ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСПЕТЧЕР ПЕРЕДАТЧИКОВ «ЛИС»

May 17, 2010 by admin Комментировать »

А. Сеньков

Успех проведения соревнований по спортивному ориентированию («охота на лис») во многом зависит от технического совершенства передающей аппаратуры. Участникам соревнований с помощью портативного пе-ленгационного приемника за минимальное время необхо­димо отыскать в лесной местности пять разнесенных и замаскированных передатчиков — «лис». Режим рабо­ты каждого передатчика состоит из одной минуты излучения позывного и четырех минут молчания. Одно­временная работа двух или нескольких передатчиков не допускается. Каждой «лисе» присваивается один из пяти позывных: «МОЕ», «МОИ», «МОС», «МОХ» или «МО5», передаваемых в эфир телеграфным кодом Морзе.

clip_image002

Рис. 1. Функциональная схема устройства

Вначале, когда этот интереснейший вид радиоспорта только зарождался, передача позывных возлагалась на операторов, которые в течение четырех-пяти часов при любой погоде должны были следить за временем и по составленному заранее графику вручную передавать свой позывной. Разная скорость и почерк пяти операто­ров, а также другие разнобои в работе передатчиков, создавали дополнительные трудности участникам сорев­нований. Поэтому возникла необходимость автоматизмровать манипуляцию передатчиков. Были разработаны автоматы двух видов:

с централизованным управлением, включение каждой «лисы» происходит дистанционно по эфиру с одного командного пункта. При этом исключается возможность одновременной работы двух «лис» в любых условиях и как угодно долго, однако в комплекте «лисы» требу­ется дополнительная и сравнительно сложная аппарату­ра приема команд пункта управления;

с автономным управлением, включение каждой «ли­сы» происходит от своего манипулятора. Все пять манипуляторов перед началом соревнований запускаются по одним часам. Каждый манипулятор должен «запом­нить» момент запуска, с которого начинается процесс периодического повторения рабочих циклов. В функцию манипулятора входит также и формирование телеграф­ных текстов в течение рабочих циклов передатчиков. Стабильность, надежность, экономичность — вот основ­ные требования к манипуляторам такого вида.

Предлагаемый диспетчер относится к автоматам с автономным управлением. Состоит из пяти отдельных узлов-манипуляторов и одного пульта синхронного за­пуска и проверки всех узлов одновременно. Введение пульта является первой особенностью данного автомата. Все пять узлов выполнены по одной функциональной схеме (рис. 1). Принципиальные схемы узлов отлича­ются лишь разной распайкой двух перемычек для обеспечения формирования всех пяти рабочих интерва­лов и позывных «лис». Без изменения количества элементов схема обеспечивает применение различных по частоте кварцевых резонаторов, что является вторым принципиальным отличием данного диспетчера. Как это сделано, будет рассмотрено ниже.

Разберем работу каждого функционального узла по принципиальной схеме (рис. 2).

Задающий генератор (ЗГ). Выполнен по известной схеме на двух инверторах Dl.l, D1.2 с квар­цевой стабилизацией частоты, чем и обеспечивается вы­сокая стабильность формирования рабочих циклов.

Делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДЧ ПКД). Дели­тель двадцативосьмиразрядный, собран на элементах D3, D4, D5, D6.1, D7, D8, D9.1. ДЧ ПКД позволяет получать на его выходе последовательность импульсов с периодом повторения 1 мин, применяя в ЗГ кварц на любую частоту, но не более 1,5 МГц (из-за ограни­ченного в этих пределах быстродействия микросхем серии 564). Разберем, как достигается постоянный период повторения импульсов при изменении частоты ЗГ.

В общем случае коэффициент деления (К) частоты на выходе ЗГ (F3T) для получения требуемой частоты на выходе делителя (Fp) определяется из соотношения

clip_image004

в нашем случае FH = 1/60 Гц, т. е. К = 60 F3r. Следует учитывать, что F3T, как правило, не совпадает с паспорт­ным значением кварцевого резонатора (из-за разброса параметров применяемых схемных элементов). Поэтому для точного определения К необходимо замерить частоту на выходе ЗГ. Определив значение К, его необходимо перевести в двоичную систему записи, так как делитель дает информацию о количестве импульсов, поступивших на его вход, в двоичной системе, т. е. по наличию 1 и 0 на его выходах. 1-й разряд числа К в двоичной системе соответствует 1-му разряду делителя, т. е. выходу 3 D3, а старший разряд числа К — выходу 6 D6. Определяем номера разрядов числа К, в которых должна быть 1, и именно эти разряды необходимо подать на схему сов­падения, т. е. схему И. Функцию 16-входовой схемы И выполняют элементы D7, D8, D9.1. Если в числе К еди­ничных разрядов меньше 16, то на неиспользуемые входы D7, D8 необходимо подать либо 1 от п, либо запараллелить их со входами, на которые поступают единичные разряды (входы D8 на схеме). Итак, ровно через минуту с начала счета (с момента появления О на шине R делителя) на всех входах элементов D7, D8 произойдет совпадение высоких уровней, на выходе 1 D9.1 также сформируется 1, которая обнулит все счет­чики делителя, и на входе схемы И появятся низкие уровни и счет начнется снова. На выходе элемента D9.1 будет формироваться последовательность коротких им­пульсов с периодом повторения 1 мин.

