Принципиальная схема автомобиля на радиоуправлении. Аппаратура радиоуправления моделями
Основые технические данные Система радиоуправления позволяет дистанционно управлять игрушкой на расстоянии до 10 метров.
Рабочая частота передатчика 27,12 мГц.
Мощность передатчика в пределах 4-10 мВт.
Потребление тока передатчиком не более 20 мА.
Вес передатчика с антенной и питанием не более 150 г.
Чувствительность приемника в рабочей полосе частот не хуже 100 мкВ.
Потребление тока приемником не более 20 мА.
Вес приемника не более 70 г.
Командоаппарат обеспечивает выполнение четырех различных команд, которые повторяются периодически.
Вес командоаппарата не более 70 г.
Питание приемника и передатчика производится от батарей “Крона-ВЦ”. Принцип работы Передатчик состоит из модулятора и генератора высокой частоты (рис.1). Модулятором передатчика служит симметричный мультивибратор, собранный на низкочастотных транзисторах VT2 и VT3 типа МП40.
Рис.1 Генератор высокой частоты собран на транзисторе VT1 типа П416 по схеме с емкостной обратной связью. При открытом транзисторе модулятора VT2 цепь генератора замыкается на плюс батареи, генератор возбуждается на рабочей частоте, сигнал высокой частоты излучается антенной. Приемник состоит из высокочастотного каскада, усилителя низкой частоты и электронного реле. Высокочастотный каскад приемника представляет собой сверхрегенератор. Сверхрегенератор собран на высокочастотном транзисторе VT1 типа П416 (рис.2). 
Рис.2 При отсутствии сигнала на эмиттерной цепочке С5 R3 наблюдаются колебания частоты гашения. Частота гашения определяет чувствительность сверхрегенератора на его рабочей частоте и подбирается элементами С5, R3. Командный сигнал передатчика выделяется контуром L1-С4, усиливается и детектируется сверхрегенератором. Фильтр R4-С8 пропускает сигнал команды низкой частоты на вход усилителя VT2, отделяя при этом частоту гашения более высокого порядка. Электронное реле собрано на транзисторах VT3-VT4 типа МП40, п коллектор транзистора VT4 включено исполнительное реле КР типа РСМ-1. Напряжение низкой частоты командного сигнала усиливается транзисторами VT3-VT4 и подается через конденсатор С13 на вы-прямительную ячейку УД1, УДЗ. Выпрямленное напряжение через резистор R9 поступает на базу транзистора VT3. При этом эмиттерный ток транзистора VT3 резко увеличивается, транзистор VT4 открывается. Реле срабатывает, замыкая цепь питания двигателя командоаппарата. Командоаппарат состоит из электродвигателя, храпового механизма, программного диска и распределительных скользящих контактов. Программный диск, боковая сторона которого представляет собой систему перемычек, коммутирует через распределительные скользящие контакты питание двигателей привода и других электрических элементов игрушки. Описание электрической схемы радиоуправляемой игрушки
На схеме (рис.3) показан один из вариантов электрооборудования радиоуправляемой игрушки. В игрушке имеются два приводных двигателя, которые обеспечивают движение вперед и повороты налево и направо. Лампочки задних фонарей игрушки служат сигналами поворота. Две фары создают эффект освещения пути движения игрушки. 
Рис.3 Для приема сигналов команды от передатчика в игрушку вмонтированы приемник и Командоаппарат. Двигатель привода и командоаппарата, а также лампочки питаются от двух последовательно соединенных батарей типа 3336Л(У) (GB1). Для питания приемника служит батарея “Крона-ВЦ” (GB2). Для выключения батареи служит двухполюсный выключатель S. При поступлении сигнала команды от передатчика срабатывает реле КР, приемника и своими контактами включает электродвигатель командоаппарата (рис.4)МЗ. 
Рис.4. Командоаппарат Электродвигатель МЗ с помощью храпового механизма поворачивает программный диск на 30°, что соответствует переключению одной команды. Программный диск через распределительные скользящие контакты включает электродвигатели привода и лампочки игрушки следующим образом: В положении “вперед” замкнуты контакты 1, 2, 3, 4, при этом включены двигатели М1 и М2, а также лампочки Н1, Н2, НЗ, Н4. В положении “направо” замкнуты контакты 1, 2, при этом включены двигатель М1 и лампочка НЗ. В положении “стоп” все контакты разомкнуты. В положении “налево” замкнуты контакты 1, 3, при этом включены двигатель М2 и лампочка Н4. Команды меняются периодически. На схеме показана последовательность команд за один цикл. Указания по монтажу и наладке системы Размещение приемника в игрушке желательно производить на максимальном удалении от эл. двигателей и электромагнитов. Для защиты приемника от помех, создаваемых электродвигателями, рекомендуется включать параллельно электродвигателям электролитические конденсаторы 10-20 мкф рабочим напряжением 10-12 вольт, соблюдая полярность включения. К приемнику необходимо подключить антенну. В качестве антенны может быть использован штырь или провод диаметром 1,0-2,0 мм, длиной не менее 20 см. Антенну необходимо изолировать от корпуса игрушки. В качестве изоляторов можно использовать детали из керамики, фторопласта, оргстекла или полистирола. С увеличением длины антенны дальность управления увеличивается. Приемник необходимо закрыть крышкой из изоляционного материала для защиты от пыли и влаги. Расстояние от печатной платы до основания, на котором укреплен приемник, должно быть не менее 5 мм.
Расположение элементов на печатной плате показано на рис.5. После монтажа электрической схемы и проверки работоспособности (порядок включения указан далее) необходимо подстроить приемник на максимальную чувствительность. Подстройка производится с помощью конденсатора С4 (см. принципиальную схему и чертеж приемника). Поворачивая ротор конденсатора изоляционной отверткой, необходимо найти положение, при котором срабатывание реле происходит при максимальном удалении игрушки ог передатчика. Командоаппарат закрепляется на горизонтальной платформе с помощью лапок.
