Zasady działania aparatur RC - Pojawiające się od czasu do czasu na grupie dyskusyjnej pytania, dotyczące schematów aparatur do zdalnego sterowania, skłoniły mnie do zebrania w jakąś jedną całość dostępnych mi wiadomości, ku ogólnemu pożytkowi w zakresie budowy i rozbudowy aparatur RC, do czego wskazane jest zrozumienie podstaw działania tych aparatur © modelarstwo.net Zasady działania aparatur RC - Pojawiające się od czasu do czasu na grupie dyskusyjnej pytania, dotyczące schematów aparatur do zdalnego sterowania, skłoniły mnie do zebrania w jakąś jedną całość dostępnych mi wiadomości, ku ogólnemu pożytkowi w zakresie budowy i rozbudowy aparatur RC, do czego wskazane jest zrozumienie podstaw działania tych aparatur © modelarstwo.net
Aktualnie jesteś:  modelarstwo.net Rodzaje modelarstwa Modelarstwo RC Zasady działania aparatur RC

Zasady działania aparatur RC

Pojawiające się od czasu do czasu na grupie dyskusyjnej pytania, dotyczące schematów aparatur do zdalnego sterowania, skłoniły mnie do zebrania w jakąś jedną całość dostępnych mi wiadomości, ku ogólnemu pożytkowi w zakresie budowy i rozbudowy aparatur RC, do czego wskazane jest zrozumienie podstaw działania tych aparatur.
Zamieszczone na tych stronach schematy podzespołów aparatury Webra FMSI 7 pochodzą z "Modelarza", tak jak i schemat serwomechanizmu (nie pamiętam numerów, ale to było dawno temu. Ponadto zamieściłem schemat aparatury MFFS 27 z "Radioelektronika" 5`89 oraz część układów 7-kanałowej aparatury AM z pisma Praktyczny Elektronik rocznik `96.

Pierwsza i podstawowa informacja - położenie mechanizmu wykonawczego (serwa) jest określane impulsem o zmiennej szerokości. Położenie neutralne (zerowe) jest wymuszane impulsem o szerokości 1,5 ms, powtarzanym co 20-25 ms, wychylenia są powodowane przez zmianę szerokości impulsu w granicach +/- 0,5 ms.

Jak z tego wynika, czas trwania impulsu mieści się w zakresie od 1 do 2 ms.
Znanym mi wyjątkiem jest firma Multiplex, która stosuje czas 1,6 ms +/- 0,55 ms (1,05 - 2,15 ms). Wszelkie kanały typu włącz-wyłącz działają na tej samej zasadzie poprzez przełączanie 2 lub 3 różnych szerokości impulsu. Impuls ten musi być powtarzany, ponieważ przy jego braku serwo nie ma "punktu odniesienia" i przestaje stawiać opór siłom działającym na jego ramię.
Kierunek ruchu serwa można odwrócić TYLKO przez zmianę długości impulsu - jest to jedyna metoda "bezinwazyjna".
Polaryzacja impulsu jest zwykle dodatnia (w zamierzchłych czasach Varioprop miał ujemną), natomiast wtyczki są zróżnicowane zależnie od producenta aparatury, jednak przez zmianę wtyczki serwo zwykle można przekonać do działania z inną aparaturą.

Proporcjonalna, wielokanałowa aparatura RC pomimo tego, że posiada kilka kanałów sterujących, dane do odbiornika przesyła jednym kanałem radiowym. Dane dotyczące poszczególnych kanałów są kodowane w jeden ciąg informacji i przesyłane szeregowo do odbiornika, gdzie są dekodowane i służą do sterowania mechanizmami wykonawczymi (serwa, regulatory itp.). Ten ciąg nazywa się zwykle telegramem impulsów i jest on wysyłany kilkadziesiąt razy na sekundę. Impulsy przekazywane są radiowo, z wykorzystaniem modulacji AM lub FM, przy czym ta ostatnia ma znacznie większą odporność na zakłócenia (w AM zasadniczo nie warto inwestować). Aparatury z "modulacją PCM" używają także modulacji FM, jedynie ciąg impulsów jest w nich zakodowany metodą PCM.

