Радиоуправляемая камера высокой частоты

September 11, 2012 by admin Комментировать »

В результате технологического развития на авансцене появились небольшие, предварительно настроенные и простые в применении радиочастотные модули, упростившие изготовление систем радиоуправления и других высокочастотных приборов. На волне успеха первых компактных устройств появились и другие модули, среди которых модули MAV компании Aurel, обеспечивающие одновременную радиопередачу видеои аудиосигнала в диапазоне ОВЧ или УВЧ.

При помощи таких модулей изготовление беспроводных систем видеонаблюдения становится простым и доступным для всех. В случае необходимости автоматического включения передатчика модули снабжаются детектором звукового сигнала. Такая необходимость существует, в частности, при наблюдении за детьми. Передатчик может прекрасно справиться с ролью няни.

В этом примере предлагаемое устройство позволит родителям переключить внимание со своего ребенка на другую деятельность, при этом наблюдая за ним краем уха или глаза. В самом деле, хорошо иметь возможность непрерывно слышать своего малыша, а постоянно наблюдать за ним еще

лучше. Такое наблюдение осуществляется в любой ситуации, когда под рукой есть компактный переносной телевизор. Уже существуют недорогие модели телевизоров с размером экрана 10 см, а специальный пульт дистанционного управления обеспечивает включение видеопередатчика в любых ситуациях.

Вход видеосигнала является стандартным^ что позволяет подключить к передатчику недорогую миниатюрную камеру или старую видеокамеру. В качестве опции также возможно автоматическое управление искусственным освещением, которое может оказаться очень полезным в случае сильной загемненности помещения или ночью.

Схема

Принцип действия

Как видно на блок-схеме, представленной на рис. 3.1, сигнал, улавливаемый компактным микрофоном, усиливается для последующей обработки телевизионным передатчиком и детектором звукового уровня, управляющим включением телевизионного передатчика и камеры. Многократно включаемое реле времени поддерживает питание устройства наблюдения в течение не менее 20 с. Напротив, когда включение выполнено при помощи радиосигнала, задержка продлевается до 1 мин 40 с, что достаточно для проведения наблюдения. В случае значительной затемненности происходит срабатывание автоматической системы включения освещения, построенной на базе фоторезистора (резистора, сопротивление которого изменяется в зависимости от окружающей освещенности). Эта система управляет транзистором с открытым коллектором, способным активировать реле или интерфейс сети питания. По умолчанию на плате предусмотрено электронное реле, но его установка необязательна.

Рис. 3.1. Блок-схема радиоуправляемой камеры

На рис. 3.2 представлена схема радиоуправляемой камеры ВЧ.

На схеме вы можете увидеть счетверенный операционный усилитель, используемый одновременно для усиления сигнала, улавливаемого микрофоном, и обнаружения подъема звукового уровня. Используется микрофон электретного типа. Он подключен к питанию через резистор R12, цепь R11 /С12 образует фильтр питания. Колебания напряжения, производимые микрофоном, очень малы и составляют порядка нескольких милливольт. Они накладываются на постоянную составляющую его напряжения питания. Эти колебания подаются на входной резистор R1 предварительного усилителя. Конденсатор С1 изолирует постоянные составляющие между микрофоном и предварительным усилителем и определяет нижнюю частоту отсечки последнего. Операционный усилитель CI1С представляет собой классический инверсный усилитель, неинвертирующий вход которого смещен в пропорции Vcc/2 или 2,5 В делителем напряжения R13/R15/R14. Коэффициент усиления предварительного усилителя составляет 39.

Усиление и обнаружение

Предварительно усиленный сигнал подается на вход двух инверсных усилителей с регулируемым коэффициентом усиления. Один из усилителей, построенный на базе интегральной схемы CI1D, обеспечивает усиление аудиосигнала для получения сигнала с амплитудой, соответствующей аудиовходу телевизионного передатчика, то есть примерно 1 В при полном размахе. Коэффициент усиления этого усилителя регулируется в пределах 7-39 при помощи переменного резистора Aj2. Конденсаторы С5 и С4 изолируют, соответственно, постоянную составляющую между предварительным усилителем и усилителем и между усилителем и передатчиком Ш. Конденсатор Сб обеспечивает ограничение полосы пропускания усилителя аудиосигнала.

