O stație de telecomandă
O STAȚIE DE TELECOMANDĂ
Ing. GHEORGHE STANA
DACĂ telecomanda aeromodelelor necesită cu siguranță o tehnică cu comenzi proporționale, există multe cazuri când această tehnică nu este indispensabilă. Astfel, navele electrice, vehiculele electrice funcționează perfect pe baza tehnicii „tot sau nimic". Acest procedeu mai vechi este de altfel mai eficace, fiind mult mai puțin sensibil la paraziți. Echipamentele de acest tip, fiind mai puțin complicate, necesită mai puține cunoștințe și experiență de la realizatorii lor. Necesarul de aparate de măsură poate fi minim (un simplu instrument universal). Vă propunem deci fără nici o reținere descrierea care urmează, chiar dacă ea va face pe unii să râdă! Ansamblul descris cuprinde comenzi pe tonuri muzicale, iar la recepție este folosit un procedeu bine cunoscut al filtrelor de joasă frecvență (J.F). Montajul a fost revăzut și îmbunătățit în funcție de posibilitățile tehnice actuale. Grație acestui fapt, printr-o utilizare sistematică a circuitelor integrate foarte moderne și puțin costisitoare, el prezintă o eficiență și o fiabilitate necunoscute la acest gen de echipament chiar și în perioada de glorie a lui.
Generator tonuri
EMITATOR
Reamintim pe scurt principiul sistemului pentru cei tineri, care nu au beneficiat de instruirea din vremurile de început ale sistemelor de radiocomandă. La emisie, un generator de tonuri de J.F. (200-2000 Hz) este comandat de contactoarele K₁, K₂... ce corespund fiecare unei acțiuni mecanice pe model. Semnalul modulează blocul de înaltă frecvență, este recepționat, amplificat și demodulat. Semnalul reconstituit este aplicat la intrarea filtrelor care reacționează după tonuri precise. La rezonanța unui filtru, un releu electromagnetic începe să funcționeze și contactele sale permit executarea ordinului transmis, grație unui mecanism adecvat.
I. STUDIUL SCHEMELOR
1. EMITATORUL
Din motive evidente de facilitate, se recomandă gama de 27 MHz. Cum acest ansamblu vizează comenzi la mică distanță (în cazul navelor, al automobilelor), riscurile de interferențe sunt foarte reduse. Trebuie reținut de asemenea că eterul diferitelor bazine cu apă, al miilor lacuri este mult mai puțin poluat decât cel al terenurilor aviatice.
a. Generatorul de tonuri (J.F.)
Nu poate fi imaginat ceva mai simplu și mai eficace; se utilizează circuitul „timer" binecunoscut, de la I.P.R.S., BE555. Acest circuit integrat oferă un excelent semnal dreptunghiular, de mare stabilitate de frecvență (0,005% pe °C) și cu un minimum de componente periferice. Stabilizarea tensiunii este un lux aproape inutil, dar noi am prevăzut-o din obișnuință. Ea se justifică mai ales pentru a reduce tensiunea de alimentare a circuitului la 8,5 V, întrucât bateriile de 12 V ating cu ușurință 14 V la sfârșitul de sarcină electrică. Frecvența tonurilor se determină prin formula următoare (aproximativă ca toate aceste formule):
F = 1,46 / ((R₁ + 2R₂) × C)
Aici avem R₁ fix de 1.000 Ω, R₂ variabil conform contactului acționat și C = 0,033 μF (33 nF)
R₂ poate varia de la aproximativ 10 kΩ la 60 kΩ aproximativ. De unde o variație a lui F de:
F₁ = 1,46 / ((1.000 + 130.000) × 33 × 10⁻⁹) = 365 Hz
F₂ = 1,46 / ((1.000 + 20.000) × 33 × 10⁻⁹) = 2100 Hz
Această acoperire poate fi extinsă fie micșorând pe C pentru a urca mai mult ca frecvența (ceea ce nu recomandăm pentru motivul că vor apărea probleme dificile de recepție), fie mărind R₂ pentru a coborî ca frecvență, ceea ce nu ridică probleme. Dar, dorind un ansamblu simplu și economic, noi credem că 4 sau 5 canale sunt suficiente în numeroase aplicații. Adoptând un raport de 1,35 între tonuri consecutive, vom utiliza:
f₁ = 550 Hz R₂ = 40 kΩ f₂ = 745 Hz R₂ = 30 kΩ f₃ = 1000 Hz R₂ = 22 kΩ f₄ = 1360 Hz R₂ = 15 kΩ f₅ = 1820 Hz R₂ = 12 kΩ
de unde reiese șirul de valori adoptate în schemă.
