В нашем журнале неоднократно рассказывалось о дискретной аппаратуре телеуправления. Она надежна в работе, ее шифратор и дешифратор просты в изготовлении и налаживании, но дискретная система имеет один существенный недостаток - не позволяет реализовывать сложные алгоритмы управления.
Большую гибкость может обеспечить так называемая пропорциональная система. В предлагаемой статье мы знакомим читателей с одним из ее вариантов. Как и обычно, описаны только шифратор и дешифратор.
В шифраторе приметен наиболее распространенный сейчас широтно-импульсный метод кодирования с временным уплотнением.
Средняя длительность информационных импульсов (ти=2 мс) и пауз между ними (тп=0,3 мс) ненамного отличается от той. которая принята в промышленной аппаратуре. Однако для более плавного управления электродвигателями приращение длительности информационного импульса (dт) в крайнем положении ручек управления равно ±1 мс - это больше, чем общепринятое. Для упрощения управления электродвигателями период Т повторения информационных пакетов выбран постоянным и равным 16 мс. В конце каждого информационного пакета формируется пауза, которая необходима для синхронизации распределителя приемника. При перемещении ручек управления длительность синхропаузы (тсп) изменяется в пределах от 3 до 11 мс.
Принципиальная схема шифратора показана на рис.1. а сигналы в некоторых его точках - на рис.2. На нижней диаграмме рис.2 показан вид информационного пакета для одного цикла передачи команд в четырехканальной аппаратуре.
рис.1
Основным узлом шифратора является генератор прямоугольных импульсов. Он состоит из истокового повторителя на транзисторе VT3 и триггера Шмитта на элементах DD4.3, DD4.4. В состав генератора входят также резисторы R11 -R14 и дешифратор DD2.
рис.2
При включении питания на выходе элемента DD4.4 устанавливается сигнал низкого уровня. Конденсатор С2 будет заряжаться через открытый транзистор VT2, а конденсатор С4 - вытекающим входным током элемента DD4.3 через резистор R9. Так как постоянная времени зарядки конденсатора С2 меньше, чем у С4, то к моменту переключения триггера Шмитта в единичное состояние конденсатор С2 будет заряжен до напряжения около 5 В. Время зарядки конденсатора С4 определяет паузу между информационными импульсами.
После переключения элемента DD4.4 в единичное состояние транзистор VT2 закрывается и конденсатор С2 начинает разряжаться черед один из резисторов пульта, выбранного дешифратором DD2. Напряжение с конденсатора С2 через истоковый повторитель VT3 и диод VD1 поступает на триггер Шмитта. При уменьшении этого напряжения до порога переключения, определяемого положением движка подстроечного резистора R7, триггер переключается в нулевое состояние - формируется информационный импульс.
Состояние дешифратора DD2 определено сигналами, поступающими со счетчика на триггерах DD1.1 и DD1.2. Счетчик переключается в момент спада каждого информационного импульса и поочередно подключает к генератору резисторы R11--R14. Когда на инверсных выходах триггеров DD1.1. DD1.2 будет сигнал 1, то на выходе элемента DD3 появится сигнал низкого уровня, запрещающий работу триггера Шмитта. В этот временной интервал формируется синхропауза.
Вновь генератор будет запущен импульсом с тактового генератора,собранного на транзисторе VT1 и элементах DD4.1 и DD4.2.
Питают шифратор от стабилизатора напряжения, выполненного на транзисторах VT4, VT5 и стабилитроне VD2. Применение этого стабилизатора позволило повысить стабильность работы всего устройства. Шифратор работоспособен при изменении напряжения от 7 до 15 В. Потребляемый устройством ток равен 10...11 мА.
Вместо указанных на схеме биполярных транзисторов можно применить любые кремниевые маломощные, соответствующей структуры. Транзистор КП303Г можно заменить на КП303Д, КП303Е. Вместо КП303А можно использовать любой транзистор из этой серии с напряжением отсечки не более 1,5 В. Диод VD1 - любой германиевый. Микросхему К134ЛА2 можно заменить микросхемой из серии К106 или К136. Замена остальных микросхем нежелательна, так как это приведет к необходимости пересчета шифратора. Конденсаторы С1 и С2 должны быть бумажными, металлобумажными или пленочными, так как от них зависит стабильность работы шифратора: С3 - К50-3. Терморезистор ММТ-1 (RK1) можно заменить на КМТ-12, ММТ-9. Резисторы R11-R14 - СП-1. Их сопротивление может быть от 68 до 150 кОм, но если углы полного поворота всех ручек управления выбраны равными, то и номиналы всех резисторов должны быть одинаковыми.