Второй усилитель, собранный на базе интегральной схемы СИВ, усиливает сигнал, который затем сравнивается интегральной схемой получается благодаря наличию в дели

Рис. 3.2. Схема радиоуправляемой камеры

резистора Ajl. Как только, например, плач ребенка или шум превысил звуковой уровень, установленный резистором Aj 1, выход компаратора CI1A переходит с высокого логического уровня на низкий. Это изменение логического состояния временно запоминается интегральной схемой CI2A. Конденсатор СЗ обеспечивает изоляцию постоянных составляющих между двумя каскадами усиления.

Рис. 3.2. Схема радиоуправляемой камеры (окончание)

Прием высокой частоты

Сигнал радиоуправления работой камеры ВЧ принимается модулем U2, представляющим собой приемник AM, ОВЧ. Демодулированный сигнал подается на контакт 14 этого модуля, снабженного 15 контактами, расположенными в один ряд. После этого сигнал декодируется интегральной схемой CI3 марки UM3750, которая выполняет роль декодера. Конфигурирующий контакт 15 этой схемы подключен к корпусу. Рабочая частота CI3 совпадает с рабочей частотой кодера радиоуправления. Она определяется значением компонентов R9 и С9. Если принятый код является верным, то на выходе 17 интегральной схемы CI3 появляется отрицательный импульс. Это подтверждение также временно запоминается интегральной схемой CI2B. Конечно, конфигурация двенадцати входов интегральной схемы CI3 должна быть строго идентичной конфигурации кодера радиоуправления.

Через разъем КЗ обеспечивается подключение любого другого дистанционно управляемого устройства, например электрической скобы входной двери. На этот разъем подается напряжение питания 5 В и выходной сигнал приемника ВЧ, обрабатываемый декодером. Однако данная опция требует, чтобы приемник был экранированным, селективным и обладал очень узкой полосой пропускания радиочастоты по уровню -3 дБ вблизи частоты 500 МГц, то есть был таким, как модуль Aurel NB-CE. К тому же для лучшего разделения частот необходима модель ОВЧ телевизионного передатчика.

Запоминание

Две схемы с одним устойчивым состоянием используются для временного запоминания порядка включения телевизионного передатчика, камеры и окружающего освещения. Включение этих реле времени (CI2A и CI2B) происходит по заднему фронту логического сигнала, присутствующего на их входе В.

Интегральная схема CI2A представляет собой реле времени многократного включения. Таким образом, теленаблюдение остается непрерывно активным в течение всего времени, когда происходят звуковые колебания. Излучение телевизионного сигнала происходит на протяжении не менее 20 с. Эта выдержка Tempo 1 определяется отношением:

Tempo 1 = R7 х С7 = 22 с.

Реле времени CI2B предназначено для работы с устройством радиоуправления и обеспечивает более длительную выдержку Тешро2, необходимую для комфортного наблюдения. Выдержка Тешро2 определяется отношением:

Tempo2 = R8 х С8 = 100 с.

Телевизионный передатчик

Работа телевизионного передатчика управляется транзистором ТЗ, который выполняет роль замкнутого или разомкнутого ключа в зависимости от того, проводит ли он ток. Насыщение транзистора ТЗ обеспечивается проводимостью транзистора Т1, управляемого логическим элементом CI4D. Хотя данный элемент является элементом И-НЕ, он устанавливает логическую функцию ИЛИ между двумя командами включения передатчика (радиоуправление или обнаружение звука). В самом деле, состояние низкого логического уровня на одном или двух входах элемента И-НЕ создает высокий логический уровень на его выходе 11. При этом происходит подача напряжения 5 В на резистор R16. Ток базы, проходящий через резистор R16, насыщает транзистор Т1. При этом в цепь коллектора транзистора Т1 подается ток базы транзисторов Т2 и ТЗ. Пропуская через себя достаточно высокий ток базы, транзисторы Т2 и ТЗ насыщаются, а их цепь эмиттер коллектор может рассматриваться как замкнутый ключ. При этом все время, в течение которого активны одна или обе задержки, на телевизионный передатчик подается напряжение 5 В, а на камеру 12 В. При этом происходит загорание светодиода D5 со свечением красного цвета, ток смещения которого ограничивается резистором R21 примерно до 15 мА.

