Судейский секундомер для проведения авиамодельных соревнований по воздушному бою

May 19, 2010 by admin Комментировать »

Применение цифровой контрольно-измерительной аппаратуры дает во многих случаях неоспоримые пре­имущества по сравнению с традиционными методами измерений. Все большую популярность такая аппарату­ра завоевывает и при проведении спортивных и спортив­но-технических соревнований. Связано это с тем, что обычные «ручные» методы фиксации, например, времени, в ряде случаев не позволяют вынести объективное реше­ние (при всей беспристрастности судей, но в результате ограниченной мышечной реакции человека).

clip_image002

Рис. 3. Блок-схема секундомера

Если говорить конкретно об авиамоделизме, то в настоящее время требуется, например, при проведении соревнований достаточно высокого ранга по гоночным моделям фиксация полетного времени участников с точ­ностью до сотой доли секунды. На соревнованиях же скоростных моделей, где скорости давно перешагнули рубеж 200 км/ч и приближаются уже к 300 км/ч, фик­сация времени с этой точностью назрела уже давно. Отметим также, что создание многомоторных радио­управляемых моделей-копий выдвигает проблему синхро­низации частоты вращения микродвигателей, которая к настоящему времени на основе аналоговой техники нерешена и достаточно просто решается при применении цифровой техники. Форсирование микродвигателей требует замера скорости вращения. Применяемые сейчас аналоговые частотомеры страдают большой погрешно­стью, а применение уже разработанных цифровых часто­томеров дает возможность простыми средствами опреде­лять скорость вращения винта с точностью до ±10 об/мин.

В данной статье описан достаточно простой для по­вторения секундомер, предназначенный для проведения авиамодельных соревнований по воздушному бою, изго­товленный и опробованный в Центральном спортивно-техническом клубе авиационного моделизма.

Коротко о правилах соревнований по воздушному бою. В каждом бою участвуют две модели, управляе­мые спортсменами с помощью корд, фиксируется общее полетное время, а также время каждого участника. Ни один из промежутков времени не должен превышать 240 с (по правилам соревнований фиксируется именно число секунд). Ввиду большой звуковой насыщенности при запуске моделей, связанной с работой микродвига­телей, требуется достаточно надежная информация о на­чале счета времени и его завершении. В ряде случаев для этого используется сирена.

Рассмотрим блок-схему устройства (рис. 3), отве­чающую этим требованиям.

После включения питания и нажатия кнопки «Сброс» схема приходит в исходное состояние — счетчик обнулен и на его вход не поступают тактовые секундные импуль­сы с генератора. При нажатии кнопки «Пуск» прерыва­тель переходит в состояние, в котором он пропускает сигнал с генератора. По переднему фронту запускающего импульса одновременно срабатывает одновибратор, включающий на заданное время (3 с) сирену, оповещающую о начале полетного времени. Информация о текущем времени высвечивается на табло.

clip_image004

Рис. 4. Принципиальная схема секундомера

По достижении счетчиком состояния 240 с схема совпадений вырабатывает импульс, по переднему фрон­ту которого прерыватель запирается, счет при этом останавливается и одновременно, как и при запуске схемы, включается сирена, извещающая об истечении полетного времени. Для приведения устройства в исход­ное состояние нажимается кнопка «Сброс».

Рассмотрим теперь схемную реализацию устройства (рис. 4). Оно может быть выполнено на микросхемах разных серий. Была выбрана серия К176, отличающаяся малым потреблением вследствие выполнения по К.МОП-технологии (дополнительные полевые транзисторы) и наличием достаточно интегрированных элементов в ее составе, по сравнению, например, с микросхемами, вы­полненными по ТТЛ-технологии (например, серия К155). Хотя последняя серия и превосходит серию К176 по быстродействию, но в данном случае вопросы быстродействия несущественны. Что же касается потребления логической частью устройства, то здесь серия КД76 имеет существенные преимущества, поскольку ее потреб­ление в статическом режиме составляет микроамперы. Это существенно еще и потому, что ввиду большого энергопотребления световым табло и «толчков» по пи­танию при переключении сегментов можно питать логи­ческую часть схемы от отдельного маломощного источ­ника (например, от батареи «Крона»).

Генератор и прерыватель секундомера выполнен на микросхеме D1, которая содержит элементы генератора и счетчик-делитель с коэффициентом деления 215. В цепи генератора включен кварц с частотой 32 768 Гц (или 215 Гц). С входа 15 микросхемы (вывод 5) следуют секундные импульсы, если на входе R (вывод 3) при­сутствует логический ноль, и импульсов нет, если на входе R присутствует логическая единица (вход R в мик­росхеме К176ИЕ5 служит для установки счетчиков де­лителя в нулевое состояние). Формирование этих уровней происходит с помощью D-триггера D2.2. После на­жатия кнопки «Сброс» на выходе Q-триггера D2.2 воз­никает уровень логической единицы, что приводит к уста­новке счетчика-делителя микросхемы D1 в нулевое состояние. Одновременно обнуляются и микросхемы D4, D6, D8 трехразрядного счетчика делителя числа секунд. Секундные тактовые импульсы при этом не проходят на вход микросхемы D4. Нажатию кнопки «Сброс» соот­ветствует перевод ползунка переключателя S2 в верхнее по схеме положение.