Для передачи команд используется число-импульсный код. Шифратор передатчика построен на двух микросхемах серии К561 (рис.1). Генератор передатчика собран по простейшей схеме с кварцевой стабилизацией частоты на транзисторе VT2. Колебательный контур L1C3 настроен на частоту кварцевого резонатора, равную 27,12 МГц.
В передатчике не предусмотрено специальных мер для согласования колебательного контура передатчика с антенной, поэтому излучаемая мощность передатчика невелика, и радиус действия системы радиоуправления составляет 5...10 м. Для повышения дальности можно повысить напряжение питания передатчика до 9 В и применить согласующий CLC-контур и удлиняющую катушку.
Схема приемника системы радиоуправления приведена на рис.2. Входной каскад приемника собран по схеме сверхрегенеративного детектора на транзисторе VT1. Сверхрегенератор обладает замечательными свойствами - высокой чувствительностью, малой
Pиc.2
зависимостью уровня выходного сигнала от уровня входного, простотой, однако ему свойственны и недостатки - малая избирательность, излучение сигнала, в результате которого он работает как маломощный передатчик и может мешать другим приемникам. Работа сверхрегенеративного детектора описана во многих книгах по радиоуправлению и здесь не рассматривается.
На нагрузочном резисторе R3 входного каскада выделяются кроме полезного сигнала пилообразные импульсы гашения с частотой 40...60 кГц, для их фильтрации используется цепь R4 С9, для этой же цели служит конденсатор С10. Эти же элементы подавляют кратковременные импульсные помехи (например, от электродвигателей модели) и частично шумы сверхрегенеративного детектора.
Примерная форма полезного сигнала на коллекторе транзистора VT2, работающего в режиме линейного усиления, показана на первой диаграмме рис.3. Этот сигнал еще далек от пачек импульсов, необходимых для работы дешифратора. Для получения хорошей прямоугольной формы импульсов служит усилитель-формирователь на транзисторе VT3. При отсутствии полезного сигнала, когда на коллекторе транзистора VT2 существует шумовой сигнал сверхрегенератора небольшой амплитуды, транзистор VT3 находится в состоянии неглубокого насыщения, напряжение между его коллектором и эмиттером составляет 250...300 мВ и он не усиливает входной сигнал. Такая рабочая точка транзистора VT3 устанавливается подстроеч-ным резистором R6.
Pиc.3
При появлении пачек радиочастотных импульсов сверхрегенеративный детектор подает на базу транзистора VT2 пачки импульсов положительной полярности, на коллекторе VT2 и базе VT3 появляются сигналы в соответствии с первой диаграммой рис.3. Отрицательная полуволна сигнала закрывает транзистор VT3, и на его коллекторе формируются импульсы положительной полярности, открывающие ключевой каскад на транзисторе VT4. На его коллекторе формируются пачки импульсов отрицательной полярности с амплитудой, равной напряжению источника питания, они подаются на вход дешифратора команд.
Схема дешифратора команд приведена на рис.4. Пачки входных импульсов отрицательной полярности поступают на часть дешифратора на микросхемах DD1 и DD2. После приема очередной пачки импульсов счетчик DD2 устанавливается в состояние, соответствующее числу импульсов в пачке. В качестве примера на рис.3 проиллюстрирована работа счетчика в случае приема пачек из пяти импульсов. К моменту окончания пачки на выходах 1 и 4 счетчика появляются лог. 1, на выходе 2-лог.0 (диаграммы DD2:3, DD2:4, DD2:5 на рис.3). Фронтом импульса с детектора паузы DD1.2 происходит перепись состояния счетчика в сдвигающие регистры DD3.1, DD4, DD3.2, в результате чего на их выходах 1 появляются соответственно лог. 1, лог.0, лог.1.
Pиc.4
После окончания второй пачки из пяти импульсов импульс с выхода детектора паузы DD1.2 сдвигает ранее записанную информацию из разрядов 1 сдвигающих регистров в разряды 2, а в разряды 1 записывает результат подсчета числа импульсов очередной пачки и т. д. В результате при непрерывном приеме пачек из пяти импульсов на всех выходах сдвигающих регистров DD3.1 и DD3.2 будут лог.1, на всех выходах DD4 - лог.0. Эти сигналы поступают на входы мажоритарных клапанов микросхемы DD5, на их выходах появляются сигналы, соответствующие входным, они приходят на входы дешифратора DD6. На выходе 5 дешифратора появляется лог.1, которая и является признаком приема команды с числом импульсов, равным пяти.
Так происходит прием сигналов при отсутствии помех. Если же силен уровень помех, число импульсов в пачке может отличаться от необходимого. В этом случае сигналы на выходах каждого из сдвигающих регистров будут отличаться от правильных. Предположим, что при приеме одной из пачек вместо пяти счетчик насчитает шесть импульсов. После приема двух пачек из пяти импульсов и одной из шести состояния выходов регистров DD3.1, DD4 и DD3.2 будут соответственно следующими: 011,100, 111.
На входы элемента DD5.1 поступят две лог.1 и один лог.0. Поскольку выходной сигнал мажоритарного клапана соответствует большинству сигналов на его входах, он выдаст на вход 1 дешифратора DD6 лог.1. Аналогично элемент DD5.2 выдаст лог.0, элемент DD5.3 - лог.1. На выходе 5 дешифратора будет лог.1, так же как и в случае приема сигналов без помех.
Таким образом, если в последовательности пачек импульсов, поступающих на вход дешифратора команд, в любых трех подряд идущих пачках две имеют правильное число импульсов, на нужном выходе микросхемы DD6 будет постоянно поддерживаться лог. 1.
Если не нажата ни одна из кнопок передатчика, на выходах 1,2,4 счетчика после окончания пачки из восьми импульсов лог.0 и на всех используемых выходах дешифратора DD6 также лог.0. В табл.1 приведены соответствие команд числу импульсов пачек и выходные сигналы дешифратора системы. Пачка из пяти импульсов - это команда "Стоп", при ее приеме, как уже указывалось выше, лог.1 появляется на выходе 5 DD6. Эта лог.1 поступает на входы R триггеров DD7.1 и DD7.2 и устанавливает их в 0. Мы пока не будем рассматривать роль микросхемы DD8 и будем считать, что сигнал при прохождении ее элементов не меняется. В результате приема команды "Стоп" на выходах ПВ, ЛВ и Н (назад) будут лог.0, двигатели, подключенные к указанным выходам через усилители, будут остановлены.
