Управление радиомоделью при помощи компьютера

Управление радиомоделью при помощи компьютера Конструкторы

Радиосхемы. – принципы построения систем радиоуправления

категория

материалы в категории

В данной главе рассматриваются общие принципы построения систем дистанционного управления моделями. Автор знакомит читателя со способами кодирования и передачи команд, их восстановления «на борту», исполнительными устройствами.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Моделист получает информацию о параметрах движения модели, как правило, за счет визуального наблюдения. На основе анализа этой информации принимается решение о требуемом наборе команд, подлежащих передаче. Ввод команд осуществляется с помощью соответствующих датчиков, входящих в состав пульта управления.

При дистанционном управлении моделями возникает необходимость в передаче на их борт команд двух типов. Во-первых, это разовые команды, предназначенные для включения или выключения различных исполнительных устройств (ИУ). Такие команды называют дискретными; соответствующая им аппаратура используются в простейших моделях или как составная часть в более сложных.

Датчиком обычно служит кнопка, нажатие которой инициирует передачу команды. Разделение каналов передачи дискретных команд реализуется посредством выбора для каждого из них различных модулирующих частот либо применением импульсно-цифрового кодирования.

Второй тип команд предполагает возможность плавного изменения какого-либо параметра движения модели пропорционально углу отклонения соответствующего органа управления на пульте . передатчика, обеспечивая большую степень подобия управляемой модели ее реальному прототипу. Для передачи таких команд служит аппаратура пропорционального управления.

Набор команд, подлежащих передаче на борт модели, зависит от типа модели и от конкретной текущей ситуации в процессе управления, при этом необходимо обеспечить однозначную идентификацию команд на приемной стороне.

Очевидно, каждая команда должна иметь какой-либо признак, отличающий ее от остальных. Кроме того, команды, вводимые с помощью датчиков, должны представлять собой электрические сигналы. Для решения этих двух задач служит шифратор (кодирующее устройство). Получаемая на его выходе электрическая величина (ток или напряжение) называется командным сигналом. При одновременной передаче нескольких команд шифратор должен обеспечивать еще и уплотнение передаваемой информации. Подробнее эта процедура будет рассмотрена в разделе 1.2.2 настоящей кнйги.

Последнее устройство, входящее в состав пульта управления, называется передатчиком команд. Он предназначен для преобразования командного сигнала в вид, удобный для его дистанционной передачи на управляемую модель. Передатчик, среду распространения сигнала и приемник, находящийся на борту управляемой модели, принято называть каналом связи. В зависимости от среды распространения и используемых сигналов, каналы связи подразделяются на группы:

Все они, за исключением проводных, будут рассмотрены в этой книге.

Приемник обычно выполняет три функции:

  • во-первых, обеспечивает выделение полезного сигнала на фоне множества посторонних, как правило, присутствующих в среде распространения;
  • во-вторых, сигнал в среде распространения существенно затухает, и требуется его усиление, часто весьма значительное;
  • в-третьих, в приемнике производится преобразование принятого сигнала опять в командный, аналогичный тому, который имел место на выходе шифратора.

Декодирующее устройство, на основе отличительных признаков принятого командного сигнала, направляет его в соответствующее исполнительное устройство. В качестве такового, в случае передачи дискретной команды, выступают электромеханические и электронные реле. При пропорциональном управлении это регуляторы хода или рулевые машинки, назначение и устройство которых подробно описано в главе 4. Максимальное количество исполнительных устройств, устанавливаемых на одну модель, обычно не превышает 8—10.

В заключение отмечу, что весьма заманчиво установить на управляемую модель миниатюрную телекамеру с передатчиком. Такие устройства широко представлены в торговой сети в составе различных охранных систем. В этом случае управление производится по экрану монитора, что создает практически полную иллюзию нахождения внутри управляемой модели.

Способы кодирования и передачи команд

1) Дискретное управление

Как отмечалось выше, дискретная команда задается в простейшем случае нажатием кнопки на пульте управления, т. е. замыканием (или размыканием) какой-либо электрической цепи. Шифратор такого типа принято называть одноканальным. Несмотря на простоту, аналогичное устройство можно использовать и для кодирования нескольких различных команд. Каждой команде (каналу) при этом соответствует различное количество нажатий кнопки за определенный фиксированный промежуток времени. Командный сигнал, в этом случае, представляет совокупность нескольких импульсов.

В декодирующем устройстве решение о значении принятой команды принимается по результатам подсчета количества импульсов за этот фиксированный промежуток. Долгое время такой принцип кодирования был основным в арсенале моделистов, разрабатывались даже устройства пропорционального управления, но последние были крайне неудобны в использовании.

Следующим этапом развития многоканальной аппаратуры стало применение частотного кодирования. Различным командам при этом соответствуют кнопки с различными номерами (названиями). Вырабатываемый шифратором командный сигнал для каждого из каналов представляет собой низкочастотное колебание определенной частоты.

Дешифратор на приемной стороне представляет собой набор узкополосных фильтров, настроенных на соответствующие

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Как видно из рисунка, граница между разрядами, содержащими нули, просто индицируется тактовым импульсом, а граница между соседними единицами— специальными врезками, представляющими инверсии тактовых импульсов. В главе 5 будет показано, что из модифицированного командного сигнала при помощи простых схемотехнических решений можно легко восстановить тактовые импульсы, необходимые для правильной дешифрации команды.

В качестве дешифраторов кодово-мпульсных команд используются стандартные микросхемы цифровых дешифраторов.

2) Пропорциональное управление

Параметры, подлежащие регулировке

При использовании пропорционального управления моделью регулировке подлежат следующие параметры:

Принцип формирования команд управления здесь одинаков, однако исполнительные устройства существенно отличаются друг от друга. В первом случае такое устройство называется регулятором хода и, как правило, должно обеспечивать только плавное изменение величины и полярности напряжения, питающего двигатель. Во втором случае применяются рулевые машинки, двигатели которых работают кратковременно (только в период установки рулевого устройства в новое положение), обеспечивая пропорциональную зависимость между текущими положениями ручки управления на пульте передатчика и углом поворота рулевого устройства.

Днищенко В. А.  500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями.  СПб.: Наука и техника, 2007. — 464 е.: ил.

Самодельная многоканальная аппаратура радиоуправления

Предисловие.

На фотографиях в этой статье будет немного (много) «колхоза».

Мне понадобилось:

  1. Три микроконтроллера Arduino Nano
  2. Два радиомодуля NRF24l01 с усилителем и внешней антенной
  3. Три односторонние печатные платы 50х70мм
  4. Четыре потенциометра на 10кОм
  5. Четыре ручки для них
  6. Около 22 тактовых кнопок
  7. Четыре тумблера ON-OFF-ON
  8. Два двухосевых джойстика (лучше использовать не для геймпадов)
  9. И пины-соединители
  10. Стабилизаторы питания LM1117-3.3, или аналоги, и другие радиодетали
  11. Всякая мелочёвка: провода, паяльные принадлежности, клеи, скотчи и др.

->>> Arduino Nano на Паркфлаере
Процесс изготовления.

Начну с изготовления

приёмника

. Отрезал два куска по 15 пинов «мама», подключил на них Ардуино. На пины А0-А7 и D2-D8 включительно припаял тройной разъём «папа», где один ряд – сигнальный с Ардуино (отдельный с каждого пина на Дуине), средний – 5В в параллель, крайний, который ближе к названию пина на Ардуино – земля (GND) в параллель.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

На пины D9-D13 включительно припаял радиомодуль по схеме, но питание впаял в стабилизатор напряжения, на выходе которого электролитический конденсатор 16В 100мкФ и керамический на 100нФ. На вход стабилизатора повесил керамический конденсатор 100нФ (пусть будет). Вход стабилизатора припаял к пину 5В (питаться приёмник будет от регуля напряжением 5В; его надо будет подключить на пин мотора).

