CH621219A5

CH621219A5 - Device for transmission by pulsed infrared radiation

Info

Publication number: CH621219A5
Application number: CH197278A
Authority: CH
Inventors: Floris Gerard Marie Vriens
Original assignee: Floris Gerard Marie Vriens
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1981-01-15
Also published as: FR2418582A1

Description

La présente invention se rapporte à la transmission d'un rayonnement infrarouge puisé d'un émetteur à un récepteur. Elle concerne en particulier un dispositif de télécommande ou de télémesure au moyen d'un train d'impulsions d'ondes infrarouges, et tout spécialement un nouveau récepteur sélectif apte à recevoir et à discriminer les impulsions reçues. The present invention relates to the transmission of infrared radiation pulsed from a transmitter to a receiver. It relates in particular to a remote control or telemetry device by means of a train of pulses of infrared waves, and especially a new selective receiver capable of receiving and discriminating the pulses received.

Les systèmes de télécommande par rayons infrarouges existants sont basés sur l'émission d'impulsions par des diodes à l'arséniure de gallium émettrices d'infrarouge proche dans la gamme de 800 à 1000 nm. Ces impulsions sont reçues par un récepteur équipé d'un élément photosensible tel qu'une diode, suivi d'un amplificateur, d'un détecteur et d'un étage de sortie traduisant la commande émise par l'émetteur. Existing infrared remote control systems are based on the emission of pulses by gallium arsenide diodes emitting near infrared in the range of 800 to 1000 nm. These pulses are received by a receiver fitted with a photosensitive element such as a diode, followed by an amplifier, a detector and an output stage reflecting the command sent by the transmitter.

S'il est souhaitable d'obtenir, dans un tel système de transmission, une portée utile de l'ordre de 10 mètres, il est indispensable, en raison de l'affaiblissement du signal entre l'émetteur et le récepteur, que l'amplificateur qui suit l'élément photosensible soit à gain important, de l'ordre de 80 db. Considérant également que ce genre de transmissions s'effectuent souvent dans un milieu à éclairage moyen ou élevé et que cet éclairage est généralement produit par des sources incandescentes créant des rayons infrarouges, on constate que la réception correcte est perturbée par cet éclairage. Bien que non impulsionnel, ce rayonnement environnant produit dans le récepteur un bruit de fond qui s'ajoute au bruit de fond inhérent à l'amplificateur, élévant ainsi l'état du dispositif proche du niveau d'enclenchement, et l'on constate des enclenchements parasitaires de l'étage de sortie du récepteur sans que l'émetteur intervienne. If it is desirable to obtain, in such a transmission system, a useful range of the order of 10 meters, it is essential, due to the weakening of the signal between the transmitter and the receiver, that the amplifier which follows the photosensitive element is a significant gain, of the order of 80 db. Considering also that this kind of transmission is often carried out in an environment with medium or high lighting and that this lighting is generally produced by incandescent sources creating infrared rays, we see that the correct reception is disturbed by this lighting. Although not impulsive, this surrounding radiation produces background noise in the receiver which is added to the background noise inherent in the amplifier, thus raising the state of the device close to the switching on level, and parasitic interlocking of the receiver output stage without the transmitter intervening.

Le premier but de l'invention est la construction d'un récepteur qui n'est plus perturbé par le rayonnement infrarouge ou autre de l'environnement. The first object of the invention is the construction of a receiver which is no longer disturbed by infrared or other radiation from the environment.

Un autre but est de réaliser un ensemble de transmission émetteur-récepteur ayant une sélectivité en fréquence telle que l'étage de sortie ne peut commuter un circuit d'utilisation, faisant partie de l'étage de sortie du récepteur, que si la fréquence de l'émetteur correspond bien à la fréquence choisie sur le récepteur. Another object is to provide a transmitter-receiver transmission assembly having frequency selectivity such that the output stage can only switch a usage circuit, forming part of the receiver output stage, if the frequency of the transmitter corresponds well to the frequency chosen on the receiver.

Un autre but de l'invention est donc d'agencer le récepteur de telle façon qu'il puisse être réglé ou commuté sur une certaine fréquence. Another object of the invention is therefore to arrange the receiver in such a way that it can be adjusted or switched on a certain frequency.

L'invention a encore pour but de réaliser ce dispositif d'une manière simple et au moyen d'éléments et composants courants se trouvant sur le marché. Another object of the invention is to make this device in a simple manner and by means of common elements and components found on the market.

