Аппаратура радиоуправления. Схемы, статьи Бесплатной технической библиотеки

Несколько зарубежных компаний выпускают оборудование для пропорционального управления моделями. По сути, это импульсная многоканальная аппаратура, оснащенная рулями. Некоторые схемные решения вполне могут быть полезны при изготовлении аппаратуры для любительского использования.

Именно так поступил известный чешский инженер-конструктор В. Валента. Он взял за основу устройство системы Teleprop, внес необходимые изменения и создал собственную модернизированную версию. Описание этого устройства позволит читателю узнать, как на практике реализуется один из принципов построения многоканальной радиочастотной линии пропорционального управления. Особенностью данной системы является то, что при передаче информации о положении кнопок управления бортовыми датчиками управления радиоуправляемой модели используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с временным разделением каналов управления и синхронной паузой (рис. 1). Модулирующий сигнал генерируется тактовым генератором (T=20мс) и регулируемыми многофазными мультивибраторами, цепями дифференциаторов, диодными суммирующими элементами и выходом одиночного вибратора.

Рис. 1. Эпюры, поясняющие структуру им-пульсной последовательности в командных каналах

Рис. На рисунке представлена схема четырехканального энкодера. Мультивибраторы VT2, VT3 запускают многофазный мультивибратор, транзисторы VT4-VT7 которого открыты током базы через резистивные цепи.

width=710>
Рисунок не помещается на странице и поэтому сжат!
Для того, чтобы просмотреть его полностью, щелкните здесь.

Для простоты предположим, что транзистор VT3 вначале закрыт. В зависимости от положения ползунка на переменном резисторе R6 на конденсатор CZ подается определенное напряжение. Переключение мультивибратора приводит к тому, что транзистор VT3 открывается, а напряжение на конденсаторе СЗ закрывает транзистор VT4.

В этой схеме VT4 будет закрыт до тех пор, пока конденсатор CZ не разрядится через R8 и R9. Таким образом, время переключения транзистора VT4 зависит от положения движка переменного резистора R6, подключенного к управляющему рычагу датчика команд, и от положения движка триммерного резистора R8, который задает длительность импульса при нейтральном положении этого рычага.

Дифференцирующие цепи C7, R7, C8, R12, подключены к коллекторной линии транзисторов VT3-VT7 через диоды VD1-VD5 соответственно. Сигнал формируется из синхронной паузы и отдельных коротких импульсов, возникающих в начале и конце канального интервала. На рисунке 1 приведены диаграммы коллекторных напряжений транзисторов кодера. 3.

Рис. 3. Эпюры напряжения на коллекторах транзисторов шифратора

Модулирующие транзисторы работают как ключи, которые в ритме с модуляцией подключают напряжение питания к выходному каскаду. В результате узких импульсов на линии сбора (рис. 4) из-за разброса номиналов элементов дифференцирующей цепи, имеющих разную длительность, модулятор по мере модуляции сигнала создает импульсы с определенными характеристиками. Одиночный генератор на базе транзисторов VT8, VT9 (рис. В конструкции 2 постоянная времени определяется длительностью импульса. VT9 выполняет функции модулятора и транзистора одновременно.

Рис. 4. Импульсы на сборной линии, модулирующий и модулированный сигналы.

Для настройки энкодера требуется осциллограф с калибровкой временной развертки. К энкодеру подключается батарея 12 В. Необходимо проверить осциллограмму напряжения коллектора на осциллографе (рис. 3).

С помощью подстроечного резистора R2 установите необходимую длительность периода мультивибратора (20 мс). Длительность импульса каждого канала должна составлять 1,5 мс в нейтральном положении рычага привода. При перемещении рычага энкодера в крайние положения длительность импульса канала изменяется на 0,5 мс или -0,5 мс соответственно. Таким образом, длительность импульса может варьироваться от 1 до 2 мс. С помощью установочных резисторов R8, R13, R18, R23 устанавливается необходимая длительность импульса для каждого канала в нейтральном положении рычага. Ползунки переменных резисторов R6, R11, R16 и R21 механически связаны с рычагами передатчика управления.

Далее следует контроль напряжения на линии наводки с помощью осциллографа. Ом резистор временно соединяет коллектор транзистора VT9 с общим проводом (с отрицательной клеммой источника питания). Характер напряжения должен соответствовать изображенному на рис. 5. Импульсам модулирующего сигнала конденсатор С13 придает трапециевидную форму.

Рис. 5. Эпюра напряжения на выходе модулятора.

Такая форма импульса снижает уровень гармоник в высокочастотном сигнале, сужает полосу излучения и увеличивает выходную мощность передатчика. Если длительность импульса отличается от 200 мкс, она изменяется подбором конденсатора C12. Резистор 100 Ом удаляется, и можно подключать передатчик.

Он состоит из задающего генератора (рис. Кроме того, в его конструкции предусмотрена схема кварцевой стабилизации частоты. Каскады соединены индуктивно. На транзисторе выходного каскада установлен П-фильтр, эффективно подавляющий гармонические составляющие. Катушка L5 – согласующая. VT1 – серии КТ315-КТ316, КТ306А-КТ306Б, КТ603; VT2 – серия КТ603. Рекомендуемая длина антенны – 1400 м. KT904A, KT606A.

Рис. 6. Схема передатчика.

Катушки имеют следующие характеристики: L1 – 14 витков провода ПЭВ-2 0,8 на каркасе диаметром 8 мм с ферритовой подложкой диаметром 10 мм; L2 – 5-6 витков монтажного провода диаметром 0,8 мм в хлорвиниловой или фторопластовой изоляции, L2 наматывается на L1, L4 – 7 витков провода ПЭВ-2 0,8 на том же каркасе, что и L1, L5 – 19-25 витков ПЭВ-2 0,3 на том же каркасе (количество витков зависит от длины используемой антенны).

В данном случае кварцевый резонатор работает на частоте 27,12 МГц±0,05%. Передатчик следует тестировать с полностью развернутой антенной. Оконечный транзистор опасно перегружен в отсутствие антенны. Индикатор напряженности поля настраивает “удлинительную” катушку L5, если она используется. Одна из точек корпуса передатчика соединена с общим проводом.

На рис. 7 изображена печатная плата передатчика. Со стороны деталей мы видим плату. Питание передатчика осуществляется от десяти никель-кадмиевых батарей, используются CNK-0.45 или CNK-0.9U2. Сложив вместе три батареи 3336, можно использовать их в качестве резервного источника питания.

Pис. 7

Настройка завершается после установки в корпус. Смена удлинительной катушки антенны производится одновременно с удержанием передатчика в руке. Мощность передатчика составляет примерно 500 мВт. На оконечный транзистор передатчика следует установить теплоотвод.

Помимо четырех рулей, бортовая аппаратура включает приемник, декодер, сервоусилители и дешифратор. Супергетеродинный приемник, настроенный на фиксированную частоту, принимает данные. В гетеродине приемника схема кварцевого стабилизированного генератора обеспечивает бесподстроечную связь. На рисунке 3 показана схема приемника. 8. На входе приемника полосовой фильтр отделяет антенну от входного транзистора VT1. Кварцевый резонатор заменен простой схемой, чтобы улучшить избирательность и уменьшить гетеродинное излучение в антенну, что позволяет использовать любой радиочастотный канал, выделенный для радиоуправления моделями, без изменения входных цепей. Разность частот между соседними каналами в этом случае может быть равна 0,01 МГц.

width=710>
Рисунок не помещается на странице и поэтому сжат!
Для того, чтобы просмотреть его полностью, щелкните здесь.

Рис. 8 Схема приемного устройства.

В технологии гетеродина частота на 465 кГц ниже частоты принимаемого сигнала. Наберите VD3 в качестве детектора сигнала и VD2 в качестве детектора сигнала АРУ. Напряжение сигнала для АРУ снимается с первичной обмотки трансформатора промежуточной частоты (В. Валента называет трансформаторы промежуточной частоты фильтрами промежуточной частоты, которые представляют собой единую схему с соединительной катушкой) и выпрямляется кремниевым диодом, который одновременно определяет рабочую точку смесителя и транзисторов усилителя промежуточной частоты. Система АРУ должна правильно работать на малых расстояниях от передатчика.

В нем используются готовые компоненты, включающие трансформаторы промежуточной частоты. Промежуточные частоты обычно находятся в диапазоне от 455 до 468 кГц. Этот коэффициент качества показывает, как изготовлены высокочастотные трансформаторы. Он должен быть равен 120-140. Принимаемый сигнал имеет полосу пропускания 8-10 кГц. В обоих случаях приемник должен быть смонтирован на одной плате. Крепление может быть любым. Ни основание катушки L1, ни L2 не превышают 5 мм. Для установки катушки с ферритовыми сердечниками оси катушек должны быть расположены на расстоянии 9 мм друг от друга (это расстояние должно строго соблюдаться).

L1 и L2 содержат соответственно 10 и 13 витков; третий виток заземлен, считая от заземленного конца конденсатора С3. В катушке для заполнения высокочастотный дроссель L3 намотан на изоляционном каркасе диаметром 3 мм и длиной 11 мм проводом ПЭВ-2 0,06. Дроссели можно намотать также на резисторах МЛТ-0,5 с сопротивлением не менее 100 кОм.