Автоматическая система управления освещением

Если ваша камера обладает недостаточной чувствительностью, или вы применяете ее в ночное время, для отчетливой визуализации необходимо использовать освещение малой мощности. Однако при применении радиоуправляемой камеры в качестве видеоняни следует избегать использования прямого освещения или прожекторов, яркость которых способна увеличить раздражение ребенка.

Во избежание систематического включения освещения радиоуправляемая камера снабжена автоматической системой управления освещением. Изначально сигнал управления освещением является тем же, что и сигнал управления камерой, это логический сигнал, присутствующий на контакте 11 элемента CI4D. Однако его подтверждение производится логическим элементом CI4C, который подавляет сигнал при достаточном уровне окружающего освещения. В самом деле, в случае значительного затемнения напряжение, присутствующее на входе 8 логического элемента CI4C, соответствует высокому логическому уровню, так как сопротивление фоторезистора LDR1 очень велико. При этом логический элемент И-НЕ CI4C играет роль инвертора, а сигнал управления находится на выходе 3 инвертора CI4A. Если данный сигнал равен 1, транзистор Т4 насыщается, и происходит включение окружающего освещения. Наоборот, в случае достаточности окружающего освещения фоторезистор LDR1 устанавливает высокий логический уровень на входе 8 CI4C, в результате чего выход 10 данного элемента устанавливается в состояние 1 вне зависимости от состояния контакта 11 элемента CI4D. Соответственно, транзистор Т4 запирается, и включения искусственного освещения не происходит.

Использование электронного реле

Электронное реле выполнено на базе оптосимистора, который изолирует сеть высокого напряжения от цепи низкого напряжения платы и подает включающий импульс на симистор Q1. Симистор Q1 играет роль управляемого ключа. При насыщении транзистора Т4 происходит загорание светодиода D7, симистор становится проводящим, и лампа загорается. При запирании транзистора Т4 светодиод DL2 неактивен, отсутствует прохождение тока через диод излучатель инфракрасных лучей оптосимистора CI7, симистор остается блокированным, и загорания лампы не происходит.

Если вы желаете использовать транзистор Т4 для управления интерфейсом низкого напряжения или внешним механическим реле, компоненты R23, R24, D7 и CI7 на плате не устанавливаются. В данном случае R25 и D5 обеспечивают защиту транзистора Т4, используемого с открытым коллектором. Если в качестве нагрузки используется реле 5 В, то вместо резистора R25 следует установить перемычку, чтобы не создавать слишком большое падение напряжения.

Питание

На рис. 3.3 показан источник питания для схемы радиоуправляемой камеры.

Рис. 3.3. Источник питания радиоуправляемой камеры

Для питания платы может использоваться либо напряжение 15 В постоянного тока, либо напряжение 12 В переменного тока. Источник напряжения должен подавать не менее 300 мА. Зачастую такой выходной силой тока обладают сетевые блоки питания. Подаваемое напряжение выпрямляется диодным мостом D1, что позволяет не заботиться о полярности и токе источника напряжения. Выпрямленное таким

образом напряжение подается на стабилизаторы напряжения через диоды D2 и D3. Такое включение позволяет получить сглаживание выпрямленного напряжения на входе стабилизатора 5 В, отличное от сглаживания, выполняемого конденсатором С15 на входе стабилизатора 12 В. К тому же, стабилитрон обеспечивает падение напряжения на входе стабилизатора 5 В. Таким образом, нагрев стабилизатора напряжения 5 В ограничивается за счет уменьшения среднего напряжения, подаваемого на его вход. Небольшая особенность заключается также в применении стабилизатора напряжения 12 В марки LM2940 вместо классического стабилизатора 7812 с целью использования минимального входного напряжения. В самом деле, для стабилизатора напряжения LM2940 разница минимального напряжения между входом и выходом составляет 0,5 В против 3 В для стандартного стабилизатора 7812.