Таблица 1

2N -1

Число

Nр

2N — 1;

Число

1

20

1

15

214

16 384

2

21

2

16

215

32 768

3

22

4

17

216

65 536

4

23

8

18

217

131 072

5

24

16

19

218

262 144

6

25

32

20

219

524 288

7

26

64

21

220

1 048 576

8

27

128

22

221

2 097 152

9

28

256

23

222

4 194 304

10

29

512

24

223

8 388 608

11

210

1024

25

224

16 777 216

12

211

2048

26

225

33 554 432

13

212

4096

27

226

67 108 864

14

213

8192

28

227

134 217 728

Так как число К обычно составляет десятки миллио­нов и сразу трудно определить, какие же разряды должны быть использованы для сложения на схеме И, приведем пример определения числа К в двоичной си­стеме.

Пусть имеется кварц на частоту 1 МГц, на выходе ЗГ значение FST получилось 1 000 005 Гц, тогда К = = 60 000 300. Это число можно представить как сумму чисел, взятых из ряда: 2° … 2N, где N — количество раз­рядов числа К в двоичной системе. В табл. 1 приведены значения выражений от 2° до 227 и соответствующие номера разряда N двоичного числа (или номер выхода делителя частоты).

clip_image006

Рис. 2. Принципиальная схема устройства

Определим два соседних разряда, в пределах которых должно быть число К, т. е. N<K<N+l. Такими разря­дами являются 26 и 27. 27-й разряд соответствует боль-

шему числу, чем К, поэтому его отбрасываем, а 26 й разряд соответствует меньшему числу, чем К. Поэтому необходимо добавить ближайший по величине разряд, но так, чтобы его сумма с 26-м разрядом не превышала значение К- Таковым является 25-й разряд. Находим сумму S1:

S1 =N26 + М25 = 50 331648. Аналогично находим S2:

S2 = Sl+N24 = 58 720 256. И так далее до получения числа К:

S3 = S2 + N21

S4 = S3 + N18

S5 = S4 + N17

S6 = S5 + N16

S7 = S6 + N12

S8 = S7 + N6

S9 = S8 + N4

S10 = S9 + N3 = 60 000 300.

Таким образом, определились 11 разрядов делителя, которые необходимо подать на схему совпадения высо­ких уровней (схему И). Остальные выходы с элементов D3…D5, D6.1 просто не используются. Приведенная схема ДЧ ПКД является общей и пригодна для кварцев не выше 1,5 МГц. При частотах меньше 250 кГц эле­мент D6.1 может не использоваться.

Формирователь рабочих интервалов (ФРИ). Устройство состоит из RS-триггера на элементах D10.1 и D9.2, 4-разрядного регистра сдвига на DILI и инвертора на D10.3. До запуска манипулятора на вход 11 D9.2 с пульта контроля поступает логическая 1 (+ЁП), этим же сигналом все счетчики ДЧ ПКД устанавлива­ются в исходное состояние. На вход D регистра сдвига и на контакт 1 переключателя S2 с выхода элемента D10.1 поступает высокий уровень. Установкой переклю­чателя S2 в одно из положений с 1 по 5 обеспечивается подача соответствующего номера рабочего интервала на схему формирования позывных. Эпюры напряжений в различных точках схемы ФРИ изображены щ рис 3.

clip_image008

Рис. 3. Эпюры напряжений в различных точках ФРИ

В момент поступления команды «Пуск» с пульта син­хронного запуска начинается режим счета ДЧ ПКД и через одну минуту на вход 1 D10.1 поступит короткий положительный импульс. Одновременно этот же импульс поступит и на вход С регистра сдвига (вход 9 D11.1), а так как на входе D в этот момент еще сохраняется высокий уровень, то он запишется на выходе 5 D11.1. В следующий момент RS-триггер опрокинется и на вы­ходе D10.1 сформируется низкий уровень. Поэтому после второго импульса с выхода ДЧ ПКД на выходе 5 D11.1 запишется 0, а 1 перепишется на выход 4 и т. д. Высо­кий положительный уровень на выходе RS-триггера (D10.1, выход 3) вновь сформируется только после окон­чания пятого минутного интервала, когда положитель­ный фронт с выхода инвертора D.10.3. пройдет через дифференцирующую цепочку C3R5 и переведет RS-триг-гер по входу 11 D9.2 в исходное состояние. Цикл фор­мирования интервалов повторится.