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Приклеил радиомодуль к пинам и Ардуино на суперклей с пищевой содой, использованной в качестве отвердителя. Потом я всё залил горячими соплями (термоклеем) для надёжности.

Обратите внимание: пины D0 и D1 (RX и TX) свободны, на них я не паял пины для подключения электроники авиамодели (хотя туда можно подключать электронику). Сделал я это для того, чтобы можно было в далбнейшем подключить вторую Ардуину по Serial для увеличения количества пинов и расширения функционала.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Теперь принимаюсь за

передающую часть

. Сначала надо было модифицировать джойстик газа, чтоб он был с фиксацией. Для этого я сначала его разобрал и надфилем подточил с двух противоположных краёв стик (он лежит по центру), который скользит по подпружиненной плошадке. Далее собрал его обратно.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Потом изготовил пульт (корпус передатчика) из нескольких линеек по 20см. Начал с лицевой части. Супеклеем склеил 6 линеек торцами воедино, чтобы получилась досочка (можно было использовать фанеру, но у меня её не было). Просверлил по кругу несколько отверстий, выковырял центральную часть кусачками-бокорезами и канцелярским ножом, выровнял отверстия полукруглым надфилем. Укрепил швы суперклеем с содой в нескольких местах каждый.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Просверлил отверстия для потенциометров и тумблеров, вкрутил всё это на свои места и изнутри залил термоклеем. Заранее припаял к тумблерам и потенциометрам провода с термоусадкой и пинами «мама». Установил стойки для джойстиков (припаял к ним провода тоже заранее) и выпилил прямоугольник для кнопочной площадки (она с общей землёй), устанавливал её с помощью горячих соплей.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Прикрепил боковые стенки и днище на термоклей:

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Далее спаял на макетной плате конструкцию, напоминающую приёмник, но с шлейфом проводов « 5В–TX–RX–GND» и выходом с пинами для подключения радиомодуля всё по той же схеме. Думал, что буду питать МК через повышающий до 7-8В модуль (бустер) от одного Li-Ion аккумулятора (3-4,2В), но потом увидите, чем я его заменил.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Спаял на третьей макетной плате конструкцию с 20 выходами (радиомодуль на эту Дуину не надо будет вешать, поэтому пины D9-D13 включительно освобождаются), шлейфом « 5В–RX–TX–GND» (!!!соединять Ардуины друг с другом надо так: TX одной идёт в RX другой, и наоборот; 5В и GND просто для питания) и штекером для питания, в параллель которому припаян керамический конденсатор на 100нФ (чтобы сглаживать скачки напряжения от бустера).

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Припаял к кнопочной площадке множество проводков, на каждую кнопку по одному, которые пойдут на сигнальные пины Ардуино; общий минус можно втыкать на любой крайний контакт. К светодиодам тоже припаял проводок на «плюс» со штекером «мама», «минус» соединён с общей шиной «минус».

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Сделал из 2см пеноплекса боковые стенки и верхушку, обрезав углы ножом и обточив наждачкой. Присоединил боковые куски на двусторонний скотч, в верхушке сделал отверстие для антенны и радиомодуля. Приклеил верхушку на термоклей к остальному корпусу.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Чтоб было более красиво, наклеил на эту дырень кусок белого тонкого пластика на двусторонний скотч с отверстием для антенны.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Нанёс визит к моему другану, рассказал ему о том, что я делаю, и он отдал мне старый пульт от сломанного вертолётика на радио со словами: «На, пригодится». И вправду, мне пригодились антенна (вертолётик был 2,4ГГц) и джойстики, причём газ уже был с фиксацией. Установил джойстики вместо тех с Алиэкспресса, на приёмник припаял отданную антенну (просто она была более длинной, т.к. там был 5см кусок коаксиального провода, который очень хорошо гнулся). На пульт нанёс надписи рядом с джойстиками, тумблерами, потенциометрами и кнопками.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Для питания использую холдер последовательного соединения для аккумуляторов формата 18650 с Li-Ion аккумуляторами. На холдер приклеил сложенный вдвое липкой стороной внутрь скотч для лёгкого вынимания аккумов, сам холдер держится за липучку, приклеенную на самого него и на корпус передатчика.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Далее приступил к

написанию прошивки для аппаратуры

в Arduino IDE. Писал три файла .ino: «Transmitter_1» для дуины с кнопками и светодиодами, «Transmitter_2» для дуины с радиомодулем, джойстиками, тумблерами и потенциометрами, «Receiver» для приёмника. В скетчах очень много комментариев для того, чтобы можно было разобраться что где происходит.

Разберём сначала код в файле «Transmitter_1». Для упрощения обработки нажатий на кнопки (или переключения тумблеров) я написал функцию, в параметр которой вписывается пин, с которого надо считывать сигнал, и которая возвращает 0 или 1 (можно было использовать тип данных boolean (8 бит), но потом могут возникнуть проблемы с передачей по Serial, поэтому выбрал byte (8 бит)):

byte bt(int pin){ //тип данных возвращаемого значения byte
pinMode(pin, INPUT_PULLUP);
boolean bt_state = !digitalRead(pin);
if(bt_state == 1){
return 1;
}else{
return 0;
}
}

Для простого зажигания зелёного светодиода написал эту функцию:

void ledon(){
pinMode(3, OUTPUT); //устанавливаем пин 3 как выход
digitalWrite(3, HIGH); //зажигаем
delay(150); //ждём
digitalWrite(3, LOW); //гасим
delay(200); //ждём
}

Эта функция ничего не возвращает, поэтому прописываем «void». Остальной код элементарный и ничего примечательного в нём нет.

Переходим к разбору кода файла «Transmitter_2». В нём используется библиотека «EEPROM» для запоминания значений триммеров. В функции bt() из кода «Transmitter_1» я изменил только тип возвращаемого значения с byte на boolean. Для перевода значений с потенциометров и джойстиков написана функция toservo(), которая принимает пин потенциометра, нижнее значение с потенциометра, верхнее значение с него же и диапазон возвращаемых значений. Функция возвращает значения типа byte.

byte toservo(int potpin, int low, int high, int range){
int lowr = (180 – range) / 2;
int highr = 180 – ((180 – range) / 2);
returnmap(analogRead(potpin), low, high, lowr, highr);
}

Для регулировки яркости всяческой подсветки и иллюминации написана функция toaw(), которая принимает в параметрах пин потенциометра, с которого надо считывать сигнал. Возвращает значения типа byte в диапазоне 0-255. Далее на приёмнике активируется функция analogWrite(), которая создаёт ШИМ на заданном пине.

byte toaw(int potpin2){
returnmap(analogRead(potpin2), 0, 1023, 0, 255);
}

Настройки радиомодуля с помощью библиотек «nRF24l01» и «RF24» спёрты у AlexGyver’а.

