Десяти командная аппаратура радиоуправления моделями

Описываемая здесь аппаратура, сконструированная на базе приемопередающего комплекса «Сигнал-1» (см. «Радио», 1984, № 6, с. 50—51), предназначена для радиоуправления электрифицированной транспортной игрушкой или моделью на гусеничном ходу, каждая гусеница которой приводится в движение от своего электродвигателя с редуктором.
В состав комплекса «Сигнал-1» входят передатчик и приемник с шаговым реле (в инструкции к комплексу названо командоаппаратом). Подача команд радиоуправляемой модели осуществляется излучением передатчиком импульсно-модулированных одноразовых радиочастотных кодовых посылок. Чтобы подать, например, четвертую команду, оператор должен четыре раза нажать и отпустить кнопку включения передатчика. За это время центральный контакт диска шагового реле приемника должен переместиться на четыре шага, пропуская последовательное кратковременное включение промежуточных команд, например первой, второй и третьей. Для подачи следующей необходимой команды оператор должен заранее подсчитать число нажатий кнопки включения передатчика для перевода центрального контакта шагового реле приемника до положения, при котором модель выполнит соответствующую команду. Этот подсчет затруднителен и не всегда обеспечивает желаемую программу команд.
В предлагаемом варианте аппаратуры телеуправления командный сигнал состоит из серии кратковременных радиочастотных импульсов, число которых определяет номер включаемого исполнительного устройства приемника радиоуправляемой модели. Шаговое реле в приемнике заменено электронным счетчиком, а подсчет необходимого числа радиочастотных импульсов в командном сигнале при нажатии соответствующей кнопки передатчика осуществляется блоком передатчика автоматически. При отпускании любой командной кнопка передатчик излучает серию радиочастотных импульсов, устанавливающих счетчик приемника в нулевое состояние. Аппаратура позволяет включить и выключить исполнительные устройства приемника выборочно в любой последовательности, а также включать некоторые команды на длительное время, с возможностью оперирования в это время другими командами. Время передачи наиболее длительной радиокоманды, состоящей из десяти радиочастотных импульсов, не превышает 0,4 с, что значительно повышает оперативность управления моделью. Повышен и энергоресурс источника питания передатчика. Так, например, если взять усредненное число радиочастотных импульсов на команду (пять импульсов), то время работы передатчика на излучение несущей при передаче этой радиокоманды составит около 0,05 с.
В передатчике предусмотрена кнопка оперативного сброса счетчика приемника и выключения ложной команды, если счетчик приемника отсчитает импульс от радиопомехи.
Схема передатчика приведена на рис. 1.

