УСТРОЙСТВО ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ с число-импульсным разделением каналов

May 26, 2010 by admin Комментировать »

В. Копанев, В. Сироткин

Устройство предназначено для передачи 14 дискретных команд теле­управления по проводной линии связи длиной до 50…100 м и может быть использовано в народном хозяйстве, например для дистанцион­ного управления технологическими процессами. В случае применения приемника и передатчика, работающих в ультразвуковом или УКВ диапазонах, возможно беспроводное телеуправление с использованием данного устройства.

Мощность, потребляемая устройством от истолника питания на­пряжением 5 В, не превышает 2 Вт и может быть уменьшена в 2,5 раза при использовании микросхем серии К134 или К136.

Структурная схема прибора показана на рис. 1. Он состоит из генератора импульсов опроса G1, кнопоч­ного поля S1, генератора пачки импульсов G2, шифра­тора D1, счетчиков D3, D7, пороговых устройств D4, D10, формирователя импульсов сброса D5, расширителя импульсов D6, формирователя импульсов счета D8, де­шифратора D9, блока реле К.1.

Принципиальная схема передатчика показана на рис. 2 и 3, приемника — на рис. 4, а эпюры, иллюстри­рующие их работу, на рис. 5 и 6 соответственно.

Генератор опроса, собранный на микросхеме (МС) DD1 и элементе DD2.1, вырабатывает импульсы (см. 1 и 2 на рис. 5) с частотой 30…60 Гц. По отрицательному спаду сигнала 1 с помощью дифференцирующей цепи C3R3R4 формируется импульс 3, который устанавливает RS-триггер DD3.1 (выполнен на двух элементах 2И-НЕ) в единичное состояние (сигнал 4). В результате гене­ратор пачки импульсов на МС DD4 начинает вырабаты­вать импульсы с частотой 9… 12 кГц (сигнал 5), которые через цепь VD4R7 поступают в линию связи. Цепь VD4R7 устраняет осцилляции, возникающие в результа­те работы элемента DD4.4 на длинную проводную линию.

clip_image002

Рис. 1. Структурная схема устройства телеуправления с числоим-пульсным разделением каналов

clip_image004

Рис. 2. Принципиальная схема передатчика

Одновременно импульсы с выхода элемента DD4.3 поступают на вход 4-разрядного счетчика, собранного на МС DD5 и DD6. После прохода на счетчик 15-го им­пульса пачки все триггеры счетчика будут находиться в единичном состоянии, поэтому на выходе элемента сов­падения DD2.2 появится логический 0 (сигнал Б), кото­рый запустит одновибратор, собранный на элементах DD3.2 и DD3.3. Отрицательный импульс 7 длитель­ностью около 15 мкс, сформированный одновибратором, устанавливает счетчик и триггер DD3.1 в нулевое со­стояние.

clip_image006

Рис. 3. Принципиальная схема шифратора

clip_image008

Рис. 4. Принципиальная схема приемника

clip_image010

Рис. 5. Эпюры напряжений в передатчике

clip_image012

Рис. 6. Эпюры напряжений в приемнике

Таким образом, в исходном состоянии (кнопки SB1 — SB14 отпущены) на выходе передатчика периодически появляются пачки из 15 импульсов.

При нажатии на кнопку с номером N передатчик начинает работать так. В течение времени, когда сигнал равен логическому 0, в счетчик с помощью шифратора DD7 в двоичном коде записывается число К=15 — N.

Поэтому все триггеры счетчика установятся в единичное состояние после N-ro импульса пачки. Таким образом, в данном случае на выходе передатчика будут периоди­чески появляться пачки, состоящие из N импульсов.

Диод VD3 защищает вход 5 МС DD3.1 от перена­пряжения, возникающего в момент положительного пе­репада сигнала 1.

Принципиальная схема шифратора показана на рис. 3.

Рассмотрим работу приемника. Входной сигнал 1 (см. рис. 6) через буферные инверторы DD1.1 и DD1.2 поступает на пороговое устройство (аналог триггера Шмитта), в состав которого входят элементы DD1.3, DD2.1 и резисторы R3 и R5. Данное пороговое устрой­ство имеет напряжение срабатывания около 1,4 В и гистерезис 0,6 В. Сравнительно большой гистерезис спо­собствует улучшению помехоустойчивости приемника, так как помеха, не выходящая за пределы петли гисте­резиса, не оказывает влияния на работу устройства. Однако основное назначение порогового устройства — уменьшить фронты импульсов пачки, которые ухудши­лись вследствие прохождения через линию связи.