Do kodowania przesyłanych informacji stosuje się generalnie 2 metody:

  • PWM/PPM - Pulse Width Modulation / Pulse Position Modulation - modulacja szerokości/położenia impulsu, funkcjonalnie identyczne, dane przesyłane "analogowo" w formie zmiennej długości impulsów
  • PCM - Pulse Code Modulation - dane są przesyłane cyfrowo, szczegółow nie znam. Wiem, że ma kilka wersji: S-PCM, Z-PCM, różną liczbę kanałów.

  • Bardziej szczegółowo opiszę tutaj kodowanie metodą PWM/PPM, "firmowe" rozwiązania PCM z braku informacji muszę pominąć.

    Większość firm, produkujących aparatury RC, stosuje zbliżone rozwiązania do przesyłania informacji do modelu. Pojedynczy telegram impulsów składa się z ciągu impulsów kanałowych + impuls synchronizacji, służący do rozpoznania przez dekoder w odbiorniku początku ciągu (w innym przypadku mogło by się zdarzyć, że drążek steru wysokości nagle zaczął sterować podwoziem)
    Czas trwania impulsu to zwykle ok. 0,2 ms (bywa od 0,1 do 0,3 ms), impuls synchronizacyjny łącznie z przerwą to ok. 8 ms, impulsy kanałowe łącznie z przerwą to wymagane 1,5 ms +/- 0,5 ms. Jak nietrudno zauważyć, łączny czas takiego telegramu impulsów jest różny w zależności od poszczególnych"czasów kanałowych" i jest to sytuacja normalna. W związku z tym zmienia się też częstotliwość "odświeżania" pozycji serwa.
    W aparaturach PCM prawdopodobnie także informacje te są odświeżane w podobnym cyklu.
    Tu z kolei znanym wyjątkiem jest firma Webra, która w swojej serii FMSI zastosowała zmodyfikowany telegram PWM, gdzie czas trwania impulsu i przerwy jest równy połowie czasu trwania impulsu synchronizacji lub kanałowego. Rozwiązanie to pozwala odtworzyć w odbiorniku średni punkt przełączania impulsu (przez całkowanie telegramu). Część firm stosuje odwróconą polaryzację telegramu impulsów (z tego co wiem, Futaba i Hitec wymagają "odwróconego" telegramu na wyjściu odbiornika).

    Telegramy impulsów stosowane w aparaturach RC.



    Znając powyższe informacje, możemy narysować prosty schemat całkowicie "analogowego" kodera PWM/PPM, 7 kanałowego, z przełączaną polaryzacją impulsów, na układach scalonych CMOS serii 4000 (ze względu na szeroki zakres napięć zasilających). W koderze trzeba dobrać odpowiednie wartości R i C w układzie generatora (np. drążki 10k - w neutrum 5k - i kondensator 260 nF da nam impuls 1.3 ms) oraz w układzie startu (żeby zaczął prawidłowo generować ciąg impulsów). Generator pracuje na układzie 4538, jedna połówka generuje impulsy 0.2 ms, druga impulsy o zmiennej długości. Analogowy multiplekser 4051 przyłącza do generatora kolejno potencjometry kanałów oraz rezystor wyznaczający impuls synchronizacji. Licznik 4029 pracuje w trybie binarnym (wykorzystujemy liczenie do 8) i przełącza wejścia multipleksera.
    Na wyjściu może się okazać konieczne zastosowanie układu buforującego (tranzystor albo coś) ze względu na ograniczoną wydajność wyjścia układu CMOS.



    Do tego jeden pożyteczny drobiazg - servo reverse - czyli odwrócenie kierunku ruchu serwa dla danego kanału przełącznikiem



    lub przez zmianę podłączenia potencjometru do układu - firma Graupner stosuje w swoich aparaturach analogowych (FM 314, 414) właśnie taki rewers przez obrócenie wtyczki.

    Dla zainteresowanych - kanał typu włącz-wyłącz, aczkolwiek lepiej chyba mieć wszystkie kanały płynnie regulowane.
    Przykładowo dla drążków 10k i kondensatora 260nF można zastosować np. rezystory 3.1k (0.8 ms) oraz 1.9k (co daje w sumie 5k i 1.3 ms, czyli mamy neutrum oraz jedno skrajne wychylenie).



