Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại hoạt động như thế nào?

Nguyên tắc hoạt động của điều khiển từ xa

Trong thời đại ngày nay, chúng ta không thể thiếu những thiết bị điều khiển từ xa để điều khiển các thiết bị gia đình như ti vi, máy điều hòa, đầu đĩa, các loại đồ chơi… vậy điều khiển từ xa có các loại cơ bản nào và chúng hoạt động ra sao để điều khiển được các vật dụng ở đằng xa một cách chính xác?

Điều khiển từ xa đã có từ thời Chiến tranh thế giới thứ Hai

Ít người biết rằng những chiếc điều khiển từ xa đầu tiên trên thế giới được ra đời nhằm mục đích phụ vụ cho chiến tranh. Các loại điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến xuất hiện vào Thế chiến I nhằm hướng dẫn các tàu hải quân Đức đâm vào thuyền của quân Đồng Minh.

Đến Thế chiến II, điều khiển từ xa dùng để kích nổ những quả bom. Sau chiến tranh, công nghệ tuyệt vời của chúng tiếp tục được cải tiến để phục vụ đắc lực trong đời sống con người. Và đến nay, có thể nói, gần như ai cũng đã từng sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển một thiết bị nào đó.

Ban đầu, người ta dùng điều khiển từ xa sử dụng công nghệ tần số vô tuyến RF(Radio Frequency) và sau đó bắt đầu ứng dụng công nghệ hồng ngoại IR (Infrared Remote) vào điều khiển từ xa. Hiện nay trong đời sống, chúng ta sử dụng cả hai loại điều khiển từ xa này. Như vậy, sự khác biệt trong cấu tạo, tính năng và hạn chế của từng loại ra sao?

Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại (IR)

Ngày nay, đây là loại điều khiển từ xa có vai trò “thống trị” trong hầu hết các thiết bị gia đình. Một chiếc điều khiển IR sẽ gồm các bộ phận cơ bản nằm trong một hộp nối cáp kỹ thuật số như sau: Các nút bấm; một bảng mạch tích hợp; các núm tiếp điểm; đi – ốt phát quang (đèn LED).

Nguyên lý cơ bản của loại điều khiển hồng ngoại từ xa này là sử dụng ánh sáng hồng ngoại của quang phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tín hiệu đến thiết bị cần điều khiển. Nó đóng vai trò như một bộ phát tín hiệu, sẽ phát ra các xung ánh sáng hồng ngoại mang một mã số nhị phân cụ thể. Khi ta ấn một nút phía bên ngoài thì sẽ vận hành một chuỗi các hoạt động khiến các thiết bị cần điều khiển sẽ thực hiện lệnh của nút bấm đó.

Quy trình này cụ thể như sau: Đầu tiên, khi ta nhấn vào một nút như “Tăng âm lượng” chẳng hạn, nó sẽ chạm vào núm tiếp điểm bên dưới và nối kín một mạch tăng âm lượng trên bản mạch. Các mạch tích hợp có thể tự dò tìm ra từng mạch cụ thể cho từng nút bấm. Tiếp đó các mạch này sẽ gửi tín hiệu đến đèn LED nằm phía trước. Từ đây, đèn LED sẽ phát ra một chuỗi các xung ánh sáng chứa các mã nhị phân (gồm những dãy số 1 và 0) tương ứng với lệnh “tăng âm lượng”. Mã lệnh này gồm nhiều mã con như khởi động, tăng âm lượng, mã địa chỉ thiết bị và ngừng lại khi ta thả nút ra.

Về phía bộ phận cần điều khiển, nó sẽ gồm một bộ thu tín hiệu hồng ngoại nằm ở mặt trước để có thể dễ dàng nhận được tín hiệu từ điều khiển từ xa. Sau khi đã xác minh mã địa chỉ này xuất phát đúng từ chiếc điều khiển của mình, chúng sẽ giải mã các xung ánh sáng thành các dữ liệu nhị phân để bộ vi xử lý của thiết bị có thể hiểu được và thực hiện các lệnh tương ứng.

Hiện nay, ta sử dụng thiết bị điều khiển IR cho hầu hết các vật dụng trong nhà như tivi, máy stereo, điều hòa nhiệt độ…. Chúng rất bền, tuy nhiên lại có hạn chế liên quan đến bản chất chỉ truyền theo đường thẳng của ánh sáng. Do đó, loại điều khiển IR có tầm hoạt động chỉ có khoảng 10 mét và cũng không thể truyền qua các bức tường hoặc vòng qua các góc. Chúng chỉ hoạt động tốt khi ta trỏ thẳng hay gần vị trí bộ thu của vật dụng cần điều khiển.

Ngoài ra, nguồn ánh sáng hồng ngoại có ở khắp nơi như ánh sáng mặt trời, bóng đèn huỳnh quang, từ cơ thể con người… nên có thể làm cho điều khiển IR bị nhiễu sóng. Để tránh hiện tượng này, người ta phải cài đặt cho bộ lọc của các bộ phận thu chỉ thu nhận những bước sóng đặc biệt hoặc tần số riêng biệt của ánh sáng hồng ngoại phù hợp với nó và chặn ánh sáng ở bước sóng khác để hạn chế sự nhiễu sóng một cách tối đa.

Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF)

Là loại điều khiển từ xa xuất hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng và phổ biến trong đời sống. Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì điều khiển RF lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báo hiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh…

Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó. So với loại điều khiển IR, lợi thế lớn nhất của nó chính là phạm vi truyền tải rộng, có thể sử dụng cách thiết bị cần điều khiển đến hơn 30 mét đồng thời có thể điều khiển xuyên tường, kính…

Tuy nhiên, nó cũng có hạn chế đó là tín hiệu vô tuyến cũng có mặt khắp nơi trong không gian do hàng trăm loại máy móc thiết bị dùng các tín hiệu vô tuyến tại các tần số khác nhau. Do đó, người ta tránh nhiễu sóng bằng cách truyền ở các tần số đặc biệt và nhúng mã kỹ thuật số địa chỉ của thiết bị nhận trong các tín hiệu vô tuyến. Điều này giúp bộ thu vô tuyến trên thiết bị hồi đáp tín hiệu tương ứng một cách chính xác.

Hiện nay, cả hai loại điều khiển này đều được ứng dụng hết sức rộng rãi trong đời sống. Người ta còn tích hợp cả hai lại để tạo thành những loại điều khiển từ xa vạn năng có thể điều khiển nhiều loại thiết bị cùng lúc hay chỉ cần bấm một nút sẽ tự động thực hiện một chuỗi lệnh tuần tự. Ngoài ra, con người còn cải tiến các bộ mở rộng nhằm chuyển đổi tín hiệu vô tuyến thành các xung hồng ngoại nhằm mở rộng phạm vi điều khiển hoạt động của các thiết bị trong những ngôi nhà thông minh.