Из сигнала 2 порогового устройства с помощью рас­ширителя импульсов на элементе DD1.4 формируется сигнал 3. Происходит это следующим образом. До при­хода пачки импульсов сигнал 2 имеет значение логиче­ской 1. При этом диод VD2 закрыт, а конденсатор С2 заряжен на напряжения около 1,6 В входным током элемента DD1.4 со стороны выхода 9, поэтому сигнал 3 равен 0. С приходом первого импульса пачки сигнал 2 принимает значение логического 0, а сигнал 3 — логиче­ской 1. При этом конденсатор С2 разряжается через диод VD2, токоограничивающий резистор R2 и выход­ной транзистор элемента 2И-НЕ DD1.3. Конденсатор С2 выбран с такой емкостью, что он не успевает за время паузы между импульсами зарядиться до порогового на­пряжения DD1.4. Через 80…200 мкс после окончания последнего импульса пачки конденсатор С2 заряжается до порогового напряжения, и сигнал 3 принимает зна­чение 0.

Таким образом на выходе расширителя импульсов формируется .импульс длительностью несколько боль­шей, чем длительность пачки.

На МС DD5 собран формирователь импульсов «сбро­са» счетчика. До прихода пачки сигнал 3 равен 0 (по­этому конденсатор С1 разряжен), а сигнал 4 равен 1. С приходом первого импульса пачки значение сигнала 4 изменяется на 0. Возврат сигнала 4 в значение 1 про­исходит по окончании зарядки конденсатора С1 до по­рогового напряжения элемента DD5.1. Длительность импульса сброса счетчика 4…10 мкс. Интегрирующая цепь R4C3 устраняет ложный «всплеск» напряжения, возникающий в момент отрицательного перепада сиг­нала 3.

Формирователь импульсов счета выполнен на эле­менте DD2.2. В паузах между импульсами пачки кон­денсатор С4 разряжен по цепи VD3R6DD2.1, а напря­жение на выходе DD2.2 равно 1. Изменение значения этого напряжения на 0 происходит через 15…30 мкс (время зарядки конденсатора С4) после прихода любо­го импульса пачки, а возврат в 1 — по спаду того же импульса пачки.

Поскольку для надежной работы счетчика необхо­димы импульсы счета с малыми фронтами, импульсы с выхода DD2.2 обостряются пороговым устройством на элементах DD2.3 и DD2.4. С выхода порогового устрой­ства импульсы счета (сигнал 5) поступают на вход счет­чика, выполненного на МС DD3 и DD4. Состояние счет­чика в паузах между пачками соответствует числу им­пульсов в пачке и определяется дешифратором на МС DD6 — DD12. К выходам дешифратора подключены ре­ле К1 — К14, контакты которых коммутируют исполни­тельные устройства.

Порядок подключения входов МС DD6 — DD12 к вы­ходам счетчика указан в таблице.

Ввиду периодичности прихода пачек обмотки реле питаются импульсным током, однако дребезжания реле не происходит, так как скважность импульсов тока че­рез обмотки реле находится в пределах 0,003…0,09, в за­висимости от номера нажатой кнопки.

К деталям устройства никаких особых требований не предъявляется. Реле К1 — К14 — РЭС-10, паспорт РС4.524.308. Диоды Д9Б могут быть заменены на Д311, Д312 с любым буквенным индексом.

Налаживание устройства заключается в про­верке осциллографом соответствия сигналов эпюрам, приведенным на рис. 5 и 6. При этом на вход внешней синхронизации осциллографа подают сигнал 1 пере­датчика.

Для дополнительного повышения помехоустойчивости устройства при работе на длинную линию связи жела­тельно выход передатчика и вход приемника соединить через резисторы сопротивлением 3,3 кОм с шиной +5 В.

Следует заметить, что при беспроводном телеуправ­лении необходимо в несколько раз уменьшить частоту повторения импульсов в пачке и частоту опроса. Одно­временно с этим нужно ввести в блок реле приемника интеграторы (в простейшем случае интегрирующие RC-цепи) с постоянной времени порядка нескольких миллисекунд (максимальная длительность пачки) для увеличения эффективной инерционности реле.

Для еще большего сужения полосы передаваемых частот по УКВ или ультразвуковому каналу желательно передавать не пачки прямоугольных импульсов, а пачки «синусоидальных» импульсов. При этом после детектора приемника необходимо включить пороговое устройство для обратного перехода к прямоугольным импульсам.

…с уровневым разделением каналов

Данное устройство обеспечивает передачу восьми дискретных команд телеуправления по проводной линии связи, имеющей сопротивление не более 80 Ом.

