Устройство многокомандного ДУ для проведения пиротехнических шоу

Предлагаемое вниманию устройство многокомандного дистанционного управления разрабатывалось для проведения пиротехнических шоу с использованием электровоспламенителей.
Обладая несомненными преимуществами по сравнению с громоздкими проводными пультами оно, тем не менее, не уступает им в надежности, благодаря использованию современной элементной базы и цифрового кодирования сигнала. Очевидно, что область применения подобного рода устройств весьма широка.

Дистанционное управление состоит из передающей части и восьми приемных частей (по 30 команд в каждой). Управление фейерверком осуществляется со стандартной клавиатуры персонального компьютера, подключенной к передающей части пульта. Передающая часть снабжена дисплеем для отображения текущего режима работы и номеров исполняемых команд. На передней панели передатчика расположены светодиоды (2 шт). Один- индикатор включения усилителя мощности передатчика, второй- индикатор разряда батареи питания.
Если дальность между приемниками и передатчиком не превышает 20-30м, работать возможно с выключенным усилителем мощности. При этом потребляемый передающей частью ток составит 50 мА. Если требуется большая дальность , необходимо включить усилитель мощности ( на клавиатуре это F12). В этом режиме потребляемый ток составит 150мА. Уверенная работа наблюдалась во время испытаний на удалении около 1 км по открытой местности.

Радиоканалы устройства работают на относительно высоких частотах - 166,7 мГц ( 0 канал). Удобство этих частот налицо: при малых размерах антенн (40 см) и небольшой мощности передатчика (0,3 Вт) достигается «приличная» дальность уверенной работы. В устройстве реализованы 10 частотных каналов связи , как в радиотелефоне или радиостанции. Переход с канала на канал осуществляется нажатием клавиши F11. При переключении на следующий частотный канал приемники реагируют «бегущим огнем» на нижнем ряду светодиодов, для наглядности исполнения команды.
Для стабилизации частот гетеродина и задающего генератора передатчика применены синтезаторы сетки частот, реализованные на микросхемах фирмы «Sanyo» LM 7001, хорошо зарекомендовавшие себя во многих конструкциях на частоты даже выше паспортных для этой микросхемы.
В каждом из приемников предусмотрен НЧ монитор ( на схеме не показан) для оценки на слух помеховой обстановки в конкретном месте применения устройства.

Режимы работы

Настройка

Когда все платы безошибочно собраны и еще не впаяны на свои места в «материнке», целесообразно произвести приблизительную настройку задающего генератора передатчика и гетеродина приемника. Подав +5V на ножку 4 МС3361, подключают УНЧ к ее девятой ноге и убеждаются в наличии шума частотного детектора. Покрутив сердечник фазосдвигающего контура, добиваются максимального значения шума. Причем, диапазон регулировки сердечника должен позволять получать максимум шума приблизительно в среднем его положении.

Далее измеряют частоту гетеродина приемника. Пока синтезатор не «прошит» контроллером, частота будет весьма нестабильна. Подбором емкостей, помеченных на схеме *, добиваются приблизительного значения показаний частотомера на уровне около 155 МГц. Во время грубой настройки не следует трогать витки катушки гетеродина, а можно временно впаять параллельно емкость 1-7 пф. Затем впаивают платы контроллера, фильтра и индикации в «материнку». Ели все правильно собрано и «прошит» процессор, на плате индикации инициируется команда «бегущий огонь». Это тестовая команда будет выполняться каждый раз по включению питания на приемной части.

Следующий шаг. Аккуратно, на длинных проводах, подпаивают к «материнке» плату приемника с СЧ. Измеряют напряжение в контрольной точке (2,5+/- 0,5V).Еще раз подстраивают гетеродин, подбирая более точно емкости 68 и 39 пф до появления нужного напряжения. Окончательная подстройка достигается раздвиганием витков контура. При этом нежелательно параллельно ему оставлять подстроечный конденсатор, т. к. при малейшем изменении его емкости ( температура, удар) гетеродин выйдет из области захвата ФАПЧ. Экранировать контур обязательно.
Повторяем те же процедуры с СЧ передатчика с той лишь разницей, что показателем нормальной работы контроллера и остальных узлов «материнки» передатчика будут «0 0 0» на дисплее и звук из пьезоизлучателя. Включаем клавиатуру в гнездо и убеждаемся, что при нажатии на клавиши, на дисплее отображаются их номера. Питание дисплея составляет около 1,3V ( подбирается по отсутствию засветки лишних сегментов).

Когда СЧ передающей части настроен ( в контрольной точке 2,5V +/- 0.5V), устанавливаем его частоту 166,7 МГц точно подбором емкостей возле кварца 7,2МГц , помеченных *.
Включаем приемную часть и настраиваемся точно на сигнал передатчика ( подбором тех же емкостей, только на СЧ приемника), контролируя с вывода 9 МС 3361 пропадание шума. Уносим передатчик от приемника, пока приемник не зашумит. Настраиваем согласующий контур связи гетеродина со смесителем по максимально возможному пропаданию шума.

