Radiowy przedluzacz pilotow cz2, ogólna elektronika, Projekty na NE555
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Radiowy przedłużacz pilotów
P R O J E K T Y
Radiowy przedłużacz
pilotów, część 2
AVT−559
Pomys³ budowy
ìprzed³uøaczaî zrodzi³ siÍ,
gdy autor, utrudzony
ca³odzienn¹ prac¹, musia³
wstaÊ z wygodnego fotela
stoj¹cego przed komputerem
(s³uø¹cym w†tym przypadku
jako odbiornik - monitor
telewizyjny) i†pÛjúÊ do
s¹siedniego pokoju, aby
zmieniÊ kana³ w†tunerze
satelitarnym.
Rekomendacje:
przyda siÍ
na pewno, jeúli zachodzi
potrzeba zdalnego
(z†s¹siednich pomieszczeÒ)
prze³¹czania urz¹dzeÒ
sterowanych pilotem.
Kodowanie sygna³Ûw
w†standardzie RC5
G³Ûwnym zadaniem przemien-
nika RF-IR jest wygenerowanie
odpowiedniego ci¹gu impulsÛw
skorelowanych czasowo, zawiera-
j¹cych pe³n¹ informacjÍ w†stan-
dardzie RC5 (nadanie rozkazu
RC5). Zadanie to realizuje funkcja
pokazana na
list. 3
.
Jest to funkcja obs³ugi prze-
rwania z†licznika T1. Licznik pra-
cuje rÛwnieø w†trybie 1. Przerwa-
nie od tego licznika generowane
jest co ok. 890
wych odpowiednim zmiennym
i†uruchomieniu licznika T1 (bit
TR1
), czyli naleøy wykonaÊ nastÍ-
puj¹c¹ sekwencjÍ poleceÒ:
bitcnt=0; p_out=0; hlf=1;
TR1=1;
// while (TR1);
przy czym zmienna
rc5code
po-
winna zawieraÊ kompletny kod
rozkazu RC5 (wszystkie 14 bitÛw).
Przed uruchomieniem licznika T1
moøe byÊ teø wskazane zabronie-
nie przyjmowania innych prze-
rwaÒ (np. przerwania zewnÍtrzne-
go). Po zakoÒczeniu wysy³ania
rozkazu RC5 funkcja automatycz-
nie zatrzymuje licznik T1 i†ten
fakt moøna wykorzystaÊ (stan bitu
TR1
) w†celu okreúlenia w†progra-
mie zakoÒczenia nadawania roz-
s (nadanie odpo-
wiednich wartoúci zmiennym TL1
i†TH1), czyli tyle ile wynosi po-
³owa czasu trwania bitu w†stan-
dardzie RC5. Wykorzystano tu
klasyczny algorytm dzia³aj¹cy
zgodnie z†definicj¹, czyli genero-
wanie odpowiedniego zbocza (na-
rastaj¹cego lub opadaj¹cego)
w†po³owie czasu trwania bitu -
w†zaleønoúci od wartoúci logicz-
nej bitu przeznaczonego do zako-
dowania.
Funkcja komunikuje siÍ z†pro-
gramem g³Ûwnym (innymi funk-
cjami) poprzez nastÍpuj¹ce zmien-
ne zewnÍtrzne:
bit p_out,hlf,val;
char bitcnt;
unsigned int rc5code;
Inicjowanie transmisji kodu
RC5 z†w³asnego programu polega
na nadaniu wartoúci pocz¹tko-
List. 3. Funkcja generowania ciągu
impulsów w standardzie RC5
void int_t1(void) interrupt 3 using 1
{
TL1=132; TH1=252;
out=p_out;
if(hlf)
{ val=(rc5code&0x2000)?1:0;
if(val) p_out=0; else p_out=1;
hlf=0; rc5code<<=1; bitcnt++;
if(bitcnt>14) p_out=0;
}
else
{ if(val) p_out=1; else p_out=0;
hlf=1;
if(bitcnt>14) { p_out=0; TR1=0; }
}
}
Elektronika Praktyczna 3/2004
43
µ
Radiowy przedłużacz pilotów
Rys. 5. Budowa anten
zastosowanych w przedłużaczu
kazu - np. w†sposÛb pokazany na
list. 3 (instrukcja
while
w†linii
stanowi¹cej komentarz).
