Baseados no Application Report de SLLA175 de Outubro de 2005, descrevemos neste artigo o projeto de um controle remoto infravermelho para TV com características de consumo ultra baixo, utilizando microcontroladores da família MSP430Fxx, de baixo custo. Os leitores que desejam desenvolver um projeto comercial, podem ser basear na solução dada pela Texas, inclusive com possibilidade de modificação para implementar qualquer outro microcontrolador da série MSP430.
O circuito sugerido pela Texas Instruments (www.ti.com) consome apenas 0,1 uA na condição de espera, e além disso utiliza um mínimo de componentes externos.
O projeto usa dois timers, blocos de captura e comparação e 5 portas digitais I/O do MSP430F21x1, com menos de 700 bytes de código.
Os principais elementos externos são o transistor excitador e o LED infravermelho, além de componentes passivos como resistores, diodos e a bateria de lítio que alimenta o circuito.
Como Funciona
Um controle remoto de TV convencional deve enviar comandos para o receptor quando qualquer dos botões for pressionado.
De modo a permitir que o receptor seja capaz de distinguir os sinais enviados de outras fontes capazes de interferir no processo como o ruído de fontes luminosas, a radiação infravermelha é modulada, normalmente em freqü6encias entre 30 e 60 kHz.
No projeto que apresentamos, é usada uma modulação de 40 kHz, segundo um protocolo padronizado para essa finalidade.
O protocolo RC5
Nas aplicações comuns de controles remotos é usado o protocolo RC5 que consiste num pacote de dados codificados pelo processo Manchester.
Nesse processo, um bit 1 é transmitido na transição espaço-para-marca enquanto que o zero é transmitido na transição marca-para-espaço.
O pacote de dados IR RC5 é formado por 14 bits, sendo dois bits de partida (S0, S1), um bit de controle (C), cinco bits de endereçamento ((A0 a A4) e seis bits de comando (C0 a C5). Na figura 1 mostramos essa organização de dados no pacote, com as temporizações, na transmissão pelo MSP430.
Nesse processo o bit menos significativo (MSB) é recebido em primeiro lugar.
Os bits de partida ou inicialização do processo de recepção são sempre “1”. O bit de controle muda de estado todas as vezes que uma nova chave é recebida. Os cinco bits de endereçamento representam 32 combinações de informações para o equipamento que está sendo controlado.
Os seis bits de comando, por outro lado, representam 64 combinações de comandos que podem ser transmitidos. O tempo de duração de cada bit para o protocolo RC5 é de 1,78 ms, o que corresponde a metade desse tempo no nível alto e a outra metade no nível baixo.
Isso significa que o tempo total de transmissão de um pacote de 14 bits é de aproximadamente 25 ms.
O sinal de clock
Pelo que observamos na figura 1, para termos a velocidade desejada de transmissão com os tempos indicados, é preciso gerar um sinal PWM de 40 kHz.
Os microcontroladores da família MSP430F2xx possuem osciladores internos controlados digitalmente (DCO) que são estáveis, mesmo sem a utilização de um cristal externo. Isso é importante quando se pensa no curso do aparelho.
Os registradores CALDCO do MSP430F2xx possuem dados para os dispositivos de calibração do DCO para diversas freqüências de operação.
Na aplicação descrita o sinal gerado é de 1 MHz, o qual é dividido no timer A3 por 24 de modo a se obter a freqüência desejada de 40 kHz. CCR1 determina o ciclo ativo.
Um baixo ciclo ativo significa menor consumo de energia e portanto maior vida útil para a bateria, mas esse ciclo não pode ser reduzido indefinidamente, pois é preciso uma duração mínima para que o LED possa ser capaz de responder a ele e além disso o receptor reconhecê-lo.
No caso, um valor 7 no CCR produz um ciclo ativo de 29%.
Quando uma marca está sendo transmitida, o Timer-A3 está configurado para produzir um sinal PWM de 40 kHz e a interrupção TACCR0 está habilitada. Para passar para a outra metade do bit depois de 0,89 ms, o número de interrupções do TACCR0 deve ser contado.
Quando um espaço é transmitido, o TACCR0 dá um valor resultante de uma interrupção depois de 0,89 ms. O número de interrupções contadas do TACCR0 para uma marca e para um espaço depende do da capacidade do software.
O Circuito Básico
Na figura 2 temos o circuito de demonstração que inclui todos os elementos para o desenvolvimento do controle remoto.
O projeto usa uma bateria de baixo custo de lítio do tipo CR2032 de 3 V.
Como na aplicação, a transmissão exige a produção de pulsos de alta intensidade e curta duração, o que implica numa corrente que a bateria sozinha não pode fornecer, um capacitor é usado como reservatório de energia. Esse capacitor supre o LED quando ele exige pulsos de alta corrente.
Observe que o capacitor é carregado através do resistor R3 e descarregado através do resistor R2.
A escolha dos valores corretos de C1, R2 e R3 é muito importante, pois esses componentes determinam, qual é a intensidade da corrente que flui no LED e portanto o alcance do sistema. No entanto, R3 deve dar tempo para que o capacitor se carregue sem sobrecarregar a bateria.
O Consumo
Nessa aplicação a CPU fica ativa por menos de 1 500 ciclos de clock em cada transmissão. Com um clock de 1 MHz, como sugerido nessa aplicação, o tempo de transmissão dura aproximadamente 1,5 ms. Durante esse intervalo o consumo do MSP430 é de apenas 170 uA.
Durante o restante do tempo, durante a transmissão deve-se considerar um tempo de aproximadamente 114 ms (incluindo o tempo que o botão permanece pressionado), o MSP430 opera em LPM0, consumindo aproximadamente 55 uA.
No restante do tempo, enquanto espera por um novo comando, o MSP430 consome apenas 0,1 uA, operando no modo LPM4.
Software
Para o loop principal, temos o fluxograma mostrado na figura 3.
Para o fluxo de transmissão temos o diagrama mostrado na figura 4.
No site da Texas o leitor encontrará a listagem para a programação do MSP430.
Uma análise desses fluxogramas permite ao leitor que domina as técnicas de programação, fazer alterações segundo a aplicação visada.
Isso inclui o envio de maior número de comandos, conforme as limitações descritas no decorrer do artigo, para o microcontrolador empregado.
Conclusão
Não só para aplicações em TV, mas para outros equipamentos que fazem uso de controles remotos por infravermelho, a possibilidade de se desenvolver um transmissor simples e de baixo custo é interessante para o leitor que está pensando num produto novo para sua empresa.
A solução dada pela Texas com os microcontroladores da série MSP430 é interessante, pois justamente reúne ao baixo custo a simplicidade de projeto e baixo consumo.
É um projeto que deve ser analisado com carinho pelos leitores que estão precisando deste tipo de solução.