Настройка приемника заключается в настройке входного полосового фильтра и трансформаторов промежуточной частоты. По рекомендации автора, для настройки приемника по сигналам передатчика следует использовать укороченную антенну. При настройке приемника с помощью стандартного генератора сигналов необходимо очень точно знать частоту передатчика, чтобы точно настроить на нее генератор. Для настройки установите антенну длиной 1 м как на приемнике, так и на высокоомных телефонах.

Первоначально настраивают входной фильтр L1C1, а после увеличения чувствительности передатчика убирают его до слабо слышимого сигнала, и снова путем настройки (включая уточнение режима транзистора VT4) добиваются максимума. Вторая настройка производится на трансформаторах промежуточной частоты.

Схема приемника-декодера приведена на рис. 9. Для предотвращения появления помеховых сигналов, амплитуда которых меньше, чем прямое падение напряжения на диоде VD1. около 0,6 В. Амплитуда полезных сигналов, поступающих с выхода приемника, составляет около 1,1 В.

width=710>
Рисунок не помещается на странице и поэтому сжат!
Для того, чтобы просмотреть его полностью, щелкните здесь.

Он поступает на базу транзистора VT1, который является инвертором. Транзисторы VT2 и VT3 являются усилителями, формирующими импульсы. В отсутствие сигнала транзистор VT4 закрыт, а конденсатор C6 заряжен до полного напряжения питания. Этот конденсатор разряжается, как только транзистор VT4 открывается. В линии пикапа транзистор VT7 периодически открывается триггером Шмитта, образованным транзисторами VT5 и VT6. Он, в свою очередь, передает импульсы тактового напряжения в линию подхвата. Триггерные транзисторы сдвигового регистра VT8, VT10, VT12, VT14 используются в сдвиговых регистрах. При первом срабатывании регистра начинает работать диод VD2.

На рис. 1 показаны диаграммы напряжений на коллекторах транзисторов и формы импульсов канала на эмиттерах транзисторов VT9, VT11, VT13 и VT15. 10. По сравнению с транзисторными регистрами, применяемыми некоторыми зарубежными фирмами, сдвиговый регистр на транзисторах различной структуры достаточно прост и конкурентоспособен. Дешифратор должен быть построен на транзисторах, коэффициент которых больше 50.

Рис. 10. Эпюры напряженна в дешифраторе

Настройка декодера не представляет сложности. Сначала подбирают резистор R3 таким образом, чтобы напряжение коллектора транзистора VT1 составляло 1,5-2,5 В. Сопротивление резистора варьируется в пределах 430-820 кОм.

Последним, но не менее важным, является электронное рулевое управление. В системе используются рулевые механизмы “Varioprop”. Электронный блок рулевого управления схематично показан на рис. 11. Назначение блока, вместе с двигателем рулевого колеса, заключается в преобразовании длительности импульсов, поступающих с декодера, в механическое отклонение рычага рулевого управления, пропорциональное длительности импульса канала, которое, в свою очередь, пропорционально отклонению рычага командного датчика. Запуская генератор по фронту положительного импульса, единый генератор, собранный на транзисторах VT1 и VT2, формирует импульс отрицательной полярности. Для сравнения все импульсы, положительный и отрицательный импульсы одиночного осциллятора, подаются в точку А через резисторы R13 и R14.

Рис. 11. Схема электронного блока рулевой машинки

Когда одноосциллятор включен, а рычаг рулевого колеса находится в нейтральном положении, в точку А с коллектора транзистора VT2 подается отрицательный импульс длительностью 1,5 мс. Длительность импульса одноосциллятора регулируется переменным резистором R2, движок которого закреплен на выходном валу рулевого колеса. Благодаря сравнению формируются короткие импульсы, полярность которых зависит от перемещения рычага командоаппарата из нейтрального положения. При одинаковой длительности импульсов усилитель постоянного тока, поддерживающий рулевой механизм, не получает сигнала, поэтому вращения вала электродвигателя рулевого механизма не происходит.

Рассмотрим случай, когда импульсы одноосциллятора уже импульсов канала. Чем меньше разница между длительностями сравниваемых импульсов, тем быстрее мы получим положительные импульсы. На транзисторе VT4 положительные импульсы открывают ключ транзистора, позволяя интегрирующему конденсатору С6 зарядиться отрицательным напряжением относительно источника питания, которое поступает на усилители постоянного тока, транзисторы VT6, и VT8. При включении электродвигателя с Ml вал руля и движок переменного резистора R2 будут перемещаться по цепи вниз через понижающий редуктор. Длительность положительного импульса генератора увеличивается, и когда она сравняется с длительностью импульса канала, напряжение в точке А становится равным нулю. При закрытии VT4 конденсатор С6 разряжается до половины напряжения питания, транзисторы VT6 и VT8 закрываются, и двигатель останавливается.

