КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ И ГРУШ КА-ВЕЗДЕХОД – ЧАСТЬ 2

May 5, 2014 by admin Комментировать »

Рис 513 Бампер вездехода

При сборке модели к выходам усилителей сигналов ПВ и ЛВ следует подключить те выводы двигателей (они помечены знаком «+»), при подаче на которые положительного напряжения питания вращение двигателей вызывает движение вперед

Налаживание правильно собранного из неповрежденных деталей вездехода несложно и заключается в подборе резисторов R4..R6 для обеспечения правильного маневра При свежих батареях поворот модели во время включения второго мультивибратора должен быть немного больше 90° (подбор резистора R5), что обеспечит правильное маневрирование и при частичном разряде батарей На такой же угол модель должна поворачивать и при срабатывании третьего мультивибратора (подбор резистора R6), что обеспечит сохранение направления движения после объезда препятствия Если угол поворота

модели при срабатывании третьего мультивибратора сделать меньше, чем второго, вездеход будет поворачивать в сторону от обнаруженного препятствия В этом случае, например, несколько раз натолкнувшись на стену, он начнет двигаться вдоль нее

Если электронная часть не заработает сразу, настройку плат следует произвести отдельно Подключение входа ПВ второй платы к выходу +6 В, а ПН – к общему проводу должно приводить к вращению правого двигателя вперед, подключение ПВ к общему проводу, а ПН – к +6 В – назад Аналогично следует проверить действие входов ЛВ и ЛН

Проверяя первую плату, следует при помощи вольтметра убедиться в правильном переключении триггера DDE1 и поочередном включении мультивибраторов при кратковременном нажатии на штоки микропереключателей S1 и S2 и формировании выходных сигналов платы в соответствии с рис 59

Представленную кибернетическую игрушку можно дополнить системой радиоуправления Описанная далее система отличается повышенной помехоустойчивостью Эта идея заложена в принципе многократной передачи команд Дешифратор выдает сигнал о приеме соответствующей команды лишь в том случае, когда из трех как минимум в двух принятых подряд командах содержится одна и та же информация

Для передачи команд используется числоимпульсный код Шифратор передатчика построен на двух микросхемах серии К561 DD1, DD2 (рис 514) Семи командам соответствуют пачки из одного-семи импульсов Пачки из восьми импульсов обозначают отсутствие команды

На элементах DD11 и DD12 собран генератор, работающий на частоте около 200 Гц Учитывая, что порог переключения элементов КМОП не равен точно половине напряжения питания, для симметрирования импульсов в традиционную схему генератора добавлены элементы R2 и VD1

Импульсы генератора подаются на счетчик с дешифратором (микросхема DD2), нормально имеющий коэффициент пересчета 10 В те моменты, когда счетчик находится в состоянии 0 или 1, на выходах 0 или 1 (выводы 3 и 2 соответственно) присутствует лог 1, которая запрещает прохождение импульсов генератора через элемент DD13 на выходной ключ дешифратора, выполненный на транзисторе VT1 При остальных состояниях счетчика импульсы с генератора

Рис 514 Принципиальная схема передатчика

в положительной полярности проходят на базу транзистора VT1 и включают его

Если ни одна из кнопок SBE.SB7 не нажата, счетчик DD2 работает с коэффициентом пересчета 10 и на выходе DD13 формируются пачки из восьми импульсов, разделенные интервалом в 2,5 периода импульсов, подаче таких пачек соответствует отсутствие команды

Определим, как происходит формирование команд на примере команды, содержащей пять импульсов Если нажать кнопку SB5, счетчик, как и ранее, запрещает прохождение на выход первых двух импульсов Затем на VT1 проходят пять импульсов, после чего счетчик устанавливается в состояние 7, и на его выходе 7 (вывод 6 DD2) появляется лог 1 Этот сигнал через замкнутые контакты кнопки SB5 поступает на вход R счетчика DD2 и сбрасывает его в 0 В результате на выводе 10 элемента DD13 формируются пачки из пяти импульсов, разделенные интервалами такой же длительности, что и при отсутствии передачи команды

При нажатии на любую другую кнопку генерируются пачки с соответствующим номеру кнопки числом импульсов от одного до семи, разделенные таким же интервалом

Генератор передатчика собран по простейшей схеме с кварцевой стабилизацией частоты на транзисторе VT2 Колебательный контур El, СЗ настроен на частоту кварцевого резонатора 27,12 МГц