Настал черёд приёмника. В его коде ничего примечательного нет, кроме функции биндинга. Если тумблер 4 находится наверху (причём передатчик включен заранее) и включается приёмник, приходит сигнал состояния тумблера 4 и запускается функция биндинга:

Смотрите про коптеры:  Шифратор и дешифратор для радиоканала охранной сигнализации

boolean motor_flag = 0; //флаг биндинга регуля, по умолчанию опущен

if(recieved_data[8] == 1 && motor_flag == 0){ //если тумблер 4 поднят и флаг мотора опущен
bind(); //начать биндинг
}

void bind(){
//функция ничего не принимает и ничего не возвращает
servo_0.writeMicroseconds(2300);
delay(3000);
servo_0.writeMicroseconds(800);
delay(5000);
motor_flag = 1; //поднимаем флаг
}

Небольшой туториал:

  1. Если первый тумблер находится в верху, двигатель отключен. Если он находится в центральном положении, двигатель управляется потенциометром № 3. Если же он находится внизу, двигатель управляется левым (№ 1) джойстиком по вертикальной (Y) оси.
  2. Если третий тумблер находится вверху, выпускаются шасси и зажигаются посадочные огни. Если он внизу, то только выпускаются шасси.
  3. Для биндинга после включения передатчика надо перевести тумблер № 4 в верхнее положение, включить приёмник, подождать 8 секунд.
  4. Для регулировки яркости посадочных огней надо включить их третьим тумблером, поворачивать второй потенциометр.
  5. Для регулировки яркости иллюминации включить её четвёртым тумблером, поворачивать четвёртый потенциометр.
  6. Для регулировки угла выпуска закрылков, включить их с помощью второго тумблера, поворачивать первый потенциометр.
  7. Для триммировки использовать соответствующие кнопки на кнопочной площадке.
  8. Для сброса триммера определённой оси надо зажать кнопку «сброс триммеров», нажать любую из двух кнопок оси, триммер которой надо сбросить.
  9. Для выбора чувствительности зажать кнопку «чувствительность», нажать кнопку (0/1/2/3) желаемой чувствительности, где: 0 – самый лучший отклик, 3 – самый слабый отклик.

Результат:

Получилась многоканальная (до 32 аналоговых (или цифровых, как сами пожелаете)) аппаратура радиоуправления с несколькими «плюшками» на борту: есть триммеры осей управления (которые не сбрасываются при отключении и можно сбросить отдельно каждый), четыре (0/1/2/3) степени чувствительности (отклика), функция автоматического биндинга регулятора оборотов. В моём варианте аппы реализовано только 8 каналов, а это всего лишь ¼ всех возможных!!!

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Послесловие.
В дальнейших моих планах разработка прошивки с меню (придётся припаять проводки с термоусадкой на оставшиеся кнопки и подключить их на «Transmitter_1»), в котором можно будет настроить диапазон поворота сервопривода определенного канала, фейлсейф (приведение всех каналов в заданное заранее положение при потере сигнала), оповещение о разрядке аккумулятора на модели и др.

Прошивки лежат в архиве на Гугл Диске.
Распиновка (чё куда подключать) для версии прошивки 1.1 в виде таблицы лежит здесь.

О дальности сигнала есть видео у AlexGyver’a (включайте видео на 13 минут 29 секунд, именно в этом месте начинается “тест”):

Испытание самодельной аппаратуры радиоуправления*. #1:
*качалки было лень ставить

Испытание самодельной аппаратуры радиоуправления. #2:

Выражаю благодарность в содействии созданию этого устройства:

Родным за терпение,

Александру Майорову (AlexGyver’у) за предоставленные в описаниях к видео скетчи,

Ивану Хмелевскому за то, что выслушивал, когда я ему поведывал о каждом новом этапе создания аппы.

Всем, кто прочитал данную статью, огромное СПАСИБО!

P.S. Будут вопросы, пишите в комментариях к статье))

§

Предисловие.

На фотографиях в этой статье будет немного (много) «колхоза».

Мне понадобилось:

  1. Три микроконтроллера Arduino Nano
  2. Два радиомодуля NRF24l01 с усилителем и внешней антенной
  3. Три односторонние печатные платы 50х70мм
  4. Четыре потенциометра на 10кОм
  5. Четыре ручки для них
  6. Около 22 тактовых кнопок
  7. Четыре тумблера ON-OFF-ON
  8. Два двухосевых джойстика (лучше использовать не для геймпадов)
  9. И пины-соединители
  10. Стабилизаторы питания LM1117-3.3, или аналоги, и другие радиодетали
  11. Всякая мелочёвка: провода, паяльные принадлежности, клеи, скотчи и др.

->>> Arduino Nano на Паркфлаере
Процесс изготовления.

Начну с изготовления

приёмника

. Отрезал два куска по 15 пинов «мама», подключил на них Ардуино. На пины А0-А7 и D2-D8 включительно припаял тройной разъём «папа», где один ряд – сигнальный с Ардуино (отдельный с каждого пина на Дуине), средний – 5В в параллель, крайний, который ближе к названию пина на Ардуино – земля (GND) в параллель.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

На пины D9-D13 включительно припаял радиомодуль по схеме, но питание впаял в стабилизатор напряжения, на выходе которого электролитический конденсатор 16В 100мкФ и керамический на 100нФ. На вход стабилизатора повесил керамический конденсатор 100нФ (пусть будет). Вход стабилизатора припаял к пину 5В (питаться приёмник будет от регуля напряжением 5В; его надо будет подключить на пин мотора).

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Приклеил радиомодуль к пинам и Ардуино на суперклей с пищевой содой, использованной в качестве отвердителя. Потом я всё залил горячими соплями (термоклеем) для надёжности.

Обратите внимание: пины D0 и D1 (RX и TX) свободны, на них я не паял пины для подключения электроники авиамодели (хотя туда можно подключать электронику). Сделал я это для того, чтобы можно было в далбнейшем подключить вторую Ардуину по Serial для увеличения количества пинов и расширения функционала.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Теперь принимаюсь за

передающую часть

. Сначала надо было модифицировать джойстик газа, чтоб он был с фиксацией. Для этого я сначала его разобрал и надфилем подточил с двух противоположных краёв стик (он лежит по центру), который скользит по подпружиненной плошадке. Далее собрал его обратно.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Потом изготовил пульт (корпус передатчика) из нескольких линеек по 20см. Начал с лицевой части. Супеклеем склеил 6 линеек торцами воедино, чтобы получилась досочка (можно было использовать фанеру, но у меня её не было). Просверлил по кругу несколько отверстий, выковырял центральную часть кусачками-бокорезами и канцелярским ножом, выровнял отверстия полукруглым надфилем. Укрепил швы суперклеем с содой в нескольких местах каждый.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Просверлил отверстия для потенциометров и тумблеров, вкрутил всё это на свои места и изнутри залил термоклеем. Заранее припаял к тумблерам и потенциометрам провода с термоусадкой и пинами «мама». Установил стойки для джойстиков (припаял к ним провода тоже заранее) и выпилил прямоугольник для кнопочной площадки (она с общей землёй), устанавливал её с помощью горячих соплей.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Прикрепил боковые стенки и днище на термоклей:

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Далее спаял на макетной плате конструкцию, напоминающую приёмник, но с шлейфом проводов « 5В–TX–RX–GND» и выходом с пинами для подключения радиомодуля всё по той же схеме. Думал, что буду питать МК через повышающий до 7-8В модуль (бустер) от одного Li-Ion аккумулятора (3-4,2В), но потом увидите, чем я его заменил.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Спаял на третьей макетной плате конструкцию с 20 выходами (радиомодуль на эту Дуину не надо будет вешать, поэтому пины D9-D13 включительно освобождаются), шлейфом « 5В–RX–TX–GND» (!!!соединять Ардуины друг с другом надо так: TX одной идёт в RX другой, и наоборот; 5В и GND просто для питания) и штекером для питания, в параллель которому припаян керамический конденсатор на 100нФ (чтобы сглаживать скачки напряжения от бустера).

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Припаял к кнопочной площадке множество проводков, на каждую кнопку по одному, которые пойдут на сигнальные пины Ардуино; общий минус можно втыкать на любой крайний контакт. К светодиодам тоже припаял проводок на «плюс» со штекером «мама», «минус» соединён с общей шиной «минус».

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Сделал из 2см пеноплекса боковые стенки и верхушку, обрезав углы ножом и обточив наждачкой. Присоединил боковые куски на двусторонний скотч, в верхушке сделал отверстие для антенны и радиомодуля. Приклеил верхушку на термоклей к остальному корпусу.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Чтоб было более красиво, наклеил на эту дырень кусок белого тонкого пластика на двусторонний скотч с отверстием для антенны.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Нанёс визит к моему другану, рассказал ему о том, что я делаю, и он отдал мне старый пульт от сломанного вертолётика на радио со словами: «На, пригодится». И вправду, мне пригодились антенна (вертолётик был 2,4ГГц) и джойстики, причём газ уже был с фиксацией. Установил джойстики вместо тех с Алиэкспресса, на приёмник припаял отданную антенну (просто она была более длинной, т.к. там был 5см кусок коаксиального провода, который очень хорошо гнулся). На пульт нанёс надписи рядом с джойстиками, тумблерами, потенциометрами и кнопками.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Для питания использую холдер последовательного соединения для аккумуляторов формата 18650 с Li-Ion аккумуляторами. На холдер приклеил сложенный вдвое липкой стороной внутрь скотч для лёгкого вынимания аккумов, сам холдер держится за липучку, приклеенную на самого него и на корпус передатчика.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Далее приступил к

написанию прошивки для аппаратуры

в Arduino IDE. Писал три файла .ino: «Transmitter_1» для дуины с кнопками и светодиодами, «Transmitter_2» для дуины с радиомодулем, джойстиками, тумблерами и потенциометрами, «Receiver» для приёмника. В скетчах очень много комментариев для того, чтобы можно было разобраться что где происходит.

Разберём сначала код в файле «Transmitter_1». Для упрощения обработки нажатий на кнопки (или переключения тумблеров) я написал функцию, в параметр которой вписывается пин, с которого надо считывать сигнал, и которая возвращает 0 или 1 (можно было использовать тип данных boolean (8 бит), но потом могут возникнуть проблемы с передачей по Serial, поэтому выбрал byte (8 бит)):

byte bt(int pin){ //тип данных возвращаемого значения byte
pinMode(pin, INPUT_PULLUP);
boolean bt_state = !digitalRead(pin);
if(bt_state == 1){
return 1;
}else{
return 0;
}
}

Для простого зажигания зелёного светодиода написал эту функцию:

void ledon(){
pinMode(3, OUTPUT); //устанавливаем пин 3 как выход
digitalWrite(3, HIGH); //зажигаем
delay(150); //ждём
digitalWrite(3, LOW); //гасим
delay(200); //ждём
}

Эта функция ничего не возвращает, поэтому прописываем «void». Остальной код элементарный и ничего примечательного в нём нет.

Переходим к разбору кода файла «Transmitter_2». В нём используется библиотека «EEPROM» для запоминания значений триммеров. В функции bt() из кода «Transmitter_1» я изменил только тип возвращаемого значения с byte на boolean. Для перевода значений с потенциометров и джойстиков написана функция toservo(), которая принимает пин потенциометра, нижнее значение с потенциометра, верхнее значение с него же и диапазон возвращаемых значений. Функция возвращает значения типа byte.

byte toservo(int potpin, int low, int high, int range){
int lowr = (180 – range) / 2;
int highr = 180 – ((180 – range) / 2);
returnmap(analogRead(potpin), low, high, lowr, highr);
}

Для регулировки яркости всяческой подсветки и иллюминации написана функция toaw(), которая принимает в параметрах пин потенциометра, с которого надо считывать сигнал. Возвращает значения типа byte в диапазоне 0-255. Далее на приёмнике активируется функция analogWrite(), которая создаёт ШИМ на заданном пине.

byte toaw(int potpin2){
returnmap(analogRead(potpin2), 0, 1023, 0, 255);
}

Настройки радиомодуля с помощью библиотек «nRF24l01» и «RF24» спёрты у AlexGyver’а.

Настал черёд приёмника. В его коде ничего примечательного нет, кроме функции биндинга. Если тумблер 4 находится наверху (причём передатчик включен заранее) и включается приёмник, приходит сигнал состояния тумблера 4 и запускается функция биндинга:

boolean motor_flag = 0; //флаг биндинга регуля, по умолчанию опущен

if(recieved_data[8] == 1 && motor_flag == 0){ //если тумблер 4 поднят и флаг мотора опущен
bind(); //начать биндинг
}

void bind(){
//функция ничего не принимает и ничего не возвращает
servo_0.writeMicroseconds(2300);
delay(3000);
servo_0.writeMicroseconds(800);
delay(5000);
motor_flag = 1; //поднимаем флаг
}

Небольшой туториал:

  1. Если первый тумблер находится в верху, двигатель отключен. Если он находится в центральном положении, двигатель управляется потенциометром № 3. Если же он находится внизу, двигатель управляется левым (№ 1) джойстиком по вертикальной (Y) оси.
  2. Если третий тумблер находится вверху, выпускаются шасси и зажигаются посадочные огни. Если он внизу, то только выпускаются шасси.
  3. Для биндинга после включения передатчика надо перевести тумблер № 4 в верхнее положение, включить приёмник, подождать 8 секунд.
  4. Для регулировки яркости посадочных огней надо включить их третьим тумблером, поворачивать второй потенциометр.
  5. Для регулировки яркости иллюминации включить её четвёртым тумблером, поворачивать четвёртый потенциометр.
  6. Для регулировки угла выпуска закрылков, включить их с помощью второго тумблера, поворачивать первый потенциометр.
  7. Для триммировки использовать соответствующие кнопки на кнопочной площадке.
  8. Для сброса триммера определённой оси надо зажать кнопку «сброс триммеров», нажать любую из двух кнопок оси, триммер которой надо сбросить.
  9. Для выбора чувствительности зажать кнопку «чувствительность», нажать кнопку (0/1/2/3) желаемой чувствительности, где: 0 – самый лучший отклик, 3 – самый слабый отклик.

Результат:

Получилась многоканальная (до 32 аналоговых (или цифровых, как сами пожелаете)) аппаратура радиоуправления с несколькими «плюшками» на борту: есть триммеры осей управления (которые не сбрасываются при отключении и можно сбросить отдельно каждый), четыре (0/1/2/3) степени чувствительности (отклика), функция автоматического биндинга регулятора оборотов. В моём варианте аппы реализовано только 8 каналов, а это всего лишь ¼ всех возможных!!!

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Послесловие.
В дальнейших моих планах разработка прошивки с меню (придётся припаять проводки с термоусадкой на оставшиеся кнопки и подключить их на «Transmitter_1»), в котором можно будет настроить диапазон поворота сервопривода определенного канала, фейлсейф (приведение всех каналов в заданное заранее положение при потере сигнала), оповещение о разрядке аккумулятора на модели и др.

Прошивки лежат в архиве на Гугл Диске.
Распиновка (чё куда подключать) для версии прошивки 1.1 в виде таблицы лежит здесь.

О дальности сигнала есть видео у AlexGyver’a (включайте видео на 13 минут 29 секунд, именно в этом месте начинается “тест”):

Испытание самодельной аппаратуры радиоуправления*. #1:
*качалки было лень ставить

Смотрите про коптеры:  Шлюз в системе умного дома

Испытание самодельной аппаратуры радиоуправления. #2:

Выражаю благодарность в содействии созданию этого устройства:

Родным за терпение,

Александру Майорову (AlexGyver’у) за предоставленные в описаниях к видео скетчи,

Ивану Хмелевскому за то, что выслушивал, когда я ему поведывал о каждом новом этапе создания аппы.

Всем, кто прочитал данную статью, огромное СПАСИБО!

P.S. Будут вопросы, пишите в комментариях к статье))

§

Предисловие.

На фотографиях в этой статье будет немного (много) «колхоза».

Мне понадобилось:

  1. Три микроконтроллера Arduino Nano
  2. Два радиомодуля NRF24l01 с усилителем и внешней антенной
  3. Три односторонние печатные платы 50х70мм
  4. Четыре потенциометра на 10кОм
  5. Четыре ручки для них
  6. Около 22 тактовых кнопок
  7. Четыре тумблера ON-OFF-ON
  8. Два двухосевых джойстика (лучше использовать не для геймпадов)
  9. И пины-соединители
  10. Стабилизаторы питания LM1117-3.3, или аналоги, и другие радиодетали
  11. Всякая мелочёвка: провода, паяльные принадлежности, клеи, скотчи и др.

->>> Arduino Nano на Паркфлаере
Процесс изготовления.

Начну с изготовления

приёмника

. Отрезал два куска по 15 пинов «мама», подключил на них Ардуино. На пины А0-А7 и D2-D8 включительно припаял тройной разъём «папа», где один ряд – сигнальный с Ардуино (отдельный с каждого пина на Дуине), средний – 5В в параллель, крайний, который ближе к названию пина на Ардуино – земля (GND) в параллель.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

На пины D9-D13 включительно припаял радиомодуль по схеме, но питание впаял в стабилизатор напряжения, на выходе которого электролитический конденсатор 16В 100мкФ и керамический на 100нФ. На вход стабилизатора повесил керамический конденсатор 100нФ (пусть будет). Вход стабилизатора припаял к пину 5В (питаться приёмник будет от регуля напряжением 5В; его надо будет подключить на пин мотора).

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Приклеил радиомодуль к пинам и Ардуино на суперклей с пищевой содой, использованной в качестве отвердителя. Потом я всё залил горячими соплями (термоклеем) для надёжности.

Обратите внимание: пины D0 и D1 (RX и TX) свободны, на них я не паял пины для подключения электроники авиамодели (хотя туда можно подключать электронику). Сделал я это для того, чтобы можно было в далбнейшем подключить вторую Ардуину по Serial для увеличения количества пинов и расширения функционала.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Теперь принимаюсь за

передающую часть

. Сначала надо было модифицировать джойстик газа, чтоб он был с фиксацией. Для этого я сначала его разобрал и надфилем подточил с двух противоположных краёв стик (он лежит по центру), который скользит по подпружиненной плошадке. Далее собрал его обратно.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Потом изготовил пульт (корпус передатчика) из нескольких линеек по 20см. Начал с лицевой части. Супеклеем склеил 6 линеек торцами воедино, чтобы получилась досочка (можно было использовать фанеру, но у меня её не было). Просверлил по кругу несколько отверстий, выковырял центральную часть кусачками-бокорезами и канцелярским ножом, выровнял отверстия полукруглым надфилем. Укрепил швы суперклеем с содой в нескольких местах каждый.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Просверлил отверстия для потенциометров и тумблеров, вкрутил всё это на свои места и изнутри залил термоклеем. Заранее припаял к тумблерам и потенциометрам провода с термоусадкой и пинами «мама». Установил стойки для джойстиков (припаял к ним провода тоже заранее) и выпилил прямоугольник для кнопочной площадки (она с общей землёй), устанавливал её с помощью горячих соплей.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Прикрепил боковые стенки и днище на термоклей:

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Далее спаял на макетной плате конструкцию, напоминающую приёмник, но с шлейфом проводов « 5В–TX–RX–GND» и выходом с пинами для подключения радиомодуля всё по той же схеме. Думал, что буду питать МК через повышающий до 7-8В модуль (бустер) от одного Li-Ion аккумулятора (3-4,2В), но потом увидите, чем я его заменил.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Спаял на третьей макетной плате конструкцию с 20 выходами (радиомодуль на эту Дуину не надо будет вешать, поэтому пины D9-D13 включительно освобождаются), шлейфом « 5В–RX–TX–GND» (!!!соединять Ардуины друг с другом надо так: TX одной идёт в RX другой, и наоборот; 5В и GND просто для питания) и штекером для питания, в параллель которому припаян керамический конденсатор на 100нФ (чтобы сглаживать скачки напряжения от бустера).

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Припаял к кнопочной площадке множество проводков, на каждую кнопку по одному, которые пойдут на сигнальные пины Ардуино; общий минус можно втыкать на любой крайний контакт. К светодиодам тоже припаял проводок на «плюс» со штекером «мама», «минус» соединён с общей шиной «минус».

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Сделал из 2см пеноплекса боковые стенки и верхушку, обрезав углы ножом и обточив наждачкой. Присоединил боковые куски на двусторонний скотч, в верхушке сделал отверстие для антенны и радиомодуля. Приклеил верхушку на термоклей к остальному корпусу.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Чтоб было более красиво, наклеил на эту дырень кусок белого тонкого пластика на двусторонний скотч с отверстием для антенны.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Нанёс визит к моему другану, рассказал ему о том, что я делаю, и он отдал мне старый пульт от сломанного вертолётика на радио со словами: «На, пригодится». И вправду, мне пригодились антенна (вертолётик был 2,4ГГц) и джойстики, причём газ уже был с фиксацией. Установил джойстики вместо тех с Алиэкспресса, на приёмник припаял отданную антенну (просто она была более длинной, т.к. там был 5см кусок коаксиального провода, который очень хорошо гнулся). На пульт нанёс надписи рядом с джойстиками, тумблерами, потенциометрами и кнопками.

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Для питания использую холдер последовательного соединения для аккумуляторов формата 18650 с Li-Ion аккумуляторами. На холдер приклеил сложенный вдвое липкой стороной внутрь скотч для лёгкого вынимания аккумов, сам холдер держится за липучку, приклеенную на самого него и на корпус передатчика.

Управление радиомоделью при помощи компьютера

Далее приступил к

написанию прошивки для аппаратуры

в Arduino IDE. Писал три файла .ino: «Transmitter_1» для дуины с кнопками и светодиодами, «Transmitter_2» для дуины с радиомодулем, джойстиками, тумблерами и потенциометрами, «Receiver» для приёмника. В скетчах очень много комментариев для того, чтобы можно было разобраться что где происходит.

Разберём сначала код в файле «Transmitter_1». Для упрощения обработки нажатий на кнопки (или переключения тумблеров) я написал функцию, в параметр которой вписывается пин, с которого надо считывать сигнал, и которая возвращает 0 или 1 (можно было использовать тип данных boolean (8 бит), но потом могут возникнуть проблемы с передачей по Serial, поэтому выбрал byte (8 бит)):

byte bt(int pin){ //тип данных возвращаемого значения byte
pinMode(pin, INPUT_PULLUP);
boolean bt_state = !digitalRead(pin);
if(bt_state == 1){
return 1;
}else{
return 0;
}
}

Для простого зажигания зелёного светодиода написал эту функцию:

void ledon(){
pinMode(3, OUTPUT); //устанавливаем пин 3 как выход
digitalWrite(3, HIGH); //зажигаем
delay(150); //ждём
digitalWrite(3, LOW); //гасим
delay(200); //ждём
}

Эта функция ничего не возвращает, поэтому прописываем «void». Остальной код элементарный и ничего примечательного в нём нет.

Переходим к разбору кода файла «Transmitter_2». В нём используется библиотека «EEPROM» для запоминания значений триммеров. В функции bt() из кода «Transmitter_1» я изменил только тип возвращаемого значения с byte на boolean. Для перевода значений с потенциометров и джойстиков написана функция toservo(), которая принимает пин потенциометра, нижнее значение с потенциометра, верхнее значение с него же и диапазон возвращаемых значений. Функция возвращает значения типа byte.

byte toservo(int potpin, int low, int high, int range){
int lowr = (180 – range) / 2;
int highr = 180 – ((180 – range) / 2);
returnmap(analogRead(potpin), low, high, lowr, highr);
}

Для регулировки яркости всяческой подсветки и иллюминации написана функция toaw(), которая принимает в параметрах пин потенциометра, с которого надо считывать сигнал. Возвращает значения типа byte в диапазоне 0-255. Далее на приёмнике активируется функция analogWrite(), которая создаёт ШИМ на заданном пине.

byte toaw(int potpin2){
returnmap(analogRead(potpin2), 0, 1023, 0, 255);
}

Настройки радиомодуля с помощью библиотек «nRF24l01» и «RF24» спёрты у AlexGyver’а.

Настал черёд приёмника. В его коде ничего примечательного нет, кроме функции биндинга. Если тумблер 4 находится наверху (причём передатчик включен заранее) и включается приёмник, приходит сигнал состояния тумблера 4 и запускается функция биндинга:

boolean motor_flag = 0; //флаг биндинга регуля, по умолчанию опущен

if(recieved_data[8] == 1 && motor_flag == 0){ //если тумблер 4 поднят и флаг мотора опущен
bind(); //начать биндинг
}

void bind(){
//функция ничего не принимает и ничего не возвращает
servo_0.writeMicroseconds(2300);
delay(3000);
servo_0.writeMicroseconds(800);
delay(5000);
motor_flag = 1; //поднимаем флаг
}

Небольшой туториал:

  1. Если первый тумблер находится в верху, двигатель отключен. Если он находится в центральном положении, двигатель управляется потенциометром № 3. Если же он находится внизу, двигатель управляется левым (№ 1) джойстиком по вертикальной (Y) оси.
  2. Если третий тумблер находится вверху, выпускаются шасси и зажигаются посадочные огни. Если он внизу, то только выпускаются шасси.
  3. Для биндинга после включения передатчика надо перевести тумблер № 4 в верхнее положение, включить приёмник, подождать 8 секунд.
  4. Для регулировки яркости посадочных огней надо включить их третьим тумблером, поворачивать второй потенциометр.
  5. Для регулировки яркости иллюминации включить её четвёртым тумблером, поворачивать четвёртый потенциометр.
  6. Для регулировки угла выпуска закрылков, включить их с помощью второго тумблера, поворачивать первый потенциометр.
  7. Для триммировки использовать соответствующие кнопки на кнопочной площадке.
  8. Для сброса триммера определённой оси надо зажать кнопку «сброс триммеров», нажать любую из двух кнопок оси, триммер которой надо сбросить.
  9. Для выбора чувствительности зажать кнопку «чувствительность», нажать кнопку (0/1/2/3) желаемой чувствительности, где: 0 – самый лучший отклик, 3 – самый слабый отклик.

Результат:

Получилась многоканальная (до 32 аналоговых (или цифровых, как сами пожелаете)) аппаратура радиоуправления с несколькими «плюшками» на борту: есть триммеры осей управления (которые не сбрасываются при отключении и можно сбросить отдельно каждый), четыре (0/1/2/3) степени чувствительности (отклика), функция автоматического биндинга регулятора оборотов. В моём варианте аппы реализовано только 8 каналов, а это всего лишь ¼ всех возможных!!!

Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера
Управление радиомоделью при помощи компьютера

Послесловие.
В дальнейших моих планах разработка прошивки с меню (придётся припаять проводки с термоусадкой на оставшиеся кнопки и подключить их на «Transmitter_1»), в котором можно будет настроить диапазон поворота сервопривода определенного канала, фейлсейф (приведение всех каналов в заданное заранее положение при потере сигнала), оповещение о разрядке аккумулятора на модели и др.

Прошивки лежат в архиве на Гугл Диске.
Распиновка (чё куда подключать) для версии прошивки 1.1 в виде таблицы лежит здесь.

О дальности сигнала есть видео у AlexGyver’a (включайте видео на 13 минут 29 секунд, именно в этом месте начинается “тест”):

Испытание самодельной аппаратуры радиоуправления*. #1:
*качалки было лень ставить

Испытание самодельной аппаратуры радиоуправления. #2:

Выражаю благодарность в содействии созданию этого устройства:

Родным за терпение,

Александру Майорову (AlexGyver’у) за предоставленные в описаниях к видео скетчи,

Ивану Хмелевскому за то, что выслушивал, когда я ему поведывал о каждом новом этапе создания аппы.

Всем, кто прочитал данную статью, огромное СПАСИБО!

P.S. Будут вопросы, пишите в комментариях к статье))

Системы радиоуправлении

Системами радиоуправления называются радиотехнические системы, предназначенные для управления ракетами, искусственными спутниками земли и космическими аппаратами в условиях радиопомех и внешних воздействий, с учетом особенностей распространения радиоволн.

Свойства системы формируются совместно с объектом и системой управления. Имеется замкнутый контур управления, в который входят как радиотехнические звенья, так и звенья, отображающие объект управления и его реакцию на управляющие воздействия. Свойства объекта управления существенно влияют на выбор критериев построения системы радиоуправления. Система состоит из подсистем радиолокации, радионавигации и радиосвязи, однако совместно решаемая задача переводит эти подсистемы из совокупности (суммы) радиоустройств в качественно новый класс РТС.

Объектом управления называется снаряд, ракета, летательный аппарат или космический аппарат, снабженный органом управления, с помощью которого объект управления изменяет траекторию движения. Управляемые объекты можно классифицировать по назначению, месту старта, способу управления.

Как правило, управляемые снаряды имеют двигательную установку, с помощью которой осуществляется разгон снаряда до определенной скорости или для поддержания требуемой скорости во время всего полета.

По конструкции снаряды можно разделить на плоско-, крссто-, с кольцевым крылом и бескрылые. Плоскокрылыс при повороте вдоль продольной оси меняют свои аэродинамические параметры. Остальные обладают осевой аэродинамической асимметрией.

По месту старта и расположения цели объекты управления подразделяют на четыре класса: «земля-земля», «земля-воздух», «воздух-земля», «воздух-воздух».В этой классификации понятие «земля» относится и к морским точкам пуска – кораблям, подводным лодкам.

По тактическому назначению различают: баллистические и крылатые ракеты – снаряды дальнего действия, управляемые бомбы и торпеды, управляемые реактивные снаряды для ведения воздушного и наземного боя.

Баллистическими называются снаряды, траектория полета которых (рис. 6.86) за исключением активного участка АВ, когда работает ракетный двигатель, является траекторией движения свободного брошенного тела.