В системе, содержащей интегрирующие звенья (конденсатор C6 и двигатель рулевого колеса), существует инерция. Поэтому двигатель должен быть отключен немного раньше, чем сравниваемые импульсы станут одинаковыми. Благодаря использованию отрицательной обратной связи это предотвращает механические колебания рулевого механизма. Напряжение положительной обратной связи с выхода усилителя руля подается на вход одноосциллятора через резисторы R6 и R8.

Отрицательные импульсы возникают, когда импульс вибратора длится дольше, чем импульс канала в точке А. Транзистор VT3 включается, конденсатор С6 заряжается положительно относительно передней точки источника питания, транзисторы VT5 и VT7 включаются, и двигатель вращается в обратном направлении, перемещая переменный резистор R2 вверх по цепи. Когда импульс входного канала сравняется по длительности с импульсом одноосцилляторного генератора, вал рулевого колеса перестает вращаться.

Резистор R12 и конденсатор С1 образуют фильтр в цепи питания вибратора, который необходим для развязки цепи питания от вибратора, так как во время работы рулевых механизмов колебания тока, а значит и напряжения питания, значительны. Это вызывает изменение параметров импульсов вибратора и изменяет пропорциональное отклонение рычага передатчика в рулевом механизме.

В отличие от аналоговых устройств, описанное здесь электронное устройство имеет то преимущество, что оконечный усилитель работает в режиме открытого или закрытого ключа. В зависимости от амплитуды интегрированного пилообразного напряжения усилитель находится в закрытом или открытом состоянии в течение более короткого или более длительного периода времени. После того как разница между длительностью импульсов канала и одноосциллятора начинает приближаться к нулю, амплитуда пилообразного напряжения становится минимальной. Когда на двигатель подается импульс короткой длительности, он замедляется и приводит руль в нужное положение.

Этот принцип широко используется для создания аппаратуры пропорционального управления. Схемные решения отличаются большим разнообразием, например, способ запуска одноосциллятора, включение переменного резистора в механическую обратную связь, изменение полярности или усиления импульса входного канала, замена усилителя на транзисторах VT5, VT6 на триггер Шмитта и т.д.

На отдельной печатной плате расположено электронное рулевое колесо. Эта плата содержит все элементы, кроме переменного резистора R2 и электродвигателя M1. Сейчас мы рассмотрим, как устроен электронный блок рулевого колеса. Подбором резисторов R1 и R3 устанавливается максимальный поворот руля. Управляющие сигналы преобразователя удобны. Подключите вход электронного блока к декодеру. С помощью гибких проводов подключают выводы от переменного резистора R2 и электродвигателя к плате. Питание включено, но средний вывод батареи оставлен незадействованным. Рычаг рулевого колеса установлен в нейтральное положение. Замените R4 переменным резистором сопротивлением 47к0м. Наблюдайте за диаграммами напряжения в отдельных точках осциллографа. Они должны соответствовать рис. 12.

Рис. 12. Эпюры напряжений в одновибраторе.

Подключите измеритель формы сигнала напряжения к A и наблюдайте его с помощью осциллографа. 13,a-d. Из декодера должны поступать импульсы, соответствующие нейтральному положению. Длительность этих импульсов составляет 1,5 мс.

Рис. 13. Эпюры напряжений в точке А

Вместо R4 сделайте напряжение смещения на базе транзистора VT1 таким, чтобы форма сигнала в точке А соответствовала форме сигнала, показанной на рис. Рис.13,а или д. При выборе резисторов R13 или R14 следует учитывать, что пик напряжения наблюдается только в начале и конце импульса канала (рис.13,и). Измерив сопротивление переменного резистора, припаяйте к плате R4 с таким же сопротивлением. Далее подключите средний вывод батареи. При замене двигателя рулевого колеса он должен оставаться в нейтральном положении и равномерно вращаться. при перемещении рычага командоаппарата. При использовании p-p-p транзисторов в усилителях постоянного тока коэффициент передачи тока базы должен быть h21e>80.

М ОДЕЛЬ С ХОДОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Электродвигатель приводит в движение большинство двигателей в автомобилях и судах. Используя технологию пропорционального управления, мы теперь можем реверсивно регулировать скорость вращения валов электродвигателей, работающих в обоих направлениях. Плавное управление скоростью движения позволяет модели бежать без ошибок даже по сложным трассам.