В передатчике не предусмотрено специальных мер для согласования его колебательного контура с антенной, поэтому излучаемая мощность передатчика невелика и радиус действия системы радиоуправления составляет 5-10 м Для увеличения дальности можно повысить напряжение питания передатчика до 9 В и применить согласующий CLC-контур и удлиняющую катушку

Схема приемника системы радиоуправления приведена на рис 515 Входной каскад приемника собран по схеме сверхрегенеративного детектора на транзисторе VT1 Сверхрегенератор обладает замечательными свойствами: высокой чувствительностью, малой зависимостью уровня выходного сигнала от уровня входного, простотой однако ему свойственны и недостатки: малая избирательность, излучение сигнала, в результате которого он работает как маломощный передатчик и может мешать другим приемникам Работа сверхрегенеративного детектора описана во многих книгах по радиоуправлению и здесь не рассматривается

Рис 515 Принципиальная схема приемника

На нагрузочном резисторе R3 входного каскада выделяются кроме полезного сигнала пилообразные импульсы гашения с частотой 40-60 кГц, для их фильтрации используется RC цепь R4, С9 той же цели служит конденсатор СЮ Эти элементы подавляют и кратковременные импульсные помехи (например, от электродвигателей модели) и частично шумы сверхрегенеративного детектора

Примерная форма полезного сигнала на коллекторе транзистора VT2, работающего в режиме линейного усиления, показана на первой диаграмме (рис 516) Этот сигнал еще далек от пачек импульсов,

Рис 516 Временные диаграммы приемника и дешифратора

необходимых при работе дешифратора Для получения хорошей прямоугольной формы импульсов служит усилитель-формирователь на транзисторе VT3 При отсутствии полезного сигнала, когда на коллекторе транзистора VT2 существует шумовой сигнал сверхрегенератора небольшой амплитуды, транзистор VT3 находится в состоянии неглубокого насыщения, напряжение между его коллектором и эмиттером составляет 250-300 мВ и он не усиливает входной сигнал Такая рабочая точка транзистора VT3 устанавливается подстроенным резистором R6

При появлении пачек радиочастотных импульсов сверхрегенера- тивный детектор подает на базу транзистора VT2 пачки импульсов положительной полярности, на коллекторе VT2 и базе VT3 появляются сигналы в соответствии с первой диаграммой (рис 516) Отрицательная полуволна сигнала закрывает транзистор VT3, и на его коллекторе формируются импульсы положительной полярности, открывающие ключевой каскад на транзисторе VT4 На его коллекторе формируются пачки импульсов отрицательной полярности с амплитудой, равной напряжению источника питания, и подаются на вход дешифратора команд

Схема дешифратора приведена на рис 517 Пачки входных импульсов отрицательной полярности поступают на формирователь, собранный на элементах Rl, Cl, DD11 Такой формирователь обладает

Рис 517 Принципиальная схема дешифратора

свойствами интегрирующей цепочки и триггера Шмитта На его выходе импульсы несколько задержаны относительно входных и имеют крутые фронты независимо от крутизны фронтов входных импульсов кроме того, этот формирователь подавляет импульсные помехи малой длительности

С выхода элемента DD11 импульсы поступают на детектор паузы Он собран на элементах R2, С2, VD1, DD12 Первый отрицательный импульс пачки, проходя через диод VD1 на вход элемента DD12, переключает его в состояние 0 В паузе между импульсами происходит постепенный заряд конденсатора С2 током, текущим через резистор R2, напряжение при этом, однако, не доходит до порога переключения данного элемента Каждый последующий входной импульс через диод VD1 быстро разряжает конденсатор С2, поэтому во время действия пачки на выходе DD12 – лог 0 В паузе между пачками напряжение на входе элемента DD12 достигает порога переключения, этот элемент лавинообразно переключается (за счет положительной обратной связи через конденсатор С2) в состояние 1 В результате в паузе между пачками на выходе 8 элемента DD12 формируется положительный импульс, сбрасывающий счетчик DD2 в 0

Импульсы с выхода формирователя DD11 поступают также на счетный вход CN счетчика DD2, в результате после окончания пачки счетчик устанавливается в состояние, соответствующее числу импульсов в пачке

В качестве иллюстрации на рис 516 показана работа счетчика в случае приема пачек из пяти импульсов К моменту окончания пачки на выходах 1 и 4 счетчика появляются лог 1, на выходе 2 – лог 0 (диаграммы DD2:3, DD2:4, DD2:5 на рис 10) Фронтом импульса с детектора паузы DD12 происходит перепись состояния счетчика в сдвигающие регистры DD31, DD4, DD32, в результате чего на их выходах 1 появляются соответственно лог 1, лог 0, лог 1

После окончания второй пачки из пяти импульсов импульс с выхода детектора паузы DD12 сдвигает ранее записанную информацию из разрядов 1 сдвигающих регистров в разряды 2, а в разряды 1 записывает результат подсчета числа импульсов очередной пачки и тд В результате при непрерывном приеме пачек из пяти импульсов на всех выходах сдвигающих регистров DD31 и DD32 будут лог 1, на всех выходах DD4 – лог 0 Эти сигналы поступают на входы мажоритарных клапанов микросхемы DD5, на их выходах появляются сигналы, соответствующие входным, они поступают на входы дешифратора

DD6 На выходе 5 дешифратора появляется лог 1, которая и служит признаком приема команды с числом импульсов равным пяти

Так происходит прием сигналов при отсутствии помех Если же уровень помех силен, число импульсов в пачке может отличаться от необходимого В этом случае сигналы на выходах каждого из сдвигающих регистров будут отличаться от правильных Предположим, что при приеме одной из пачек счетчик вместо пяти насчитает шесть импульсов После приема двух пачек из пяти импульсов и одной из шести состояния выходов регистров DD31, DD4 и DD32 будут соответственно следующими: 011, 100, 111

На входы элемента DD51 поступят две лог 1 и один лог 0 Поскольку выходной сигнал мажоритарного клапана соответствует большинству сигналов на его входах, он выдаст на вход 1 дешифратора DD6 лог 1 Аналогично элемент DD52 выдаст лог 0, элемент DD53 – лог 1 На выходе 5 дешифратора будет лог 1, как и в случае приема сигналов без помех

Таким образом, если в последовательности пачек импульсов, поступающих на вход дешифратора команд, в любых трех подряд идущих пачках две имеют правильное число импульсов, на нужном выходе микросхемы DD6 будет постоянно поддерживаться лог 1

Если не нажата ни одна из кнопок передатчика, на выходах 1, 2, 4 счетчика после окончания пачки из восьми импульсов – лог 0 и на всех используемых выходах дешифратора DD6 также лог 0

Правая часть схемы, представленной на рис 517, описывает применение системы радиоуправления в вездеходе В табл 52 приведено соответствие команд числу импульсов пачек и выходные сигналы дешифратора системы в соответствии с обозначениями схемы (рис 517) Пачкам из пяти импульсов соответствует команда «Стоп», при ее

Таблица 52 Кодовая таблица вездехода

Кнопка (рис 5 14)

Число

импульсов

Ксманда

Вы хэдны е сигналы

Огшрлтый

транзистор

SB1

1

Фара

-1

VT2

SB2

2

Вправо

0

1

0

SB3

3

Сигнал

0

VT1

SB4

4

Влево

1

0

0

SB5

5

Стоп

0

0

0

SB6

6

Вперед

1

1

0

SB7

7

Назад

0

0

1

приеме, как уже указывалось, лог 1 появляется на выходе 5 DD6 Эта лог 1 поступает на входы R триггеров DD71 и DD72 и устанавливает их в 0 Пока роль микросхемы DD8 рассматриваться не будет, и в этом случае сигнал при прохождении ее элементов не меняется В результате приема команды «Стоп» на выходах ПВ, ЛВ и Н (назад) появляются лог 0, двигатели, подключенные к указанным выходам через усилители, будут остановлены

При подаче команды «Вперед» лог 1 появится на выходе 6 DD6, она установит триггер DD72 по входу S в состояние 1, триггер DD71 независимо от своего исходного состояния установится в состояние 0 по входу С, так как на его входе D – лог 0 В результате на выходах ПВ и ЛВ появятся лог 1, на выходе Н – лог 0, оба двигателя вездехода вращаются, обеспечивая движение модели вперед При подаче команды «Назад» триггер DD71 будет в состоянии 1, DD72 – в состоянии 0, двигатели обеспечат движение модели назад

Указанные команды хранятся в триггерах микросхемы DD7 и после отпускания кнопок SB5 – SB7 Предположим, что при движении модели вперед будет нажата кнопка SB2 «Вправо» В этом случае лог 1 появится на выходе 2 DD6, она поступит на вывод 2 элемента DD14 и изменит лог 1 на его выходе на лог 0 В результате сигнал ПВ станет равным нулю и правый двигатель остановится Модель будет разворачиваться вправо за счет левой гусеницы (вторая строка табл 52) При движении назад нажатие кнопки SB2 также заставит измениться сигнал на выходе элемента DD14 на противоположный, но теперь уже с лог 0 на лог 1, правый двигатель затормозится, и модель будет разворачиваться вправо Аналогично ведет себя модель и при нажатии кнопки SB4 «Влево»

Команды «Вправо» и «Влево» не запоминаются, они действуют лишь во время нажатия соответствующей кнопки Не запоминаются и команды «Фары» и «Сигнал» (SB1 и SB3) При нажатии на эти кнопки включаются соответственно транзисторы VT2 и VT1 Их базы подключены к выходам дешифратора DD6 без ограничительных резисторов, что допустимо при напряжении питания микросхем серии К561 в пределах 3-6 В

Микросхема DD8 служит для сопряжения дешифратора системы радиоуправления с платой вездехода, обеспечивающей маневр при объезде препятствий Использование микросхемы «Исключающее ИЛИ» обеспечивает управляемость модели и в те моменты, когда она выполняет автоматический маневр Полная схема соединения узлов вездехода приведена на рис 518, где А1 – приемник по схеме, представленной на рис 515, А2 – плата с микросхемами DD1..DD4 (рис 57), АЗ – дешифратор системы (рис 517), А4 – усилители двигателей (рис 58) На схеме (рис 518) показано также подключение лампы фары HL1 Команда «Сигнал» не была использована, источник звукового сигнала может быть включен в коллекторную цепь транзистора VT 1 аналогично включению HL1 в цепь коллектора VT2

Рис 518 Схема соединения узлов вездехода

Питание электродвигателей и узлов А1..АЗ разделено для исключения влияния помех от двигателей на электронную часть вездехода Общие провода обеих цепей питания объединяются лишь в узле А4, на это надо обратить внимание при монтаже Для исключения влияния помех от двигателей в их цепи питания включены дроссели L1..L4 и конденсаторы С1..С4, металлические корпуса двигателей соединены с общим проводом

При отсутствии узла А2 на входы П, Л, С узла АЗ можно подать напряжения в соответствии с указаниями на рис 518, можно также исключить микросхему DD8 на рис 517, соединив непосредственно выход триггера DD71 с выходом Н6, а выход триггера DD72 – со входами DD13 и DD14

Все узлы системы радиоуправления собраны на печатных платах: передатчик – на односторонней размером 60×40 мм (рис 519), приемник – на односторонней размером 105×40 мм (рис 520), дешифратор – на двусторонней того же размера (рис 521) На указанных рисунках односторонние платы показаны со стороны, противоположной стороне установки деталей, плата дешифратора – с двух сторон

В системе радиоуправления использованы резисторы МЛТ, керамические конденсаторы КТМ (С1 на рис 515), КМ-5 и КМ-6, электролитические конденсаторы К50-6 (С4, С8, СИ, С12 на рис 515), К50- 16 (С13 на рис 9) Подстроенный резистор R6 на рис 515 типа СПЗ- 16, его выводы отогнуты под прямым углом Стандартные дроссели ДМ-0,2 30 мкГн (L2 на рис 515) и ДМ-3 12 мкГн (L1..L4 на рис 518), допустимо применять и самодельные с близкими параметрами Кварцевый резонатор в передатчике в стеклянном корпусе диаметром 10 мм на частоту 27,12 или 28-28,2 МГц При отсутствии кварцевого резонатора передатчик можно собрать по любой из опубликованных схем, сохранив схему формирователя пачек и модулятора по рис 514 Катушка L1 колебательного контура передатчика намотана на каркасе диаметром 5 мм и подстраивается сердечником из карбонильного железа диаметром 4 мм и длиной 6 мм Она содержит 12 витков провода ПЭЛШО-0,38 Катушка L1 приемника намотана на каркасе диаметром 8 мм тем же проводом и содержит 9 витков, она подстраивается сердечником из карбонильного железа диаметром 6 мм В передатчике можно использовать такую же катушку, как и в приемнике

Батарея питания передатчика – 3336, на модели для питания двигателей использованы четыре элемента А343, электронная часть работает от четырех элементов АЗ 16 Антенной приемника служит велосипедная спица длиной 300 мм, антенна передатчика телескопическая, состоит из четырех колен общей длиной 480 мм Передатчик собран в пластмассовом корпусе размером 75x150x30 мм, в нем установлен специальный пульт управления, описанный ниже