Ces buts sont accomplis par le dispositif de transmission par rayonnement IR puisé faisant l'objet de l'invention, comprenant un émetteur d'impulsions infrarouge et un récepteur des impulsions émises, doté d'un élément photosensible, d'un amplificateur et d'un étage de sortie apte à commuter un circuit d'utilisation. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le récepteur est équipé d'un circuit sélectif dont l'entrée est chargée, en l'absence d'un signal provenant de l'émetteur, d'un deuxième signal d'une fréquence donnée d'oscillation, et qui comporte également un comparateur pour comparer la fréquence à son entrée avec une fréquence d'accord correspondant à la fréquence émise par l'émetteur, ce circuit sélectif étant agencé pour fournir un signal de commande à l'étage de sortie uniquement lorsque la fréquence à l'entrée est au moins proche de la fréquence d'accord. These objects are achieved by the pulsed IR radiation transmission device forming the subject of the invention, comprising an infrared pulse emitter and a receiver of the emitted pulses, provided with a photosensitive element, an amplifier and an output stage capable of switching a use circuit. The device according to the invention is characterized in that the receiver is equipped with a selective circuit whose input is charged, in the absence of a signal from the transmitter, with a second signal of a frequency oscillation data, and which also includes a comparator for comparing the frequency at its input with a tuning frequency corresponding to the frequency emitted by the transmitter, this selective circuit being arranged to supply a control signal to the stage of output only when the input frequency is at least close to the tuning frequency.

L'homme du métier comprendra que l'expression «fréquence» ne se limite pas à une valeur unique mais englobe toujours une bande de fréquences généralement étroite. Those skilled in the art will understand that the term "frequency" is not limited to a single value but always encompasses a generally narrow frequency band.

Les fréquences des impulsions sont généralement situées entre 25 et 50 kHz. Pulse frequencies are generally between 25 and 50 kHz.

L'élément photosensible faisant partie du récepteur peut être choisi parmi les différents éléments appropriés, par exemple diodes ou transistors photosensibles, et les résistances dites LDR. The photosensitive element forming part of the receiver can be chosen from the various appropriate elements, for example photosensitive diodes or transistors, and the so-called LDR resistors.

La fréquence d'oscillation fixe qui se présente à l'entrée du circuit sélectif peut être produite par un oscillateur auxiliaire, intérieur ou extérieur au récepteur. On préfère cependant utiliser l'amplificateur lui-même pour ce but comme il sera décrit plus bas. The fixed oscillation frequency present at the input of the selective circuit can be produced by an auxiliary oscillator, inside or outside the receiver. However, it is preferred to use the amplifier itself for this purpose as will be described below.

L'étage de sortie du récepteur peut être de type classique, comprenant un relais ou tout autre moyen de commutation d'un circuit d'utilisation, en relation avec la commande de l'émetteur. Le délai qui s'écoule d'habitude entre l'actionne-ment de l'émetteur et celui du relais n'excède alors pas 1,5 ms. Si l'on désire régler la durée de l'enclenchement et/ou améliorer le temps de réponse, on pourra modifier le circuit comme il sera décrit en détail ci-après. The output stage of the receiver can be of conventional type, comprising a relay or any other means for switching a usage circuit, in relation to the control of the transmitter. The time that usually elapses between the actuation of the transmitter and that of the relay does not exceed 1.5 ms. If you wish to adjust the duration of the engagement and / or improve the response time, you can modify the circuit as will be described in detail below.

On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif et purement illustratif, un mode d'exécution du nouveau dispositif de transmission, à l'aide du dessin dans lequel: We will now describe, by way of nonlimiting and purely illustrative example, an embodiment of the new transmission device, using the drawing in which:

- la fig. 1 est un schéma d'un dispositif déjà proposé, et - fig. 1 is a diagram of a device already proposed, and

— la fig. 2 est un schéma d'une exécution selon l'invention. - fig. 2 is a diagram of an embodiment according to the invention.

L'ensemble émetteur-récepteur d'un dispositif déjà proposé et souffrant des désavantages décrits ci-dessus, est représenté sous forme de schéma à la fig. 1. The transceiver assembly of a device already proposed and suffering from the disadvantages described above, is shown in the form of a diagram in FIG. 1.