Рассмотрим один из вариантов пропорционального управления скоростью вращения ходового двигателя. В этом необычном механизме электронный блок преобразует длительность канальных импульсов в скорость вращения вала ходового двигателя и обеспечивает обратное вращение. Для управления таким блоком можно использовать различные пропорциональные многоканальные системы радиоуправления, которые имеют длительность канальных импульсов от 1*0,5 до 2*0,5 мс. В импульсах канала должен быть диапазон амплитуд 4-9 В.

На рисунке 1 показана принципиальная схема блока управления скоростью вращения двигателя. 1. С помощью этого блока можно управлять двигателями с потребляемым током от 0,2 до 10 А. Несмотря на надежность в работе, особенностью блока является отсутствие обратной связи.

width=710>
Рисунок не помещается на странице и поэтому сжат!
Для того, чтобы просмотреть его полностью, щелкните здесь.

Поскольку декодер обеспечивает канал блока импульсами положительной полярности, на него поступают импульсы положительной полярности. Из этих импульсов, после дифференцирования конденсатором С3, на транзисторах VT1, VT2 формируется фронт. На коллекторе транзистора VT2 (точка с) формируются импульсы отрицательной полярности калиброванной длительности. На рис. показаны диаграммы напряжений в различных точках блока. 2. Питание блока 6 В, а питание двигателя 12 В. При изменении длительности импульса канала в процессе управления он изменяется на 0,2 мс.

Рис. 2. Эпюры напряжений.

Импульс входного канала p и импульс одноосциллятора на d складываются. Пройдя через конденсатор С5, результирующий импульс откроет транзистор VT4 интегрирующего каскада и изменит напряжение на базе транзистора VT6. VT6 и VT7 выполняют роль мультивибраторов. Транзистор VT6 можно перевести в другой режим, в результате чего частота и интервалы генерируемых импульсов будут различными. Как только d становится отрицательным, на транзисторе VT3 и транзисторе VT4 происходит каскад, инвертирующий импульс в точке d и открывающий транзистор VT4.

Транзисторы усилителя мощности VT8, VT9 принимают прямоугольные импульсы, поступающие от мультивибратора. В коллекторной цепи транзистора VT9 находится работающий двигатель, частота вращения вала которого зависит от частоты импульсов и рабочего цикла. Поскольку выходной транзистор усилителя работает в ключевом режиме, потери незначительны. Если импульс канала и импульс одноосциллятора имеют равные амплитуды, то двигатель остановится. Этот график показывает, что хотя двигатель не полностью обесточен, его мощность не превышает доли ватта.

Неизбежно изменение направления вращения вала двигателя (реверс), если суммарные импульсы в точке r станут отрицательными. Контакты реле KZ срабатывают после срабатывания промежуточного реле К1, которое подключено к транзистору VT10. Когда на базе транзистора VT5 появляются положительные импульсы, интегрирующий конденсатор поддерживает напряжение на его базе постоянным. Конденсатор С9 сглаживает напряжение на транзисторе VT10 и предотвращает дребезг контактов реле.

На рисунке 3 показан вариант электрической схемы электродвигателя ходового колеса с постоянным магнитом.

Настройте прибор с помощью осциллографа. Процесс начинается с блока управления. Убедитесь, что соотношение между временем паузы и временем выходного импульса мультивибратора изменяется при изменении ширины импульса входного канала. Выходной транзистор должен быть полностью открыт. Вольтметр подключен между эмиттером и коллектором транзистора VT9. Показания должны быть близки к нулю при максимальном напряжении двигателя. Если транзистор VT9 полностью открыт, его необходимо заменить другим транзистором с более высоким коэффициентом h21e, или транзисторы VT6-VT8 должны быть заменены другим транзистором с более высоким коэффициентом h21e.

После этого К1 должен работать правильно. Первоначально попробуйте транзисторы VT5 и VT10 с большими значениями h21э. Кроме того, проверьте номиналы резисторов на их основаниях, если он не работает при минимальном напряжении на двигателе. Можно выбрать R25 сопротивлением 300 Ом или R26 390 Ом, если ток нагрузки двигателя до 4А; VT8 – из серии MP16, VT9 – из серии P214-P217, P4. Если для управления мощными электродвигателями используются два транзистора VT9 вместо одного, то их соединяют параллельно и устанавливают на теплоотводы, что повышает надежность устройства.

Источник: М. Е. Васильченко, А. В. Дьяков. “Телемеханика для радиолюбителей”. Радио и связь. 1986г.

АППАРАТУРА ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Просмотров сегодня: 14323, всего: 14323