Электронная игрушка с пропорциональным индуктивным управлением

Большинством различных моделей и игрушек управляют на расстоянии либо по проводам, либо с помощью радиопередатчика. Не менее интересна еще одна система - пропорциональная индукционная, позволяющая играющему управлять движением модели, как в обычном автомобиле, поворотом руля. Об этом рассказывают разработчики модели-игрушки - отец и сын Солоненко.

Принцип управления поясняет своеобразная структурная схема, показанная на рис 1 В моделе два одинаковых канала, каждый из которых управляет “своим" колесом: правый канал - леаым колесом, левый - правым.

В итоге при поступлении сигнала с правого канала модель будет поворачивать вправо и наоборот, если сигнал поступил в левый канал, происходит поворот модели влево.

Пульт управления выполнен в виде импровизированного руля в корпусе которого размещен передатчик. Когда он ориентирован строго параллельно задней кромке модели, сигналы в каждом канале будут одинаковыми, модель станет двигать ся прямо Если начать поворачивать “руль”, скажем, влево сигнал в левом канале будет возрастать, а в правом убывать.

Соответственно и напряжение на электродвигателе правого канала увеличится а на электродвигателе левого уменьшится Модель повернет влево.

При крайнем положении “руля” магнитная антенна передатчика окажется ориентированной параллельно антенне левого канала и перпендикулярно антенне правого Левое колесо остановится а правое продолжит вращаться с максимальной скоростью Модель разворачивается на месте Когда передатчик выключают, модель останавливается.

Структурная схема

Для управления моделью необходимо двигаться за ней следом на расстоянии 40...60 см, чтобы была видна “бегущая" навстречу дорога и окружающие предметы. Создается иллюзия езды на автомобиле.

Рис. 1. Стуркутрная схема управления моделью.

Таким образом имея однокомандный передатчик и используя направленные свойства его антенны по отношению к антеннам модели, можно поворачивать модель как влево, так и вправо, направлять ее движение строго по прямой линии, а если нужно - останавливать.

При этом угол поворота модели пропорционален углу поворота передатчика. Сигнал поступает с передатчика на приемник с помощью индукционной связи.

Передатчик

Знакомство с конструкцией начнем с передатчика (рис 2) Он выполнен на основе несимметричного мультивибратора, нагруженного через катушку связи L2 на колебательный контур L1C1 магнитной антенны.

Импульсы мультивибратора возбуждают контур на частоте резонанса, в результате чего появляются незатухающие колебания практически синусоидальной формы частотой около 12 кГц. Конденсатор С3 способствует увеличению амплитуды этих колебаний, его емкость подобрана экспериментально.

Рис. 2. Схема индуктивного передатчика.

В передатчике допустимо использовать любые транзисторы из указанных на схеме серий. Конденсатор С1 - любого типа, но на рабочее напряжение не ниже 200 В, С2 - любого типа, С3 - К73-17. Резистор МЛТ-0,125.

Магнитная антенна выполнена на стержне диаметром 10 и длиной 200 мм из феррита 400НН. Катушки намотаны внавал на пластмассовом каркасе длиной 45 мм L1 содержит 290 витков провода ПЭВ-1 0,25, а L2 - 18 витков ПЭВ-1 0,5, расположенных поверх катушки L1. Кнопка SB1 - КМ1-1 Источник питания составлен из семи последовательно соединен ных аккумуляторов Д-0.26Д.

Основная часть деталей смонти рована на печатной плате (рис 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита Вместе с остальными деталями плата размещена в корпусе передатчика (рис. 4).

Изготовленный передатчик можно сразу же проверить. Но следует помнить, что на колебательном контуре магнитной антенны напряжение достигает 150. 180 В, поэтому касаться выводов конденсатора С1 нельзя!

Рис 3. Печтаная плата передатчика.

Вначале нужно убедиться в работе мультивибратора для чего вместо катушки L2 включают динамическую головку мощностью 1 -3 Вт со звуковой катушкой сопротивлением 4-10 Ом. При нажатии на кнопку в головке будет слышен звук частотой около 3 кГц.

Затем, восстановив соединения, подключают параллельно разомкнутым контактам кнопки миллиамперметр и измеряют потребляемый передатчиком ток - он должен быть в пределах 80. 90 мА Если ток иной, устанавливают нужное значение его подбором резистора R1.

Рис 4. Конструкция передатчика.

Далее подключают параллельно конденсатору С1 вольтметр переменного тока и нажав на кнопку, контролируют напряжение на контуре. При необходимости подбором конденсатора С1 добиваются указанного выше значения частоты.

Приемник

Приемник (рис 5) - двухканальный. Поскольку оба канала одинаковы, рассмотрим работу одного из них

Сигнал передатчика выделяется на колебательном контуре L1C1 магнитной антенны WA1 данного канала приемника. Через катушку связи L2 и конденсатор С2 сигнал поступает на базу усилительного каскада, выполненного на транзисторе ?Т1 С нагрузки каскада (резистор R2) усиленный сигнал поступает на детектор, выполненный на диодах VD1, VD2.

Нагрузка детектора - подстроечный резистор R3, который является делителем выпрямленного напряжения С его движка си нал (теперь уже - сглаженное конденсатором С4 постоянное напряжение) поступает на трехкаскадный усилитель постоянного тока, нагруженный на электродвигатель М1.

В исходном состоянии все транзисторы усилителя закрыты электродвигатель обесточен. Появляющееся на конденсаторе С4 постоянное напряжение открывает транзисторы, и якорь электродвигателя начинает вращаться с частотой, пропорциональной напряжению на конденсаторе С4

Рис. 5. Схема приемника для индукционного управления.