Un émetteur 10 comprend un circuit oscillateur 12. Les oscillations qui se produisent lorsque le contacteur de commande 14 est fermé, sont amplifiées dans l'amplificateur 16. La diode émettrice de rayons infrarouges, à l'arséniure de gallium, transforme ces oscillations en un train d'impulsions 20 dans le spectre des infrarouges, entre 800 et 1000 nm. An emitter 10 includes an oscillator circuit 12. The oscillations which occur when the control contactor 14 is closed, are amplified in the amplifier 16. The emitting diode of infrared rays, with gallium arsenide, transforms these oscillations into a pulse train 20 in the infrared spectrum, between 800 and 1000 nm.

s s

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

Le récepteur 30 comprend d'abord une diode 32 réceptrice des impulsions infrarouges. Le signal puisé éléctrique fourni par la diode 32 est amplifié dans l'amplificateur 34, et le signal est alors intégré par le condensateur 36; le condensateur de la cellule est donc chargé jusqu'à un certain niveau. Le circuit 38, un détecteur de niveau, compare la tension aux bornes du condensateur avec une tension de référence appliquée par la ligne 40. Lorsque la tension intégrée dépasse cette tension de référence, un signal de sortie est engendré et amplifié dans l'étage de sortie 42. Le relais 44 peut donc commuter un circuit d'utilisation 46. The receiver 30 first comprises a diode 32 which receives infrared pulses. The electric pulsed signal supplied by the diode 32 is amplified in the amplifier 34, and the signal is then integrated by the capacitor 36; the cell capacitor is therefore charged up to a certain level. Circuit 38, a level detector, compares the voltage across the capacitor with a reference voltage applied by line 40. When the integrated voltage exceeds this reference voltage, an output signal is generated and amplified in the stage of output 42. Relay 44 can therefore switch a use circuit 46.

Il est évident que, si la tension intégrée aux bornes du condensateur 36 provient du bruit de fond ou d'une autre source de distorsions, le relais 44 s'enclenchera sans que l'émetteur 10 ne soit intervenu. It is obvious that, if the voltage integrated across the terminals of the capacitor 36 comes from background noise or from another source of distortion, the relay 44 will trip without the transmitter 10 having intervened.

Dans l'exécution selon la fig. 2, on prévoit un nombre de 1 à n émetteurs dont trois, un premier émetteur 10, un deuxième émetteur 110 et un n-ième émetteur 210, sont représentés. Les émetteurs comportent les mêmes composants que l'émetteur de la fig. 1 (contacteur de commande 14,114, 214; oscillateur 12,112, 212; amplificateur 16, 116, 216; et diode émettrice 18,118, 218). Cependant, les fréquences produites par chaque oscillateur (et, par conséquent, imprimées aux trains d'ondes 20,120, 220) sont différentes; on prévoit de «canaux» dans la gamme de transmission de 25 à 50 kHz tels qu'il n'y ait pas chevauchement des bandes. Ces fréquences seront désignées comme fl, f2... fn. In the execution according to fig. 2, a number of 1 to n transmitters is provided, three of which, a first transmitter 10, a second transmitter 110 and an n-th transmitter 210, are shown. The transmitters have the same components as the transmitter in fig. 1 (control contactor 14,114,214; oscillator 12,112,212; amplifier 16,116,216; and emitting diode 18,118,218). However, the frequencies produced by each oscillator (and, therefore, printed to the wave trains 20,120, 220) are different; "Channels" are provided in the 25 to 50 kHz transmission range such that there is no band overlap. These frequencies will be designated as fl, f2 ... fn.

Les rayonnements ainsi émis sont captés par la diode réceptrice 32 (ou un autre élément photosensible). Le signal reçu est transmis à l'entrée d'un premier amplificateur 50 qui est en cascade avec un deuxième amplificateur 52. Les amplificateurs 50 et 52 servent à amplifier le signal ainsi qu'à produire une oscillation. Grâce à un couplage capacitif à haute impédance entre la sortie et l'entrée de la cascade, symbolisé par la capacité de couplage 54, ces amplificateurs sont toujours en état d'oscillation. De ce fait, l'amplificateur présentera toujours à sa sortie une fréquence fixe d'oscillation fO dont la valeur est choisie telle qu'elle se trouve en-dehors des fréquences f 1... fn des émetteurs mais encore dans la bande passante des amplificateurs. Comme l'oscillation produite sature les amplificateurs, aucun bruit de fond n'est présent à l'entrée du circuit sélectif 56 connecté à la sortie de la cascade 50, 52. La valeur de fO peut être ajustée à l'aide de moyens connus de l'homme du métier, dont un dessin particulier du circuit imprimé sur lequel les amplificateurs sont montés, y compris l'emplacement approprié de la sortie de 52 à proximité de l'entrée de 50. La capacité de couplage 54 se situe dans la gamme de 0,1 à 2 pF, en utilisant des amplificateurs Telefunken 4180, et peut donc être atteinte sans difficulté. Il est évidemment possible d'ajouter un condensateur réel 54. La fréquence fO peut aussi être produite par un oscillateur auxiliaire, intérieur ou extérieur au récepteur. The radiation thus emitted is captured by the receiving diode 32 (or another photosensitive element). The received signal is transmitted to the input of a first amplifier 50 which is in cascade with a second amplifier 52. The amplifiers 50 and 52 serve to amplify the signal as well as to produce an oscillation. Thanks to a high impedance capacitive coupling between the output and the input of the cascade, symbolized by the coupling capacity 54, these amplifiers are always in an oscillation state. Therefore, the amplifier will always present at its output a fixed oscillation frequency fO whose value is chosen such that it is outside the frequencies f 1 ... fn of the transmitters but still in the passband of the amplifiers. As the oscillation produced saturates the amplifiers, no background noise is present at the input of the selective circuit 56 connected to the output of the cascade 50, 52. The value of fO can be adjusted using known means skilled in the art, including a particular drawing of the printed circuit on which the amplifiers are mounted, including the appropriate location of the output of 52 near the input of 50. The coupling capacity 54 is located in the range from 0.1 to 2 pF, using Telefunken 4180 amplifiers, and can therefore be reached without difficulty. It is obviously possible to add a real capacitor 54. The frequency f0 can also be produced by an auxiliary oscillator, inside or outside the receiver.

