Шифратор и дешифратор дистанционного управления

При конструировании систем дистанционного управления, особенно у начинающих радиолюбителей, часто возникает вопрос: какой способ кодирования информации управления выбрать? Самые распространенные способы кодирования информации: число-импульсный и частотно-импульсный. В первом случае команда передается определенным количеством импульсов, которые "обрабатываются" дешифратором и распределяются по каналам исполнительных  механизмов [1]. Обычно такие системы кодирования выполняют полностью на микросхемах. Они многокомандные (от 4 до 16 команд). Настроить такую аппаратуру начинающему радиолюбителю трудно. А самое главное, при современной насыщенности диапазона 27-30 МГц аппаратура становится помехонезащищенной, особенно если она собрана по КМОП-технологии.

При частотно-импульсном способе кодирования каждая команда передается определенными частотами, отличающимися друг от друга. При частотно-импульсном кодировании аппаратура более устойчива к помехам. Основным недостатком аппаратуры является ограниченное число команд из-за сложности дешифратора. В дешифраторе используют LC-фильтры. Изготовить и настроить эти фильтры без определенных навыков и оборудования невозможно, это усложняет схему.

Предлагаю читателям несложную аппаратуру дистанционного управления. Она построена по принципу частотно-импульсного кодирования, собрана на микросхемах. Отличительными особенностями являются ее помехоустойчивость и отсутствие ЬС-фильтров в дешифраторе, что делает аппаратуру простой в наладке.

Шифратор (рис.1) собран на четырех микросхемах серии К555. На микросхеме DD1 собран задающий генератор частоты на 1 МГц, стабилизированный кварцевым резонатором ZQ1. На микросхемах DD2, DD3, DD4 собраны делители частоты [2]. Не совсем стандартное включение микросхем выбрано для удобства монтажа и не несет никаких функциональных изменений. Импульсы с частотой следования 1 МГц поступают на вход С2 счетчика DD2 (выв.1).

Счетчик выполняет роль делителя частоты на 16. На выводе 12 DD2 появляется сигнал с частотой 62,500 Гц, который поступает на счетчики DD3 и DD4. На выводе 12 DD3 появляются импульсы с частотой 3906,25 Гц, которые формируют команду 5. На выводах 9, 8, 11, 12 DD4 появляются частоты 1953,125 Гц, 976,5525 Гц, 488,28125 Гц и соответственно образуют команды 3, 4, 1, 2, которые через переключатели S1...S4 подаются на модулятор передатчика при нажатии на одну из кнопок. В отжатом состоянии на модулятор подается команда 5, не несущая информации, так называемая команда сброса.

Для питания схемы использован стабилизатор DA1, так как передатчик обычно питается напряжением +9...12 В. Светодиод н1 служит индикатором включения схемы. Диод VD1 защищает схему от переполюсовки напряжения питания, С2, С3 - помехозащищающие конденсаторы.

Детали.

Резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,25. Конденсаторы типа КМ, микросхемы К555 можно заменить на микросхемы К155, но при этом ток потребления схемы увеличивается. Схема собрана на плате из текстолита размером 75х60 мм. На рис.2 приведена печатная плата шифратора.

Наладка. Правильно собранная схема наладки не требует. 0сциллографом и частомером проверяют наличие сигналов в контрольных точках схемы (рис.1): вывод 12 DD2, вывод 12 DD3, вывод 9, 8, 11, 12 DD4. Резисторы R1, R3 определяют стабильную работу задающего генератора. Это зависит от типа кварцевого резонатора.

Дешифратор (рис.3) собран на четырех микросхемах типа К555 и четырех транзисторах VT1 - VT4. Устройство имеет четыре идентичных канала. Рассмотрим работу одного из них. На элементе DD1.1 собран формирователь импульса, который формируется по переднему фронту входного импульса [2, 3]. На элементе DD2.1 собран узел сравнения. Входной импульс поступает на вход В1 (выв.10) микросхемы DD1 и на вывод 12 элемента DD2.1. По переднему фронту входного импульса одновибратора DD1.1 формируется импульс, длительность которого зависит от элементов R3, С1. Номиналы резисторов R3...R10 и конденсаторов С1...С4 подобраны таким образом, чтобы длительность команд шифратора совпадала с длительностью вырабатываемых импульсов одновибраторов дешифратора. На рис.4,а приведена диаграмма работы дешифратора при отсутствии команды.

При поступлении команды 1 на вход дешифратора (рис.4,б) на выводе 5 DD1.1 и на выводе 12 DD2.1 появляются импульсы одинаковой длительности. На выводе 11 DD2.1 при этом будет лог."0", транзистор VT1 закрыт, на выводе 8 DD3.1 - уровень лог."0". При поступлении на вход дешифратора любой другой команды на выводе 5 DD1.1 будут импульсы с постоянной длительностью, на выводе 12 DD2.1 будут импульсы с длительностью, отличной от длительности импульсов одновибратора DD1.1. На выводе 11 DD2.1 появляются импульсы, которые через выпрямитель с удвоением напряжения, С5, С6, VD1, VD2 открывают транзистор VT1, на выводе 8 DD3.1 появляется уровень лог.Т. Емкость конденсаторов С5 и С6 подобрана таким образом, чтобы при изменении длительности импульсов в пределах частот поступающих команд на базу транзисторов VT1 - VT4 поступало выпрямленное напряжение, не влияющее на работу элементов DD3.1 - DD3.4. Аналогично работают и остальные каналы дешифратора, настроенные на длительности соответствующих команд резисторами R3...R10 и конденсаторами С1 ...С4. При отсутствии команды управления на вход дешифратора поступает команда сброса, формирующая единицы на выходах DD3.1...DD3.4. При поступлении помех происходит то же самое, что и при поступлении команды сброса. Благодаря применению в дешифраторе вышеописанного способа, пропускная способность фильтров команд составляет от ±20 Гц (команда 1) до ±240 Гц (команда 4), а частоты команд в ЬС-фильтрах - от нескольких сотен герц и выше (в зависимости от типа схемы), что является еще одним поме-хозащищающим фактором.

Детали. Резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,25; подст-роечные резисторы типа СП5-1, СП5-2, СП5-3; конденсаторы С1-С3 типа КМ с наименьшим ТКЕ; диоды - КД503, КД509; транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом.

Микросхемы серий К555 можно заменить на К155, К1533, микросхему К555ТЛ3 - на К135ЛА3, но при этом ухудшается "крутизна" фронтов импульса команды. Электролитические конденсаторы импортного производства. Схема собрана на плате из стеклотекстолита размером 75х60 мм (рис.5).

Наладка. Правильно собранная схема начинает работать сразу. После проверки правильности монтажа подключают настроенный шифратор к дешифратору. Подавая по очереди команды резисторами r4, R6, R8, R10, настраивают каналы дешифратора. Включение светодиодов Н1-Н2 облегчает процедуру наладки. При срабатывании команды соответствующий светодиод светится. Далее осциллографом контролируют импульсы соответствующего канала. Для первого канала на выводах 12, 13 DD2.1 длительности импульсов должны быть одинаковые, при этом на выводе 11 DD2.1 должен быть уровень лог."0". При необходимости более точно настройку повторяют резистором R4 и конденсатором С1. Остальные каналы настраивают идентично.

Автор:  А. А. Татаренко, г. Киев

Литература:

1. Проскурин А. А. Модульная аппаратура радиоуправле-ния.М.: ДОСААФ СССР, 1988.

2. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы.-М.:Радио и связь,1989.

3. Миль Г. Модели с дистанционным управлением.-Л.: Судо-строение,1984.