La deschiderea tuturor contactelor, oscilația se oprește la ieșirea 1, fie la nivel înalt, fie la nivel redus. Pentru a se evita aceste situații neprevăzute, o rezistență de 390 kΩ face să oscileze montajul la o frecvență de 70 Hz aproximativ fără inconveniente pentru receptor.
b. Blocul de înaltă frecvență (I.F.)
Propunem pentru realizare binecunoscutul montaj de I.F. în gama 27 MHz/350 mW pentru performanțe și ușurință în utilizare încercată pe sute de exemplare, realizatorul este sigur de succesul imediat, mai ales dacă se realizează cu acuratețe bobinele.
c. Alimentarea
Integratul BE555 consumă 10 miliamperi, blocul de I.F. 40 miliamperi, deci un consum total de aproximativ 50 mA. În lipsa acumulatoarelor cadmiu-nichel de 250 mAh se vor folosi baterii electrice de tipul 3 R 12 de 4,5 V. În acest caz, și mai ales dacă este vorba de o comandă la câțiva metri sau la zeci de metri, alimentarea va putea fi numai de 9 V, cu două baterii. Generatorul de tonuri, având 1.500 Hz la 12 V intrare, va da 1.499 Hz la 3,6 V. Sub 3 V el nu mai oscilează. Alimentând de la 9 V, se va suprima circuitul de stabilizare din figura 2, unde a fost consemnat ca fiind facultativ.
2. RECEPTORUL
Vă propunem un receptor cu superreacție. Întrucât, în cadrul utilizărilor ce se prevăd, nu veți risca nici un fel de bruiaj în compensare, se va folosi un montaj foarte simplu și economic. Circuitul detector este cu componente discrete. El reia o schemă recunoscută pentru sensibilitate și suplețe de reglaj. Antena nu este necesară decât atunci când sunt dorite recorduri de distanță. Tensiunile de J.F. detectate apar în secundarul transformatorului de cuplaj R₁. Ele sunt transmise unui amplificator operațional foarte utilizat și ieftin: BA741, cu coeficientul de amplificare reglat la 100. Rețineți condensatoarele de 10 nF, 22 nF și 100 pF sunt destinate să suprime reziduurile de I.F. ale etajului de superreacție. Tranzistorul de ieșire (care poate fi perfect suprimat) diminuează, față de nivelul și al tensiunii de alimentare, tensiunea de ieșire în colector, potențiometrul pune în evidență o mărime reglabilă a acestui semnal, pentru a o aplica filtrelor de J.F care urmează. Alimentarea necesită 4,5 V cu punct de mijloc la masă: două pile de 4.5 V de tip 3R12 convin perfect.
Se așază blocul de I.F. pentru a obține o legătură cu antena foarte scurtă.
3. FILTRELE DE TONURI (J.F.)
A fost aleasă o nouă soluție. S-au utilizat filtre active. Acum câțiva ani se utilizau filtre LC puțin selective, cu un reglaj dificil și mai ales cu o sensibilitate foarte variabilă de la o frecvență la alta. Rezultatul era deseori decepționant. Cu totul altă este soluția adoptată.
Deși schema propusă nu este cea mai avantajoasă ca performanțe, are totuși avantajele simplității și ale unui acord facil. Regăsim în ea încă un circuit integrat BA741 montat într-o schemă cu realimentare negativă RC, a cărei analiză de funcționare este destul de complexă. Circuitul intră în rezonanță pe o frecvență ce depinde de valoarea comună a condensatoarelor și a celei a rezistenței de întoarcere la masă.
Curba din figura 7 indică variația acestei frecvențe de rezonanță în funcție de valoarea C (trimerul de 220 Ω fiind la mijlocul cursei). Montajul se adaptează deci perfect de la 200 Hz la 3.000 Hz. Reglajul trimerului de 220 Ω permite o variație de ±25%. Astfel cu C = 10 nF, dacă R = 0 atunci F = 700 Hz, dacă R = 220 Ω, F = 550 Hz. Tensiunea maximă a semnalului injectat este de 3 V pentru a asigura o bună separare a canalelor.
Tensiunea de ieșire din filtrul activ este redresată în dublă alternată prin cele două diode. Filtrată de condensatorul de 2,2 μF, ea se aplică la baza tranzistorului de ieșire care se deschide numai la rezonanță și releul acționează. La orice altă frecvență el rămâne în repaus.
Alimentarea se face de asemenea cu baterii de 4,5 V cu punctul de mijloc la masă. Această alimentare este comună cu cea a receptorului. Este evident că vor fi necesare atâtea filtre câte tonuri se vor transmite.
II. REALIZAREA
1. EMITATORUL
Lăsăm în mod voluntar în umbră problema carcasei. Fiecare va rezolva această problemă conform preferințelor și posibilităților sale, urmând a fi respectate următoarele indicații:
Se așază generatorul de tonuri pentru ca legătura I-I să fie cât mai scurtă posibil. În final dispunerea din schema-bloc ni se pare rațională. Ea preconizează o carcasă mai mult lată decât înaltă. Alimentarea va fi amplasată în partea de jos pentru a asigura echilibrul mecanic.
a. Placa generatorului de tonuri
Circuitul imprimat este dat în figura 8. A fost prevăzut pentru 8 canale. Va fi fabricat de preferință din sticlotextolit de 1,5 mm. Pentru o realizare mai compactă, componentele vor fi montate cu conexiunile cât mai scurte. Se va utiliza un număr de potențiometre semireglabile egal cu numărul comenzilor pe care le doriți, dar maximum opt.
Amplasarea componentelor se face conform figurii 9.
Punerea în stare de funcționare
Se conectează osciloscopul sau, mai simplu, o cască între I și masă. Se pune sub tensiune și se va constata funcționarea, care nu poate lipsi decât în cazul unei erori serioase. Semnalul obținut este bine primit. Reglarea tonurilor în acest moment poate fi realizată utilizând un frecvențmetru numeric sau un osciloscop cu un generator de joasă frecvență prin metoda figurilor Lissajoux, cu urechea sau, mai târziu, când filtrele de J.F. de la recepție vor fi terminate, prin reglare simultană.
b. Placa blocului de înaltă frecvență
Se realizează din sticlotextolit conform figurii 10. Componentele se amplasează conform figurii 11. Se curăță bine emailul de pe capetele firelor bobinelor pentru efectuarea sudurilor la placă. Recomandăm pentru această placă aplicarea și sudarea bobinelor.
Suportul condensatorului de acord se confecționează din tub de cupru de cosit (capse) confecționate din tub de alamă cu Ø 2 mm și lungimea de 3 mm (se pot folosi tuburile de la minele de pix din alamă).
Qz: cuarț pe una din frecvențele: 26,995 MHz; 27,045 MHz; 27,095 MHz; 27,145 MHz; 27,195 MHz sau 27,245 MHz.
L₁, L₂ se confecționează pe o carcasă cu miez și diametru de 8,6 mm. L₁ conține 12 spire de sârmă CuEm mătase cu Ø 0,45 mm, bobinate spiră lângă spiră. L₂ conține de două ori câte două spire și 1/4 și se bobinează peste L₁.