Рис.1

Он состоит из мультивибратора с радиочастотным генератором (входят в блок А) и блока управления. Включением блока А управляет ключевой транзистор VT1. Число радиочастотных импульсов в радиокоманде равно числу включений транзистора VT1 и может быть от одного до девяти. После передачи радиокоманды транзистор VT1 закрывается и питание на блок А не подается. При этом кнопка управления данной (оперативной) командой должна оставаться нажатой на время исполнения команды моделью.
Команды на сброс счетчика приемника передаются после отжатия любой из кнопок управления SB1—SB9.
Тем самым счетчик приемника подготавливается к приему следующих команд. Команды, выполняемые в приемнике через триггеры (команды с памятью), включаются от нажатия соответствующих кнопок управления, а при отпускании—остаются включенными. Выключение такой команды происходит при повторном нажатии кнопки управления данной командой.
К примеру, при нажатии командной кнопки SB7 передатчик излучает радиопосылку из семи радиочастотных -импульсов, а после ее отпускания — радиопосылку из трех радиочастотных импульсов. После нажатия этой кнопки передатчика счетчик приемника отсчитает семь импульсов и на его выходе 7 появится сигнал, соответствующий логической 1, который послужит командой для включения седьмого исполнительного устройства. После отсчета еще трех импульсов счетчик приемника примет исходное состояние. Сумма радиоимпульсов, переданная после нажатия и отпускания любой командной кнопки передатчика, всегда равна десяти. Начав считать, счетчик приемника обязательно возвращается в исходное состояние. Таким образом, счетчик передатчика и счетчик приемника работают синхронно и синфазно.
Если счетчик приемника отсчитает ложный импульс, что возможно в условиях сильных радиопомех, то нарушится синфазность работы счетчиков. В этом случае при
нажатии любой командной кнопки передатчика приемник начнет исполнять команду, номер которой сдвинут относительно номера управляющей кнопки передатчика на единицу вперед. Для установки счетчика приемника в исходное состояние нажимают кнопку SB 10—и передатчик излучает специальный радиочастотный импульс, восстанавливающий синфазность работы счетчиков аппаратуры.
Рассмотрим более подробно работу передатчика. При включении питания (SA1) на R-вход счётчика DD2 через конденсатор С3 пройдет положительный импульс. Счетчик установится в нулевое состояние. На его выходе 0 (вывод 3) установится сигнал логической 1. С выхода элемента DD1.1 сигнал логического 0 поступит на вход (вывод 2) управляемого генератора, собранного на элементах DD1.2 и DD1.3. Генератор окажется заторможенным. При нажатии на одну из командных кнопок SB1—SB9, например SB6, на вход элемента DD1.1, включенного инвертором, поступит сигнал логического 0, запускающий управляемый генератор. Импульсы с выхода генератора (вывод 4 элемента DD1.3) периодически открывают транзистор VT1, который подает импульсы питания на блок А, состоящий из мультивибратора и радиочастотного генератора. Импульсы, вырабатываемые управляемым генератором, одновременно фиксируются счетчиком DD2. Когда на его выходе 6 (вывод 5) появляется сигнал логической 1, он через контакты нажатой кнопки SB6 и нормально замкнутые контакты остальных кнопок, расположенных по схеме ниже нажатой, поступит на вход элемента DD1.1 и затормозит управляемый генератор. Таким образом, число импульсов питания, поданных на блок А передатчика, окажется равным номеру нажатой командной кнопки. Передатчик излучит шесть радиочастотных импульсов. При отпускании этой нажатой кнопки вход элемента DD1.1 окажется вновь подключенным к выходу 0 счетчика DD2, на котором в этот момент будет логический 0. Поэтому генератор запустится и будет работать до тех пор, пока на выходе 0 счетчика DD2 не появится логическая 1. Очевидно, что для этого генератору надо будет выработать четыре импульса. Передатчик при этом излучит четыре радиочастотных импульса, а его счетчик DD2 установится в исходное состояние.
Суммарное число радиочастотных импульсов, излучаемых передатчиком при нажатии и отпускании любой из командных кнопок SB1—SB9, будет всегда равно десяти. Кнопка SB 10 предназначена для общего сброса всех команд и установки счетчика приемника в исходное состояние. Радиочастотный импульс сброса отличается от командных радиочастотных импульсов большей длительностью и должен передаваться не менее 0,6 с.
Принципиальная схема приемника показана на рис. 2.