Нажимаем любую из клавиш алфавита на клавиатуре. В приемнике слышим код. Настраиваем фазосдвигающий контур до пропадания искажений звука, одновременно уменьшая в передатчике амплитуду модуляции. Затем устанавливаем уровень модуляции до нормального, неискаженного звука из приемника на 9 ноге МС3361. Окончательная настройка приемника производится регулировкой витков катушек УРЧ по максимальной чувствительности с включенной антенной ( четверть волны ). Во время этого этапа настроек, усилитель мощности передатчика все время выключен и к нему не подключена антенна.
Следующий этап. Контролируем звук на выводе 7 LM358 ( выход фильтра второго порядка с резонансной частотой 1,5 кГц). Это частота пилот-тона, генерируемая передатчиком. Фильтр в настройке не нуждается. На 7-й ноге фильтра обязательно должно присутствовать половинное напряжение питания ( 2,5V) во время отсутствия сигнала.

При выключенном передатчике шум ЧД после фильтра еле слышен, а 1,5кГц проходят с амплитудой 0,5V.Далее проверяем  звук на порту «контрольный». Это цифровой выход внутреннего компаратора процессора. Звук должен быть четким даже если с ЧД слышен вместе с кодом приблизительно 50-ти процентный шум. На плате индикации в это время должны зажигаться светодиоды, согласно командам с клавиатуры передающей части. Компаратор процессора настроен програмно на 2,55V. Опорное напряжение берется с шины питания внутри микросхемы. Следовательно, если КРЕН 5А допустит дрейф напряжения в любую сторону, опорное напряжение также изменится. Главное условие – чтобы фильтр и контроллер питались по одной шине, тогда и «дрейфовать» они будут вместе, что не скажется на пороге реакции компаратора. Следует уделить особое внимание резисторам 22к, формирующим искусственную среднюю точку для LM358, они должны быть идентичны.

Подбором сопротивления 120к, соединяющего 9- ю ногу МС3361 и вход фильтра, добиваются максимального отклика компаратора при прохождении сигнала в условиях шума. Однако, слишком уменьшать сопротивление не стоит. Разумным компромиссом можно считать периодическое возникновение «единиц» на контрольном порту ( приблизительно 1 раз в 3 сек )из-за шума ЧД , когда передатчик выключен.

Усилитель мощности.
Прежде чем настраивать УМ , следует регулировкой витков контуров полосового фильтра на входе добиться максимума ВЧ напряжения на нагрузке 50 Ом,подключенной к затвору ПТ и общему проводу. Это напряжение должно составлять 100 мV.Подбором делителя напряжения, подключенному к затвору, устанавливают ток покоя оконечного каскада в пределах 100 мА . Подключают эквивалент нагрузки на выход и, главным образом регулируя последовательный контур между ПТ и ФНЧ, добиваются максимума напряжения на нагрузке . Подключив антенну, следует побороться с « возбуждением », если оно возникнет . На практике его не наблюдалось , но если УМ собран на биполярном СВЧ транзисторе ( был вариант на BFG 135 ) оно было . В этом случае шунтируют коллекторный дроссель резистором около 100 Ом .
Необходимо также обратить внимание на качество сигнала с выключенным УМ и при его включении . При включении УМ качество сигнала ( нч с выхода приемника ) не должно ухудшаться . Это также касается сложенной или развернутой телескопической антенны при включенном УМ.

Цифровая часть состоит из контроллера и сдвиговых регистров .Код ,принятый микроконтроллером , преобразуется в данные и стробы
для сдвигающих регистров , устанавливающих лог 1 на ножках, соответствующих полученным командам.

Силовая часть состоит из мощных ключей  управляемых  сдвиговыми регистрами . Схема исполнительного силового устройства на 23-ю команду очерчена пунктиром . Остальные каналы идентичны .Нижний на схеме полевой транзистор ( разрешение режима реальной стрельбы )общий для всех 30 силовых ключей. Сдвиговые регистры питаются отдельно от 6-вольтового стабилизатора для того, чтобы на их выходах , нагруженных на светодиоды было достаточное напряжение для обеспечения ключевого режима работы мощных ПТ.

Детали.
В основном устройство собрано на зарубежных  СМД элементах . Транзисторы инвертора СЧ  могут быть буквально любыми кремниевыми малой мощности с коэффициентом усиления не менее 100 ( например зарубежный аналог КТ315 в СМД исполнении ).

Варикапы выпаяны из радиотелефона «Харвест» , их марка , согласно схеме 1SV215 ( с другими эксперименты не проводились ) .
Катушки все , кроме гетеродинной и фазосдвигающего контура приемника , имеют по 4 витка провода диаметром 0,6 мм, полный диаметр катушки-5мм. Контур гетеродина приемника имеет 5 витков того же провода, диаметр катушки тот же. Фазосдвигающий контур взят , опять же, с «Харвеста» и имеет 140 витков провода, диаметром 0,07 мм. Этот контур можно изготовить самостоятельно, намотав 140 витков провода на контуре ( например, от импортных УКВ приемников). При 140 витках всегда удавалось попасть в резонанс путем подбора емкости, параллельно этому контуру.

Файлы печатных плат ниже(не в зеркальном отображении). Печатные платы могут немного не соответствовать схеме ( на уровне лишнего резистора в цепях питания, или лишней блокировочной емкости). Плат передатчиков 2 (существенных отличий нет),поскольку было собрано 2 варианта.

Следует отметить, что при разработке этого устройства приняты особые меры, как программные, так и «железные», по борьбе с ложными срабатываниями.

Демо-версии прошивок контроллеров передатчика и одного приемника можно получить бесплатно у автора

Со мной можно связаться по тел. 8-050-942-35-95 или по почте blaze@vizit-net.com

Теги:

• Sprint-Layout
• ДУ
• Микроконтроллер