Для запуска секундомера необходимо нажать кнопку «Пуск» (ползунок переключателя S1 переводится в верх­нее по схеме положение). Этому соответствует подача уровня логической единицы (положительного потенциа- . ла питания +9 В) на вход S триггера D2.1. При этом на выходе Q возникает положительный фронт, по кото­рому с помощью микросхем D3.1, D3.2, D3.3 вырабаты­вается импульс стандартной длительности, определяе­мый постоянной времени цепочки R5C7. Этот импульс с выхода D3.3 подается на установочный вход S триггера D2.2, что приводит к обнулению выхода Q, т. е. снятию уровня логической единицы на входе R микросхемы D1. Одновременно этот импульс в противоположной поляр- ности (с выхода D3.2) через микросхему D10.3 подается на тактовый вход С микросхемы D11.2, на которой вы­полнен одновибратор. При этом уровень логической единицы с D-входа передается на выход Q микросхемы, что приводит к зарядке конденсатора С9. По достижении потенциала активной зоны происходит опрокидывание триггера. Счетчик-делитель микросхемы D1 начинает делить частоту задающего генератора до частоты 1 Гц, которая подается на вход счетчика-делителя D4, D6, D8.

Таким образом, можно сказать, что точность работы устройства составляет величину, обратную частоте за­дающего генератора, т. е. 3-10~5 с. Задержки, связанные с прохождением импульсов, при работе микросхем в дан­ном случае несущественны, поскольку для микросхем серии К176, согласно паспортным данным, они составля­ют величины меньше микросекунды.

Трехразрядный десятичный счетчик выполнен на микросхемах D4, D6, D8, представляющий собой счетчик с дешифратором для вывода информации в семисегментном коде. Обратим внимание на схему управления дан­ными элементами в разрядах десятков и сотен (микросхемы D6 и D8). Чтобы уменьшить энергопотребление лампами табло после подачи импульса «Сброс», а также для улучшения восприятия информации, было решено оставлять светящейся цифру «О» только в разряде единиц. Для этого после подачи импульса «Сброс» уро­вень логической единицы, устанавливающийся на выхо­дах Q микросхем D7.1 и D7.2, подается на входы С микросхем D6 и D8. Наличие логической единицы на входе С микросхемы К176ИЕ4 приводит к инверсии вы­ходных уровней на выходах «a»…«g». Поэтому в со­стоянии «О» уровень выходов «a»…«f» окажется равным нулю, а уровень выхода «g» — единице. Для обнуления и этого выхода используются схемы 2И-НЕ (D5.2, D5.3, D9.1, D9.2), на входы которых подаются уровни с выхо­да «rf» микросхемы D6 и с выхода Q микросхемы D7.1 (соответственно с D8 и D7.2). Таким образом в исходном состоянии счетчика осуществляется гашение нулей в раз­рядах десятков и сотен.

С приходом первого импульса переноса из предыду­щего разряда, например разряда единиц, в D-триггере D7.1 происходит перенос уровня логической единицы, присутствующей на D-входе, на выход Q микросхемы D7.1, где этот уровень сохраняется, пока не будет подан импульс сброса на R-входы микросхем. Все сказанное относится и к разряду сотен.

По достижении счетчиком состояния 240 с на соот­ветствующих выходах в разряде десятков и сотен появ­ляется уровень логической единицы. Отметим, что это состояние единственное. Выходы «6, с, f, g» микросхемы D6 и «а, Ъ, d, e, g» микросхемы D8, помимо того что они соединяются с блоками индикации, соединены также со входами схемы совпадений D12. Порядок соединения несуществен, поэтому на схеме выходы микросхемы D6 и D8 и входы D12 объединены одной толстой линией. Это состояние вызывает срабатывание микросхемы D12 — девятивходовой схемы И, на ее выходе появ­ляется положительный уровень, по фронту которого с помощью микросхем D10.1, D10.2, D10.3 и RС-цепочки R10C8 формируется короткий импульс. Этот импульс с одной стороны идет через микросхему D9.4 на вход R триггера D2.2, что приводит к появлению логической еди­ницы на выходе Q, т. е. к прекращению счета — на таб­ло остается гореть «240». Одновременно этот импульс поступает на вход С триггера D11.2, на котором, как

говорилось выше, выполнен одновибратор, управляю­щий временем работы сирены, которая на этот раз извещает об окончании полетного времени.

Коротко остановимся на устройстве табло и питании устройства. Табло выполнено трехразрядным, на нем, наряду с цифрами в семисегментном коде, имеется ряд предупредительных сигналов. Сегменты выполнены на лампочках для автомобильных салонов. Они удобны тем, что имеют продолговатую форму, а контакты вы-, полнены на ее концах. Образец ключевой схемы, управ­ляющей включением лампочек сегментов, приведен толь­ко для одного сегмента, остальные схемы идентичны. Обратим внимание также на входные цепи микросхемы D2.1. Поскольку логическая часть схемы монтируется совместно с ключевыми схемами, управляющими сегмен­тами, в корпусе табло, а управление производится с судейского столика, то необходимо предусмотреть кабель. Для предотвращения помех ко входам присоеди­нены сопротивления, значение которых много меньше входного сопротивления микросхем этой серии (1 МОм), а также параллельно подсоединенные электролитиче­ский и керамический конденсаторы.

Питание устройства производится таким образом. Логическая часть питается от маломощного источника напряжением 9 В. Потребляемый ток не превышает 20 мА. Лампочки сегментов питаются от автомобиль­ного аккумулятора, что удобно в условиях кордодрома. Кроме того, для автомобильного аккумулятора нагрузка в 20 А является приемлемой в течение достаточно дли­тельного времени (а именно такой ток потребляет таб­ло, когда горят все три разряда цифр).

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