Изготовление

Внешний вид системы радиоуправления показан на рис. 3.4. Размер печатных проводников и площадок, а также расстояние между ними должны соответствовать чертежу печатной платы (рис. 3.5).

Рис. 3.6. Размещение компонентов на плате

Для упрощения монтажа компонентов сборку следует начинать с установки шести перемычек. Перемычки SP1 и SP2 являются необязательными (рис. 3.6). После этого припаиваются диоды и резисторы. Затем следуют все остальные компоненты, устанавливаемые последовательно в соответствии с их высотой. Обращайте внимание на направление установки поляризованных компонентов частых виновников отказов. Контакты стабилизаторов следует припаивать только после их надежного закрепления на печатной плате имеете с радиатором. Телевизионный передатчик рекомендуется установить в горизонтальном положении, предварительно согнув его контакты на 90° при помощи плоского пинцета. Механическую жесткость контактов передатчика можно улучшить, нанеся на них немного силиконового клея-мастики.

Перечень элементов

Резисторы:

•           Rl, R3, R4, R5, R13, R14, R19, R20 10 кОм (коричневый, черный, оранжевый);

•           R2, R6 390 кОм (коричневый, белый, оранжевый);

•           R7, R8 1 МОм (коричневый, черный, зеленый);

•           R9 100 кОм (коричневый, черный, желтый);

•           R10, Rll, R12 4,7 кОм (желтый, фиолетовый, красный);

•           R15, R26 1 кОм (коричневый, черный, красный);

•           R16 33 кОм (оранжевый, оранжевый, оранжевый);

•           R17 1,2 кОм (коричневый, красный, красный);

•           R18 3,3 кОм (оранжевый, оранжевый, красный);

•           R21, R23 180 Ом (коричневый, серый, коричневый);

•           R22 2,7 кОм (красный, фиолетовый, красный);

•           R24 390 Ом (оранжевый, белый, коричневый);

•           R25 47 Ом, 1-2 Вт (желтый, фиолетовый, черный);

•           Ajl 100 кОм, переменный; ‘

•           Aj2 47 кОм, переменный;

•           Aj3 220 кОм или 470 кОм, переменный;

•           LDR1 фоторезистор.

Конденсаторы:

•   С1, СЗ 470 нФ;

•   С2, С6 33 пФ;

•   С4, С5, С17, С18, С19 100 нФ;

•   С7 22 мкФ, 25 В;

•   С8 100 мкФ, 10 В;

•   С9 470 пФ ±5%, группа ΝΡΟ по ТКЕ;

•   СЮ 1 мкФ, 10 В, танталовый;

•   С11, С12, С13, С14 10 мкФ, 25 В;

•   С15, С16 220 мкФ, 16 В.

Полупроводниковые приборы:

•   D1 диодный мост 1 А;

•   D2, D6 диоды 1Ν4001;

•  D3 стабилитрон 5,1 В; 1,3 Вт BZX85C5V1;

•  D4 диод 1Ν4148;

•   D5 светодиод со свечением красного цвета;

•   D7 светодиод со свечением зеленого цвета;

•  Т1 транзистор ВС548;

•  Т2, ТЗ транзисторы ВС328, ВС327;

•  Т4 транзисторы ВС338, ВС337;

•   Q1 чувствительный симистор, тип TTLC226;

•   CI1 интегральная схема LM324;

•   CI2 интегральная схема 4538;

•   CI3 интегральная схема UM3750;

•   CI4 интегральная схема 4093;

•   CI5 интегральная схема 7805;

•   CI6 интегральная схема LM2940, стабилизатор 12 В;

•   CI7 оптосимистор, МОС3021.

Прочие компоненты:

•   U1 модуль ТВ, ОВЧ или УВЧ, тип MAV-VHF224 или MAV-UHF479,5;

•   U2 принимающий модуль AM УВЧ;

•  ANT1 антенна из отрезка провода λ/4 или телевизионная антенна 75 Ом, тип Yagi или другой;

•  ANT2 антенна из отрезка провода λ/4;

•  SW1 микропереключатель с двухрядным расположением восьми выводов;

•            Ml электретный микрофон;

•            ΚΙ, К2 клеммы с двумя контактами;

•            КЗ разъем с тремя контактами, расположенными с шагом 2,54 мм;

•            два радиатора Т0220 ML26;

•            шесть круглых контактных штырей или три клеммы с двумя контактными штырями.