L₃, L₄ se confecționează pe o carcasă fără miez cu diametrul de 10 mm, din același tip de sârmă ca la L₁. L₃ conține 16 spire bobinate cu distanța între spire, de grosimea sârmei folosite. L₄ conține 5 spire bobinate între spirele lui L₃ și centrate față de priza mediană a L₃.
L₅ se confecționează pe o carcasă cu miez și diametru de 8,5 mm și conține 15 spire cu același fir de cupru ca la L₁.
Șocul se confecționează pe un inel de ferită de Ø 4 mm și grosime 4 mm și conține 5 spire de sârmă CuEm Ø 0,22 mm.
Punerea în stare de funcționare
Se alimentează de la + punctul I printr-o rezistență de 15 kΩ. Se reglează trimerul CV 6/60 pF la mijloc de cursă. Se alimentează cu 12 V și se verifică buna funcționare a montajului prin conectarea unui bec de 6 V, 50 mA între punctul A și masă. La nevoie se va înșuruba miezul lui L₁ pentru a porni oscilația. Se va ajusta CV astfel încât becul să obțină maximum de luminozitate. Consumul va fi atunci de 40-50 mA. Se va deconecta rezistența de 15 kΩ și se va constata că becul se stinge.
c. Montajul final
Se va trece la montarea plăcilor în cutia emitatorului și se va cabla conform figurii 4. Se va întinde antena 3 m ținând emitatorul sub tensiune, se vor fixa CV și L₁ pentru un maximum de radiație controlată cu măsurătorul de câmp. Reglarea se va termina totdeauna prin aceea a lui CV.
2. RECEPTORUL
Circuitul imprimat va fi realizat din sticlotextolit de 1,5 mm, conform figurii 12. Se vor poza componentele ca în figura 13. Este de reținut că priza mediană a secundarului transformatorului trebuie să fie scurtată fără a traversa circuitul imprimat.
PUNEREA ÎN STARE DE FUNCȚIONARE
Toate reglările se fac la semicursă. Se alimentează receptorul prin brațngarea unei căști între punctul I și masă. Se va retuș P₁ pentru a avea un suflu violent în cazul absenței emisiunii, suflu ce trebuie să dispară la atingerea cu degetul a colectorului lui T₁. Se va porni emitatorul și se va regla CV din receptor pentru un maximum de semnal. Acest reglaj va fi executat foarte atent, plasând emitatorul cât mai departe posibil. Antena se va realiza dintr-o sârmă lățită, acoperită cu vinilin de cca 30-40 cm. Se va conecta casca în punctul I și masă, intensitatea sonoră trebuind să varieze în raport cu poziția cursorului lui P₁.
3. Filtrele de J.F.
Circuitul imprimat va fi realizat din sticlotextolit de 1,5 mm, conform figurii 14. Se vor poza componentele ca în figura 15. De reținut posibilitatea realizării fiecărui condensator C cu două valori în paralel. Astfel va fi posibil de realizat practic orice valoare cu eroare în limite de ±10%. Releul RM („Electromagnetica"-București) poate fi înlocuit cu un model asemănător, printr-o retușare a traseului circuitului imprimat. Alegerea valorii lui C se face consultând figura 7. Se va alege întotdeauna o valoare ceva mai mică decât a celei citite, pentru a putea ca prin adăugarea unui alt condensator în paralel să se ajungă la valoarea dorită.
Întrucât se presupune că realizatorii nu au nici o posibilitate de a verifica frecvența de rezonanță, li se recomandă să se limiteze la valorile indicate în figura 7.
Punerea în funcțiune
Realizatorii bine echipați și posesorind un generator de joasă frecvență vor putea fixa fiecare filtru pe frecvența sa cu acest aparat. Se va injecta un semnal dreptunghiular de la 2 la 3 V. Se va micșora frecvența cu atenție prin valorile condensatoarelor apoi se va regla potențiometrul ajustabil de 220 Ω pe frecvența dorită. Cel ce nu posedă nimic altceva în afară celor două mâini vor proceda în alt mod. Valorile C sunt cele din figura 7.