Для обеспечения точного попадания в цель Ц вектор скорости баллистической ракеты УрВ в точке выключения двигателя В должен иметь определенную величину и направление. Этот участок полета контролируется и обеспечивается средствами управления. Дальность L колеблется в широких пределах: у тактических ракет десятки километров, у стратегических – тысячи километров. Большая часть траектории движения баллистических ракет подчиняется законам свободного движения тела в поле сил тяготения Земли, Солнца и планет солнечной системы.

Траектория движения баллистической и рылатой ракет

Рис. 6.86. Траектория движения баллистической и рылатой ракет

Смотрите про коптеры:  Opel Zafira B с пробегом: ходовая часть, трансмиссия, моторы - КОЛЕСА.ру – автомобильный журнал

Крылатой ракетой называется снаряд, полет которого обеспечивается подъемной силой крыла. Аэродинамическая схема крылатой ракеты такая же, как у пилотируемого пилотом самолета. На всей траектории полета крылатой ракеты (рис. 6.86) работает ее силовая установка – маршевый двигатель. У крылатой ракеты есть предельная высота полета Нкртах. В зависимости от тактики использования крылатая ракета (и ее типы) летит на выбранной высоте (иногда предельно низкой) и дальность се полета определяется только ее типом. При использовании на малых дальностях она находится в пределах действия обычных средств радиоуправления, а на дальностях, соизмеримых с дальностями стратегических баллистических ракет, используются различные системы, включая астроинерциальные.

Управляемые бомбы и планирующие авиационные торпеды управляются в сравнительно небольших пределах с помощью радиотехнических средств самолета-носителя.

Ракеты противовоздушной обороны (наземные управляемые ракеты) способны поражать широкий класс целей, включая ракеты противника. На начальном и среднем участках траектории они управляются системой телеуправления с командного пункта, а на конечном участке используется система самонаведения (рис. 6.87). Как правило, их оснащают неконтактными радиовзрывателями.

Зоноуправление ракетой ПВО

Рис. 6.87. Зоноуправление ракетой ПВО

Для ведения воздушного боя используются сравнительно небольшие ракеты, пускаемые с самолета-носителя и действующие по воздушным целям. Их особенностью является высокая скорость и маневренность.

Виды наведения на цель разнообразны – радиотехнические и оптические системы, тепловые головки самонаведения. Аналогичны им управляемые ракеты наземного боя.

Данное перечисление далеко не исчерпывающее. Не были затронуты системы космического базирования, ракеты с разделяющимися боевыми частями, каждая из которых поражает свою цель, системы управления объектами гражданского назначения, в том числе самолетами и кораблями. В нашу задачу входит рассмотрение наиболее характерных систем радиоуправления, а более подробно с ними при необходимости можно ознакомиться в специальной литературе.

Траектория движения управляемых ракет определяется многими факторами. Эго и условия запуска и силы, действующие при движении, сила тяги двигателя Р, подъемная сила руля Ур, фюзеляжа и крыльев У, сила лобового сопротивления X. На рис. 6.88, а изображен прямолинейный полет самолета-снаряда в горизонтальной

плоскости. Для изменения прямолинейного полета необходимо менять величины или направления действия этих сил. Такую задачу можно выполнить с помощью аэродинамических или газовых рулей. Для этого они должны создать силы, перпендикулярные траектории полета. Если отклонить руль высоты летательного аппарата на некоторый угол Д5 но часовой стрелке, то подъемная сила увеличится на ДУр в направлении к земле (рис. 6.88, б). Объект управления начнет поворачиваться вокруг центра тяжести, увеличивая угол атаки до значения ас Дас. Происходит приращение подъемной силы крыла и корпуса ДУ. Так как приращение ДУ значительно больше ДУр, воздействие силы У- ДУр совместно с тягой Р и силой сопротивления Xприведет к повороту вектора скорости объекта управления V на угол 0, который называется углом наклона траектории. То же можно получить, увеличивая силу тяги двигателя Р или меняя пластинками, выдвигаемыми из крыла, воздушный поток вдоль профиля крыла.

Создание управляющих сил летательным аппаратом

Рис. 6.88. Создание управляющих сил летательным аппаратом

Разворот крылатых ракет в горизонтальной плоскости можно совершить путем поворотом рулей управления (плоский поворот) или совместно с рулем управления поворачивать элероны, вызывая крен летательного аппарата (координированный разворот). При угле крена у подъемная сила летательного аппарата Y (рис. 6.88, в) получает горизонтальную составляющую Ksiny, которая и будет управляющей. Такой вид управления называется полярным и используется для управления самолетами-снарядами.

При управлении летательным аппаратом с осевой аэродинамической симметрией способы создания управляющих сил одинаковы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для управления необходимо использовать декартову систему координат при стабилизации сс в пространстве с помощью автономной системы.

Особенностью бескрылых летательных аппаратов является значительное превышение тягой двигателей силы тяжести и силы сопротивления воздуха, в результате чего управляющая сила, перпендикулярная к направлению полета, образуется как проекция силы тяжести на это направление при повороте корпуса летательного аппарата в пространстве газовыми или аэродинамическими рулями. На больших высотах возможно управление только при изменении направления тяги основного двигателя (рис. 6.88, г) или с помощью вспомогательных реактивных устройств.

Эффективность действия рулевых устройств оценивается маневренностью летательного аппарата. Ее численно характеризуют либо минимально допустимым радиусом разворота rmm, либо максимально допустимым поперечным ускорением vv„max, либо перегрузкой и, связанных при постоянной скорости зависимостями:

Управление радиомоделью при помощи компьютера

где у – ускорение силы тяжести.

11роцсссом управления летательным аппаратом называется обеспечение нахождения его центра массы на заданной или вырабатываемой в процессе управления траектории. Процесс управления предполагает наличие процесса стабилизации летательного аппарата – сохранение определенного углового положения летательного аппарата относительно траектории полета. Эту задачу выполняет автомат, входящий в контур управления. Структурная схема системы управления (на примере систем самонаведения ракеты) представлена на рис. 6.89.

Система самонаведения ракетыУправление радиомоделью при помощи компьютера

Рис. 6.89. Система самонаведения ракеты

Информация о положении цели, получаемая с помощью радиозвена, сравнивается с положением ракеты и выдается команда на автопилот для изменения положения ракеты с помощью рулей управления. Динамическое звено отображает реакцию ракеты на управляющее воздействие, а кинематическое звено определяет закономерности положения и движения ракеты в пространстве относительно цели. Помехи, воздействующие на радиозвено, изображены как h(t).

Положения центра тяжести объекта управления на заданной траектории полете в земной, прямоугольной системе координат

(X3,Y3,Z3) определяется высотой /?, боковым отклонением Z, пройденным расстоянием L, а полярной – азимутом а, углом места р и наклонной дальностью D. Имеется еще одна система координат –

«подвижная» (XC,YC,ZC), начало которой находится в центре тяжести объекта управления. Для решения задач управления необходимо установить взаимосвязь «подвижной» системы координат с неподвижной земной системой. Проекции осей Хс,Ус, Zcна плоскости Х3OY, Y3OZ3, X3OZ3образуют с осями Х3, Y3y Z3три угла: угол тангажа а, угол крена у и курсовой угол ф (см. рис. 6.87) последний

не показан, но смысл его понятен). Проекции вектора скорости V, определяющего траекторию движения объекта управления, образуют с осями земной системы координат в вертикальной плоскости угол наклона траектории 0 и в горизонтальной плоскости – путевой угол ф.