Сборку системы радиоуправления и ее настройку необходимо проводить в нижеприведенной последовательности На плате передатчика нужно собрать цифровую часть, установить все резисторы, кроме R5, и транзисторы, но не располагать кварцевый резонатор, катушку L1

и конденсаторы СЗ..С5 Подбором резисторов R1 и R2 установить частоту импульсов на выходе DD12 180-220 Гц со скважностью близкой к 2, затем проверить правильность генерации пачек, как это описано выше

Рис 520 Монтажная схема приемника

Затем можно собрать дешифратор и, установив в передатчик резистор R5, соединить коллектор транзистора VT 1 передатчика с входом дешифратора Напряжение питания обеих плат – 4,5 В

Нагрузкой транзистора VT 1 передатчика будут последовательно соединенные резисторы R4, R6 и переход база-эмиттер транзистора VT2

Дешифратор следует проверить так, как уже было описано

Дальнейшую проверку можно производить, предварительно соединив входы Л и П с «плюсом» источника питания, вход С – с общим проводом В этом случае сигналы на выходах Н, ЛВ, ПВ при нажатии кнопок передатчика должны соответствовать указанным в табл 52

После этого можно соединить узлы АЗ и А4 и двигатели модели по схеме (рис, 518) Дроссели L1..L4 и конденсаторы С1..С4 следует подпаять непосредственно к выводам двигателей

Далее нужно проверить четкость управления моделью по паре проводов, соединяющих платы передатчика и дешифратора Если все работает нормально, можно полностью собрать передатчик После сборки приемника необходимо предварительно подстроить резистор R6 Для этого следует сорвать сверхрегенеративный режим транзистора VT1, замкнув накоротко колебательный контур LI, С2,

Рис 521 Монтажная схема дешифратора

подключить между коллектором и эмиттером VT3 вольтметр, установить движок R6 в положение минимального сопротивления и, плавно увеличивая его сопротивление, установить по вольтметру напряжение 250-300 мВ При этом, возможно, придется подобрать резистор R5, снять перемычку с контура LI, С2

Включив передатчик и постепенно увеличивая расстояние между ними, нужно подстроить их контуры по максимуму амплитуды сигнала, наблюдаемого при помощи осциллографа или

Рис 522 Пульт управления передатчиком

вольтметра переменного напряжения в контрольной точке КТ1 Далее необходимо подстроить резистор R6 для получения правильной формы импульсов в контрольной точке КТ2 в соответствии с рис 516 Собрав модель целиком (рис 518) и убедившись в нормальной работе системы управления на расстоянии 2-3 м, следует добиться максимальной дальности действия подстройкой резистора R6

В передатчике и приемнике допустимо использовать практически любые высокочастотные кремниевые прп-транзисторы (КТ316, КТ312, КТ3102, КТ315 с любыми буквенными индексами) Микросхему К561ЛП13 можно поменять на К561ИК1 В передатчике в качестве кнопок SB2, SB4, SB6, SB7 применяется специальный пульт, удобный для подачи команд с четким направленным значением Он позволяет подавать одновременно и две не исключающие друг друга команды, например «Вперед» и «Вправо», что, однако, здесь не используется

В качестве контактной системы пульта использованы четыре микропереключателя На рис 522 приведена его конструкция, размеры указаны применительно к микропереключателям ПМ2-1, существует много типов микропереключателей с такими же размерами Микропереключатели 3 приклеены к основанию 2, изготовленному из текстолита толщиной 2-3 мм Снизу к основанию 2 с помощью четырех винтов 7 или заклепок прикреплена пластина 1, изготовленная из латуни или жести толщиной 0,2-0,3 мм В центре к этой пластине винтом М2,6 с шайбой прикреплен рычаг 5 из органического стекла

При покачивании рычага 5 он давит на штоки микропереключателей 3 и переключает их Если на рычаг надавить по диагонали, включаются два соседних микропереключателя

Сборку пульта целесообразно произвести в следующем порядке Соединить между собой пластины 1 и 2, винтом с шайбой закрепить на пластине 1 рычаг 5 Приклеить эпоксидным клеем микропереключатели 3 к пластине 2 так, чтобы штоки микропереключателей касались рычага 5 После полимеризации клея соединить получившийся блок с крышкой пульта 4 или – для обеспечения ремонтопригодности – закрепить его каким-либо другим способом, центрируя при этом блок по квадратному отверстию в крышке пульта

В качестве SB1 и SB5 использованы кнопки КМ1-1

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 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