При подаче команды "Вперед" лог.1 появится на выходе 6 DD6, она установит триггер DD7.2 по входу S в состояние 1, триггер DD7.1 независимо от своего исходного состояния установится в состояние О по входу С, так как на его входе D лог.0. В результате на выходах ПВ и ЛВ появятся лог.1, на выходе Н - лог.0, оба двигателя планетохода будут вращаться, обеспечивая движение модели вперед. При подаче команды "Назад" триггер DD7.1 будет в состоянии 1, DD7.2 - в состоянии 0, двигатели обеспечат движение модели назад.
Указанные команды хранятся в триггерах микросхемы DD7 и после отпускания кнопок SB5-SB7. Предположим, что при движении модели вперед будет нажата кнопка SB2 "Вправо". В этом случае лог.1 появится на выходе 2 DD6, она поступит на вывод 2 элемента DD1.4 и изменит лог.1 на его выходе на лог.0. В результате сигнал ПВ станет равным нулю, и правый двигатель остановится. Модель будет разворачиваться вправо за счет левой гусеницы (вторая строка табл.1). При движении назад нажатие кнопки SB2 также заставит измениться сигнал на выходе элемента DD1.4 на противоположный, но теперь уже с лог.0 на лог.1, правый двигатель также затормозится и модель также будет разворачиваться вправо. Аналогично ведет себя модель и при нажатии кнопки SB4 "Влево".
Команды "Вправо" и "Влево" не запоминаются, они действуют лишь во время нажатия соответствующей кнопки. Аналогично не запоминаются и команды "Фары" и "Сигнал" (SB1 и SB3). При нажатии на эти кнопки включаются соответственно транзисторы VT2 и VT1. Их базы подключены к выходам дешифратора DD6 без ограничительных резисторов, что допустимо при напряжении питания микросхем серии К561 в пределах 3...6 В.
Микросхема DD8 служит для сопряжения дешифратора системы радиоуправления с платой планетохода, обеспечивающей маневр при объезде препятствий. Использование микросхемы Исключающее ИЛИ обеспечивает управляемость модели и в те моменты времени, когда она выполняет автоматический маневр. Полная схема соединения узлов планетохода приведена на рис.5. Здесь А1 - приемник по схеме рис.2, А2 - плата с микросхемами DD1-DD4 рис.211, A3 - дешифратор системы по схеме рис.4, А4 - усилители двигателей. На схеме рис.5 показано также подключение лампы фары HL1. Автором не была использована команда "Сигнал", источник звукового сигнала может быть включен в коллекторную цепь транзистора VT1 аналогично включению HL1 в цепь коллектора VT2."
Pиc.5
Питание электродвигателей и узлов А1-АЗ разделено для исключения влияния помех от двигателей на электронную часть планетохода. Общие провода обеих цепей питания объединяются лишь в узле А4, на это надо обратить внимание при монтаже. Для исключения влияния помех от двигателей в их цепи питания включены дроссели L1-L4 и конденсаторы С1-С4, металлические корпуса двигателей соединены с общим проводом.
При отсутствии узла А2 на входы П, Л, С узла A3 можно подать напряжения в соответствии с указаниями на рис.5, можно также исключить микросхему DD8 на рис.4, соединив непосредственно выход триггера DD7.1 с выходом Н6, а выход триггера DD7.2 со входами DD 1.3 и DD 1.4.
Все узлы системы радиоуправления собраны на печатных платах: передатчик - на односторонней с размерами 60х40 мм (рисунок 6) , приемник - на односторонней с размерами 105х40 мм (рисунок 7) , дешифратор - на двухсторонней с теми же размерами (рисунок 8) . На указанных рисунках односторонние платы показаны со стороны, противоположной стороне установки деталей, плата дешифратора - с двух сторон.
В системе радиоуправления использованы резисторы МЛТ, керамические конденсаторы КТМ (С1 на рис.2), КМ-5 и КМ-6, электролитические конденсаторы К50-6 (С4, С8, C11, C12 на рис.2), К50-16 (С13 на рис.2). Подстроенный резистор R6 на рис.2 типа СПЗ-16, его выводы отогнуты под прямым углом. В системе использованы стандартные дроссели ДМ-0,2 30 мкГн (L2 на рис.2) и ДМ-3 12 мкГн (L1-L4 на рис.5), можно использовать и самодельные с близкими параметрами. Кварцевый резонатор в передатчике - в стеклянном корпусе диаметром 10 мм на частоту 27,12 или 28...28,2 МГц. При отсутствии кварцевого резонатора передатчик можно собрать по любой из опубликованных схем, сохранив схему формирователя пачек и модулятора по рис.1. Катушка L1 колебательного контура передатчика намотана на каркасе диаметром 5 мм и подстраивается сердечником из карбонильного железа диаметром 4 мм и длиной 6 мм. Она содержит 12 витков провода ПЭЛШО-0,38. Катушка L1 приемника намотана на каркасе диаметром 8 мм тем же проводом и содержит 9 витков, она подстраивается сердечником из карбонильного железа диаметром б мм. В передатчике можно использовать такую же катушку, как и в приемнике.
Батарея питания передатчика - 3336, на модели для питания двигателей использованы четыре элемента А343, электронная часть работает от четырех элементов A316. Антенной приемника служит велосипедная спица длиной 300 мм, антенна передатчика телескопическая, состоит из четырех колен общей длиной 480 мм. Передатчик собран в пластмассовом корпусе с размерами 75х1500x30 мм, в нем установлен специальный пульт управления, описанный далее.
Сборку системы радиоуправления и ее настройку нужно проводить в следующей последовательности. На плате передатчика необходимо собрать цифровую часть, установить все резисторы, кроме R5, и транзисторы, но не устанавливать кварцевый резонатор, катушку L1 и конденсаторы СЗ-С5. Подбором резисторов R1 и R2 установить частоту импульсов на выходе DD1.2 180...220 Гц со скважностью, близкой к 2, затем проверить правильность генерации пачек так, как это описано выше.