Рис.2

Сигнал с антенны WA1 преобразуется и усиливается сверхрегенеративным детектором, собранным на транзисторе VT1. Далее принятый сигнал через фильтр R6C12 поступает на вход усилителя звуковой частоты, собранного на транзисторах VT2, VT3, и усиливается до напряжения 0,7...1,5 В. После детектирования и усиления транзисторами VT4, VT5 (усилитель постоянного тока) сигнал в виде серии отрицательных импульсов поступает на вход триггера Шмитта, собранного на логических элементах DD1.1 и DD1.2 и обеспечивающего четкое фиксирование фронта и среза импульсов. Тем самым в выходном сигнале устраняется «дребезг», наблюдающийся во время срабатывания транзистора VT5. Так как радиочастотный импульс состоит из несущей (27,12 МГц), модулированной колебаниями частоты 1000 Гц, то на базу транзистора VT4 под действием этого сигнала будут поступать усиленные импульсы звуковой частоты, время воздействия которых равно длительности радиочастотного импульса. Транзистор VT4 детектирует сигнал звуковой частоты и усиливает выходныа импульсы. При этом конденсатор С16 начинает заряжаться. Его емкость подобрана так, чтобы к моменту окончания действия радиоимпульса он зарядился до напряжения открывания транзистора VT5 и на его коллекторе появилось отрицательное напряжение. После окончания действия радиочастотного импульса импульсы звуковой частоты на базу транзистора VT4 не подаются, напряжение на конденсаторе С16 уменьшается, закрывается транзистор VT5.
Если на вход приемника поступит сигнал от короткой высокочастотной помехи, то конденсатор С16 не успеет зарядиться до напряжения открывания транзистора VT5. Уменьшением емкости этого конденсатора можно увеличить скорость прохождения радиокоманды (повысить частоту радиочастотных импульсов передатчика), но тогда увеличивается вероятность ложного срабатывания от радиопомех, так как конденсатор С16 будет успевать заряжаться до напряжения срабатывания транзистора VT5 нетолько от воздействия на приемник радиочастотного импульса командного сигнала, а и от сигнала помехи.
В радиокомплексе выбрана оптимальная частота следования радиочастотных импульсов в радиокоманде, при которой обеспечивается достаточная скорость передачи радиокоманды и хорошая помехозащищенность. При наличии на входе триггера Шмитта отрицательного напряжения на его выходе (вывод 4 элемента DD1.2) появится сигнал логического 0, который через конденсатор С6 поступит на вход элемента DD1.3. На элементах DD1.3, DD1.4 собран ждущий мультивибратор. С приходом переднего фронта первого отрицательного импульса команды он сработает, на выводе 11 элемента DD1.4 появится сигнал логического 0, который подается на ,один из входов элементов DD2.3, DD2.4, DD4.1—DD5.3 и запрещает прохождение через них сигнала логической 1, поступающего на вторые входы этих элементов поочередно с выходов счетчика DD3 во время отсчета им числа импульсов команды.
Ждущий мультивибратор срабатывает на время, равное примерно 0,5 с, которое выбрано немного больше, чем время (0,4 с) прохождения серии импульсов максимальной команды (9 импульсов), чтобы гарантировать блокировку, которая срабатывает раньше, чем счетчик начнет считать, так как счет счетчиком DD3 числа поступающих на его вход CN отрицательных импульсов происходит по их срезу. Блокировка делает невозможным последовательное срабатывание команд и переключение триггеров во время счета счетчиком числа импульсов команды. Примерно через 0,4 с счетчик зафиксирует число поступивших отрицательных импульсов команды. На его выходе, номер которого равен числу импульсов в радиокоманде, установится сигнал логической 1. Еще примерно через 0,1 с заканчивается импульс ждущего мультивибратора. На его выходе появится сигнал логической 1, который разрешит прохождение сигнала с выходов счетчика DD3 через элементы DD2.3, DD2.4, DD4.1—DD5.3. Элемент, на один из входов которого поступит сигнал логической 1 с выхода счетчика, на выходе будет -иметь сигнал логического 0, который служит командой на включение соответствующего исполнительного устройства.
Система обеспечивает передачу и прием пяти оперативных команд: «ПОВОРОТ ВПРАВО», «ДВИЖЕНИЕ ПРЯМО», «ПОВОРОТ ВЛЕВО», «ДВИЖЕНИЕ НАЗАД», «ЗВУКОВОЙ СИГНАЛ». Команды «ФАРЫ», «ИМИТАТОР ШУМА РАБОТАЮЩЕГО ДВИГАТЕЛЯ». «СВЕТ В КАБИНЕ», «СВЕТОВАЯ СИРЕНА» включаются через триггеры DD7.1—DD8.2 и могут быть включенными длительное время. Команда «СТОП-СИГНАЛ» исполняется автоматически при остановке модели.
При включении команды с памятью сигнал логического 0 поступает на один из элементов DD5A—DD6.4, на выходе которого уровень логической 1 включает соответствующий триггер, работающий от переднего фронта положительного импульса. Элементы DD6.1—DD6.4 нужны для того, чтобы срабатывание команд происходило при нажатии соответствующих командных кнопок, а не при их последующем отпускании, что наблюдалось бы при подаче сигнала логического 0 непосредственно с выходов элементов DD4.4—DD5.3 на счетные входы триггеров.
Одновременно могут исполняться все команды, включаемые через триггеры, и любая из оперативных. При поступлении продолжительного импульса общего сброса от его переднего фронта срабатывают триггер Шмитта и ждущий мультивибратор. Примерно через 0,5 с на выходе ждущего мультивибратора (вывод 11 элемента DD1.4) появится сигнал логической 1. С выхода (вывод 3) элемента DD1.1 снимается (импульс сброса еще длится) сигнал логической 1. Совпадение этих двух сигналов на входах элемента DD2.1 вызовет появление сигнала логической 1 на выходе (вывод 4) элемента DD2.2, который сбросит счетчик DD3 и триггеры микросхем DD7, DD8 в нулевое состояние. После опускания кнопки SB10 передатчика (см. рис. 1) на коллекторе транзистора VT5 будет присутствовать положительное напряжение, а на выходе (вывод 3) элемента DD2.1 — сигнал логического 0, который вызовет появление сигнала логического 0 на выходе (вывод 4) элемента DD2.2, Этот сигнал разрешает работу счетчика DD3.
Цепь задержки, выполненная на резисторе R4 и конденсаторе С7, нужна для того, чтобы элемент DD2.2 не срабатывал от кратковременного совпадения сигналовлогической 1 на входах элемента DD2.I во время поступления на триггер Шмитта переднего фронта отрицательного импульса команды. Допустим, что триггер Шмитта уже сработал, на его выходе (вывод 3) элемента DD1.1 появился сигнал логической 1, а ждущий мультивибратор еще не успел сработать и на выходе (вывод 11) элемента DD1.4 еще присутствует сигнал логической 1. Линия задержки устраняет срабатывание элемента DD2.2 от этих мгновенных совпадений.
Блок управления электродвигателями Ml и М2 по питанию развязан от остальной части приемника оптронами DD9—DD12. Это необходимо для защиты цепей приемника от помех, возникающих при работе электродвигателей.
Внешний вид приемной аппаратуры, установленной на гусеничной модели, и схема размещения на ней плат, источников питания и других деталей показаны на рис. 3 и 4