Dla obu pokazanych wyøej lis-
tingÛw zmienne bitowe
in
oraz
out
odnosz¹ siÍ bezpoúrednio do
odpowiednich portÛw mikrokont-
rolera i†ich definicja dla schema-
tÛw z†rysunkÛw 1†i†2†powinna byÊ
nastÍpuj¹ca:
sbit in=P3^2;
sbit out=P1^7;
Rys. 6. Przetwarzanie danych w odbiorniku
ka przewodu o d³ugoúci okreúlonej
przybliøonym wzorem [7]: 7500/
f
, gdzie
f
jest czÍstotliwoúci¹
pracy anteny w MHz, a d³ugoúÊ
podana jest w centymetrach. Dla
czÍstotliwoúci 433.92 d³ugoúÊ ta
powinna wynosiÊ oko³o 17,3mm.
Na
rys. 6
przedstawiono sche-
mat toru przetwarzania danych
w†odbiorniku radiowym - typowy
dla wiÍkszoúci systemÛw radioko-
munikacyjnych [10] (w tym rÛw-
nieø dla zastosowanego w†projek-
cie odbiornika RR3 - co wykaza³a
juø wstÍpna analiza obwodÛw
zawartych na p³ytce odbiornika,
jak i†na podstawie informacji za-
wartych w†dokumentacji firmy
Te-
lecontrolli
). Na schemacie widocz-
ne s¹ dwa typy filtrÛw, ktÛrych
parametry s¹ istotne ze wzglÍdu
na wybÛr sposobu kodowania
przesy³anych danych. Pierwszy
z†filtrÛw jest filtrem dolnoprze-
pustowym, ktÛry ogranicza szyb-
koúÊ przesy³ania danych, jak teø
w†sposÛb istotny wp³ywa na za-
siÍg transmisji. Jak ³atwo zauwa-
øyÊ, wystÍpuje tu pewien kompro-
mis pomiÍdzy zasiÍgiem a†szyb-
koúci¹ przesy³anych danych. OgÛl-
nie mÛwi¹c, przesy³aj¹c dane wol-
niej (wÍøsze pasmo filtru DP),
moøna uzyskaÊ wiÍkszy zasiÍg
przy sta³ej mocy nadajnika (mniej-
sze pasmo przepustowe filtru -
Radiowa transmisja
danych
Jako elementy toru radiowego
(nadajnik, odbiornik) wykorzystano
gotowe, stosunkowo tanie i†³atwo
dostÍpne, hybrydowe modu³y firmy
Telecontrolli
. Niestety na swoich
stronach internetowych firma za-
mieszcza bardzo skromn¹ informa-
cjÍ na temat produkowanych przez
siebie modu³Ûw, st¹d wiÍkszoúÊ
informacji zaczerpniÍto z†not apli-
kacyjnych firmy RFM [9,10].
Jako anteny dla przemienni-
kÛw zastosowano [7,8] w ìskrÛ-
conejî wersji anteny ÊwierÊfalo-
we. Anteny takie buduje siÍ, do-
daj¹c indukcyjnoúÊ w†pobliøu†pod-
stawy (kompensacja reaktancji po-
jemnoúciowej) anteny. Praktycznie
polega to na uformowaniu w†po-
staci cewki czÍúci odcinka prze-
wodu tworz¹cego antenÍ (
rys. 5
).
D³ugoúÊ odcinka od podstawy an-
teny do pocz¹tku uformowanych
zwojÛw cewki powinna wynosiÊ
15,2mm. D³ugoúÊ samej cewki,
licz¹cej 15 zwojÛw nawiniÍtych
na úrednicy 2,6mm, powinna wy-
nosiÊ 11,4mm. Ca³a antena winna
mieÊ d³ugoúÊ oko³o 84mm [11].
Jako materia³ na antenÍ naleøy
zastosowaÊ izolowany przewÛd
(najlepiej srebrzankÍ) 22AWG
(úrednica 0,64mm). Tak zbudo-
wana antena ma nieco tylko
mniejszy zysk energetyczny
(3..4dB) w porÛwnaniu ze zwyk³¹
anten¹ ÊwierÊfalow¹, jednak cha-
rakteryzuje siÍ ok. po³owÍ mniej-
szymi rozmiarami. Moøna teø
zastosowaÊ klasyczn¹ antenÍ
ÊwierÊfalow¹, zbudowan¹ z odcin-
List. 4. Funkcja dekodowania danych z odbiornika radiowego
void int_ext0(void) interrupt 0 using 2
{
unsigned int tmp;
char p_th,state,cntbyte;
bit p_in,c_in;
TL0=TL1=0; TH0=TH1=0; TR1=1;ET1=0;
tmp=0; cntbit=1; state=0; cntbyte=0;
for(;;)
{
p_in=in;
while(p_in==in) if (TH0>8) return;
//Poniżej kod odpowiedzialny za ignorowanie krótkich impulsów
p_th=TH0; TL0=0; TH0=0;
while(p_in!=in) if(TH0>1) break;
if(p_in==in) { TL0=TL1; TH0=TH1; continue; }
else { TL1=TL0; TH1=TH0; }
c_in=in;
switch(state)
{
case 0:
if(!p_in&&c_in&&p_th>2&&p_th<5) state=1;
else
if(!p_in&&c_in&&p_th>4&&p_th<8)
{ state=2; tmp<<=1; cntbit++; }
else return;
break;
case 1:
if(p_in&&!c_in&&p_th>2&&p_th<5)
{ state=0; tmp<<=1; tmp|=1; cntbit++; }
else return;
break;
case 2:
if(p_in&&!c_in&&p_th>4&&p_th<8)
{ state=0; tmp<<=1; tmp|=1; cntbit++; }
else
if(p_in&&!c_in&&p_th>2&&p_th<5) state=3;
else return;
break;
case 3:
if(!p_in&&c_in&&p_th>2&&p_th<5)
{ state=2; tmp<<=1; cntbit++; }
else return;
break;
}
if(cntbit>=8) { cntbit=0; buf[cntbyte]=tmp; tmp=0; cntbyte++; }
if (cntbyte>=MAXBYTE)
{ TR1=0; ET1=1; EX0=1; rdy=1;
return;
}
}
}
44
Elektronika Praktyczna 3/2004
Radiowy przedłużacz pilotów
List. 5. Funkcja obliczająca CRC
void crc_update(unsigned char x)
{
unsigned char tmp,f,i;
f=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
Rys. 7. Algorytm wyliczania CRC
tmp=CRC; CRC=(CRC>>1)&0x73;
CRC|=(((tmp&0x01)^((x&f)?0x01:0))?
((tmp^0x18)>>1)|0x80:tmp>>1)&0x8c;
f<<=1;
wiÍksza wartoúÊ wspÛ³czynnika
sygna³-szum - moøliwoúÊ odbioru
s³abszych sygna³Ûw) i†na odwrÛt.
Drugi z†filtrÛw, przez ktÛry prze-
chodzi sygna³, jest filtrem gÛrno-
przepustowym utworzonym przez
kondensator sprzÍgaj¹cy (sprzÍøe-
nie zmiennopr¹dowe).
Aby informacja mog³a byÊ bez
przeszkÛd przes³ana przez te dwa
filtry, bardzo istotny jest w³aúci-
wy wybÛr sposobu kodowania
danych. Naleøy zwrÛciÊ uwagÍ na
minimaln¹ szerokoúÊ impulsu (lub
przerwy miÍdzy impulsami), ktÛra
musi byÊ dostosowana do szero-
koúci pasma filtru dolnoprzepus-
towego, jak rÛwnieø na maksymal-
n¹ szerokoúÊ impulsu (przerwy),
ktÛra z†kolei musi pozostawaÊ
w†odpowiedniej relacji do sta³ej
czasowej wyznaczonej przez kon-
densator sprzÍgaj¹cy wraz z†pozo-
sta³¹ czÍúci¹ obwodu. Ze wzglÍdu
na zmiennopr¹dowe sprzÍøenie
sygna³u bardzo istotne jest, aby
sposÛb†kodowania danych zapew-
nia³ w³aúciwe zrÛwnowaøenie
sk³adowej sta³ej. Czyli najlepiej
aby kodowany sygna³ mia³ war-
toúÊ logiczn¹ ì1î przez 50% cza-
su i†wartoúÊ ì0î przez pozosta³e
50% czasu. ZrÛwnowaøenie sk³a-
dowej sta³ej moøe byÊ osi¹gniÍte
na wiele sposobÛw. Jednym z†naj-
popularniejszych jest wykorzysta-
nie kodu Manchester, w†ktÛrym
bity s¹ kodowane bifazowo -
jedynce logicznej odpowiada zmia-
na poziomu sygna³u w†po³owie
taktu z†wysokiego na niski, zaú
zeru logicznemu - zmiana pozio-
mu sygna³u w†po³owie taktu z†nis-
kiego na wysoki (a wiÍc†analo-
gicznie jak dla kodowania w†stan-
dardzie RC5). Z†zachowaniem
rÛwnowagi sk³adowej sta³ej wi¹øe
siÍ potrzeba ograniczenia liczby
kodowanych bitÛw jako ì1î (lub
ì0î), wystÍpuj¹cych tuø po sobie.