Se vor realiza interconexiunile din figura 16 montând numai un singur filtru deodată. Se va regla potențiometrul semireglabil de 220 Ω la semicursă. Se va regla P₁ al receptorului la 1/4 din cursă. Se va porni emitatorul și se va transmite nota ce corespunde filtrului în test. Se va roti potențiometrul semireglabil de 10 kΩ al generatorului de tonuri până la obținerea unui cuplaj complet al releului. Controlul precis al punctului exact de rezonanță poate fi făcut prin măsurare cu controlorul universal. Tensiunea dezvoltată la bornele condensatorului de 2,2 μF al filtrului este maximă la rezonanță. Se va regla nota pentru a se găsi maximul. Se vor regla succesiv diferitele canale.
Filtrele vor fi plasate simultan și se va verifica dacă răspunsurile rămân corecte. Se vor executa cu precizie acordurile dacă este cazul. Reglarea lui P₁ se va face cu atenție pentru a avea o bună marjă de siguranță: dacă nivelul este prea slab, filtrele răspund incorect sau nu răspund deloc. Când nivelul este prea înalt, două filtre vecine pot reacționa în același timp. Ecartul între aceste reglaje extreme este totuși suficient de mare pentru a garanta o punere la punct ușoară.
III. UTILIZAREA
Două canale sunt rezervate comenzii de dirijare a modelului: unul pentru dreapta, celălalt pentru stânga, cu sau fără retur automat pentru automobile. Sistemul de execuție va fi realizat de către amator în funcție de utilizările pe care le dorește.
Pentru propulsare vor fi afectate trei canale: unul pentru mersul înainte, un altul pentru mersul înapoi, iar al treilea pentru oprire.
O altă posibilitate pentru comanda propulsiei se poate realiza printr-un singur canal: comandă ciclică pentru cele trei funcțiuni: înainte-stop-înapoi-stop-înainte.
Cele două canale rămase disponibile pot fi utilizate pentru funcții auxiliare, ele reprezentând adesea întreaga atracție a modelului. Pentru această soluție se poate folosi pas cu pas.
Iată deci un ansamblu modest prin tehnologia sa dar eficient prin alegerea componentelor și a soluțiilor. El vă va permite să echipați un model destinat a fi utilizat ca un mecanism jucărie. Dacă veți considera că circuitele de recepție sunt prea mari, nu e nimic grav: desenați pentru a le face mai compacte. Nu este greu și totodată, va fi o ocazie de a vă perfecționa pregătirea.
Dacă numărul de canale vi se pare insuficient, puteți merge până la 8. Întrucât noi ne-am gândit la aceasta proiectând circuitul imprimat al generatorului de note cu această posibilitate.
Veți utiliza în acest caz frecvențele suplimentare următoare: 400, 300, 225 Hz. Aceste frecvențe se obțin cu ușurință la emisie, crescând R₂. În timp ce la recepție filtrele noastre coboară ușor la 200 Hz.
Lista componentelor:
R₁-R₅: 10 kΩ, 1/4 W C₁: 10 nF/12 V R₆: 1000 Ω, 1/4 W C₂: 33 μF/100 V R₇: 6,8 kΩ, 1/4 W C₃: 0,1 μF/12 V R₈: 4,7 kΩ, 1/4 W CI: BE 555 R₉: 1,2 kΩ, 1/4 W T₁: BC 238 R₁₀: 390 kΩ, 1/4 W D₁: DZ 9,1 V/400 mW R₁₁: 15 kΩ, 1/4 W k₁-k₈: contactoare R₁₂-R₁₉: potențiometre (vezi text)
f₁ = 550 Hz 12 nF f₂ = 745 Hz 8,2 nF f₃ = 1000 Hz 4,7 nF f₄ = 1350 Hz 3,3 nF f₅ = 1820 Hz -
Pentru frecvențele suplimentare: 400 Hz: 15 nF 300 Hz: 18 nF 225 Hz: 22 nF