Затем можно собрать дешифратор команд и, установив в передатчик резистор R5, соединить коллектор транзистора VT1 передатчика со входом дешифратора. Напряжение питания обеих плат можно использовать общее 4,5 В. Нагрузкой транзистора VT1 передатчика будут последовательно соединенные резисторы R4, R6 и переход база- эмиттер транзистора VT2. Дешифратор следует проверить, как это описано выше.
Дальнейшую проверку можно производить, предварительно соединив входы Л и П с плюсом источника питания, вход С - с общим проводом. В этом случае сигналы на выходах Н, ЛВ, ПВ при нажатии кнопок передатчика должны соответствовать указанным в табл.1. После этого можно соединить узлы A3 и А4 и двигатели модели по схеме рис.222. Дроссели L1-L4 и конденсаторы С1-С4 следует подпаять непосредственно к выводам двигателей.
Далее следует проверить четкость управления моделью по паре проводов, соединяющих платы передатчика и дешифратора. Если все работает нормально, следует полиостью собрать передатчик и приемник. После сборки приемника нужно предварительно подстроить резистор R6. Для этого следует "сорвать" сверхрегенеративный режим транзистора VT1, замкнув накоротко колебательный контур L1 С2, подключить между коллектором и эмиттером VT3 вольтметр, установить движок R6 в положение минимального сопротивления и, плавно увеличивая его сопротивление, установить по вольтметру напряжение 250...300 мВ, при этом, возможно, придется подобрать резистор R5. Сиять перемычку с контура L1 С2.
Включив передатчик и приемник и постепенно увеличивая расстояние между ними, следует подстроить их контура по максимуму амплитуды сигнала, наблюдаемого при помощи осциллографа или вольтметра переменного напряжения в контрольной точке КТ1. Далее следует подстроить резистор R6 для получения правильной формы импульсов в контрольной точке КТ2 в соответствии с рис.220. Собрав целиком модель по схеме рис.5 и убедившись в нормальной работе системы управления на расстояниях 2...3 м, необходимо добиться максимальной дальности действия подстройкой резистора R6.
В передатчике и приемнике можно использовать практически любые высокочастотные п-р-п кремниевые транзисторы (КТ316, КТ312, КТ3102, КТ315 с любыми буквенными индексами). Микросхему К561ЛП13 можно заменить на К561ЙК1, при их отсутствии в ущерб помехоустойчивости можно исключить сравнение последовательно приходящих команд, заменив микросхемы D03-DD5 дешифратора команд на одну микросхему К561ИР9.
В передатчике в качестве кнопок SB2, SB4, SB6, SB7 использован специальный пульт, удобный для подачи команд с четким направленным значением. Пульт позволяет подавать одновременно и две не исключающие друг друга команды, например "Вперед" и "Вправо", что, однако, здесь не используется.
В качестве контактной системы пульта использованы четыре микропереключателя. На рис.9 показана его конструкция, размеры указаны применительно к микропереключателям ПМ2-1, существует много типов микропереключателей с такими же размерами.
Микропереключатели 3 приклеены к основанию 2, изготовленному из текстолита толщиной 2...3 мм. Снизу к основанию 2 четырьмя винтами 7 или заклепками прикреплена пластина 1, изготовленная из латуни или жести толщиной 0,2...0,3 мм. В центре к этой пластине винтом М2 б с шайбой прикреплен рычаг 5 из органического стекла.
При покачивании рычага 5 он давит на штоки микропереключателей 3 и переключает их. Если на рычаг надавить по диагонали, включатся два соседних микропереключателя.
Сборку пульта целесообразно произвести в следующем порядке. Соединить между собой пластины 1 и 2, винтом с шайбой закрепить на пластине 1 рычаг 5. Приклеить эпоксидным клеем микропереключатели 3 к пластине 2 так, чтобы штоки микропереключателей касались рычага 5.
После полимеризации клея приклеить получившийся блок к крышке пульта 4 или для обеспечения ремонтопригодности закрепить его каким-либо другим способом, центрируя при этом блок по квадратному отверстию в крышке пульта.
В качестве SB1 и SB5 использованы кнопки КМ1-1.
Более простой дешифратор можно использовать из статьи "Дешифратор простой системы телеуправления"
Литература: С.А.Бирюков. Цифровые устройства на МОП- интегральных микросхемах. М. Радио и связь. 1996 г.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Схема передатчика. Рисунок 1. | |||||||
| DD1 | Микросхема | К561ЛЕ10 | 1 | В блокнот | |||
| DD2 | Микросхема | К561ИЕ8 | 1 | В блокнот | |||
| VT1, VT2 | Биполярный транзистор | КТ315Г | 2 | В блокнот | |||
| VD1 | Диод | КД503А | 1 | В блокнот | |||
| С1 | Конденсатор | 6800 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С2 | Конденсатор | 0.047 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С3 | Конденсатор | 27 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С4 | Конденсатор | 16 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Конденсатор | 43 пФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 750 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Резистор | 270 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 110 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Резистор | 7.5 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 220 Ом | 1 | В блокнот | |||
| Z1 | Кварцевый резонатор | 27.12 МГц | 1 | В блокнот | |||
| L1 | Катушка индуктивности | 1 | В блокнот | ||||
| Схема приемника. Рисунок 2. | |||||||
| VT1-VT4 | Биполярный транзистор | КТ315Г | 4 | В блокнот | |||
| С1 | Конденсатор | 4.7 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С2 | Конденсатор | 27 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С3 | Конденсатор | 0.015 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С4, С8, С11, С12 | 10 мкФ 10 В | 4 | В блокнот | ||||
| С5 | Конденсатор | 18 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С6 | Конденсатор | 2200 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С7 | Конденсатор | 0.047 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С9 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С10 | Конденсатор | 3300 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С13 | Электролитический конденсатор | 500 мкФ 6.3 В | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Резистор | 20 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 9.1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Резистор | 510 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6 | Подстроечный резистор | 1 МОм | 1 | В блокнот | |||
| R7 | Резистор | 12 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R9 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 22 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R11 | Резистор | 7.5 кОм | 1 | В блокнот | |||
| L1 | Катушка индуктивности | 1 | Изготавливается самостоятельно | ||||
Многие хотели собрать простую схему радиоуправления, но чтоб была многофункциональна и на достаточно большое расстояние. Я все-таки эту схему собрал, потратив на неё почти месяц. На платах дорожки рисовал от руки, так как принтер не пропечатывает такие тонкие. На фотографии приемника светодиоды с не подрезанными выводами - припаял их только для демонстрации работы радиоуправления. В дальнейшем их отпаяю и соберу радиоуправляемый самолет.
Схема аппаратуры радиоуправления состоит всего из двух микросхем: трансивера MRF49XA и микроконтроллера PIC16F628A. Детали в принципе доступные, но для меня проблемой был трансивер, пришлось через интернет заказывать. и платой качайте здесь. Подробнеее об устройстве:
MRF49XA - малогабаритный трансивер, имеющий возможность работать в трех частотных диапазонах.
- Низкочастотный диапазон: 430,24 - 439,75 Mгц (шаг 2,5 кГц).
- Высокочастотный диапазон А: 860,48 - 879,51 МГц (шаг 5 кГц).
- Высокочастотный диапазон Б: 900,72 - 929,27 МГц (шаг 7,5 кГц).
Границы диапазонов указаны при условии применения опорного кварца частотой 10 МГц.
Принципиальная схема передатчика:
В схеме TX довольно мало деталей. И она очень стабильная, более того даже не требует настройки, работает сразу после сборки. Дистанция (согласно источнику) около 200 метров.
Теперь к приемнику. Блок RX выполнен по аналогичной схеме, различия только в светодиодах, прошивках и кнопках. Параметры 10-ти командного блока радиоуправления:
Передатчик:
Мощность - 10 мВт
Напряжение питания 2,2 - 3,8 В (согласно даташиту на м/с, на практике нормально работает до 5 вольт).
Ток, потребляемый в режиме передачи - 25 мА.
Ток покоя - 25 мкА.
Скорость данных - 1кбит/сек.
Всегда передается целое количество пакетов данных.
Модуляция - FSK.
Помехоустойчивое кодирование, передача контрольной суммы.
Приемник:
Чувствительность - 0,7 мкВ.
Напряжение питания 2,2 - 3,8 В (согласно даташиту на микросхему, на практике нормально работает до 5 вольт).
Постоянный потребляемый ток - 12 мА.
Скорость данных до 2 кбит/сек. Ограничена программно.
Модуляция - FSK.
Помехоустойчивое кодирование, подсчет контрольной суммы при приеме.
Преимущества данной схемы
Возможность нажатия в любой комбинации любого количества кнопок передатчика одновременно. Приемник при этом отобразит светодиодами нажатые кнопки в реальном режиме. Говоря проще, пока нажата кнопка (или комбинация кнопок) на передающей части, на приемной части горит, соответствующий светодиод (или комбинация светодиодов).
Во время подачи питания на приемник и передатчик, они уходят в тест режим на 3 секунды. В это время ничего не работает, по истечению 3-х секунд обе схемы готовы к работе.
Кнопка (или комбинация кнопок) отпускается - соответсвующие светодиоды сразу же гаснут. Идеально подходит для радиоуправления различными игрушками - катерами, самолётами, автомобилями. Либо можно использовать, как блок дистанционного управления различными исполнительными устройствами на производстве.
На печатной плате передатчика кнопки расположены в один ряд, но я решил собрать что-то наподобии пульта на отдельной плате.
Питаются оба модуля от аккумуляторов 3,7В. У приемника, который потребляет заметно меньше тока, аккумулятор от электронной сигареты, у передатчика - от моего любимого телефона)) Схему, найденную на сайте вртп , собрал и испытал: [)еНиС
Обсудить статью РАДИОУПРАВЛЕНИЕ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ
Прочитав этот пост загорелся и я идеей склепать свой самолетик. Взял готовые чертежи , заказал у китайцев моторчики, аккумуляторы и пропеллеры. А вот радиоуправление решил сделать самостоятельно, во-первых - так интереснее, во-вторых - надо себя чем-то занять пока посылка с остальными запчастями будет ехать, ну и в третьих - появилась возможность соригинальничать и добавить всяких плюшек.
Осторожно, картинки!
Как и чем управлять
Нормальные люди берут приемник, втыкают в него сервомашинки, регулятор скорости, двигают рычажки на пульте и радуются жизни не задаваясь принципами работы и не углубляясь в подробности. В нашем случае такое не пройдет. Первой задачей стало узнать каким макаром управляются сервомашинки. Все оказывается достаточно просто, у привода есть три провода: + питания, - питания и сигнальный. На сигнальном проводе прямоугольные импульсы изменяемой скважности. Чтобы понять что это такое смотрим картинку:
Итак, если мы хотим установить привод в крайнее левое положение нужно слать импульсы длительностью 0,9мс с интервалом 20мс, если в крайнее правое - длительность 2,1мс, интервал тот же, ну со средними положениями аналогично. Как оказалось, регуляторы скорости управляются аналогично. Те, кто в теме скажут что это обычный ШИМ , который реализовать на любом микроконтроллере - плевое дело. Вот и я так решил, купил в местном магазине сервомашинку и склепал на макетке для нее так называемый сервотестер на ATtiny13. И тут оказалось, что ШИМ не совсем простой, а с подводными камнями. Как видно из вышеприведенной диаграммы, скважность (отношение длительности импульса к длительности периода) от 5% до 10% (в дальнейшем я за крайние положения принимаю импульсы длительностью 1,0мс и 2,0мс) для 256-значного ШИМ счетчика ATtiny13 это соответствует значениям от 25 до 50. Но это при условии, что на заполнение счетчика уйдет 20мс, а на деле так не получится и для частоты 9,6МГц и предделителя 1024 нужно ограничить счетчик значением 187(ТОР), в таком случае у нас получится частота 50,134Гц. В большинстве (если не во всех) сервомашинок нету точного генератора опорной частоты и поэтому частота управляющего сигнала может немного плавать. Если оставить ТОР счетчика 255, то частота управляющего сигнала будет 36,76Гц - на некоторых приводах оно будет работать (возможно с глюками), но далеко не на всех. Итак, теперь у нас 187-значный счетчик, для него 5-10% соответствуют значениям от 10 до 20 - всего 10 значений, немного дискретно получится. Если думаете поиграть с тактовой частотой и предделителем ниже привожу сравнительную табличку для 8-битного ШИМа:
Но ведь у большинства микроконтроллеров есть 16-битный (и больше) таймер для генерации ШИМ. Здесь проблема с дискретностью сразу пропадет еще и частоту можно точно выставить. Долго расписывать не буду, сразу даю табличку:
Я не думаю, что для китайской сервомашинки есть существенная разница в 600 и 1200 значений, поэтому вопрос с точностью позиционирования можно считать закрытым.
Многоканальное управление
С одной сервомашинкой разобрались, но для самолета их нужно минимум три и еще регулятор скорости. Решение «в лоб» - взять микроконтроллер с четырьмя каналами 16-битного ШИМ, но такой контроллер будет стоять дорого и, скорее всего, займет много места на плате. Второй вариант - запилить программный ШИМ, но занимать процессорное время - это тоже не вариант. Если снова посмотреть на диаграммы сигнала, то 80% времени он не несет никакой информации, поэтому рациональнее было бы ШИМом задавать только сам импульс 1-2мс. Почему скважность изменяется в таких узких пределах, ведь проще было бы и формировать и считывать импульсы со скважностью хотя бы 10-90%? Зачем нужен тот неинформативный кусок сигнала занимающий 80% времени? Я заподозрил, что, возможно, эти 80% могут занимать импульсы для других исполнительных механизмов, а потом этот сигнал разделяется на несколько разных. То есть, в периоде длительностью 20мс могут уместится 10 импульсов длительностью 1-2мс, затем этот сигнал каким-то демультиплексором разделяется на 10 различных с длительностью периода как раз 20мс. Сказано - сделано, нарисовал в PROTEUS такую схемку:
В роли демультиплексора - 74HC238, на его вход E подаются импульсы с выхода микроконтроллера. Эти импульсы - ШИМ с периодом 2мс (500Гц) и скважностью 50-100%. У каждого импульса своя скважность, обозначающая состояние каждого канала. Вот так выглядит сигнал на входе Е:
Для того, чтобы 74HC238 знал на какой выход подать текущий сигнал используем PORTC микроконтроллера и входы A, B, C демультиплексора. В результате на выходах получаем такие сигналы:
Сигналы на выходе получаются правильной частоты (50Гц) и скважности (5-10%). Итак, нужно генерировать ШИМ частотой 500Гц и заполнением 50-100%, вот табличка для настройки предделителя и ТОР 16-битного счетчика:
Интересно, что возможное количество значений ШИМа ровно в 1000 раз меньше частоты таймера.
Программная реализация
Для ATmega8 с тактовой частотой 16МГц в AtmelStudio6 все реализуется следующим образом: вначале задефайним значения счетчика для крайних положений сервомашинок:#define LOW 16000U #define HIGH 32000U
затем инициализируем генератор ШИМа на таймере/счетчике1:
OCR1A = HIGH; //Устанавливаем ТОР TCCR1A = 0<
ISR(TIMER1_COMPA_vect) //прерывание по достижению верхнего значения счетчика, непосредственно перед началом следующего импульса { //c_num- переменная, обозначающая номер текущего канала, channels - массив значений каналов if (c_num <= 7) { OCR1B = channels; } else { OCR1B = 0; //отключаем ШИМогенератор для несуществующих в демультиплексоре 8 и 9 канала } } ISR(TIMER1_COMPB_vect, ISR_NOBLOCK)// прерывание возникающее в конце импульса { if (c_num <= 7) { PORTC = c_num; //для каналов 0-7 выводим номер канала на PORTC } //и изменяем значение счетчика от 0 до 9 if (c_num >= 9) { c_num = 0; } else { c_num++; } }
Глобально разрешаем прерывания и готово, забивая в channels значения от LOW до HIGH изменяем значения на каналах.
Реализация в железе
Ну с теорией разобрались, пришло время все это реализовать. Мозгом системы выбран микроконтроллер ATmega8A, тактируется от кварца на 16МГц (не потому, что я захотел 16000 позиций сервомашинки, а потому, что у меня такие валялись). Управляющий сигнал для МК будет поступать через UART. В результате получилась вот такая схемка:
Спустя некоторое время появилась вот такая платка:
Два трехштыревых разъема я не припаял потому, что они мне не нужны, а не подряд они впаяны поскольку у меня нету металлизации отверстий, а в нижнем разъеме дорожки с двух сторон, можно было бы заменить проволочкой, но программно нету проблемы выводить сигнал на любой разъем. Также отсутствует 78L05 ибо в моем регуляторе двигателя есть встроенный стабилизатор (ВЕС).
Для получения данных к плате подключается радиомодуль HM-R868:
Изначально думал втыкать его прямо в плату, но эта конструкция не помещалась в самолетик, пришлось сделать через шлейф. Если изменить прошивку, то контакты разъема для программирования можно использовать для включения/отключения каких-нибудь системам (бортовые огни и т.п.)
Плата обошлась примерно в 20грн = $2.50, приемник - 30грн = $3,75.