Рис.3

Рис.4

соответственно.
При использовании готовых плат передатчика и приемника комплекса «Сигнал-1» и безошибочном монтаже описанный здесь вариант аппаратуры радиоуправления моделями в настройке не нуждается. Детали, которые по схеме на рис. 2 расположены после оптронов, и сами оптроны монтируют на одной общей плате. Эту плату и батарею GB2 располагают на модели со стороны электродвигателей, чтобы уменьшить емкостную связь между монтажом этой части устройства и деталями и проводниками остальной части устройства — во избежание проникновения наводок от работающих электродвигателей в приемную часть устройства.
На плате приемника комплекса «Сигнал-1» необходимо сделать следующее: заменить два резистора в цепи Коллектора транзистора VT5 одним резистором сопротивлением 10кОм; электролитический конденсатор С16 заменить конденсатором емкостью 5 мкФ на номинальное напряжение 15 В; ключевой транзистор VT6 (на приведенной схеме его нет) удалить; точки 5 и 6 платы соединить проволочной перемычкой; коллекторную цепь транзистора VT5 зашунтировать на общий провод конденсатором С17 емкостью 0,25 мкФ (МБМ).
В передатчике можно использовать кнопки МПЗ-1 или МП9. 'Включатель питания передатчика SA1— ПД9-2. Кнопка включения приемника SB1 — П2К. Источником питания GB1 и GB2 приемника служат две пары соединенных последовательно батарей 3336Л. Для питания передатчика используется батарея «Крона-ВЦ». Транзисторы КТ817Б приемника, можно заменить на транзисторы КТ815с любым буквенным индексом.
Остальные транзисторы можно при необходимости заменить на любые другие маломощные транзисторы соответствующей структуры.
Для монтажных плат использован листовой текстолит толщиной 1,5 мм. Все соединения на платах и межплатные соединения выполнены тонким монтажным проводом. Расположение радиоэлементов на платах произвольное и на работоспособность устройства не влияет.