Descrevemos neste artigo o projeto de um controle remoto por infravermelhos utilizando o microcontrolador MC9RS08KA2 da Freescale (www.freescale.com). O projeto inclui tanto o transmissor como o receptor, sendo destacado o uso de microcontrolador de apenas 6 pinos o que possibilita a montagem de unidades de transmissão e recepção extremamente compactas. Mais informações sobre o projeto podem ser obtidas no site da Freescale e a listagem do programa para a aplicação pode ser obtida no site da empresa.
O microcontrolador da série KA2 Freescale, MC9RS08KA2 consiste num dispositivo de custo extremamente baixo além de ter número pequeno de pinos, o que o torna ideal para aplicações domésticas, brinquedos, aplicações de controle remoto e tudo mais que exija soluções compactas e de baixo custo.
O dispositivo é formado por módulos on-chip incluindo um cerne de CPU RS08. uma RAM de 64 bytes, uma memória flash de 2 k bytes, um módulo timer de 8 bits, interrupções por teclado e um comparador analógico. O dispositivo pode ser obtido em invólucros de 6 e 8 pinos.
Baseados nessas características básicas do MC9RS08KA2 descrevemos um projeto de referência de um transmissor e de um receptor de controle remoto com as seguintes características.
* Controle com teclado de 9 botões de ultra baixo custo
* Freqüência de portadora de 38 kHz gerada por software
* Fácil de reprogramar e de se fazer o debug com uma interface BDM de 6 pinos
* Tensão de operação muito baixa. A partir de 1,8 V
* Consumo extremamente baixo em standby: 1 uA típico.
Na foto 1 temos o transmissor e o receptor desenvolvidos segundo a descrição desse artigo.
Base de Funcionamento
Num sistema de controle remoto típico, o transmissor gera raios infravermelhos que são captados por um sensor no receptor.
Os raios infravermelhos são modulados segundo um padrão conforme o mostrado na figura 2, o qual leva a informação da função a ser decodificada.
Componentes críticos nesse sistema são o diodo emissor de infravermelhos e o sensor, um foto-diodo normalmente escolhido para se obter maior velocidade de resposta e maior sensibilidade.
A freqüência portadora utilizada nos sistemas comuns de uso doméstico normalmente é de 38 kHz.
O padrão de modulação usado vai depender da aplicação como, por exemplo, o número de canais, e as características desejadas. Na figura 3 temos o padrão típico de modulação de um controle, como o que descrevemos neste artigo.
Nesse sinal, a portadora tem uma frequência de 38 kHz com um ciclo ativo de 1/3. Com o uso de um pulso curto (1/3 da duração do ciclo) pode-se implementar um projeto com baixo consumo. Nessas condições, o diodo estará conduzindo durante apenas 8 µs num ciclo e desligado por 18 µs aproximadamente em cada ciclo.
A indicação se o bit é 0 ou 1 é dada pelo tempo ON/OFF da portadora. Para um bit 0, tanto os tempos on e off da portadora são 0,5 ms. Para bit 1, a portadora estará no estado On durante 0,5 ms e OFF por 1,5 ms.
Um pacote típico de dados é formado por um cabeçário seguido de diversos bits de dados. Depois temos um byte que identifica o consumidor ou usuário do aparelho. Os bits de dados são usados para o controle propriamente dito, enquanto que os bits que identificam o aparelho ou usuário servem para evitar que transmissores interfiram uns nos outros e apenas o par correspondente possa controlar um receptor.
Temos ainda no final do pacote de dados um bit de "stop" que serve para indicar que o fluxo de dados transmitidos terminou.
No artigo apresentado, o projeto se destina ao controle de um condicionador de ar. A partir dessas informações podemos partir para o sistema propriamente dito.
O Conceito do Sistema
Começamos pelas especificações, que devem ser as seguintes para esse tipo de aplicação:
* Baixo consumo em standby
* Baixa tensão de operação
* Uso de interface BDM de 6 pinos para o desenvolvimento do software
* MC9RS08KA2 no transmissor e MC68HC908LT8 no receptor para a avaliação do sistema em tempo real
* Tanto o transmissor como o receptor usam, pilhas AAA como fonte de alimentação
Na figura 3 temos o aspecto do transmissor, com destaque para o teclado de 9 teclas. A figura mostra a parte frontal e a parte posterior do aparelho.
Para o receptor temos um mostrador de cristal líquido e um display de LEDs, além do módulo receptor de infravermelhos.
No transmissor, o MC9RS-8KA2 executa a função de fazer a varredura do teclado, a codificação do pacote de dados, a geração da portadora, e também a transmissão do pacote de dados através da portadora infravermelha.
Na figura 5 temos o receptor onde o MC68HC908LT8 realização a função de fazer a varredura do teclado, decodificação do pacote de dados e ainda apresentar informações no display LCD e de LEDs.
Na tabela abaixo temos a tabela de funções para uma aplicação do controle em um sistema de ar condicionado.
Observe que funções de liga/desliga, iluminação, modos de operação com calor, ventilação, umidade, automático seu previstos além da temperatura.
O Circuito Prático
No transmissor, todas as funções do controle são implementadas em torno do MC9RS08KA2. Uma placa de circuito impresso é otimizada de modo a caber numa caixinha convencional de controle remoto com teclado, suporte de pilhas e uma conexão BDM de interface para o desenvolvimento do firmware.
O oscilador tem um oscilador interno (ICS) que não exige o uso de um cristal externo para gerar o sinal de referência para o circuito. O circuito RC usado gera uma freqüência máxima de 20 MHz (barramento de 10 MHz) com uma precisão de 2%. Essa precisão é mais do que suficiente para uma aplicação em controle remoto.
O microcontrolador não tem um ADC mas essa função pode ser implementada facilmente com o uso do comparador interno e redes RC externas. Essa técnica é usada para decodificação dos sinais do teclado, identificando qual botão está sendo pressionado.
Na figura 6 temos o circuito do transmissor, detalhando a parte referente ao teclado.
Quando um botão é pressionado, uma rede RC é aterrada, fazendo com que ocorra uma interrupção, e com isso a tensão dada pela rede usada é detectada, iniciando a carga de um capacitor. O tempo de carga é contado, servindo para identificar qual tecla foi pressionada.
No receptor temos ainda a interface de potência com um MOSFET eu aciona o LED infravermelho, gerando os pulsos modulados que carregam a informação. O circuito simples usado na excitação ajuda a reduzir os custos do sistema.
O receptor possui um display de cristal líquido cujas funções são mostradas na figura 7.
Software
A listagem completa do programa usado é dada no site da Freescale conforme indicado na introdução.
Conclusão
Conforme pudemos ver por este artigo o desenvolvimento de aplicativos para uso em eletro-eletrônicos de uso doméstico, brinquedos e outros aplicativos de baixo custo pode ficar bastante simplificada com o uso dos microcontroladores da série. KA2 da Freescale.
Os leitores poderá obter muito mais informações e aplicativos sobre os componentes dessa série no próprio site da Freescale em www.freescale.com.