Выбор приемника АМ и телевизионного передатчика

Если вы желаете использовать опцию, предложенную для разъема КЗ, или управлять камерой, когда телевизионный передатчик находится в активном состоянии, следует использовать экранированный приемник с высокой избирательностью, например модуль Aurel NB-CE.

Напротив, экономичная модель может применяться для радиоуправления задержками (длительностью около 1 мин 40 с) работы камеры. В этом случае для повторного включения телевизионной передачи необходимо дождаться окончания выполняемой передачи. Телевизионный передатчик будет создавать помехи для работы стандартного приемника. Таким образом, после получения команды включения передатчика приемник не сможет работать.

Передающая антенна

Если телевизионный приемник находится в соседней с камерой ВЧ комнате (в квартире или в доме), достаточно использовать простейшую передающую антенну.

В данном случае самое простое решение заключается в использовании отрезка медного жесткого провода длиной λ/4. Напоминаем, что длина λ/4 антенны из медного провода рассчитывается на основании частоты излучения F по формуле: L = 7125/F, где F частота модуля, выражаемая в мегагерцах, a L длина антенны λ/4, выражаемая в сантиметрах. Таким образом, для модуля MAV 224 МГц L = 32 см, для модуля УВЧ 479,5 МГц L = 15 см.

Эту антенну следует припаять непосредственно к плате (контакт 11 модуля U1). Можно также использовать телескопическую антенну, установленную на длину λ/4 или λ/2. Однако такая антенна может оказаться излишне громоздкой для диапазона ОВЧ, и вместо нее удобнее установить спиралевидную антенну, изготовление которой было рассмотрено в главе 1.

Заметим, что в зависимости от толщины, материала и количества стен, разделяющих камеру ВЧ от антенны телевизора, дальность действия антенны может оказаться критической. В этом случае следует использовать телевизионную антенну направленного действия с импедансом 75 Ом. При возможности эту антенну следует установить снаружи жилища так, чтобы она «видела» антенну вашего телевизора и была обращена в ее направлении. В данном случае для соединения платы с ее телевизионной антенной следует использовать коаксиальный кабель с импедансом 75 Ом.

Антенна радиоуправления

В качестве антенны радиоуправления подойдет антенна из отрезка провода длиной λ/4. Но если вы желаете поместить антенну внутрь пластмассового корпуса, удобнее воспользоваться спиралевидной антенной.

Установка

Во избежание возникновения помех, характеризующихся появлением на экране телевизора паразитной развертки, модуль камеры не следует устанавливать напротив модуля телевизионного передатчика.

К тому же плата предназначена для использования с камерой черно-белого или цветного изображения стандарта PAL, для которого разработан передатчик Aurel MAV-XXX. Однако при желании в качестве источника видеосигнала вы можете использовать старую видеокамеру стандарта SECAM. В данном случае необходимо знать, что передатчик способен передавать композитный видеосигнал SECAM, но не все телевизоры PAL/SECAM могут принимать сигнал SECAM с отрицательной модуляцией и модулированный по частоте звук.

Небольшой переносной телевизор очень удобен как для первых испытаний, так и для ежедневного пользования.

Если вы избрали диапазон ОВЧ и используете модули MAV-VHF224, настройте телевизор на канал ОВЧ Н2 в системе PAL и выберите стандарт В/G. В случае отсутствия индикации канала на тюнере телевизора должна отобразиться частота 224,5 МГц. Для проведения испытаний в качестве антенны можно задействовать обыкновенный электрический провод длиной 70 см или антенну ОВЧ, предназначенную для использования внутри помещения. При недостаточной дальности действия следует использовать наружную антенну ОВЧ. Ее необходимо закрепить на мачте снаружи помещения и подключить к существующей кабельной проводке через устройство связи с антенной ОВЧ/УВЧ.