Формирователь текстов позывных (ФТП). Остальная часть схемы на рио. 2 представляет собой ФТП.

clip_image010

Рис. 4. Эпюры напряжений в различных точках ФТП

На вход ФТП поступают:

стробы с ФРИ длительностью 1 мин и периодом повторения 5 мин;

переменное напряжение типа «меандр» со схемы ДЧ ПКД и с периодом повторения ~70…80 мс т);

переменное напряжение типа «меандр» со схемы ДЧ ПКД и периодом повторения Тп2 = Та1Х2 (2 Гп1).

Значение Tn1 выбирается так, чтобы получить ско­рость формирования текста позывного, равную 60… 80 зн/мин. На рис. 4 в эпюрах напряжений в различных точках ФТП подробно показан процесс формирования текста позывного. Остановимся лишь на том, как фор­мируется окончание текста и его повтор в пределах одного минутного интервала. Исходное состояние ФТП зависит от поступления обнуляющего импульса через диод V2 на входы R элементов D6.2 и D11.2. Из рис. 4 видно, что для того чтобы процесс формирования текста закончился после букв Е, И, С, X или 5, на обнуляющий вход элементов D6.2 и D11.2 необходимо подать напря­жение с точек, обозначенных индексами 17, 18, 19, 20 или 21 соответственно. Осуществление этого зависит от уста­новки переключателя S1 в соответствующее положение. Процесс формирования текста будет длиться, пока не за» кончится минутный положительный строб на входе D2.1, после чего на его выходе появится высокий уровень и через диод VI выдаст запрет на работу D6.3 и D11.2. Схема ФТП будет удерживаться в исходном состоянии до прихода очередного рабочего интервала. Для сопряжения с транзисторным входом электронного ключа в схему ФТП введены два инвертора D2.4 и D1.5. Последний через ограничительный резистор R4 обеспечивает ток в нагруз­ку до 2 мА. Для обеспечения текущего контроля работо­способности узла с одного из выходов ДЧ ПКД снима­ется сигнал с частотой »1 кГц. Номер выхода делителя легко определить с помощью табл. 1, зная частоту кварцевого резонатора. Номинал частоты кварцевого резонатора, выраженный в килогерцах, будет соответ­ствовать коэффициенту деления, чтобы получить 1 кГц с ДЧ ПКД. Так как два соседних разряда на своих выходах дают сигналы, отличающиеся по частоте в два раза, то выбирают ближайшее значение частоты. Этот сигнал подается на элемент D13.2, на котором происхо­дит коммутация сигнала звуковой частоты импульсами с выхода ФТП. Элемент D1.6 необходим для сопряжения с динамиком типа ДЭМШ.

Питание манипулятора лучше сделать автономным (от собственной батареи), чтобы максимально развяза­ться от передатчика. Номинал напряжения Еп может быть выбран от 4 до 15 В. Ток, потребляемый прибором, в рабочем интервале при Еп = 9 В не превышает 3 мА, в период паузы — не более 300 мкА.

Пульт синхронного запуска и конт­роля. Обеспечивает синхронный запуск всех пяти манипуляторов и достоверный контроль работоспособ­ности узлов перед подключением к передатчикам. Прин­ципиальная схема пульта и его стыковка с манипу­ляторами приведена на рис. 5. В состав пульта вхо­дят:

пять транзисторных ключей — эквивалентов нагрузки для каждого манипулятора, в коллекторную цепь которых включены лампочки для визуального контроля в процессе проверки всего диспетчера;

тумблер S1 «Стоп — Пуск», в положении «Стоп» с пульта на схему каждого манипулятора через контакт 4X1 поступает напряжение П, которое удерживает в исходном состоянии схемы ДЧ ПКД, ФРИ и ФТП. При переводе тумблера в положение «Пуск» напряжение + Eп в этой цепи снимается и все счетчики и регистры манипулятора, благодаря резисторам R2, R3, R6, пере­ходят в рабочее состояние. Причем этот переход во всех пяти манипуляторах происходит строго синхронно от одного тумблера. С момента команды «Пуск» первый манипулятор должен сразу (если не учитывать паузу начала формирования, см. рис. 4, п. 16) передавать текст позывного, что можно контролировать по загоранию лампочки HI на пульте. Через минуту по лампочке,Н2 можно наблюдать работу второго манипулятора и т. д.;

кнопка S2 «Контроль», с помощью которой можно ускорить процесс контроля (при нажатии на кнопку + ЕП поступит на манипуляторы — контакт 5X1). Высо­кий уровень по входу 2 элемента D2.1 (см. рис. 2) заменяет строб рабочего интервала по входу 1 этого же элемента, и ФТП качнет работать как обычно. Все лам­почки пульта должны одновременно показывать работу манипуляторов.

