Elektronika pro modeláře – procesory pro předmět SCS vytvořil Jan Vyskočil, 2005

1. Úvod

Mezi málo známé oblasti použití nových mikroprocesorů (zejména firem Atmel a Microchip) patří modelářská elektronika. Na trhu existuje mnoho výrobců, z nichž mnoho je českých. Jejich výrobky jsou velmi známé a oblíbené v evropských zemích, ale i v USA. Nebudu popisovat vlastnosti konkrétních procesorů, ale jejich typické aplikace v této oblasti. Rovněž uvádím amatérské konstrukce z internetu. Zde často je i příslušný a hex i asm (!) soubor zdarma ke stažení.

Základní vybavení modeláře zahrnuje:

• vysílač + baterie (nejčastěji 9.6V/1700mAh) • přijímač + baterie (standardně 4.8V kapacita podle počtu serv) • serva • nabíječka

Další vybavení:

• pohon - komutátorový motor nebo brushless ("střídavý") • regulátor motoru (podle druhu modelu a typu motoru) • pohonná baterie (Nixx, Lixxx)

Speciální elektronická zařízení:

• indikátory poklesu napájecího napětí • přepínače záložních aku • piezogyro • PC- simulátory

2. Typické průběhy signálů

• AM modulace se masivně používala dříve, dosud přetrvává u nejlevnějších vysílačů a je více náchylná na rušní

• FM vysílače dnes suverénně převažují

Zakódování požadované polohy ovládaných prvků (serv): • Nejrozšířenější v RC ovládání je modulace PPM:

vysílány jsou krátké impulsy, vždy v sérii o jeden více, než je počet ovládaných funkcí. Série impulzů pro všechny funkce se opakuje 50 krát za sekundu.

• PCM:

pracuje vždy s určitým rozlišením. V případě klasické PCM je to 512 kroků. Přenáší se podstatně více impulsů – je třeba počítat i s rychlostí odezvy Další verze PCM se to snaží vylepšit:

o QPCM (Hitec) s důrazem na rychlost přenosu o SPCM (Graupner) s dvojnásobným rozlišením

Typické signály PPM

1. NF signál vysílače - vzdálenost dvou sousedních impulzů vyjadřuje požadovanou polohu serva

2. demodulovaný a zesílený signál v přijímači 3. pulsy pro serva – šířka 1 až 2 ms, 1.5 ms znamená, že je servo v neutrálu.

U různých firem se meze mohou nepatrně lišit

3. Pásma a kanály

V ČR je generální licencí ČTÚ GL-15/R/2001 povoleno ovládání modelů ve třech pásmech: 27, 35 a 40 MHz. V pásmu 35MHz jsou dvě oblasti , mezi nimi je mezera. Řada přijímačů není schopna pracovat v celém pásmu, mluvíme často ne o jednom pásmu, ale o 35A a 35B.

4. Přijímače

Pokud má spolu vysílač a přijímač fungovat, musejí se u nich shodovat všechny parametry signálu: pásmo, kanál (dán podobně jako u vysílače krystalem), modulace signálu i způsob kódování. Přijímač REX 5, vyrábí JETI, Kopřivnice, www.jetimodel.cz

• 5 kanálový, FM 35 nebo 40MHz, miniaturní provedení, používá jen SMD součástky: obvod MC3361 ve vstupní části a dekodér CMOS 4017 (Johnsonův dekadický čítač)…bez procesoru

• rozměry 31x17x9mm, hmotnost 9g, citlivost 8μV, délka antény 500mm; cena 1100

Přijímač Sexta, vyrábí MZK servis, Praha, www.mzkservis.cz

• 6 kanálový, FM 35 nebo 40MHz, obvody TA31136, dekodér PIC16LF628A.

• na vstupu 3 neladěné paralelní rezonanční LC obvody, 6 násobný keramický filtr 455kHz v MF zesilovači

• přesný filtr DSP v mikroprocesorovém dekodéru s adaptivními algoritmy založenými na poměru úrovně signál/šum přijímaného signálu

• polarita signálu pozitivní nebo negativní (autodetekce) • funkce HOLD: všechna serva jsou při ztrátě signálu přidržena v poslední

poloze 2s, potom je výstup bez signálu – schopnost doplnit chybějící impulsy

• funkce FAIL-SAFE: výstupy serv podrží v poslední poloze asi 2s, potom přejdou do předem naprogramovaných poloh

• funkce se programují pomocí dvou zkratovacích propojek • rozměry 20x13x48mm, hmotnost 14g, citlivost 2μV, délka antény

500mm; cena 1800

Amatérský přijímač, http://tom.tartarnet.cz/ • 4 kanály, FM 35MHz, obvody SMD MC3361, dekodér PIC12F675 • rozměry 41x23mm, hmotnost 8g • FAIL-SAFE: serva po ztrátě signálu najedou do polohy jako při zapnutí

přijímače

Přijímač SCAN7, www.simprop.de• max. 7 kanálů, obvody MC13158, dekodér AT90LS4433 • PPM modulace (35MHz A i B nebo 40MHz), kmitočet není určen

krystalem, ale PLL syntézou a daty uloženými v paměti. • vývod pro 7. servo lze použít pro sériovou komunikaci s přídavným

terminálem, na němž lze zobrazit údaje o provozu přijímače:

o číslo kanálu o intenzitu vf signálu o okamžité napětí a min. napětí za letu o počet rušení za letu o verzi programového vybavení

• rozměry 65x22.5x12mm, hmotnost 18g, citlivost 2μV, napájení 3.5-7.5V,vlastní spotřeba 20mA), cena 2600

5. Regulátory

• pro stejnosměrné motory o pro modely letadel - jednosměrné s brzdou nebo bez

(programovatelně) o pro modely lodí a aut - obousměrné

• pro střídavé motory – nejčastěji jen pro modely letadel a helikoptéry

Obousměrný regulátor Navy kontrol 535, vyrábí ROBBE, www.robbe.de• vodou chlazený lodní regulátor, procesor ATtiny28L • 6 až 14 článků, trvale 35A • PWM spínací frekvence 1kHz • rozměry 65x39x18.5mm, hmotnost 62g

Obousměrný regulátor vlastní konstrukce s procesorem ATtiny15L software modifikovaný podle www.gorniknet.de

• trvale max. 15A • hlídání napětí

(dioda přes cívku relé přímo na vývodech)

Střídavé motory a regulátory Kvalitní sřídavé motory vyrábí např. firma modelmotors, www.modelmotors.cz

Regulátor pro střídavé motory JETI 40–3P, www.jetimodel.cz

• procesor ATmega8 • max. trvalý proud 40A, 6-12 NiCd článků, max. 5 serv • rozměry 52x25x8, hmotnost 18g, cena 2300

Regulátor pro AC motory BLMC flea, a mnoho dalších: http://home.versanet.de/~b-konze/

• napájecí napětí 3-5 V ( 1 LiPol článek) • procesor ATmega8L • trvalý proud z baterie max. 4A (pro tranzistory IRF7389 – 0.029/0.058Ω) • rozměry 25x17mm, hmotnost okolo 1g

3x zvětšeno

6. Serva

• analogová – bez procesoru, obsahují speciální obvod pro servozesilovač, nejběžnější

• digitální – s procesorem, stále velmi málo rozšířená – asi 2x vyšší cena Jedním z nejmenších serv je nepochybně HS-50 a HS-55 firmy Hitec, www.hitecrcd.com

• HS-55: rozměry 23x12x24mm, hmotnost 8g, 1.3kgcm, cena 440

Příkladem nových serv používajících procesor pro řízení servozeilovače je Hitec HS-5475HB

• procesor AT90LS4433 • možnost uživatelsky naprogramovat pomocí programátoru/testeru:

o rozsah pohybu o střední polohu o reverzi o polohu při výpadku signálu o omezení rychlosti

• frekvence impulzů pro řízení motoru je několikanásobně vyšší, než u běžného serva – přesnější a rychlejší nastavení polohy

• motor buzen můstkem z výkonových FET tranzistorů – vyšší moment • rozměry 39x20x36mm, hmotnost 40g, moment při 6V 5,5kgcm, cena 1200

7. Odkazy

http://home.versanet.de/~b-konze/www.turbinenmuseum.de/Modellbau/BLMC__UK_/blmc__uk_.htmlwww.rcrevue.czwww.modelar-vanouch.czwww.peckamodel.czwww.kokam.com/english/product/battery_main.html