Kod Manchester rÛwnieø tutaj
sprawdza siÍ doskonale (chociaø
jego wad¹ jest podwojenie liczby
impulsÛw potrzebnych do przes³a-
nia danego komunikatu).
Innym waønym problemem jest
w³aúciwy dobÛr wartoúci progowej
napiÍcia dla uk³adu formowania
danych (komparatora). Ustawienie
wartoúci tego napiÍcia (ürÛd³o na-
piÍciowe na rysunku 5) wiÍkszej
od zera powoduje aktywowanie
blokady szumÛw. Zbyt ma³a war-
toúÊ tego napiÍcia sprawia, øe
szumy o†odpowiednio duøej amp-
litudzie przenosz¹ siÍ na wyjúcie
w†postaci krÛtkich, szpilkowych
impulsÛw. WÛwczas prawid³owe
odtworzenie sygna³u uøytecznego
wymaga specjalnych zabiegÛw ze
strony oprogramowania. Z†kolei
zbyt duøa wartoúÊ tego napiÍcia
powoduje zmniejszenie czu³oúci
odbiornika rÛwnieø dla sygna³u
uøytecznego. W†zastosowanym od-
biorniku hybrydowym napiÍcie to
jest ustalone przez producenta,
zwalniaj¹c tym samym uøytkowni-
ka od koniecznoúci jego doboru.
Bior¹c pod uwagÍ powyøsze
zaleønoúci, wybrano sposÛb kodo-
wania danych identyczny jak
w†przypadku standardu RC5. Za-
chowano teø identyczn¹ szybkoúÊ
przesy³anych danych. Poniewaø nie
dysponowano szczegÛ³owymi dany-
mi odnoúnie pasma przenoszenia
filtru dolnoprzepustowego odbior-
nika RR3 ani wartoúci¹ sta³ej cza-
sowej filtru gÛrnoprzepustowego,
zatem oszacowania minimalnej
i†maksymalnej szerokoúci impulsu
by³y doúÊ trudne do przeprowadze-
nia. Znana by³a jedynie graniczna
szybkoúÊ odbieranych danych wy-
nosz¹ca dla odbiornika RR3 -
2†kHz. PrzyjÍto wiÍc za zadowala-
j¹ce parametry transmisji danych
}
}
s, co daje
maksymaln¹ czÍstotliwoúÊ oko³o
561 Hz, a†wiÍc znacznie poniøej
czÍstotliwoúci granicznej.
Na
list. 4
zamieszczono kod
funkcji w†jÍzyku C dekoduj¹cej da-
ne z†toru odbiornika radiowego.
Kod jest analogiczny jak w†przypad-
ku funkcji dekodowania danych
w†standardzie RC5 (wykorzystano
ten sam algorytm oparty na grafie
przejúÊ z†rys. 4). Funkcja odbiera
liczbÍ bajtÛw okreúlon¹ przez sta³¹
symboliczn¹ MAXBYTE, umieszcza-
j¹c je kolejno w†tablicy znakowej
o†nazwie
buf
. W funkcji zawarto
fragmenty kodu. dziÍki ktÛremu s¹
ignorowane w†analizowanym sygna-
le z†odbiornika radiowego krÛtkie
impulsy (poniøej 512
µ
s), bÍd¹ce
wynikiem interferencji radiowych
lub szumÛw (wykorzystano tutaj
obydwa liczniki sprzÍtowe T0 i†T1
pracuj¹ce wspÛ³bieønie). Uøycie fun-
kcji we†w³asnym programie jest ana-
logiczne jak opisano to przy okazji
dekodowania danych w†standardzie
RC5. RÛwnieø funkcja, ktÛra pozwa-
la zakodowaÊ dane dla nadajnika
radiowego, jest identyczna jak
w†przypadku standardu RC5, st¹d
teø nie ma potrzeby zamieszczania
jej w†ca³oúci.
D³ugoúÊ ca³ego transmitowanego
pakietu danych z†przemiennika IR-
RF do przemiennika RF-IR wynosi
32 bity (4 bajty). Pierwsze 8†bitÛw
stanowi preambu³Í (sekwencja roz-
biegowa zawsze rÛwna 11001010
(2)
).
µ
Rys. 8. Rozmieszczenie elementów
na płytce konwertera radio−>RC5
Rys. 9. Rozmieszczenie elementów
na płytce konwertera RC5−>radio
Elektronika Praktyczna 3/2004
45
charakterystyczne dla standardu
RC5: minimalna szerokoúÊ impulsu
(przerwy) rÛwna 890
Radiowy przedłużacz pilotów
Kolejne 16 bitÛw, z†ktÛrych istotne
jest tylko 14 bitÛw mniej
znacz¹cych, stanowi kompletny kod
polecenia RC5. Ostatnie 8†bitÛw
jest sum¹ kontroln¹ CRC. Wed³ug
[9] zaleca siÍ stosowanie 16-bitowej
sumy kontrolnej opartej na standar-
dzie X.25 (ISO3309), jednak ponie-
waø w†rozwaøanym przypadku pa-
kiet danych mia³ bardzo niewielk¹
d³ugoúÊ, dlatego przyjÍto za wystar-
czaj¹ce zastosowanie 8-bitowego
CRC, liczonego wed³ug wielomianu
x
8
+x
5
+x
4
+1, typowego dla uk³adÛw
pracuj¹cych z†jednoprzewodow¹
magistral¹ firmy
Dallas/Maxim
.
Na
rys. 7
pokazano sposÛb
wyliczania wielomianu CRC, zaczer-
pniÍty wprost z†dokumentacji firmy
Dallas/Maxim
. Na
list. 5
przedsta-
wiono jedn¹ z†wielu moøliwych
implementacji tego algorytmu w†jÍ-
zyku C, zastosowan¹ w†projekcie.
Funkcja wykorzystuje zewnÍt-
rzn¹ (globaln¹) zmienn¹ znakow¹
CRC
, przechowuj¹c¹ bieø¹c¹ war-
toúÊ wielomianu. Funkcja aktua-
lizuje CRC od razu dla ca³ego
bajtu (8-bitowy argument funkcji).
Radiowy przed³uøacz pilotÛw
moøna w†sposÛb bardzo prosty,
poprzez niewielk¹ modyfikacjÍ op-
rogramowania, rozbudowaÊ np.
o†funkcjÍ akceptuj¹c¹ na wejúciu
dowolnego pilota RC5 (o dowol-
nym lub wczeúniej ustalonym ad-
resie urz¹dzenia RC5), jak rÛw-
nieø moøliwa jest opcja zamiany
kodÛw rozkazÛw, adresÛw urz¹-
dzenia RC5 itd.
Zbigniew Hajduk
[5] RT4 Radio Transmitter Mo-
dule with SAW Resonator and
External Antenna, Telecontrolli
rolli.com
[6] RR3 Super Regenerative
Radio Receiver With Laser Trim-
med Inductor, Telecontrolli
rolli.com
[7] Smith K., Antennas for Low
Power Applications, RFM Ap-
plication Note AN36.
[8] Evjen P. M., SRD Antennas,
Chipcon Application Note AN003.
[9] ASH Transceiver Desig-
ners†Guide, RFM Application
Note.
[10] ASH Transceiver Software
Designer's†Guide, RFM Applica-
tion Note.
[11] Virtual Wire Development
Kit Manual for DR1300-DK, RFM
Application Note.
Literatura:
[1] Knowledge Base, Philips RC-
~sbp/knowledge/ir/rc5.htm
[2] Bia³y R., Programowe deko-
dowanie sygna³Ûw zdalnego ste-
rowania, Elektronika Praktyczna
12/2002, strony 95-98.
[3] An Efficient Algorithm for
Decoding RC5 Remote Control
com.au/pcm-9574/rc5/rc5.html
[4] Putzger J., Decoding IR Re-
washington.edu/circuit_archive/
text/ir_decode.txt
Wzory p³ytek drukowanych w for-
macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem:
pcb.ep.com.pl
oraz na
p³ycie CD-EP4/2004B w katalogu
PCB
.
46
Elektronika Praktyczna 3/2004
[ Pobierz całość w formacie PDF ]