Пульт ДУ

Пульт ДУ (ПДУ, пульт дистанционного (удалённого) управления) — устройство для управления другим устройством на расстоянии. ПДУ применяются для управления системами и механизмами на мобильных объектах (самолёты, космические корабли, суда и т. д.), управления производственными процессами, системами связи, военными объектами, а также в быту для посылки телевизорам, звуковым проигрывателям, DVD-проигрывателям команд переключения телеканалов, звуковых дорожек, управления громкостью и т. п. Бытовой ПДУ представляет из себя небольшое устройство с кнопками, питающееся от батареек и посылающее команды посредством инфракрасного излучения. Большинство образцов современной бытовой электроники содержат ограниченный набор средств управления на своем корпусе и полный набор на пульте ДУ.

Своеобразные пульты ДУ бывают у автомобильных сигнализаций и некоторых цифровых фотоаппаратов. Бывают также пульты ДУ для управления роботами, авиамоделями и др. Системами ДУ бывают оборудованы даже храмы^[1].

Различные пульты для бытовых приборов

История дистанционного управления

Один из самых ранних образцов устройств для дистанционного управления придумал и запатентовал Никола Тесла в 1893 году.

В 1903 году испанский инженер и математик Leonardo Torres Quevedo представил в Парижской академии наук Telekino — устройство, представлявшее из себя робота, выполняющего команды, переданные посредством электромагнитных волн. В том же году он получил патенты во Франции, Испании, Великобритании и США. В 1906 году в порту Бильбао в присутствии короля и большого сборища зрителей Torres представил своё изобретение, управляя лодкой с корабля. Позже он пробовал приспособить Telekino для снарядов и торпед, но прекратил проект из-за недостатка средств.

Первая дистанционно управляемая модель аэроплана была запущена в 1932 году. Затем над использованием дистанционного управления в военных целях усиленно работали во время Второй мировой войне, например в проекте немецкой ракеты земля-воздух Вассерфаль.

Первый пульт ДУ для управления телевизором был разработан американской компанией Zenith Radio Corporation в начала 1950-х. Он был соединён с телевизором кабелем. В 1955 году был разработан беспроводной пульт Flashmatic, основанный на посылании луча света в направлении фотоэлемента. К сожалению, фотоэлемент не мог отличить свет из пульта от света из других источников. Кроме того, требовалось направлять пульт точно на приёмник.

Пульт ДУ Zenith Space Commander 500, 1958 год

Пульт ДУ Zenith Space Commander 600

Универсальный пульт Harmony 670

В 1956 году американец австрийского происхождения Роберт Адлер разработал беспроводной пульт Zenith Space Commander. Он был механическим и использовал ультразвук для задания канала и громкости. Когда пользователь нажимал кнопку, она щёлкала и ударяла пластину. Каждая пластина извлекала шум разной частоты и схемы телевизора распознавали этот шум. Изобретение транзистора сделало возможным производство дешёвых электрических пультов, которые содержат пьезоэлектрический кристалл, питающийся электрическим током и колеблющийся с частотой, превышающей верхний предел слуха человека (хотя слышимой собаками). Приёмник содержал микрофон, подсоединённый к схеме, настроенной на ту же частоту. Некоторыми проблемами этого способа были возможность приёмника сработать от естественного шума и то, что некоторые люди, особенно молодые женщины, могли слышать пронзительные ультразвуковые сигналы. Был даже случай, когда игрушечный ксилофон мог переключать каналы на телевизорах этого типа, потому что некоторые обертоны ксилофона совпадали по частоте с сигналами пульта.

Толчок к появлению более сложных типов пультов ДУ появился в конце 1970-х, когда компанией Би-би-си был разработан телетекст. Большинство продаваемых пультов ДУ в то время имели ограниченный набор функций, иногда только четыре: следующий канал, предыдущий канал, увеличить или уменьшить громкость. Эти пульты не отвечали нуждам телетекста, где страницы были пронумерованы трёхзначными числами. Пульт, позволяющий выбирать страницу телетекста, должен был иметь кнопки для цифр от 0 до 9, другие управляющие кнопки, например для переключения между текстом и изображением, а также обычные телевизионные кнопки для громкости, каналов, яркости, цветности. Первые телевизоры с телетекстом имели проводные пульты для выбора страниц телетекста, но рост использования телетекста показал необходимость в беспроводных устройствах. И инженеры Би-Би-Си начали переговоры с производителями телевизоров, что привело в 1977—1978 к появлению опытных образцов, имевших гораздо больший набор функций. Одной из компаний была ITT, её именем был позже назван протокол инфракрасной связи.

В 1980-х Стивен Возняк из компании CL9. Целью компании было создание пульта ДУ, который мог бы управлять несколькими электрическими устройствами. Осенью 1987 года был был представлен модуль CORE. Его преимуществом была возможность «обучаться» сигналам от разных устройств. Он также имел возможность выполнять определённые функции в назначенное время благодаря встроенным часам. Так же это был первый пульт, который мог быть подключён к компьютеру и загружен обновлённым программным кодом. CORE не оказал большого влияния на рынок. Для среднего пользователя было слишком сложно программировать его, но он получил восторженные отзывы от людей, которые смогли разобраться с его программированием. Названные препятствия привели к роспуску CL9, но один из её работников продолжил дело под маркой Celadon ([1]).

К началу 2000-х количество бытовых электроприборов резко возросло. Для управления домашним кинотеатром может потребоваться пять—шесть пультов: от спутникового приёмника, видео-магнитофона, DVD-проигрывателя, телевизионного и звукового усилителя. Некоторые из них требуется использовать друг за другом, и, из-за разобщённости систем управления, это становится обременительным. Многие специалисты, включая известного специалиста по юзабилити Jakob Nielsen и изобретателя современного пульта ДУ Роберта Адлера, отмечают сколь запутанно и неуклюже использование нескольких пультов.

Появление КПК с инфракрасным портом позволило создавать универсальные пульты ДУ с программируемым управлением. Однако в силу высокой стоимости этот метод не стал слишком распространён. Не стали широко распространёнными и специальные универсальные обучаемые пульты управления в силу относительной сложности программирования и использования.

Каналы связи для дистанционного управления

• Проводной канал — используется там, где нет возможности применить беспроводные каналы, например, из-за отсутствия прямой видимости, наличия экранировки, соображений секретности и т. д., главным образом для управления системами мобильных объектов, оборудованием производственных объектов, лабораторий, или специальных объектов (военного и другого назначения)
• Радиоканал — используется, главным образом, для управления мобильными объектами — радиоуправляемыми спортивными моделями и игрушками, оборудованием для чрезвычайных ситуаций (роботы и т. д.), беспилотными летательными аппаратами, военными мобильными объектами
• Ультразвуковой канал — используется редко, для управления мобильными и стационарными объектами на сравнительно небольшом расстоянии
• Инфракрасный канал — используется, как правило, для бытовой электроники

Устройство бытовых ПДУ

Модуляция инфракрасного светодиода изменяется в зависимости от нажатой кнопки.

Большинство пультов ДУ для электроники используют светодиод, испускающий пучок инфракрасного излучения с длиной волны 0,75—1,4 микрон, который достигнет устройства. Этот свет невидим для человеческого глаза, но распознаётся устройством, так же как и матрицей цифрового фотоаппарата или видеокамеры. В основе большинства пультов дистанционного управления обычно лежит одна бескорпусная микросхема помещенная прямо на печатную плату. Сверху микросхема покрыта компаундом, что предотвращает её повреждение.

Принцип действия бытовых ПДУ

Для одноканального (с одной функцией, с одной кнопкой) пульта достаточно наличия сигнала, чтобы передать команду. Для пультов с несколькими функциями необходима более сложная система: частотная модуляция несущего сигнала. После демодуляции полученного сигнала, применяются соответствующие частотные фильтры для разделения сигналов. Сейчас чаще всего используется цифровая обработка сигналов. Часто можно услышать сигналы, модулируемые на инфракрасном несущем, используя пульт ДУ рядом со средневолновым радиоприёмником не настроенным на станцию.

Для считывания кода нажатой кнопки обычно применяется метод активного сканирования линий (как например в компьютерных клавиатурах), но в пультах ДУ бытовой техники использование такого метода требовало бы затрат энергии и батарейки бы быстро садились. Поэтому в них используется метод «одна кнопка — одна линия». При нажатии на кнопку пульта соединяются общая линия и линия этой кнопки, вследствие чего поступающий сигнал «будит» микросхему пульта, она определяет код нажатой кнопки и формирует посылку, содержащую код пульта и код кнопки. Пульты ДУ не имеют обратной связи, это означает что пульт не может определить достиг ли сигнал приёмника или нет. Потому сигнал, соответствующий нажатой кнопке передаётся непрерывно до тех пор пока кнопка не будет отпущена. При отпускании кнопки пульт переходит обратно в выключенное состояние.

На приёмной стороне (например в телевизоре) принимаются данные, проверяется код пульта, и, если этот код соответствует заданному, выполняется команда, соответствующая нажатой кнопке. Приёмник может оказаться неспособен принять и обработать посланные ему данные в случае несовместимости с пультом. Причинами могут быть:

1. Используются разные методы кодирования передаваемых данных
2. Используются разные частоты модуляции инфракрасного сигнала

Обычно в пультах используется одна частота модуляции. На неё настроен пульт и приёмник. Частоты модуляции обычно «стандартны» — это 36 кГц, 38 кГц, 40кГц (Sony). Редкими считаются частоты 56 кГц (

Для частот от 30 до 50 кГц обычно используются светодиоды с длиной волны 950 нм, а для 455 кГц используются светодиоды с длиной волны 870нм (на эту длину волны и высокую частоту модуляции ориентированы специализированные приёмники TSOP5700 и TSOP7000).

Модуляция

Передача сигнала осуществляется мерцанием светодиода с соответствующей частотой. Несколько таких модулированных передач и гашений формируют кодированную посылку. Приёмники ИК сигнала в своём составе обычно имеют частотный детектор (или подобную схему) детектирующую наличие или отсутствие мерцания заданной частоты. Пример фото приёмников: TSOP1736 — настроен на частоту 36 кГц, TSOP1738 — 38 кГц (производитель Vishay Telefunken), BRM1020 — 38 кГц.

Практически все ИК приёмники производимые серийно имеют ИК светофильтр (и выглядят тёмными). Встроенная схема состоящая из нескольких каскадов усилителей и демодулятора (частотного детектора) чувствительна к сигналу до −90 дБ (большинство радиолюбительских схем имеют чувствительность до −60 дБ). Также практически все ИК приёмники имеют всего три вывода: Питание, Земля, Выход данных (показывающий наличие или отсутствие модулированного сигнала на входе фото приёмника. Использование приёмника не совпадающей с частотой модуляции пульта не означает что он не будет принимать.. он будет принимать, но его чувствительность может очень сильно упасть. Для приёма сигнала от пульта ДУ также существует демодулятор без встроенного ИК фото приёмника — микросхема фирмы Sony CXA1511l, по своей сути — высококачественный частотный детектор, позволяющий сделать пульт например не на светодиодах ИК диапазона а на УФ.

Методы кодирования данных

Сейчас преимущественно используются следующие две схемы кодирования передаваемых данных:

• Первая в пультах ДУ стала применяться фирмой
• Авторство второй схемы кодирования приписывается фирме Sony. Сначала всегда передаётся «1» модулированным сигналом, а потом «0» пауза. Временной размер единицы всегда одинаковый, а временной размер 0 — это кодированные передаваемые данные. Длинная пауза — передача единицы, короткая пауза — передача нуля.

Перед посылкой кодированных данных пульт всегда посылает одну или несколько синхропосылок для того, чтобы фото приёмник настроил приёмную цепь (синхронизировался с пультом по чувствительности и фазе).

Детальное описание протоколов можно прочитать по этим ссылкам:

• Описание протоколов ИК систем дистанционного управления
• Приём информации от ИК-пульта
• Протоколы RC5, Sony SIRC, Panasonic, JVC, Daewoo(англ.)

Производители пультов не склонны придерживаться каких-либо общих стандартных протоколов кодирования данных и вправе разрабатывать и применять для своей техники всё новые и новые протоколы. Более полный список протоколов: NEC (repetitive pulse), NEC (repetitive data), RC5, RC6, RCMM, RECS-80, R-2000 (33 kHz), Thomson RCA (56.7 kHz), Toshiba Micom Format (similar NEC), Sony 12 Bit, Sony 15 Bit, Sony 20 Bit, Kaseikyo Matsushita (36.7 kHz), Mitsubishi (38 kHz, preburst 8 ms, 16 bit), Ruwido r-map, Ruwido r-step, Continuous transmission 4000 bps и Continuous transmission 1000 bps.

Питание

Бытовые пульты ДУ обычно питаются от двух батареек типоразмера AA или AAA. Это связано с тем, что для питания инфракрасного светодиода необходимо не менее 2,0—2,5 Вольт, а от одной батареи 1,3 В такого напряжения не получить (без использования изощрённых схемотехнических способов). Для пультов лучше покупать обыкновенные солевые батареи, они прослужат дольше. Аккумуляторные батареи могут сесть за полгода только из-за токов саморазряда, потому здесь они плохо подходят.

Неисправности

• Самая частая неисправность — севшие батарейки.
• Вторая — пульт залит какой либо жидкостью и кнопки либо западают, либо не отпускаются.
• Третья — от удара отвалился ИК светодиод.

Наличие сигнала у пульта можно проверить посмотрев на него через видеокамеру или цифровой фотоаппарат, при этом нажимая на пульте кнопки. ПЗС матрицы бытовой фото аппаратуры обычно видят инфракрасный диапазон.

Использование

Чрезвычайные ситуации

Во избежание нанесения ущерба здоровью человека дистанционно управляемые машины необходимы в чрезвычайных ситуациях, таких как радиоактивное или химическое загрязнение. Например, дистанционно управляемые роботы использовались во время устранения последствий Чернобыльской аварии.

Военное дело

• В Первой мировой войне немецкий флот применял специальные лодки для борьбы с прибрежным флотом. Они приводились в движение двигателями внутреннего сгорания и управлялись дистанционно с береговой станции

по кабелю длиной несколько миль, привязанному к катушке на корабле. Самолёт использовался для их точного наведения. Эти лодки несли большой заряд взрывчатки в носу и ходили на скорости 30 узлов.^[2]

• Рабоче-крестьянская Красная армия использовала дистанционно-управляемые танки в Советско-финской войне 1939—1940 годов и в начале Великой Отечественной войны. Телетанк управлялся по радиосвязи из управляющего танка на расстоянии 500—1500 м, таким образом, получалась телемеханическая группа. Красная армия выставила по меньшей мере два телетанковых батальона в начале ВОВ. Также у Красной армии были дистанционно-управляемые катера и экспериментальные самолёты. Между тем, немецкие танковые батальоны были полностью радиофицированы, каждый танк имел на своем борту рацию, что говорит об огромном превосходстве немецкой техники и промышленности к началу войны.

• Подробная информация о применении ПДУ для средств спецназначения в наше время носит преимущественно закрытый характер

Авиация

Практически все средства авионики и другое бортовое оборудование ЛА управляются с помощью пультов ДУ в кабине пилотов, ДУ имеется также в наземном оборудовании

Водный транспорт

Значительная часть судового оборудования управляется с помощью ПДУ

Железная дорога и метро

ПДУ применяются для управления оборудованием поездов, путевым оборудованием, оборудованием станций (эскалатор, освещение и т. д.)

Промышленное производство и строительство

Некоторые виды производственного и строительного оборудования могут управляться с помощью ПДУ

Научно-исследовательские и производственно технические лаборатории

Некоторые виды лабораторного оборудования управляются с помощью ПДУ

Космос

• Технология дистанционного управления также использовалась в исследованиях космоса. Советский Луноход дистанционно управлялся с Земли. Прямое дистанционное управление космическими аппаратами на бо́льших расстояниях непрактично из-за возрастающей задержки сигнала.
• Для управления оборудованием и двигателями космического корабля в кабине космонавтов имеются пульты ДУ

Связь и другие системы информационных технологий

Дистанционное управление могут иметь ретрансляторы, радиомаяки, а также связные радиостанции, радиолокаторы и другие системы

Электроэнергетика

В электроэнергетике ПДУ используются для управления объектами энергосистемы и управления энергопотреблением

Охранные системы и управление зданиями и территориями

Управление воротами и шлагбаумами часто производится из помещений, с использованием пультов ДУ, также с помощью ДУ можно управлять наружным и внутренним освещением, камерами видеонаблюдения и т. д.

Культурно-зрелищное обеспечение

Дистанционное управление широко используется в кинотеатрах, а также в театрах, цирках и, в некоторых случаях, в обеспечении массовых мероприятий на открытом воздухе

Домашнее применение

ПДУ используются для управления бытовой электронной аппаратурой, домашними электроаппаратами и освещением

Игры и спорт

В настоящее время широко распространены детские игрушки и спортивные модели с дистанционным радиоуправлением. Например, такие как модели автомобилей.

Видеоигры

До недавнего времени игровые приставки использовали проводные контроллеры. Отчасти по той причине, что игроку трудно играть и при этом сохранять инфракрасный передатчик направленным на приставку. Некоторые беспроводные контроллеры производились сторонними производителями, в большинстве случаев в них использовалось радиосвязь. Первым беспроводным контроллером, который был в стандартной поставке, был WaveBird для приставки Nintendo GameCube. В следующем поколении игровых приставок — Xbox 360, PlayStation 3, Bluetooth.

Фотография

Механические фотоаппараты для того, чтобы уменьшить шевелёнку, имеют спусковой тросик. В электронных фотоаппаратах для этой же цели применяется проводной или беспроводной пульт. Кроме спуска затвора, пульты позволяют менять зум (если тот управляется мотором) и делать некоторые другие настройки.

См. также

• Пульт управления
• Джойстик
• Геймпэд
• LIRC
• Apple Remote
• Телеуправление
• Абонентский пульт

Внешние ссылки

• ИК фото-приёмники для приёма сигналов с пультов ДУ(англ.)

Стандарты

• X10 (стандарт)
• ГОСТ 5.2055-73 Пульт дистанционного управления 55-ПДУ. Требования к качеству аттестованной продукции
• ГОСТ 18174-83 Системы дистанционного автоматизированного управления главными судовыми дизелями. Общие технические требования

Примечания

1. ↑ Фонд Храма Христа Спасителя. Управление автоматики и телемеханики
2. ↑ Lightoller, CH: «Titanic and other ships» I. Nicholson and Watson, 1935.