Не показанные на схеме входы микросхемы DD3 (выводы 3, 5, 8, 9, рис. 1) надо соединить с любыми из подключенных входов.
Перед налаживанием шифратора необходимо установить начальное сопротивление (Rнач) резисторов пульта. Это сопротивление определяют по формуле:
где R - номинальное сопротивление резистора пульта, а - полный угол поворота движка, dа -угол поворота движка при переводе ручки управления из нейтрального в одно из крайних положений. Для резистора СП-1 (a=255°) сопротивлением 100 кОм при dа, равном 45°, начальное сопротивление должно быть 35 кОм.
Резистор R3 подбирают таким, чтобы период повторения тактовых импульсов был равен 16 мс. Если при этом длительность отрицательного тактового импульса отличается от 4±0.5 мс. необходимо подборкой резистора R2 установить ее в указанных пределах. После этого к выходу шифратора подключают осциллограф и, вращая подстроечный резистор R7, добиваются возникновения генерации информационных пакетов. Резистор R7 устанавливают в такое положение, когда длительность каждого информационного импульса при нейтральном положении ручек управления равна 2 мс.
Аппаратура радиоуправления должна стабильно работать в широких температурных пределах,поэтому правильный выбор резистора R8 является важным завершающим этапом налаживания шифратора. Сначала вместо резисторов Rl 1-R14 к шифратору подключают постоянные резисторы, равные Rнач. Затем плату шифратора вместе с образцовым термометром обертывают несколькими слоями ткани (для теплоизоляции) так, чтобы были свободны проводники питания и выходные, и на час помещают в морозильную камеру холодильника. После этого плату вынимают и, не разворачивай, подключают к источнику питания и осциллографу. Когда термометр будет показывать 5...10°С, измеряют длительность любого информационного импульса.
Потом не разворачивая платы, ее медленно нагревают (например, завернув в электрогрелку). При температуре 45...50"С вновь измеряют длительность того же импульса. Если разница в длительности у холодного и нагретого шифратора превышает 0,1 мс, то сопротивление резистора R8 необходимо увеличить приблизительно на 100 Ом на каждые 0,1 мс разности. Если импульс нагретой платы окажется короче, то сопротивление резистора необходимо уменьшать в таком же соотношении.
В приемнике сигнал с выхода детектора поступает на вход распределителя, который разделяет информационный пакет на четыре отдельных канальных импульса, которые поступают на свои дешифраторы.
Принципиальная схема распределителя показана на рис. 3. Усиленный элементом DD1.1 и приведенный к уровням ТТЛ элементом DD1.2, информационный пакет поступает на селектор, выделяющий синхропаузы (DD1.4. VD1, С1) и через инвертор DD1.3 на вход счетчика (DD2.1, 1)02.2). и далее на дешифратор-демультиплексор DD3, DD4. Так как информационные импульсы, принятые приемником, имеют уровень 0, то на выходе элемента DD1.4 будет уровень 1. Этот же уровень сохранится и в паузе между импульсами потому, что продолжительность паузы недостаточна для зарядки конденсатора С1 до высокого уровня и изменения состояния элемента DD1.4. Счетчик DD2.1, DD2.2 изменяет свое состояние по спаду каждого информационного импульса, разрешая им поочередно проходить на каждый выход дешифратора-демультиплексора.
рис. 3
Через 1 мс после начала синхропаузы конденсатор С1 заряжается до напряжения переключения элемента DD1.4. На его выходе устанавливается низкий уровень, и триггеры DD2.1, DD2.2 переключаются в состояние 0, что соответствует выбору первого канала. При поступлении следующего информационного пакета элемент DD1.4 переключается в единичное состояние, и процесс распределения импульсов повторится.
Распределитель налаживания нс требует и начинает работать сразу. Только при подключении его к приемнику может понадобиться подборка резистора R1. Его подбирают, добиваясь устойчивой работы распределителя при наибольшем изменении амплитуды сигналов с приемника.
