Infrarot – eine Einführung
Fernbedienungen finden sich häufig in elektronischen Apparaten wieder, egal ob im Fernseher oder in der Musikanlage. Sie machen unser Leben einfacher und erlauben uns auch größere Entfernungen zu überbrücken. So überwindet der Mensch seit Jahren die unglaublich, gar galaktisch große Entfernung vom Sofa bis zum Fernseher! Um diese Distanz zu überwinden benutzen wir infrarotes Licht. Auf der Gegenseite wird dieses Licht von einem Infrarot-Licht-Sensor erkannt und in elektronische Signale umgewandelt. Technik, die darauf basiert wird auch häufig mit IR abgekürzt (engl. Infrared (oder auch deutsch Infrarot)).
Dabei gibt es viele praktische Anwendungsfälle, in denen wir diese Technik für unsere Projekte benutzen können. Dazu gehört unter anderem, dass wir alte Fernbedienungen recyceln können. Falls du keine alte Fernbedienung hast, liegt in diesem Kit eine kleine Fernbedienung, die du benutzen kannst. Wenn du möchtest, kannst du aber auch eine vorhandene Fernbedienung nutzen. Wichtig ist nur, dass diese noch funktioniert. Das menschliche Auge kann Infrarotstrahlen nicht sehen, aber es gibt einen Trick wie wir Fernbedienungen ganz einfach testen können. Öffne die Kamera App auf einem Handy und schaue dir die Infrarot LED der Fernbedienung auf dem Handydisplay an. Wenn du jetzt anfängst die Fernbedienung zu bedienen, sollte die LED der Fernbedienung auf dem Handydisplay sichtbar blinken. Ein weiterer Vorteil ist der, dass wir mit diesen IR Fernbedienungen gleich einen Zugriff auf viele verschiedene Tasten haben und so unseren Projekten viel mehr Variabilität verleihen können. Gerade durch die Größe und Entfernung können wir nicht nur verschiedene Dinge steuern, die weit weg sind, sondern können diese Fernbedienung auch so verstecken, dass sie für die meisten Menschen nicht zugänglich ist. Damit haben wir die perfekte Erweiterung für unser Projekt. Doch noch ein wenig mehr zu dem, was Infrarotstrahlen sind und wie wir diese konkret einsetzen werden.
Schon im Namen – Infrarot – erkennen wir die Farbe Rot wieder. Diese elektromagnetischen Wellen liegen im Spektrum zwischen dem sichtbaren Licht und der sogenannten Terahertzstrahlung (wird zum Beispiel in Ganzkörperscannern an Flughäfen benutzt). Und obwohl wir die Infrarotstrahlen nicht sehen können, können sie aber problemlos zur Kommunikation nutzen. Bekannt vorkommen dürften dir die Infrarotstrahlung, wie vorhin schon einmal erwähnt, von einem Bewegungssensor. Dort ist sie entscheidend. Wärmestrahlung gehört nämlich mit zu den Infrarotstrahlen. Darüber hinaus ist es für uns praktisch, dass es auch LEDs gibt, die diese Infrarotstrahlen erzeugen können. Denn nichts anderes befindet sich vorn an einer Fernbedienung, einfach eine LED.
Doch wie funktioniert das jetzt genau mit unserer Fernbedienung? Für die Kommunikation zwischen dem Fernsehgerät (Empfänger) und der Fernbedienung (Sender) wird Infrarotlicht genutzt, welches mit einer PWM modelliert ist. Die Trägerfrequnz bei den meisten Fernbedieungen beträgt dabei 38kHz. Das Licht geht alo mit einer Bestimmten Frequenz ganz schnell an und aus. Das macht die Ferbedienung desshalb, damit der Empfänger weiß, dass es sich bei dem Signal auch um das einer Fernbedienung handelt und nicht nur um Fremdstrahlen. Das eigentliche Signal ist wesentlich langsamer als die Trgägerfrequenz mit 38kHz und wird digital übertragen. Bei der Kommunikation gibt es also nur zwei Zustände: an (die LED sendet die Trägerfrequenz) und aus (die LED ist aus). Frei nach dem Motto: Ganz oder gar nicht. Aber wie können dann die verschiedenen Tasten der Tastatur erkannt werden? Jede Taste hat quasi einen eigenen Code, ähnlich wie ein Morsecode. Für jede Taste gibt es sozusagen ein unterschiedliches Muster, dass sich aus dem Senden der Trägerfrequenz und der Pausen zusammensetzt. Ein Zustand dauert dabei nur 13,5 Mikrosekunden, das gesamte Senden eines Signals ist also relativ schnell, und statt von Hand wie bei dem klassischen Morsen wird das hier alles automatisch gemacht. Der Empfänger funktioniert dabei ähnlich. Aber schauen wir uns das kurz mal genauer an: Unser Empfangsgerät (der Fernseher) empfängt nur die Infrarotstrahlen, die mit der richtigen Frequenz gesendet werden, nämlich 38kHz. Erreicht die Frequenz den Fernseher, liegt am Signalpin eine Spannung an. Dadurch ist es uns mit dem Raspberry Pi oder dem Arduino möglich, das Signal auszulesen und wir können auswerten, welche Taste gedrückt wurde.