Мощность, потребляемая устройством от источников питания, не превышает 0,36 Вт в исходном состоянии и 1,5 Вт при включен­ной команде. Прибор сохраняет работоспособность при изменении питающих напряжений в пределах — 15… +30 % от номинальных зна­чений.

clip_image014

Рис. 7. Принципиальная схема устройства телеуправления с уров« невым разделением каналов

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 7. Пульт управления состоит из кнопок SB1 — SB8 и резисторов Rl — R8. В исходном состоянии суммарное сопротивление резисторов пульта управления равно 0,3X8 = 2,4 кОм. При нажатии на кнопку SB1 резистор R1 шунтируется ею и суммарное сопротивление умень­шается до 2,1 кОм. При нажатии на кнопку SB2 зако­рачиваются два резистора — R1 и R2, суммарное сопро­тивление уменьшается до 1,8 кОм. Таким образом, суммарное сопротивление (в килоомах) пульта управления равно 2,4 — 0,3N, где N — номер нажатой кнопки.

Пульт управления через линию связи и разъем XI подключен к генератору тока, выполненному на транзисторе VT1. Коллекторный ток этого транзистора опре­деляется напряжением стабилизации стабилитрона VD2 и сопротивлением резистора R15 и равен примерно 0,5 мА. Следовательно, напряжение на коллекторе тран­зистора VT1 изменяется от 1,2 В до нуля в зависимости от номера нажатой кнопки. Это напряжение через дели­тель R10R11 и повторитель на микросхеме DA1 подво­дится к инвертирующим входам микросхем DA2 — DA9, являющихся компараторами (сравнивающими устрой­ствами) напряжения. На их неинвертирующие входы поданы опорные напряжения, вырабатываемые делите­лем на резисторах R17 — R25, на который поступает стабилизированное напряжение.

clip_image016

Рис. 8. Зависимость опорного напряжения от поданной команды

В исходном состоянии (все кнопки отпущены) напря­жение на выходе микросхемы DA1 больше любого из опорных напряжений (см. рис. 8), поэтому выходные напряжения микросхем DA2 — DA9 отрицательны и равны примерно — 4… — 5 В. Поскольку напряжение на эмиттерах транзисторов VT2 — VT9 около — 3 В (опре­деляется напряжением стабилизации стабилитрона VD12), то в исходном состоянии эти транзисторы закры­ты, а обмотки реле К1 — К8 обесточены. При нажатии на кнопку SB1 выходное напряжение микросхемы DA1 становится меньше опорного напряжения, подаваемого на вход микросхемы DA2, поэтому на выходе компарато­ра DA2 напряжение возрастет примерно до +4,5 В. Транзистор VT2 открывается, реле КЛ срабатывает, включив исполнительное устройство, соответствующее первой команде. При нажатии на кнопку SB2 положи­тельные напряжения появляются на выходах компара­торов DA2 и DA3, однако срабатывает только реле К2, так как обмотка реле К1 обесточивается размыканием контактов К2.2. Работа устройства при подаче команд 3 — 8 происходит аналогично.

Стабилитрон VD3 и делитель напряжения R10R11 защищают входы микросхем DA2 — DA9 от перегрузки противофазным напряжением при случайном отключе­нии пульта управления. Конденсаторы С1 и С2 служат для подавления напряжения помех, наводимых на ли­нию связи. Конденсаторы СЗ, С5 — С12 устраняют воз­можность самовозбуждения микросхем DAI — DA9. Дио­ды VD4 — VD11 предотвращают пробой транзисторов VT2 — VT9 при выключении реле. Благодаря подклю­чению эмиттеров транзисторов VT2 — VT9 к точке с потенциалом — 3 В обеспечивается надежное срабаты­вание реле и отпадает необходимость в защите эмиттерных переходов указанных транзисторов от пробоя обрат­ным напряжением, так как в данном устройстве это напряжение не превышает — 2,3 В, а предельно допусти­мое напряжение база-эмиттер для транзисторов КТ315Г равно — 6 В.

Налаживание устройства производится без при­менения каких-либо измерительных приборов по следую­щей методике. На время налаживания параллельно ре­зистору R1 припаивают резистор сопротивлением 300 Ом (±5 %). Затем при отпущенных кнопках пульта управ­ления подстроечный резистор R14 устанавливают в по­ложение, при котором реле К1 находится на грани срабатывания.

Резисторы R1 — R8, RIO — R13, R17 — R25 должны быть с предельным отклонением +5 %. Резистор R14 — любой многооборотный подстроечный, например СП5-2 или СП5-14. Номиналы конденсаторов и остальных ре­зисторов некритичны. Реле К1 — К8 — РЭС-9, паспорт РС4.524.202, или РЭС-22, паспорт РФ4.500.129. Вместо указанных на схеме можно использовать другие эле­менты: КТ326А (VT1), КТ315 с любым буквенным ин­дексом (VT2 — VT9); КС439А, КС133А (VD12); К140УД1А, К140УД1Б, К1УТ401Б (DAI — DA9). В ка­честве VD4 — VD11 могут быть любые кремниевые диоды.

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