    Szczegółowa inspekcja połączeń w naszym firmowym nadajniku może doprowadzić nas do wniosku, że zamiana 2-3 rezystorów i wyłącznika na 2 rezystory i potencjometr pozwoli z kanału włącz-wyłącz zrobić dodatkowy kanał proporcjonalny...

    Nie ukrywam, że do narysowania tego schematu nieco zainspirował mnie koder z aparatury Webra FMSI. Być może wskazane byłoby i w naszym układzie zastosować przy potencjometrach drążków kondensatory 270 pF do tłumienia zakłóceń. Układ ten można zresztą zmodyfikować do "produkcji" telegramu FMSI 7 - wówczas koder na każdym potencjometrze generuje 2 jednakowe impulsy. Trzeba jedynie zmniejszyć o połowę czas trwania impulsów, a jako telegram wykorzystać sygnał z pierwszego wyjścia licznika 4029, a pozostałe 3 użyć do sterowania multiplekserem.
    Nie jestem pewien, ale w tym układzie dla zapewnienia zgodności z oryginalną Webrą może być konieczne zastosowanie także inwertera polaryzacji.



    A co zrobić, gdy wciąż jeszcze mało nam kanałów ?
    Zmiana multipleksera na 16-wejściowy układ 4067 i zmiana trybu pracy licznika 4029 na dekadowy pozwala na zbudowanie standardowego kodera 9 kanałowego (więcej się zwykle nie stosuje, bo maksymalny czas ramki osiąga tu już 26 ms).



    Niektóre analogowe kodery zbudowane są w oparciu o trochę odmienną koncepcję układową. Idea działania tych koderów jest następująca:
    - układ czasowy generuje co 25 ms impuls wyzwalający generator
    - generator wytwarza ciąg impulsów kanałowych (korzystając z podobnego układu jak powyżej, czyli licznik i multiplekser) do momentu, gdy na wejściu nie ma już podłączonego potencjometru - stała czasowa monowibratora wynosi wówczas nieskończoność i układ zatrzymuje się
    - po upływie 25 ms układ czasowy generuje kolejny impuls, który zeruje licznik i pozwala na rozpoczęcie cyklu od nowa. Przerwa pomiędzy ostatnim impulsem kanałowym a pierwszym nowym służy jako synchronizacja.
    Różnica jest taka, że ciąg impulsów kanałowych rozpoczyna się co stały interwał czasowy (ale ponieważ czasy kanałowe są zmienne, więc i tak pozostałe kanały mają ten interwał zmienny).

    Nie dysponuję co prawda schematem koderów Graupner FM 314/414 (4-kanałowe z możliwością rozbudowy), ale podejrzewam je o ten typ działania - właśnie z powodu możliwości ich rozbudowy przez dokładanie kolejnych potencjometrów. Na tej zasadzie pracuje też koder aparatury MFFS 27 oraz koder opisywany w Praktycznym Elektroniku.

    Jak widać, koder jest układem stosunkowo prostym, i można na jego bazie zbudować wielokanałową aparaturę proporcjonalną, ew. z układem servo-reverse, z mechanicznym trymowaniem położenia drążków (jeżeli ktoś ma pomysł na trymowanie elektroniczne powyższych układów, niech się podzieli).
    Bardziej skomplikowane kodery posiadają możliwość włączenia np. eksponencjalnych krzywych wychylenia (czułość sterowania w neutrum jest mniejsza, a przy krańcach zakresu większa), mikserów, zaprogramowanych położeń trymerów itp.
    Kiedyś realizowano to techniką analogową (wzmacniacze operacyjne, przełączniki i masa innych elementów), obecnie takie kodery są realizowane techniką mikroprocesorową.

    Zastosowanie mikrokontrolera z wielokanałowym przetwornikiem AC (do pomiaru położenia drążków) pozwala na zbudowanie wielofunkcyjnego kodera z możliwością miksowania kanałów, programowaniem charakterystyk sterowania, predefiniowanymi trybami pracy (np. lot normalny/odwrócony wymagają różnych trymowań, tryb lądowania itp.).
    Możliwe jest również zapamiętanie zestawu parametrów dla kilku różnych modeli i wiele innych wodotrysków.
    Wszystkie te funkcje realizowane są w koderze nadajnika, a na wyjściu kodera mamy standardowy telegram impulsów przekazywany do modułu radiowego.
    Zastosowanie mikrokontrolera pozwala także na jeszcze jedną modyfikację - użycie cyfrowej transmisji do modelu. Jest to wspomniana już wcześniej "modulacja PCM". Wymaga ona oczywiście odbiornika wyposażonego w dekoder PCM, podczas gdy stosowanie modulacji PWM/PPM pozwala na współpracę z "tradycyjnymi" odbiornikami.

    Posiadamy już koder, więc do zbudowania całego nadajnika potrzebna jest jeszcze część radiowa.

    Używane pasma radiowe to:

  • 27 MHz - obecnie opuszczone, zaśmiecone przez CB z 1kW dopalaczami itp.
  • 35 i 40 MHz - używane w Polsce oraz w Europie (o ile mi wiadomo, 35 MHz do modeli lotniczych, 40 MHz do naziemnych i nawodnych, są jeszcze jakieś mutacje 35 i 35B, 41 MHz etc.), odstęp między kanałowy 10 kHz. Kompletny wykaz kanałów tutaj.
  • Za oceanem używa się też 50 i 72 MHz - 50 z licencją amatorską, 72 bez licencji, jest też jakieś 52 MHz i in.


  • Decydując się na samodzielną budowę tego "klocka" musimy wziąć pod uwagę ostre wymogi dotyczące czystości pasma radiowego. Odstęp między kanałowy to tylko 10 kHz, konieczna jest więc kwarcowa stabilizacja częstotliwości nośnej, wąskopasmowa modulacja FM i dobry filtr na wyjściu. Zakłócenie sąsiedniego kanału może spowodować wymierne szkody materialne i niewymierne moralne - w postaci np. rozbitego modelu. Gorzej, gdy model spadnie na coś lub kogoś.

    Współczesne aparatury RC mają moduł w.cz najczęściej wymienny, można więc spróbować wykorzystać moduł fabryczny. Są one stabilizowane kwarcowo i wykonywane na różne pasma.
    Poniżej schemat połączeń modułu w.cz firm Hitec lub Futaba (ze strony MicroPro8000 - mam więc nadzieję, że jest prawidłowy). Warto przed włączeniem zasilania sprawdzić prawidłowość połączeń, bo taki moduł to dość spory wydatek (moduł do Hitec Prism kosztuje ok. 100 zł - 09`99).



    Obecnie pojawiły się także moduły z syntezą PLL i nastawianą częstotliwością, nie wymagające wymiany kwarców, np. Hitec Spectra (niestety Spectra obecnie jest tylko na pasmo 72 MHz).

    Tutaj warto zwrócić uwagę na kwestię częstotliwości kwarców. Wiele rozwiązań układowych bazuje na podwajaniu częstotliwości (razem z częstotliwością zwiększa się też dewiacja, a przy kwarcowym generatorze łatwiej uzyskać mniejszą dewiację a potem podwoić całość), w związku z tym pomimo, że nadajnik pracuje w pasmie 35 MHz, częstotliwość kwarcu nadajnika wynosi ok. 17,5 MHz. Tak działają np. zamieszczone wyżej układy Webry i MFFS.
    Zalecane przez producenta "używanie wyłącznie oryginalnych kwarców" jest, jak podejrzewam, głównie powodowane faktem używania w układzie kwarców pracujących na wyższych harmonicznych częstotliwości podstawowej. Dlatego też jeżeli dokładnie wiemy, kto jakich kwarców używa i w jakim układzie (na której harmonicznej), możemy dobrać równie dobre odpowiedniki (nierzadko sporo tańsze).



    old.modelarstwo.org.pl 

     Dziękujemy za pomoc firmie oponyuzywane.pl za pomoc przy tworzeniu strony.
    opony  netBOX - Systemy internetowe