Quand l'une des fréquences fl...fn est émise par l'un des émetteurs, reçue par l'élément 32 et amplifiée par l'amplificateur 50 et 52, la fréquence fO sera remplacée par la fréquence fl...fn choisie qui se présente alors à l'entrée du circuit 56. Aussitôt que l'émission cesse, le circuit 56 reçoit à nouveau la fréquence fixe fO. When one of the frequencies fl ... fn is emitted by one of the transmitters, received by the element 32 and amplified by the amplifier 50 and 52, the frequency fO will be replaced by the frequency fl ... fn chosen which then occurs at the input of circuit 56. As soon as the transmission stops, circuit 56 again receives the fixed frequency f0.

Le circuit sélectif 56 (par exemple le circuit intégré FX 101 The selective circuit 56 (for example the integrated circuit FX 101

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de la Société CML) recevant ou bien la fréquence fixe fO ou bien une des fréquences fl...fn depuis l'amplificateur 52, est un discriminateur travaillant sur la reconnaissance d'un échantillon de fréquence. Le signal d'entrée est amplifié et envoyé sur l'entrée d'horloge d'un bistable dont la sortie aura une fréquence égale à l'intervalle entre les passages à zéro du signal d'entrée. Ce bistable commande deux monostables dont l'un détermine la fréquence d'accord et la somme des deux, la largeur de la bande. Ces deux grandeurs sont comparées à la fréquence du signal d'entrée dans un comparateur incorporé au circuit 56, dont la sortie actionne un compteur de moyenne. Si la moyenne ainsi trouvée rentre dans les limites de fréquences voulues, un signal de sortie est généré vers l'étage de sortie 60. from CML) receiving either the fixed frequency fO or one of the frequencies fl ... fn from the amplifier 52, is a discriminator working on the recognition of a frequency sample. The input signal is amplified and sent to the clock input of a bistable whose output will have a frequency equal to the interval between the zero crossings of the input signal. This bistable controls two monostables, one of which determines the tuning frequency and the sum of the two, the width of the band. These two quantities are compared to the frequency of the input signal in a comparator incorporated in circuit 56, the output of which activates an average counter. If the average thus found falls within the desired frequency limits, an output signal is generated towards the output stage 60.

Le circuit 56 est en plus agencé pour régler la fréquence «permise» à celle de l'émetteur dont l'émission doit effectuer la commande. Ce choix de la fréquence à recevoir ainsi que la largeur de la bande sont déterminés par la commutation des condensateurs 58, qui fixent les constantes de temps f'l...f'n des monostables. Ainsi, en l'absence d'émission, le circuit sélectif 56 ne voit que fO, f 1... fn, et l'étage de sortie ne peut être actionné. The circuit 56 is further arranged to adjust the frequency "allowed" to that of the transmitter whose emission is to control. This choice of the frequency to be received as well as the width of the band are determined by the switching of the capacitors 58, which fix the time constants f'l ... f'n of the monostables. Thus, in the absence of transmission, the selective circuit 56 sees only fO, f 1 ... fn, and the output stage cannot be actuated.

Lorsque la condition fl =f'l; ...fn=f'n est remplie, un relais 44 ou tout autre dispositif de commutation est actionné par l'intermédiaire de l'amplificateur de sortie 60, permettant ainsi l'enclenchement d'une utilisation 46 en relation avec la commande de l'émetteur. La rapidité de réponse, à savoir le délai qui s'écoule entre l'actionnement de l'émetteur et celui du relais, est de l'ordre de 1,5 ms. When the condition fl = f'l; ... fn = f'n is filled, a relay 44 or any other switching device is actuated by means of the output amplifier 60, thus allowing the engagement of a use 46 in relation to the control of the transmitter. The response speed, namely the time that elapses between actuation of the transmitter and that of the relay, is of the order of 1.5 ms.

Lorsque la sortie doit être totalement séparée du circuit et présenter une isolation ouverte de plusieurs megohms, un relais sera utilisé. De tels relais ont par exemple une charge commutable de 400 V d.c./l A. Dans d'autres cas, un thyristor ou transistor peut être branché en sortie améliorant le temps de réponse qui peut être ainsi réduit à 0,1-1 ms. When the output must be completely separated from the circuit and have open insulation of several megohms, a relay will be used. Such relays, for example, have a switchable load of 400 V d.c./l A. In other cases, a thyristor or transistor can be connected at the output improving the response time which can thus be reduced to 0.1-1 ms.

Le dispositif de transmission selon l'invention peut être utilisé dans tout système de télécommande ou de télémesure lorsqu'une sélection de fréquence est désirée, telle qu'ouverture sélective de portes motorisées, enclenchement à distance d'appareils dans des milieux soumis à très haute tension, commande sélective de générateurs d'éclairs photographiques, télémesure de température ou d'autres grandeurs physiques dont la valeur influence la fréquence de l'émetteur. Le récepteur peut être actionné par tout émetteur d'impulsions dont la fréquence correspond à l'une des fréquences de réception. The transmission device according to the invention can be used in any remote control or telemetry system when a frequency selection is desired, such as selective opening of motorized doors, remote switching on of devices in environments subject to very high voltage, selective control of photographic light generators, temperature telemetry or other physical quantities whose value influences the frequency of the transmitter. The receiver can be activated by any pulse transmitter whose frequency corresponds to one of the reception frequencies.

Dans certaines utilisations, il suffit de prévoir un seul émetteur, et la fréquence de réponse du récepteur peut alors être fixe, sans commutation de sélection. In certain uses, it suffices to provide a single transmitter, and the response frequency of the receiver can then be fixed, without selection switching.

L'alimentation en courant du récepteur peut être assurée par le réseau de distribution normal ou par batteries. La consommation en courant, par rapport aux récepteurs connus (voir Fig. 1), n'est supérieure qu'en ce qui concerne l'entretien de l'oscillation des amplificateurs. The current supply to the receiver can be provided by the normal distribution network or by batteries. The current consumption, compared to known receivers (see Fig. 1), is only higher as regards the maintenance of the oscillation of the amplifiers.

On voit que le fonctionnement du dispositif selon l'invention ne peut pas être perturbé par un rayonnement infrarouge non impulsionnel. Il ne peut pas non plus être perturbé par un rayonnement parasite impulsionnel dont la fréquence ne concorde pas avec la fréquence choisi sur le circuit sélectif. It can be seen that the operation of the device according to the invention cannot be disturbed by non-pulsed infrared radiation. Nor can it be disturbed by impulse parasitic radiation whose frequency does not match the frequency chosen on the selective circuit.

3 3

s s

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

B B

2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims

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1. Device for transmission by pulsed infrared radiation, comprising an infrared pulse emitter and a receiver of the emitted pulses provided with a photosensitive element, an amplifier and an output stage capable of switching a use circuit, characterized in that the receiver is equipped with a selective circuit whose input is charged, in the absence of a signal from the transmitter, with a second signal of a given given oscillation frequency, and which comprises a comparator for comparing the frequency at its input with a tuning frequency corresponding to the frequency emitted by the transmitter, this selective circuit being arranged so as to supply a control signal to the output stage only when the frequency at the input is at least close to the tuning frequency.

2. Device according to claim 1, characterized in that the selective circuit comprises means allowing switching to two or more tuning frequencies.

2

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the second signal is produced by an auxiliary oscillator.

4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the second signal is produced by the receiver amplifier, this amplifier then comprising at least two stages connected in cascade, the output of the last stage being coupled to the input of the first stage so as to produce an oscillation saturating the amplifier.

5. Device according to claim 4, characterized in that the coupling is a high impedance coupling produced in a fixed manner by a particular drawing of a printed circuit supporting the amplifier.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the given frequency of the second signal is located outside the frequency ranges emitted by the transmitter (s) but in the passband of the amplifier.