Углы между траекториями V и проекциями осей ЛА на те же плоскости определяют угол атаки ас = а – 0 и угол скольжения Рс = – Ф (возникает при боковом сносе, например от ветра).

При отсутствии воздействия автопилота движение объекта управления описывается системой дифференциальных уравнений, имеющих в векторной форме вид

Управление радиомоделью при помощи компьютера

где V(x, у, 2) – вектор скорости движения центра масс;

R(xy у у z) – вектор внешних сил;

М(Ху у у z) – главный момент внешних сил;

К(Ху у у z) – кинематический момент системы; со – векгор угловой скорости объекта управления.

Решая систему (6.90), можно найти взаимосвязь между входными координатами /?, Z, 0, ф, ст, ф, 0, L и отклоняющими рулями объекта (в широком смысле). Эти решения очень сложны, движение объекта приходится представлять в виде совокупности простых уравнений, осуществлять линеаризацию и делать ряд допущений. Результатом является структурная схема объекта управления, позволяющая выявить требования к специфическим особенностям объекта управления, например, к необходимости стабилизации крена для сохранения управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Автоматическое наведение объекта управления на цель осуществляется непрерывным измерением текущих координат цели

u(jc, у, z) и объекта управления cpP(.v, у, z). Если рассматривать систему наведения как систему автоматического регулирования (см. рис. 6.89), мгновенная разница координат цели и ракеты Дср(/) = (рвх (/) – ФВЬ|Х(0 образует сигнал рассогласования, который используется для управления движением ракеты таким образом, чтобы свести рассогласование до нуля и обеспечить наибольшую вероятность поражения цели ракетой. Закон образования сигнала рассогласования зависит от метода наведения или способа задания кинематической траектории, по которой происходит сближение объекта с целью. Кинематической траекторией (КТ) ракеты называется путь ее движения до встречи с целью, при котором ракета, цель и пункт управления представлены в виде геометрических точек, размещенных в их центрах масс. Реальное движение ракеты происходит по динамической (ДТ) и фактической (ФТ) траектории, учитывающей инерционность ракеты, свойства системы управления, внешние возмущения и помехи (рис. 6.90).

Траектория движения ракеты

Рис. 6.90. Траектория движения ракеты

Траекторию движения объекта управления целесообразно разбить на три участка: выведение на траекторию наведения, движение по траектории наведения, движение к цели после прекращения работы системы управления (старт – сближение – попадание в цель). Участок движения по траектории наведения может быть фиксированным и подвижным (жестким и гибким). Жесткая траектория задается заранее и используется для наведения в неподвижную цель. В случае подвижной цели (может также быть подвижным и пункт управления) используется гибкая траекгория.

Гибкую траекторию можно создать трехточечным методом. Он заключается в удержании в течение всего времени полога ракеты на линии, соединяющий пункт управления и цель. С помощью трехточечного метода можно осуществлять наведение ракеты в упрежденную точку. В случае, когда невозможно участие пункта управления к коррекции траектории, используется двухточечный метод. В нем участвуют только ракета и цель. В нем также возможно наведение в упрежденную точку, причем в нескольких вариантах: метод постоянного упреждения, методы параллельного и пропорционального сближения.

Суть метода постоянного упреждения заключается в сохранении постоянным значения угла между линией визирования (линия ракета-цель) и вектором путевой скорости ракеты. Частным случаем является нулевой угол упреждения. Этот метод называется наведением по кривой погони. На рис. 6.91 изображены траектории наведения по кривой погони и параллельном сближении.

Траектории наведения

Рис. 6.91. Траектории наведения: а – кривая погони; б – параллельное сближение

На рис. 6.91, а показана траектория кривой погони при наведении на цель, движущуюся навстречу. Из рисунка видно, что траектория движения ракеты сильно искривлена, причем кривизна при приближении ракеты к цели сильно возрастает, на этом участке ракета может оказаться неспособной к столь крутому повороту и сойти с кинематической траектории движения. При параллельном сближении (рис. 6.91, б) линия визирования все время остается параллельной самой себе. Этот метод характеризуется минимальными маневрами ракеты и, следовательно, нет опасности схода ракеты с траектории движения.

Наиболее общим методом наведения является метод пропорционального сближения, при котором отношение угловой скорости ракеты к угловой скорости линии визирования постоянно: в аналитическом виде метод описывается уравнением:

Управление радиомоделью при помощи компьютера

приводящим при интегрировании к виду

Управление радиомоделью при помощи компьютера

где Ф – путевой угол ракеты;

Л и г| – угол и начальный угол визирования цели;

А – постоянная.

Уравнение (6.91) достаточно универсально. Если положить А = 1; г| 0, то получаем наведение с постоянным углом упреждения; при А = 1; г| = 0 – наведение по кривой погони; при г = 0 или А = оо – наведение по методу параллельного сближения. Методы параллельного и пропорционального сближения при реализации требуют измерений угловой скорости линии визирования г|, а технически это намного более сложная задача, чем измерение угла визирования при наведении по кривой погони.

Для построения кинематических траекторий для различных методов наведения необходимо решить ряд дифференциальных и тригонометрических уравнений. Результатом решения является управляющая функция

ux(/) или закон отклонения кинематической траектории от линии визирования в момент старта ракеты. Управляющая функция определяет маневры ракеты в процессе наведения и рассчитывается либо в угловых, либо в линейных величинах в зависимости от выбранного метода управления ракетой. При использовании трехточечного метода (управление в луче или по командам) предпочтительно рассчитать функцию вх(/) в виде линейного перемещения ракеты относительно линии визирования цели с точки управления. В результате получаем уравнение:

Управление радиомоделью при помощи компьютера

где О – угловая скорость движения луча, следящего за целью.

Для двухточечных методов управляющая функция имеет сложную форму, решение для кривой погони получается в неявном виде и управляющая функция срвх = r{t) выражается в виде степенного ряда, позволяющего приближенно описать управляющую функцию для ограниченного интервала времени.

Конечный результат – зависимость срвх(/) – представляют в виде таблиц или графиков. Для расчетов кх(/) апроксимируегся в виде смешанных рядов.

При выборе системы наведения центральным вопросом является определение наилучшей траектории движения ракеты. Она должна обладать минимальной протяженностью и кривизной, так как в этом случае снижаются требования к двигателю и конструкции ракеты.

Для системы наведения рассчитываются динамические ошибки наведения с учетом всего комплекса наведения и объекта управления – ракеты. При этом оптимизируют методы управления ракетой. Отметим, что необходимость записи функции передачи контура управления делает это выражение сложным даже в случае линейных характеристик элементов, входящих в него. Исследование устойчивости системы управления проводится также, как системы с обратной связью. Как говорилось ранее, основным уравнением системы наведения является выражение:

Управление радиомоделью при помощи компьютера

где Д(р – ошибка управления (см. рис. 6.90).

При управлении ракетой ее кинематическая траектория изменяется и должна вычисляться заново, исходя из движения по динамической траектории. Кроме динамической ошибки имеют место ошибки, вызванные внешними воздействиями. Система управления характеризуется суммарной ошибкой и вероятностью поражения цели. Более просто использовать понятие «промах», под которым понимают минимальное расстояние между целью и ракетой в момент пролета ракеты вблизи цели Дг|]р.

В конечном счете можно подсчитать вероятность поражения цели, учитывая размеры, эффективность боевого заряда ракегы и закон распределения ошибок.

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector