Elektronika - baza wiedzy

Urządzenie do zdalnego sterowania modeli typu Herkules


Urządzenie "Herkules" służy do sterowania drogą radiową modeli kołowych lub pływających. Jest ono oferowane w kilku odmianach o różnych rodzajach pracy: wąskopasmowej, szerokopasmowej, dwu lub trzykanałowej. Najtańsza jest wersja dwukanałowa, szerokopasmowa. Praca szerokopasmowa ma szereg wad i zalet. Do zalet należy prostota budowy urządzenia zmniejszająca jego koszt. Do wad trzeba zaliczyć podatność na zakłócenia pochodzące od nadajników innych urządzeń pracujących w paśmie 27 MHz. Tych wad jest pozbawione urządzenie wąskopasmowe, jednak ze względu na bardziej skomplikowany układ elektroniczny jest ono dużo droższe. Jak już wspomniano "Herkules" może pracować jako urządzenie dwu- lub trzykanałowe. Oznacza to, że do odbiornika można dołączyć dwa lub trzy silniki prądu stałego, niezależnie sterowane. Nadajnik i odbiornik urządzenia pracują w systemie cyfrowym, quasi-proporcjonalnym i jednoczesnym. W pracy szerokopasmowej zasięg "Herkulesa" nie przekracza 20 m i zależy w dużym stopniu od podatności danego środowiska na rozprzestrzenianie się fal elektromagnetycznych. Schemat elektryczny nadajnika przedstawiono na rysunku.



Nadajnik składa się z generatora impulsów, modulatora oraz wzmacniaczy mocy w.cz. Generator impulsów sterujących zestawiono z czterech bramek NAND. Impulsy otrzymywane na wyjściach 1,2 i 3 (US1) generatora są doprowadzane do wejścia sumatora logicznego - zespołu trzech diod D1 w jednej obudowie. Przebieg sygnału na wyjściu sumatora ma postać bloku trzech impulsów o okresie powtarzania bloku od 15 do 25 ms. Odstęp między impulsami w bloku wynosi od 1,3 do 1,7 ms, zaś amplituda impulsów 0,7 V. Zmiana rezystancji potencjometru R3 lub R4 (czyli przesunięcie dźwigni sterującej) powoduje zmianę odległości odpowiedniego impulsu skrajnego od środkowego. W ten sposób jest kodowana informacja co do kierunku obrotu mechanizmu sterowniczego dołączonego do odbiornika. Umożliwia to realizację siedmiu funkcji sterowniczych. Sygnał sumacyjny jest doprowadzany przez rezystor R9 do bazy tranzystora T1 pracującego w układzie ze wspólnym emiterem. Po wzmocnieniu sygnał jest doprowadzany do bazy tranzystora T3 - mieszacza. Tranzystor T2 pracuje w układzie generatora stabilizowanego rezonatorem kwarcowym Q wytwarzającym częstotliwość nośną.
Obwód kolektora tranzystora T2 jest sprzęgnięty z układem mieszacza za pomocą filtru L1. W wyniku mieszania otrzymuje się sygnał w.cz. modulowany amplitudowo. Po wzmocnieniu przez tranzystor T3 oraz po przejściu przez dwa filtry i cewkę "przedłużającą" L4 jest kierowany do anteny nadawczej.
Pobór prądu przez nadajnik wynosi około 35 mA przy napięciu zasilającym od 4,8 do 6,5 V. Moc wypromieniowywana nie przekracza 100 mW. Jako źródło zasilania można zastosować cztery baterie R6.

Schemat odbiornika przedstawiono na rysunku poniżej. Jako antenę odbiorczą stosuje się odcinek sztywnego drutu o długości około 30 cm. Odbiornik pracuje prawidłowo w zakresie napięć od 4 do 7 V i ma czułość 150 uV.

Na wejściu zastosowano układ scalony A283D (US1) zawierający w strukturze kompletny odbiornik AM/FM wraz ze wzmacniaczem mocy m.cz. Sygnał z anteny jest doprowadzany za pomocą kondensatora C1 do obwodu wejściowego, składającego się z cewki L2 i kondensatora C7. Obwód ten jest dołączony do wyprowadzeń 6 i 7 układu scalonego US1 - wejścia mieszacza AM. Jednocześnie do wyprowadzenia 5 jest doprowadzany sygnał z generatora lokalnego, zbudowanego z tranzystorem T1.
Generator pracuje w układzie Colpittsa. Wymagane dodatnie sprzężenie zwrotne zapewnia kondensator C4. Częstotliwość generatora wynosi 27 MHz i jest ustalana przez pokręcenie rdzeniem cewki L1. W wyniku mieszania uzyskuje się na wyprowadzeniu 4 sygnał o pośredniej częstotliwości. Sygnał ten doprowadza się następnie za pomocą kondensatora C3 do wejścia wzmacniacza pośredniej częstotliwości (wyprowadzenie 1). Po wzmocnieniu i demodulacji uzyskuje się na wyprowadzeniu 8 sygnał m.cz. Do wyprowadzeń 14 i 15 układu scalonego dołączono filtr pasmowy demodulatora: C14, L3, R5, zaś elementy zewnętrzne układu ARW: C14, L3, R5 - do wyprowadzenia 16. Sygnał m.cz. otrzymany na wyprowadzeniu 8 doprowadza się za pomocą kondenstatora C8 do wyprowadzenia 9 - wejścia wzmacniacza m.cz. Sygnał użytkowy otrzymuje się na wyprowadzeniu 12, po czym przez kondensator sprzęgający C15 doprowadza do bazy tranzystora T2. Tranzystor ten pracuje w układzie dodatkowego stopnia wzmacniająco- dopasowującego.
Zadaniem następnego stopnia z bramkami logicznymi NAND (US2) oraz czterobitowego rejestru przesuwnego US3 jest zdekodowanie impulsów sterujących układami scalonymi US4 i US5 tj. wydzielenie sygnałów sterujących pierwszego i drugiego kanału. Sygnały z wejścia bramki 1 oraz wyjść bramek 2,3 i 4 są doprowadzane do wejść szeregowych rejestru SIJ, SIK oraz do wejścia kasowania CLR i zegarowego CP. Wejścia równoległe PIA, PIB, PIC, PID oraz wejścia programujące przebieg pracy P/S połączono z masą. Na wyjściach równoległych QA i QB otrzymuje się sygnały sterujące pierwszego i drugiego kanału.
Impulsy sterujące kanału pierwszego są doprowadzane z wyjścia QA do wejścia 3 układu scalonego US4 - B654D. Układ ten jest przeznaczony do sterowania cyfrowo-proporcjonalnego pracą małych silników prądu stałego. Do wyprowadzeń 5 i 6 układu scalonego US4 dołączono elementy zewnętrzne generatora monostabilnego, wytwarzającego impulsy wzorcowe. Impulsy te są porównywane z impulsami wyjściowymi dekodera i za pomocą przerzutnika Schmitta rozdzielane na dwa tory. W każdym z torów następuje odpowiednie ukształtowanie impulsów. Są one najpierw wydłużane, a następnie sterują przerzutnik Schmitta. Impulsy otrzymywane na wyjściu przerzutników są wstępnie wzmacniane i doprowadzane do wejścia układu mostkowego wydzielającego w zależności od kierunku wychylenia dźwigni sterującej impulsy o polaryzacji dodatniej lub ujemnej. Impulsy te sterują bezpośrednio pracą silnika dołączonego do wyjść 10 i 12 układu scalonego. Wyjścia te umożliwiają dołączenie silnika o napięciu 4,5 V i pobierającego nie więcej niż 400 mA.
Elementy dołączone do wyprowadzeń 7,8 i 14 układu scalonego US4 ustalają parametry impulsów. Podobnie jak dla pierwszego kanału, impulsy sterujące kanału drugiego, otrzymywane na wyjściu 15 układu scalonego US3, są kierowane do wejścia 3 układu scalonego US5. Do wyjść 12 i 10 tego układu dołączono dodatkowy układ mostkowy wykonany z tranzystorami przeciwstawnymi T3-T6. Dzięki temu można do łączówek 9 i 10 listwy przyłączyć silnik o napięciu 5 V pobierający nie więcej niż 500 mA przy obciążeniu trwałym lub około 1 A przy obciążeniu trwającym maksymalnie 10 s. Gdy dźwignia sterująca odpowiedniego kanału jest w położeniu neutralnym, napięcie sterujące silnikiem jest w przybliżeniu równe zeru. Z pełnym wychyleniem dźwigni, na odpowiednich łączówkach listwy występuje napięcie stałe równe w zależności od kierunku wychylenia +6V lub -6V. Gdy dźwignia znajduje się w położeniu pośrednim, silnik jest sterowany impulsami prostokątnymi o wypełnieniu zależnym od wielkości wychylenia dźwigni sterującej. Amplituda impulsów jest stała i wynosi +6V lub -6V. Odbiornik może być zasilany z czterech baterii o napięciu 1,5 V. Pobór prądu bez sygnału wynosi od 40 do 70 mA. Do sygnalizacji pracy odbiornika wykorzystano dwie połączone szeregowo diody świecące D4 i D5. Silniki powinny być dokładnie odkłócone przez stosowanie prostych filtrów odkłócających. W przeciwnym wypadku iskrzenie szczotek silnika może spowodować nie kontorlowane ruchy mechanizmów wykonawczych.