه الإشارة يتم تكبيرها وتحديدها عن طريق أول مرحلتين . المحدد يعمل كدائرة "تحكم أوتوماتيكى فى الكسب" AGC circuit للحصول على مستوى نبضة ثابت , بغض النظر عن مسافة الجهاز .
كما ترى , يتم إرسال إشارة التيار المتردد AC فقط إلى "مرشح تمرير الحيز" Band Pass Filter . مرشح تمرير الحيز يتم ضبطه (توليفه) على تردد العديل للجهاز . مدى الترددات الشائعة الاستخدام من 30kHz إلى 60kHz فى الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية .
المراحل التالية هى "الكاشف" detector و "المكامل" integrator و "المقارن" comparator . الغرض من هذه الوحدات الثلاثة هو كشف وجود التردد المعدل . فى حالة وجود هذا التردد المعدل فإن خرج المقارن سوف يتم تحويله إلى الحالة المنخفضة.
كما ذكر من قبل , جميع الوحدات مدمجة فى عنصر إلكترونى واحد . هناك العديد من شركات هذه العناصر فى السوق . ومعظم الأجهزة متوفرة فى إصدارات عديدة كل منها يتم توليفه على تردد تعديل معين .
برجاء ملاحظة أنه يتم تعيين المكبر على معامل كسب مرتفع جدا . لذلك يميل النظام لبدء التذبذب بسهولة بالغة . وضع مكثف كبير بقيمة 22F على مقربة من وصلات القدرة للمستقبل يكون إلزامى لفصل خطوط القدرة . بعض الداتا شيت توصى بمقاومة 330 Ohms على التوالى مع مصدر القدرة لمزيد من فصل مصدر القدرة عن بقية الدائرة .

[abedoid]

بارك الله فيك أخي على الشرح .
استفدت كثيرا من الموضوع
جزاك الله خيرا

[newman2012]

مجهود رائع بارك الله فيك

[عبدالله زهير]

جزاك الله خيرا على المواضيع المفيده

[swailfae]

موضوع جيد ومفيد
يعطي سيادتك كل خير على الطرح