Отрицательные информационные импульсы с выходов распределителя поступают на четыре идентичных канальных дешифратора. На рис. 4 показана схема одного из них, а сигналы в его характерных точках - на рис. 5.
Puc.4
Отрицательный широтно-модулированный информационный импульс, пройдя через повторитель DD1.1, DD1.2 и дифференцирующую цепь C1R2, запускает одновибратор (VT1, DD1.3, VD1),
рис. 5
который формирует отрицательный образцовый импульс, длительность которого определяется по формуле:
где Uупр - напряжение на Входе упр. дешифратора.
Отрицательный информационный и положительный образцовый импульсы поступают на узел совпадения DD2.1, DD2.2. На такой же узел, только на элементах DD3.1, DD3.2, поступают положительный информационный и отрицательный образцовый импульсы. Если информационный импульс длиннее образцового. то разностный положительный импульс появится на выходе момента DD3.2, а если наоборот -- на выходе элемента DD2.2 (см. рис. 5, сигнал на выходе элементов DD3.2 и DD2.2).
Разностные импульсы узлов совпадения приходят на два идентичных устройства удлинения импульсов. Первое состоит из интегратора (С3, R5, VD4, R4), эмиттерного повторителя (VT2) и триггера Шмитта (DD2.3. DD2.4), а второе - из интегратора (С4, R11, VD6, R10), эмиттерного повторителя (VT3) и триггера Шмитта (DD3.3, DD3.4). Так как постоянная времени зарядки конденсаторов СЗ. С4 гораздо меньше времени разрядки, то на выходе триггеров Шмитта будут формироваться положительные импульсы, длительность которых пропорциональна длительности разностных импульсов. Длительность положительных импульсов будет в 16... 40 раз больше, чем длительность разностных импульсов.
Стабилизатор напряжения (VT1, VT2, VB2, С2) предназначен для питания распределителя и всех дешифраторов (см. рис. 3). Распределитель и каждый из дешифраторов потребляют ток не более 6 мА.
Транзисторы дешифратора и транзистор VT1 стабилизатора напряжения могут быть любыми кремниевыми. Транзистор КП303Г в стабилизаторе можно заменить на КП303Д. КП303Е, а микросхемы К134ЛБ2 в распределителе - на К106ЛБ2.
Для налаживания дешифратора потребуется генератор, формирующий импульсы длительностью 1...3 мс и периодом повторения 16 мс. Если такого генератора нет, то можно использовать шифратор, подключив к нему распределитель. Сигнал с шифратора подают на вход элемента DD1.2 распределителя, а вывод 1 элемента DD1.1 временно отключают.
Одновибратор дешифратора настраивают при напряжении на Входе упр. 2,2 В. На сигнальный вход подают отрицательные импульсы, а резистор R3 подбирают так, чтобы длительность отрицательного импульса на выходе элемента DD1.3 была равна 2 мс.
Если дешифратор предназначен для включения электродвигателя на определенное время, то вместо резисторов R5, R11 устанавливают перемычки. На дешифратор подают импульсы длительностью 2,3 мс (на выходе элемента DD3.2 появится разностный импульс длительностью 0,3 мс) и подбирают резистор R10 так, чтобы длительность импульсов на выходе элемента DD3.4 была 12...15 мс. Затем уменьшают длительность входных импульсов до 1,7 мс (разностный импульс 0,3 нс) и подбирают резистор R4 так, чтобы на выходе элемента DD2.4 были импульсы длительностью 12...15 мс.
Если дешифратор используют для управления частотой вращения электродвигателя. то на Вход упр. также необходимо подать напряжение 2,2 В, а длительность выходных импульсов должна быть 2,8 мс. Резистор RI 1 подбирают так, чтобы конденсатор С4 заряжался до напряжения 2,5 В. Резистор R10 подбирают таким, чтобы длительность импульсов на выходе элемента DD3.4 была около 15 мс. Резисторы R4, R5 подбирают так же, как R10, RI 1, но на вход дешифратора необходимо подать импульсы длительностью 1,2 мс.
Распределитель может работать с приемником любого типа. Информационные импульсы на выходе приемника должны быть отрицательными с амплитудой более 1 В. Выход приемника должен быть закрытым или иметь выходной сигнал в уровнях ТТЛ.