Если движок подстроечного резистора R5 находится не в крайнем верхнем положении, то между эмиттерами транзисторов Т2 и Т2 окажется включенным общее сопротивление. В результате указанные транзисторы образуют так называемый дифференциальный усилитель. Токи, протекающие через транзисторы и общий резистор. будут влиять друг на друга.

Скажем увеличение тока через транзистор VT2 вызовет увеличение падения напряжения на резисторе R5, что приведет к уменьшению тока через VT2’, и наоборот. Благодаря этому на частоту вращения якоря электродвигателя будет влиять не только сигнал “своего” канала, но и другого.

В итоге перемещением движка подстроечного резистора R5 удастся регулировать чувствительность модели к повороту передатчика Когда сопротивление резистора мало, требуются значительные углы поворота передатчика, чтобы модель реагировала на них Если же оно велико, модель будет отвечать на малейшие движения передатчика или даже “рыскать" по курсу (вилять то влево, то вправо).

Кроме указанных на схеме транзисторы VT1 в обоих каналах могут быть КТ315Г, КТ315Е с коэффициентом передачи тока более 100, VT2 - любые из указанной серии, желательно с одинаковым коэффициентом передачи тока. Остальные транзисторы любые из указанных на схеме серии Конденсаторы С1-СЗ - КМ-5, С4, С5 - К50-6.

Постоянные резне торы - МЛТ-0,125, подстроечные - СПЗ-1а или другие малогабаритные. Электродвигатели ДИ 1 -1 от промышленных игрушек

Каждая магнитная антенна выполнена на стержне диаметром 8 и длиной 100 мм из феррита 400НН Катушка L1 намотана внавал на пластмассовом каркасе длиной 20 мм и содержит 600 витков провода ПЭВ-1 0,14. Поверх нее, также внавал, намотана катушка L2 - 50 витков ПЭВ-1 0,25.

Источник питания GB1 - батарея 3336, GB2 - “Крона".

Большинство деталей приемника каждого канала смонтировано на печатной плате (рис. 6) из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Остальные детали размещают на шасси модели (рис. 7) самостоятельного изготовления.

Она - трехколесная, заднее колесо самоориентирующееся. Для возврата колеса в нейтральное положение служат две резинки от резиномотора, укрепленные между колесом и шасси Электродвигатели соединяют с передними колесами через редукторы с коэффициентом передачи 16.

Рис. 6. печатная плата приемника.

При диаметре ведущих колес 30 мм модель будет двигаться примерно со скоростью пешехода. Налаживание приемника начинают с настройки в резонанс колебательного контура магнитной антенны.

Для этого к катушке связи L2 подключают вольтметр переменного тока с пределом измерения 1 В. Стержни антенн передатчика и приемника ориентируют по одной оси на расстоянии 100 мм друг от друга.

Передвигая по стержню приемника каркас с катушками, добиваются максимального отклонения стрелки вольтметра, удаляя передатчик по мере увеличения показаний вольтметра. Напряжение должно быть примерно 0,5 В на расстоянии 150...200 мм между стержнями,

каркас с катушками при этом должен находиться между серединой стержня и краем. Если резонанс наступает, когда каркас приходится выдвигать за край стержня, следует установить конденсатор С1 меньшей емкости. Если же при резонансе каркас находится посредине стержня, нужно установить конденсатор большей емкости.

Рис. 8. Конструкция игрушки.

После этого можно настраивать усилитель на транзисторе VT1 и проверять работу детектора Движок резистора R3 перемещают в верхнее по схеме положение, а параллельно конденсатору С4 подключают вольтметр постоянного тока с пределом измерения 1 В.

Сохраняя соосность стержней антенн передатчика и приемника, удаляют передатчик на расстояние 100... 120 см. Напряжение должно достигать значения 1 В Если оно меньше, подбирают резистор R1 такого сопротивления, чтобы напряжение было наибольшее.

Для проверки работы усилителя постоянного тока движок резистоpa R5 устанавливают в верхнее положение. Когда передатчик не включен, транзисторы VT2-VT4 должны быть закрыты, а электродвигатель обесточен. При включенном передатчике электродвигатель должен начинать работать с расстояния до передатчика 150...180 см, а развивать полную частоту вращения с расстояния 150...120 см.

Аналогично настраивают другой канал приемника.

Чтобы установить одинаковое усиление каналов приемника, модель ставят на полу на подставке такой высоты, при которой колеса не касаются пола. Затем становятся сзади модели на расстоянии 30. .40 см и направляют антенну передатчика (его держат в опущенных вниз руках) точно на заднее колесо, т. е. добиваются расположения всех антенн, показанного на рис 1.

Включают передатчик и удаляются от модели до тех пор, пока один из электродвигателей не остановится. Подстроечными резисторами R3 и R3 добиваются их одновременной остановки.

Далее устанавливают движок резистора R5 в среднее положение и опускают модель на пол. Включают передатчик, держат его прямо и двигаются за моделью на расстоянии 40 ..60 см.

Плавно понемногу поворачивают передатчик вправо и влево и наблюдают за реакцией модели. Затем стараются развернуть модель в обратном направлении через левый и правый повороты. Следует учесть, что модель обладает инерцией и может не ус петь за быстрым поворотом передатчика

В заключение резне ором R5 устанавливают желаемую чувствительность модели к поворотам передатчика.

Василий и Владимир Солоненко г. Геническ Херсонской обл., Украина. Р2001, 1.