Передающая часть
Самолетная часть есть, осталось разобраться с наземной аппаратурой. Как уже писалось ранее, данные передаются по UART, на каждый канал по одному байту. Вначале подключал свою систему проводом через переходник к компьютеру и команды слал через терминал. Чтобы дешифратор определял начало посылки, а в будущем выделял посылки адресуемые именно ему, вначале шлется байт-идентификатор, затем 8 байт определяющих состояние каналов. Позже стал использовать радиомодули, при отключении передатчика все моторчики начинали дико дергаться. Дабы отфильтровать сигнал от шумов, десятым байтом шлю XOR всех 9 предыдущих байт. Помогло, но слабо, добавил еще проверку на таймаут между байтами, если он превышается - вся посылка игнорится и прием начинается заново, с ожидания байта-идентификатора. С добавлением контрольной суммы в виде XOR слать команды с терминала стало напряжным, поэтому я побыстрому наклепал вот такую программку с ползунками:
Число в нижнем левом углу - контрольная сумма. Передвигая ползунки на компе двигались рули на самолете! Вообщем отладил я все это и стал думать о пульте ДУ, купил для него вот такие джойстики:
Но потом меня посетила одна мысль. В свое время я тащился от всяких авиасимуляторов: «Ил-2 Штурмовик», «Lock On», «MSFSX», «Ка-50 Черная Акула» и др. Соответственно был у меня джойстик Genius F-23 и решил я прикрутить его к вышеописанной проге с ползунками. Погуглил как это реализовать, нашел этот пост и получилось! Управлять самолетиком с помощью полноценного джойстика, мне кажется, гораздо круче, чем маленькой палочкой на пульте. Вообщем все вместе изображено на первой фотке - это нетбук, джойстик, преобразователь на FT232, и подключенный к нему передатчик HM-T868. Преобразователь подключается 2м кабелем от принтера, что позволяет закрепить его на каком нибудь дереве или чем-то подобном.
Пуск!
Итак, есть самолетик, есть радиоуправление - Поехали!(с) Первый полет производился над асфальтом, результат - сломанный пополам фюзеляж и полувырванный двигатель. Второй полет производился над более мягкой поверхностью:Последующие полетов 10 были тоже не особо удачными. Основной причиной я считаю сильную дискретность джойстика - по крену он выдавал только 16 значений (вместо возможных 256), с осью тангажа - не лучше. Но так как в результате испытаний самолет был значительно поврежден и не подлежит ремонту:
- проверить правдивость этой версии пока не представляется возможным. В пользу этой версии говорит и зафиксированная на видео попытка выровнять самолет - он летит накрененным, а потом резко заваливается в противоположную сторону (а должен плавно). Вот более наглядное видео:
Дальность действия аппаратуры - примерно 80м, дальше тоже ловит, но через раз.
Ну вот и все, благодарю за внимание. Надеюсь, приведенная информация окажется для кого-то полезной. Буду рад ответить на все вопросы.
В архиве схема и разводка платы для Протеуса.
Для радиоуправления различными моделями и игрушками может быть использована аппаратура дискретного и пропорционального действия.
Основное отличие аппаратуры пропорционального действия от дискретной состоит в том, что она позволяет по командам оператора отклонять рули модели на любой требуемый угол и плавно изменять скорость и направление ее движения «Вперед» или «Назад».
Постройка и налаживание аппаратуры пропорционального действия достаточно сложны и не всегда под силу начинающему радиолюбителю.
Хотя аппаратура дискретного действия и имеет ограниченные возможности, но, применяя специальные технические решения, можно их расширить. Поэтому далее рассмотрим однокомандную аппаратуру управления, пригодную для колесных, летающих и плавающих моделей.
Схема передатчика
Для управления моделями в радиусе 500 м, как показывает опыт, достаточно иметь передатчик с выходной мощностью окьло 100 мВт. Передатчики радиоуправляемых моделей, как правило, работают в диапазоне 10 м.
Однокомандное управление моделью осуществляется следующим образом. При подаче команды управления передатчик излучает высокочастотные электромагнитные колебания, другими словами, генерирует одну несущую частоту.
Приемник, который находится на модели принимает сигнал, посланный передатчиком, в результате чего срабатывает исполнительный механизм.
Рис. 1. Принципиальная схема передатчика радиоуправляемой модели.
В итоге модель, подчинясь команде, меняет направление движения или осуществляет одно какое-нибудь заранее заложенное в конструкцию модели указание. Используя однокомандную модель управления, можно заставить модель осуществлять достаточно сложные движения.
Схема однокомандного передатчика представлена на рис. 1. Передатчик включает задающий генератор колебаний высокой частоты и модулятор.
Задающий генератор собран на транзисторе VT1 по схеме емкостной трех-точки. Контур L2, С2 передатчика настроен на частоту 27,12 МГц, которая отведена Госсвязьнадзором электросвязи для радиоуправления моделями.
Режим работы генератора по постоянному току определяется подбором величины сопротивления резистора R1. Созданные генератором высокочастотные колебания излучаются в пространство антенной, подключенной к контуру через согласующую катушку индуктивности L1.
Модулятор выполнен на двух транзисторах VT1, VT2 и представляет собой симметричный мультивибратор. Модулируемое напряжение снимается с коллекторной нагрузки R4 транзистора VT2 и подается в общую цепь питания транзистора VT1 высокочастотного генератора, что обеспечивает 100% модуляцию.
Управляется передатчик кнопкой SB1, включенной в общую цепь питания. Задающий генератор работает не непрерывно, а только при нажатой кнопке SB1, когда появляются импульсы тока, вырабатываемые мультивибратором.
Посылка в антенну высокочастотных колебаний, созданных задающим генератором, происходит отдельными порциями, частота следования которых соответствует частоте импульсов модулятора.
Детали передатчика
В передатчике использованы транзисторы с коэффициентом передачи тока базы h21э не менее 60. Резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы — К10-7, КМ-6.
Согласующая антенная катушка L1 имеет 12 витков ПЭВ-1 0,4 и намотана на унифицированном каркасе от карманного приемника с подстроечным ферритовым сердечником марки 100НН диаметром 2,8 мм.
Катушка L2 бескаркасная и содержат 16 витков провода ПЭВ-1 0,8 намотанных на оправке диаметром 10 мм. В качестве кнопки управления можно использовать микропереключатель типа МП-7.
Детали передатчика монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Антенна передатчика представляет собой отрезок стальной упругой проволоки диаметром 1...2 мм и длиной около 60 см, которая подключается прямо к гнезду X1, расположенному на печатной плате.