Если вы избрали диапазон УВЧ и применяете модули MAV-UHF479 и МСА-479, телевизор следует настроить на канал УВЧ 22 или на настроечную частоту 479,5 МГц. Вы можете использовать внешнюю антенну, установленную на крыше жилища, или внутреннюю антенну для диапазона УВЧ. Подойдет также отрезок обыкновенного жесткого электрического провода для первых испытаний или в случае удовлетворительного качества приема.

Переменный резистор AJ1

Этот резистор регулирует чувствительность обнаружения звуков. В крайнем правом положении чувствительность является максимальной. Внимание: чрезмерная чувствительность может непрерывно удерживать систему в активном состоянии. После продолжительного времени горения красный светодиод должен погаснуть, после возникновения шума свечение светодиода должно возобновиться.

Переменный резистор AJ2

Этот резистор регулирует уровень аудиосигнала, подаваемого на телевизионный передатчик. Чрезмерный уровень может привести к появлению полос на экране телевизора. В таком случае уменьшите уровень аудиосигнала, повернув ручку резистора Aj2 влево.

Переменный резистор AJ3

Регулировка этого резистора должна производиться в зависимости от чувствительности вашей камеры. Создайте тень таким образом, чтобы изображение стало очень темным. После этого отрегулируйте резистор Aj3, чтобы произошло загорание зеленого светодиода и сопутствующего освещения. Изображение на экране телевизора должно стать четким, в противном случае увеличьте освещение.

Радиоуправление

Блок радиоуправления должен быть снабжен кодирующим модулем UM3750 или его эквивалентом, например ММ53200, ММ57С200, UM86409 и т.д. Пример такого модуля управления представлен в приложении 4, но могут использоваться и другие модули, например различные многоканальные или миниатюрные модули радиоуправления, представленные в предыдущей книге автора, полностью посвященной модулям радиоуправления ВЧ.

Важно сконфигурировать интегральную схему CI3 в соответствии с кодировкой модуля радиоуправления. Следовательно, микропереключатель с двухрядным расположением контактов SW1 должен иметь конфигурацию, точно соответствующую конфигурации модуля радиоуправления. Конфигурация по умолчанию соответствует контакту ON. Ее можно изменить, разомкнув печатные проводники при помощи резака: если печать разомкнута, бит кодирования устанавливается в состояние 1, а соответствующий ему контакт модуля радиоуправления должен быть разомкнут.

Для проверки работы модуля радиоуправления замкните накоротко микрофон. Свечение красного светодиода должно отсутствовать или прекратиться по прошествии 20 с. После этого нажмите на кнопку блока радиоуправления должно произойти загорание красного светодиода, а также включение камеры и передатчика.

Освещение

Освещение, используемое с радиоуправляемой няней, не должно ослеплять ребенка. Небольшой ночной лампы мощностью 20 Вт вполне достаточно, но идеальным было бы постепенно увеличивающееся освещение. Речь идет об энергосберегающих лампах, полная мощность которых достигается постепенно по прошествии нескольких минут. К сожалению, как указано в инструкции по применению, эти лампы не могут управляться при помощи симистора. Для их использования в качестве интерфейса можно воспользоваться реле, управляемым транзистором Т4. В целях предосторожности во избежание создания помех для радиоуправляемой няни реле следует установить на удалении. Щелканье контактов реле в момент его выключения может удерживать телевизионный передатчик в постоянно включенном состоянии. Используйте реле со способностью отключаться, рассчитанное на напряжение переменного тока не менее 220 В.

Для управления освещением 220 В при помощи интерфейса на симисторе, предусмотренного на плате этой камеры ВЧ, должна использоваться лампа накаливания, а модель симистора должна быть рассчитана на малый ток удержания. Речь идет о так называемых «чувствительных» симисторах.

Другой возможный вариант освещения заключается в использовании интерфейса низкого напряжения, управляемого выходом с открытым коллектором, предусмотренным на плате.

Источник: Эрве Кадино, Интересные конструкции на миниатюрных высокочастотных модулях / Э. Кадино; пер. с фр. М. А. Комаров. М.: НТ Пресс, 2007. 224 с.: ил. (В помощь радиолюбителю)

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