В журнале «Моделист-конструктор» в 2017 году была представлена серия статей о самодельных аналоговых системах пропорционального радиоуправления. Их ключевая особенность — модульный принцип построения, который, подобно конструктору, позволяет создавать различные комбинации с разным функционалом и характеристиками. Двухлетний опыт эксплуатации подтвердил высокую надёжность и помехоустойчивость таких систем.
Стремление к совершенству
Однако для полноценной конкуренции с промышленными образцами энтузиастам есть куда расти. Основные задачи — снижение трудоёмкости изготовления, улучшение массогабаритных показателей, повышение точности и быстродействия. Опыт, полученный при создании и использовании ранее описанных систем, стал основой для их дальнейшего развития, о котором и пойдёт речь.
Семейство систем и новый передатчик «Саэ»
Изначально задумывалось создание целого семейства унифицированных систем: одноканальной «Такамины», двухканальной «Канаты» и трёхканальной «Саэ» (названия даны в честь героинь аниме «АКВ0048»). С первыми двумя читатели уже знакомы. Сейчас ведётся разработка бортового модуля для трёхканальной системы, а передатчик для неё, названный «Саэ», уже готов.
Возможности нового передатчика впечатляют даже в базовой конфигурации. Он полностью совместим со всей ранее опубликованной бортовой аппаратурой и позволяет использовать все её функции. Более того, модели с установленной старой аппаратурой получают дополнительный функционал без переделок на борту, одновременно улучшая точность и быстродействие системы. Трудоёмкость изготовления шифратора снижена — больше не требуется сборка 4-транзисторных модулей МВ. При этом сохранена конструктивная преемственность с предыдущими версиями, а печатная плата изначально рассчитана на последующее преобразование в полноценную трёхканальную систему.
Конструктивные и алгоритмические новшества
Первое заметное отличие новой схемы — использование двух микросхем с аналоговыми коммутаторами вместо одной. Это снимает ограничение на одновременную передачу только двух пропорциональных каналов.
Временные диаграммы работы систем
Но главное отличие — в алгоритме кодирования. В системе «Каната» (диаграмма «а») каналы передавались поочерёдно блоками по ~35 мс каждый. Это создавало компромисс между точностью (требующей больше времени) и быстродействием. В трёхканальной системе время ожидания для канала могло бы возрасти до 70 мс.
Более перспективным был признан иной алгоритм (диаграммы «б» и «в»). В нём передаётся только по одному импульсу каждого командного тона канала А, затем быстро передаётся сигнал канала В, и цикл повторяется. При активации дискретной команды (тон №1) она встраивается в эту очередь. Сигналы каждого канала передаются реже, но управление не прерывается. Это позволило увеличить длительность каждого импульса для более качественной фильтрации, уменьшить помехи от переключений и сократить общее время цикла, повысив быстродействие системы.
Схемотехническая реализация
Реализовать такой алгоритм без использования микроконтроллера оказалось возможным с помощью остроумного схемного решения на основе счётчика D1. Положение ручек переменных резисторов (например, R6) определяет время зарядки соответствующих конденсаторов (С1, С2). Это время, в свою очередь, задаёт длительность открытия транзистора VT1, формирующего управляющий импульс для счётчика. Каждый выход счётчика соединён с управляющим входом мультиплексоров, которые подключают к выходу шифратора генератор нужного командного тона. Таким образом, резисторы напрямую задают время передачи каждого тона и, соответственно, положение рулей модели.
Шифратор «Саэ». Схема принципиальная
Внешний вид платы шифратора
Шифратор «Саэ». Печатная плата
Дискретная команда управляется кнопкой SB1. В замкнутом состоянии длительность тона №1 мала, и бортовой модуль не успевает среагировать. При нажатии кнопки длительность увеличивается, и команда активируется. Замена кнопки и резистора R12 на переменный резистор позволяет регулировать время передачи этой команды, а значит, и мощность на исполнительном механизме. Это фактически превращает старую аппаратуру «Каната-Д» в трёхканальную пропорциональную (хотя дополнительный канал остаётся «однонаправленным»).
Детали и модернизация
Остальные элементы конструкции шифратора знакомы по предыдущим версиям. Используются те же модули генераторов синусоидальных колебаний (ГС), выбранные для минимизации гармоник. Система может быть собрана как на импортной, так и на советской элементной базе (К176ИЕ8, К176КТ1, КТ3102, КТ315 и др.) без потери характеристик.
На основной плате предусмотрены элементы для будущего перехода к конфигурации «тип 2» (полноценная трёхканальная система). Важное улучшение — переход на 4-контактный разъём для передающего модуля, что повышает надёжность и улучшает экранировку.
Модуль ГС. Схема принципиальная
Модуль ГС. Печатная плата
Достоинства нового шифратора настолько значительны, что предыдущие версии («Каната» и «Каната-Д») можно считать устаревшими.
| № частоты | Частота, кГц | Назначение | С1,СЗ, пф | С2 |
| 1 | 1 | Дополнительный канал | 6800 | 0,033 мкф |
| 2 | 1,6 | Основной канал А | 3300 | 0,022 мкф |
| 3 | 2,9 | 2700 | 0,01 мкф | |
| 4 | 3,6 | Основной канал В | 2200 | 0,01 мкф |
| 5 | 4,3 | 2000 | 7500 пф |
Модернизация приёмной части
Новый передатчик работает с уже известной приёмной аппаратурой. Однако модульный принцип позволяет не только комбинировать «кубики», но и легко модернизировать систему, заменяя отдельные блоки.
Использование SMD-компонентов позволило улучшить массогабаритные показатели и снизить трудоёмкость изготовления (отпала необходимость в множестве сверлений).
Например, модуль дешифратора дополнительной дискретной команды ДД-1М был доработан: теперь он формирует напряжение искусственной средней точки самостоятельно, что упрощает монтаж и повышает его универсальность.
Модуль ДД-1М. Схема принципиальная
Модуль ДД-1М. Печатная плата
Усовершенствованный модуль УРМ-4
Логичным продолжением стала модернизация модуля усилителя рулевых машинок (УРМ). Представлен его 4-й вариант.
Первое улучшение — введение кремниевых диодов VD5, VD6 в цепь обратной связи. Это делает характеристику формирования управляющего напряжения более линейной и похожей на характеристику входного каскада, что снижает зависимость угла отклонения рулей от падения напряжения питания.
Второе изменение — увеличение сопротивления резисторов в цепи разряда запоминающих конденсаторов (R5, R6) при одновременной установке более мощных транзисторов на выходе. Это позволяет «запоминать» управляющее напряжение на более долгое время, снижая пульсации во время пауз при передаче сигналов других каналов в многоканальных системах. Также повышается входное сопротивление, что улучшает взаимодействие с потенциометрами обратной связи рулевых машинок.
Модуль УРМ-4. Схема принципиальная
Модуль УРМ-4. Печатная плата
Облегчённые версии и настройка
Для любителей сверхлёгкой и компактной аппаратуры предложен облегчённый дешифратор ДР-2М для системы «Такамина». В нём электролитические конденсаторы заменены на керамические SMD, что повышает долговечность, а германиевые диоды АРУ — на более доступные и стабильные кремниевые 1N4148.
Модуль ДР-2М. Печатная плата
Основным недостатком систем остаётся относительная трудоёмкость настройки фильтров в дешифраторах. Однако процесс можно систематизировать: замена всех трёх резонансных резисторов в фильтре на соседние номиналы изменяет частоту настройки примерно на 10%, а замена одного — на 3%. Точное измерение исходной частоты позволяет добиться успеха за одну-две перепайки.
(Окончание в следующем номере)
Александр ЛИСОВ