Все детали передатчика должны быть заключены в алюминиевый корпус. На передней панели корпуса располагается кнопка управления. В месте прохождения антенны через стенку корпуса к гнезду XI должен быть установлен пластмассовый изолятор, чтобы предотвратить касание антенны корпуса.
Налаживание передатчика
При заведомо исправных деталях и правильном монтаже передатчик не требует особой наладки. Необходимо только убедиться в его работоспособности и, изменяя индуктивность катушки L1, добиться максимальной мощности передатчика.
Для проверки работы мультивибратора надо включить высокоомные наушники между коллектором VT2 и плюсом источника питания. При замыкании кнопки SB1 в наушниках должен прослушиваться звук низкого тона, соответствующий частоте мультивибратора.
Для проверки работоспособности генератора ВЧ необходимо собрать волномер по схеме рис. 2. Схема представляет собой простой детекторный приемник, в котором катушка L1 намотана проводом ПЭВ-1 диаметром 1...1,2мм и содержит 10 витков с отводом от 3 витка.
Рис. 2. Принципиальная схема волномера для настройки передатчика.
Катушка намотана с шагом 4 мм на пластмассовом каркасе диаметром 25 мм. В качестве индикатора используется вольтметр постоянного тока с относительным входным сопротивлением 10 кОм/В или микроамперметр на ток 50...100мкА.
Волномер собирают на небольшой пластине из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Включив передатчик, располагают от него волномер на расстоянии 50...60 см. При исправном генераторе ВЧ стрелка волномера отклоняется на некоторый угол от нулевой отметки.
Настраивая генератор ВЧ на частоту 27,12 МГц, сдвигая и раздвигая витки катушки L2, добиваются максимального отклонения стрелки вольтметра.
Максимальную мощность высокочастотных колебаний, излучаемых антенной, получают вращением сердечника катушки L1. Настройка передатчика считается оконченной, если вольтметр волномера на расстоянии 1...1,2 м от передатчика показывает напряжение не менее 0,05 В.
Схема приемника
Для управления моделью радиолюбители довольно часто используют приемники, построенные по схеме сверхрегенератора. Это связано с тем, что сверхрегенеративный приемник, имея простую конструкцию, обладает очень высокой чувствительностью, порядка 10...20 мкВ.
Схема сверхрегенеративного приемника для модели приведена на рис. 3. Приемник собран на трех транзисторах и питается от батареи типа «Крона» или другого источника напряжением 9 В.
Первый каскад приемника представляет собой сверхрегенеративный детектор с самогаше-нием, выполненный на транзисторе VT1. Если на антенну не поступает сигнал, то этот каскад генерирует импульсы высокочастотных колебаний, следующих с частотой 60...100 кГц. Это и есть частота гашения, которая задается конденсатором С6 и резистором R3.
Рис. 3. Принципиальная схема сверхрегенеративного приемника радиоуправляемой модели.
Усиление выделенного командного сигнала сверхрегенеративным детектором приемника происходит следующим образом. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой и его коллекторный ток пульсирует с частотой гашения.
При отсутствии на входе приемника сигнала, эти импульсы детектируются и создают на резисторе R3 некоторое напряжение. В момент поступления сигнала на приемник продолжительность отдельных импульсов возрастает, что приводит к увеличению напряжения на резисторе R3.
Приемник имеет один входной контур L1, С4, который с помощью сердечника катушки L1 настраивается на частоту передатчика. Связь контура с антенной — емкостная.
Принятый приемником сигнал управления выделяется на резисторе R4. Этот сигнал в 10...30 раз меньше напряжения частоты гашения.
Для подавления мешающего напряжения с частотой гашения между сверхрегенеративным детектором и усилителем напряжения включен фильтр L3, С7.
При этом на выходе фильтра напряжение частоты гашения в 5... 10 раз меньше амплитуды полезного сигнала. Продетектированный сигнал через разделительный конденсатор С8 подается на базу транзистора VT2, представляющего собой каскад усиления низкой частоты, а далее на электронное реле, собранное на транзисторе ѴТЗ и диодах VD1, VD2.
Усиленный транзистором ѴТЗ сигнал выпрямляется диодами VD1 и VD2. Выпрямленный ток (отрицательной полярности) поступает на базу транзистора ѴТЗ.
При появлении тока на входе электронного реле, коллекторный ток транзистора увеличивается и срабатывает реле К1. В качестве антенны приемника можно использовать штырь длиной 70... 100 см. Максимальная чувствительность сверхрегенеративного приемника устанавливается подбором сопротивления резистора R1.
Детали и монтаж приемника
Монтаж приемника выполняют печатным способом на плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 100x65 мм. В приемнике используются резисторы и конденсаторы тех же типов, что и в передатчике.
Катушка контура сверхрегенератора L1 имеет 8 витков провода ПЭЛШО 0,35, намотанных виток к витку на полистироловом каркасе диаметром 6,5 мм, с подстроечным ферритовым сердечником марки 100НН диаметром 2,7 мм и длиной 8 мм. Дроссели имеют индуктивность: L2 — 8 мкГн, a L3 — 0,07...0,1 мкГн.
Электромагнитное реле К1 типа РЭС-6 с обмоткой сопротивлением 200 Ом.
Настройка приемника
Настройку приемника начинают с сверхрегенеративного каскада. Подключают высокоомные наушники параллельно конденсатору С7 и включают питание. Появившийся в наушниках шум свидетельствует об исправной работе сверхрегенеративного детектора.
Изменением сопротивления резистора R1 добиваются максимального шума в наушниках. Каскад усиления напряжения на транзисторе VT2 и электронное реле особой наладки не требуют.
Подбором сопротивления резистора R7 добиваются чувствительности приемника порядка 20 мкВ. Окончательная настройка приемника производится совместно с передатчиком.
Если в приемнике параллельно обмотке реле К1 подключить наушники и включить передатчик, то в наушниках должен прослушиваться громкий шум. Настройка приемника на частоту передатчика приводит к пропаданию шума в наушниках и срабатыванию реле.