Непосредственно из пульта выходит жгут, который разветвляется на пять отростков с разъемами на концах. Тип разъемов — ответная часть разъема XI в манипуля­торах. На рис. 6 приведен чертеж кабеля с рекомендуе­мыми размерами жгута.

clip_image012

Рис. 5. Принципиальная схема пульта запуска и контроля

После запуска и проверки кабель пульта отстыковы­вается от манипуляторов. Так как тумблер пульта на­ходится в положении «Пуск», то цепь XI (контакт 4 в манипуляторах), пульт, и разорвана, поэтому рас­стыковка разъемов не внесет никаких изменений в рабо­ту узлов. Далее отстыкованные узлы автономно, с точ­ностью кварцевых часов, будут формировать свой рабо­чий интервал начиная с одного момента времени — команды «Пуск». Каждый узел отдельно от передатчика транспортируется на место своей «лисы», где и под­ключается к передатчикам. Для этого в передатчике должен быть предусмотрен кабель, состоящий из двух проводников с разъемом на конце для стыковки с разъе­мом XI манипулятора. Стыковка с передатчиком производится по двум цепям: «корпус» и «выход на электрон­ное реле» (XI, контакты 2 и 3). Последний провод должен быть экранированным. Заделка кабеля в пере­датчике и стыковка разъемов должны обеспечивать на­дежное соединение с учетом возможных механических воздействий в полевых условиях.

clip_image014

Рис. 6. Чертеж кабеля

clip_image016 clip_image018

Рис. 7. Схема включения мик­росхемы К176ЛП1

Рис. 8. Микросхема К176ИЕ1

Возможные замены микросхем серии 564. Примененные микросхемы серии 564 можно заме­нить на серию 176 с сохранением всех электрических характеристик. В случае такой замены все микросхемы, за исключением Dl, D3, D4, D5 и D6, сохраняют свое функциональное название и нумерацию выводов. В се­рии 176 нет аналогов микросхемам 564 ЛН2 и 564 ИЕ10. Однако 564ЛН2 можно заменить на К176ПУ2, кроме элементов D1.6 и D1.5 (см. рис. 2). Вместо них можно использовать микросхему К.176 ЛП1, включенную по схеме на рис. 7, при этом следует выводы 1, 5, 12, 8, 13 соединить между собой. Такое включение обеспечивает ток в нагрузку до 2 мА.

564 ИЕ10 можно заменить на К176 ИЕ1 (рис. 8), которая представляет шестиразрядный двоичный счет­чик, у которого выходы R и С1 эквивалентны входам R и СЕ в 564 ИЕ10.

Для обеспечения двадцати восьми разрядов в счет­чике ДЧ ПКД, применяя микросхемы К176 ИЕ1, необ­ходимо пять корпусов микросхем. Еще один корпус необходим в схему ФТП (вместо D6.2, см. рис. 2).

Сборка и настройка. Решение о методике монтажа может быть принято исходя из наличия того или иного типа микросхем (допускается и смешанный вариант); возможности изготовления печатных плат.

И в том, и в другом случае окончательный вариант может быть определен после макетирования ЗГ, так как необходимо знать частоту на входе ДЧ ПКД. Часто­ту рекомендуется измерять после одного каскада деле­ния (выход 3 D3, см. рис. 2). При этом Рюя = 0,5 Fsr.

Зная F3r, находят число К и номера разрядов дели­теля, которые необходимо подать на схему И (D7, D8), а также номера разрядов на схему ФТП (входы 2,8 D12.1) и вход 3 D13.2. При условии правильного монта­жа устройство не требует настройки, если же оно не заработает, ошибку монтажа следует искать по соответ­ствию осциллограмм в различных точках схемы рис. 3 и 4.

При проверке узлов но отдельности с использованием пульта запуска проверяемый узел необходимо стыко­вать с разъемом XI кабеля пульта, так как напряжение + ЕП для формирования команд «Стоп» и «Контроль» поступает через этот разъем (см. рис. 5).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты