Для начала внесём немного ясности в названия. Аббревиатура TSOP в электронике может обозначать тип корпуса микросхем (Рис. 1 “1”). (TSOP – Thin Small-Outline Package) а так же TSOP – это название семейства сенсоров для приёма инфракрасных сигналов (Рис. 1 “2”).
Именно этот приёмник инфракрасного излучения мы и будем далее иметь ввиду под понятием TSOP. (TSOP – Temic Semiconductors Opto Electronics Photo Modules).Уже в 1960-ых годах начали появляться первые бытовые приборы, телевизоры и радиоприёмники, с управлением на расстоянии. Сначала управление происходило по проводам, затем появлялись пульты со световым или ультразвуковым управлением. Это были уже первые “настоящие” беспроводные пульты дистаннционного управления. Но из-за звуковых или световых помех телевизор мог сам включаться или переключать каналы.
С появлением недорогих светодиодов Инфра-Красного излучения в 1970-ых годах появлиась возможность передавать сигналы с помощью невидимого для человека инфра-красного (ИК) света. А использование модулированных ИК-сигналов позволило достичь очень выскокой помехозащищённости и увеличить количество передаваемых команд.
Модуляция сигнала – процесс изменения одного сигнала (несущщего) в соответствии с формой другого сигнала (исходного).
В качестве принимающего элемента ИК-излучения применяется обычно ИК-фотодиод или ИК-фототранзистор. Сигнал с такого фотоэлемента необходимо усилить и демодулировать.
Демодуляция сигнала – процесс выделения исходного сигнала на фоне несущщего.
Так как фотодиод, усилитель и демодулятор являются неотъемлимой частью ИК-приёмника, эти детали стали объединять в одном корпусе. Сам корпус изготавливают из пластмассы, которая пропускает ИК-лучи. Так со времением получился хорошо всем известный TSOP приёмник инфракрасных сигналов, который применяется в 99% всей бытовой аппаратуры для дистанционного управления.
Так как интегральные ИК-приёмники выпускались в разные “эпохи” и разными фирмами, существует и множество их внешних видов. Основные типы корпусов изображены на рисунке ниже:
1) ИК-приёмник фирмы SHARP. Обозначение GP1Uxxx. Внутри жестяной оболочки находится небольшая печатная плата с ИК-фотодиодом и микросхемой. Такой фотоприёмник можно встретить на платах старых телевизоров и видеомагнитофонов.2) В этом корпусе ИК-приёмники встречается наиболее часто. Выпускались ещё в середине 199x годах фирмой Telefunken с обозначением TFMSxxx. Сейчас выпускаются среди прочих фиромой Vishai и имеют обозначение TSOP1xxx.
3) ИК-приёмник в уменьшенном корпусе. Маркируется как TSOP48xx, ILOP48xx, TK18xx.
4) Очень редко встречающийся корпус ИК-приёмника. Ранее выпускался фирмой Sanyo. Обозначается как SPS440-x.
5) ИК-фотоприёмник в SMD корпусе фирмы Vishai. Обозначение: TSOP62xx.
( “x” в обозначениях означает цифру или букву. )
Распиновку каждого типа TSOP, как обычно, можно посмотреть в соответствующей документации на конкретную марку ИК-приёмника. Обратите внимание, что ИК-приёмники под номерами 2 и 3 имеют разную распиновку! (Рис. 3):
À l'intérieur de – ножка выхода ИК-приёмника.
GND – общий вывод (минус источника питания).
Vs – вывод плюса напряжения питания, обычно от 4,5 до 5,5 вольт.
Упрощённая блок-схема TSOP-приёмника приведена на рисунке ниже. В качестве выходного элемента внутри TSOP используется обычный N-P-N транзистор. В неактивном состоянии транзистор закрыт, и на ножке Vo присутствует слабый уровень высокого напряжения (лог. “1”). При появлении в чувствительной зоне TSOP инфракрасного излучения с “основной” частотой этот транзистор открывается и выходная ножка Vo принимает низкий уровень сигнала (лог. “0”).
“Основная” частота – это частота импульсов инфра-красного излучения (света), которую отфильтровывает внутренний демодулятор TSOP. Эта частота обычно равна 36, 38, 40 кГц, но может быть и другой, об этом необходимо справиться в даташите на конкретный тип TSOP-приёмника. Для повышения помехоустойчивости ИК-канала связи, применяется модулированная передача ИК-света. Временные харрактеристики модуляции для помехозащитной передачи приведены в даташите на конкретный TSOP-приёмник. Но в большинстве случаев достаточно придерживаться простых правил:
1) минимальное количество импульсов в пачке – 15
2) максимальное количество импульсов в пачке – 50
3) минимальное время между пачками – 15*T
4) частота импульсов в пачке должна соответствовать основной частоте TSOP-приёмника
5) светодиод должен быть с длиной волны = 950 nm.
“T” – период “основной” частоты TSOP-приёмника.
Регулируя в некоторых пределах длину пачки импульсов, можно передавать двоичные сигналы. Длинный импульс на выходе TSOP-приёмника может означать “единицу”, а короткий – “нуль”. Таким образом при соблюдении правил модуляции дальность передачи цифровых сигналов на прямой видимости между светодиодом и TSOP-приёмником может достигать 10-20 метров. Скорость передачи не большая, около 1200 бит в секунду, в зависимости от применённого TSOP-приёмника.
TSOP-приёмники можно использовать в качестве друх типов сенсоров. 1) Сенсор “на просвет”, предмет препятствует ИК-лучам от источника к приёмнику.
2) Сенсор “на отражение”, детектируется отражение ИК-лучей от предмета.
В обоих случаях необходимо применять светонепроницаемые тубусы, которые будут ограничивать пучёк ИК-лучей в нежелательных направлениях.Инфра-Карсный спектр света, так же как и видимый свет, подчиняется законам оптики:
– излучение может отражается от различных поверхностей
– интенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника
Эти две оссобенности и используются для построения так называемых “ИК-бамперов” – безконтактных сенсоров обнаружения препятствий. Что бы исключить ложные срабатывания или ложные несрабатывания таких бамперов необходимо излучать пачки импульсов, как и при передаче комманд пультом управления.
Генерировать пачки импульсов можно с помощью обычных логических микросхем или с момощью микроконтроллера. Если в конструкции используются несколько сенсоров на основе TSOP-приёмников или несколько излучающих диодов, следует предусмотреть избирательный опрос “срабатывания” датчика. Такая избирательность достигается проверкой срабатывания TSOP-приёмника только в тот момент, когда передаётся только для него предназначенная пачка ИК-импульсов, или сразу же после её передачи.
Расстояние срабатывание ИК-бампера на основе TSOP-приёмника можно регулировать тремя способами:
1) изменяя основную частоту импульсов ИК-излучения,
2) изменяя скважность основной частоты импульсов ИК-света
3) изменяя ток через ИК-светодиод.
Выбор способа определяется удобством использования в конкретной схеме ИК-бампера.
У безконтактных бамперов на основе TSOP-приёмников есть существенный недостаток: расстояние “срабатывания” такого бампера сильно зависит от цвета и шероховатости отражающей поверхности предмета. Но очень низкая цена TSOP-приёмников и простота их использования представляют большой интерес для начинающих электронщиков для постройки разнообразных сенсоров.
