מייקרים רבים מנסים לשכפל שידורים של שלט רחוק כזה או אחר, ורבים מתוכם נתקלים בבעיה של טווח שידור קצר מאד. מה גורם לבעיה הזו, וכיצד ניתן לפתור אותה?
שלט רחוק הוא דבר שאנחנו מקבלים כמובן מאליו. ברור לנו שלא משנה איפה אנחנו נמצאים בחדר, מספיק שנכוון את השלט לכיוון הכללי של המכשיר והפקודה תעבור. לפעמים זה יעבוד אפילו אם נכוון את השלט לתקרה, או לקיר מאחורינו, ואלה יחזירו את האור התת-אדום לכיוון המכשיר.
אבל כשמנסים לשכפל את אותות השלט בעזרת ארדואינו, למשל, לעתים קרובות מסתבר שהוא מסוגל לפעול רק ממרחק קצר מאד. אני לא מתכוון לטעויות בפרוטוקול השידור או בקוד התוכנה, אלא לשידורים תקינים – שמצליחים להגיע ליעדם רק ממרחק של כמה עשרות סנטימטרים ומטה.
מבינים רק כוח?
כשהשאלה עולה בפורומים למיניהם, התשובה שניתנת לעתים קרובות היא לחזק את עוצמת השידור. זה יכול להיעשות על ידי הוספת לדים IR, הקטנת ערכי הנגדים שמחוברים אליהם בטור (מה שייתן ליותר זרם לעבור), או מיתוג החשמל באמצעות טרנזיסטורים, כדי שהלדים יקבלו זרמים גדולים יותר ממה שפין פלט של ארדואינו מסוגל לתת.
התשובה הזו אינה שגויה, כי כאשר כל שאר התנאים שווים, שידור חזק אכן יגיע יותר רחוק מאשר שידור חלש. מצד שני, זו בהחלט לא התשובה היחידה, וגם לא הכי טובה, מכיוון שטווח השידור ב-IR תלוי בעוד גורמים מלבד העוצמה, והם יכולים להיות לא פחות חשובים ממנה.
אורך גל
"תת-אדום" הוא שם כללי, שמתאר טווח רחב מאד של גלים אלקטרומגנטיים. להמחשה, האור הנראה כולו (מאדום ועד סגול) הוא בטווח של 400-700 ננומטר לערך, ואילו Near Infrared, שהוא רק אחד מהתחומים שנחשבים תת-אדום (וגם לא הגדול מביניהם), משתרע בין 750 ל-1400 ננומטר לערך – טווח רחב פי שניים!
לד IR יכול להאיר בכל מיני נקודות על הטווח הזה. באתרי אלקטרוניקה מקצועיים אפשר למצוא לדים באורכי גל נפוצים של 850 עד 950 ננומטר, פחות או יותר בקפיצות של עשר. המשמעות של זה פשוטה: אם במקרה הלד שנבחר עבור הארדואינו לא מכוון לאותו אורך גל כמו המקלט שבמכשיר, זה לא ממש עוזר שקוראים לשניהם "תת-אדום" – זה כמו לשדר בירוק לעבר מקלט שמצפה לכחול.
סביר להניח שאורכי גל מסוימים נפוצים יותר במכשירים ביתיים, ועדיין אין ערובה שכל לד IR זול יתאים. כמו כן, אם זה לד זול במיוחד מתוצרת אנונימית, יכול להיות שהוא לא איכותי ומאיר באורך גל שונה קצת מהצפוי.
איך אורך הגל משפיע על הקליטה? נסתכל ב-datasheet של מקלט IR נפוץ מדגם OS-1838B:
רגישות מקלט IR כפונקציה של אורך הגל
אורך הגל האופטימלי עבור המקלט הזה הוא 950 ננומטר. אם בטעות חיברנו לארדואינו לד של 850 ננומטר, הרגישות תהיה קטנה פי שלושה כמעט. איך ההבדל ברגישות משפיע על מרחק הקליטה? זה כבר תלוי בזווית ההארה (עוד על פרמטר זה בהמשך), וסביר להניח שהקשר אינו אחד-לאחד אלא גרוע יותר מנקודת המבט של המפתח.
תדר הגל הנושא
פרט לאורך הגל, שידורי IR טיפוסיים מסתמכים גם על "גל נושא": מצב השידור הפעיל ("HIGH") ברוב השלטים הוא למעשה הבהוב מהיר מאד של הלד. כמה מהיר? גם כאן יש כמה אפשרויות, על הטווח 30 עד 56 קילוהרץ פלוס מינוס.
התדר 38KHz הוא אחד הנפוצים כיום, וכמו כן (למיטב ידיעתי) ספריות קיימות לשידורי IR בארדואינו מודעות לעניין ומסוגלות לשדר בתדרי גל נושא שונים. הבעיה היא בדיוק של שעון המערכת של הארדואינו. אמנם יש בלוחות ארדואינו מתנד גביש חיצוני, שהוא מדויק יותר מהמתנד הפנימי של המיקרו-בקר, ועדיין לא בטוח שקוד התוכנה מפעיל בצורה אופטימלית את הטיימר לשידור, ולא בטוח שאיכות הגביש גבוהה (זה תקף במיוחד לגבי תואמי ארדואינו למיניהם מהמזרח הרחוק).
מה ההשפעה של תדר הגל הנושא על איכות הקליטה? נפנה שוב ל-datasheet שהוזכר למעלה:
המקלט הספציפי הזה מותאם לתדר גל נושא 38KHz, והמספרים על ציר X מסמלים את התדר בפועל ביחס לתדר האופטימלי. הרגישות המקסימלית היא כמובן כאשר התדר מדויק. סטיה של שישה או שבעה אחוזים בלבד לכאן או לכאן מפחיתה את הרגישות לחצי מזה – ושוב, ההשפעה של הרגישות על מרחק השידור עשויה להיות גרועה יותר מאשר קיצוץ בחצי.
בשילוב עם אורך גל לא מתאים, האפקט יכול להיות קטלני ולהסביר את כל הפגיעה בטווח, עוד לפני שדיברנו על עוצמת שידור.
זווית ההארה
לדים שונים זה מזה לא רק בתדר האור הנפלט, אלא גם בזווית ההארה – רוחב אלומת האור שיוצאת מהם. שידור מלד עם אלומה צרה יחסית יכול להגיע רחוק יותר, מכיוון שהאור לא "מתבזבז" על כיוונים לא רלוונטיים – ומצד שני, צריך יהיה לכוון את הלד במדויק לעבר העינית שבמקלט, שגם לו יש מגבלת שדה ראייה משלו. הבחירה הנכונה כאן תלויה כמובן ביישום הספציפי, פשוט צריך להיות מודעים גם לאספקט הזה.
סיכום
במקרים רבים אין למייקר המתחיל כלים או אפשרות מעשית למדוד ולהתאים תדרים בצורה אופטימלית, והדרך היחידה שפתוחה בפניו להגדלת טווח השידור היא לנסות את הגברת העוצמה. ככל שמתקדמים, ובמיוחד כשמגיעים לתכנון של אבטיפוס או מוצר שצריכים לעבוד עם IR ביעילות, חובה להכיר, ללמוד וליישם את המורכבות והעושר של עולם ה-IR – זו הדרך היחידה להגיע לתוצאות טובות באמת… כולל שידורים למרחק של עשרות מטרים בלי "לקרוע" את הסוללות.