Sterownik anteny UKF.pdf

P R O J E K T Y

Sterownik anteny UKF

AVT−899

Prezentowany uk³ad zosta³

zaprojektowany przede

wszystkim z†myúl¹

o†krÛtkofalowcach, ale

moøemy go z†powodzeniem

stosowaÊ takøe do sterowania

anten¹ siatkow¹ lub nawet

satelitarn¹. Urz¹dzenia

obrotowe stosuje siÍ przy

uøytkowaniu anten

kierunkowych, ktÛrych zalet¹

jest duøy zysk energetyczny,

umoøliwiaj¹cy nawi¹zanie

³¹cznoúci w†wyznaczonym

kierunku na doúÊ znaczne

odleg³oúci.

Wykonanie uk³adu sterowania

obrotem anteny nie jest wcale

³atwe. NajwiÍkszy k³opot sprawia

wskaünik po³oøenia anteny. Powi-

nien on, w†sposÛb moøliwie naj-

dok³adniejszy, wskazywaÊ jej kie-

runek. Najprostsze sposoby usta-

wiania anten w okreúlonym kie-

runku polega³y na rÍcznym, bez-

poúrednim obracaniu masztu an-

teny z†balkonu, okna strychu czy

teø dachu. Nie by³o to zbyt

wygodne i†sprawia³o wiele prob-

lemÛw. Jako wskaüniki po³oøenia

anteny stosowano specjalne ma-

szyny elektryczne tzw. selsyny.

Pracowa³y one zawsze w†uk³adzie

nazywanym ³¹czem selsynowym,

sk³adaj¹cym siÍ z†co najmniej

dwÛch selsynÛw. Wymaga³y zasi-

lania z†sieci napiÍcia przemienne-

go. Uk³ad taki w†pogl¹dowy spo-

sÛb przedstawiono na rys. 1 .

Obecnie mamy moøliwoúÊ wy-

konania obrotu si³ownikiem stero-

wanym mikroprocesorem. W†pre-

zentowanej aplikacji wykorzysta-

³em mikrokontroler typu ST62T20.

Program steruj¹cy zajmuje prawie

ca³¹ pamiÍÊ uk³adu. Pliki ürÛd³o-

we znajduj¹ siÍ na p³ycie CDEP12-

2000B w†postaci pliku exe , ktÛry

automatycznie tworzy folder AN-

TENA na dysku C†i†umieszcza

w†nim wszystkie potrzebne pliki

obs³ugiwane przez program ST6-

Realizer.

Opis uk³adu

Prezentowany sterownik moøe-

my podzieliÊ na nastÍpuj¹ce bloki

funkcjonalne ( rys. 2 ):

- modu³ mikrokontrolera, ktÛry za-

wiera mikrokontroler oraz zasi-

lacz dostarczaj¹cy niezbÍdnych

napiÍÊ zasilaj¹cych oprÛcz napiÍ-

cia zasilaj¹cego silnik si³ownika,

- modu³ wyúwietlacza, wykonany

w†oparciu o†standardowy, (jed-

noliniowy, szesnastoznakowy)

wyúwietlacz alfanumeryczny

LCD ze sterownikiem HD44780,

- modu³ wykonawczy steruj¹cy

prac¹ silnika si³ownika anteny,

w ktÛrym dokonuje siÍ pomiaru

k¹ta po³oøenia anteny; zawiera

on rÛwnieø zabezpieczenia w†po-

staci wy³¹cznikÛw kraÒcowych.

Na rys. 3 przedstawiono schemat

ideowy sterownika. Wyprowadzenia

mikrokontrolera PA0..PA3

i†PB0..PB2 s¹ skonfigurowane jako

wyjúcia cyfrowe Push pull-output.

Steruj¹ one prac¹ wyúwietlacza LCD.

Przyciski steruj¹ce P1 i†P2 do-

prowadzone s¹ do jednej koÒcÛw-

ki PB3 procesora, na ktÛrej jest

wejúcie przetwornika analogowo-

cyfrowego. Zastosowanie wejúcia

z†przetwornikiem A/C pozwala na

pe³ne i†oszczÍdne wykorzystanie

wyprowadzeÒ mikrokontrolera.

Suwak potencjometru obrotowe-

go POT1 do³¹czony jest do wejúcia

PB6 skonfigurowane jako analog

Rys. 1. Schemat łącza selsynowego.

Elektronika Praktyczna 12/2000

Sterownik anteny UKF

Sterownik anteny UKF

Rys. 2. Schemat blokowy

sterownika.

sterownika zasilana jest z†zasila-

cza umieszczonego w†module mik-

rokontrolera. Dostarcza on napiÍ-

cia +5V i†+12V.

Zazwyczaj wszÍdzie tam, gdzie

zastosowano mikrokontrolery, s¹

one odpowiedzialne za sterowanie

prac¹ uk³adu. Po w³¹czeniu zasi-

lania uk³ad mikrokontrolera jest

zerowany, po czym jest w†goto-

woúci do pracy. Po uruchomieniu

na wyúwietlaczu ukazuje siÍ na-

pis ì KIT AVT-899 î, a nastÍpnie,

po kilku sekundach, pojawia siÍ

napis ì KIERUNEK î z†aktualnym

k¹tem kierunku anteny w†stop-

niach.

Do sterowania uk³adem mamy

dwa przyciski: P1 (W†LEWO) i†P2

(W†PRAWO). NaciúniÍcie P2 po-

woduje podwyøszenie napiÍcia na

wejúciu PB3 mikrokontrolera do

wartoúci napiÍcia zasilania. Nato-

miast naciúniÍcie przycisku P1

powoduje obniøenie wartoúci na-

piÍcia do zera. Mikrokontroler

takie zmiany napiÍÊ odczytuje

jako komendÍ do ruchu W†PRA-

WO lub W†LEWO . Moøemy za-

uwaøyÊ, øe jednoczesne naciúniÍ-

cie obydwu przyciskÛw nie powo-

duje øadnych stanÛw nieustalo-

nych. Wykonane zabezpieczenie

wynika z†odpowiedniego po³¹cze-

nia dwÛch prze³¹cznikÛw P1 i†P2.

Jednoczesne naciúniÍcie jest ko-

mend¹ dla procesora ruch W†LE-

WO. Przy naciskaniu P1 na wy-

prowadzeniu PB4 pojawia siÍ po-

ziom wysoki napiÍcia, ktÛre jest

podane na bazÍ tranzystora T1,

powoduj¹c zadzia³anie przekaüni-

ka PK1 za³¹czaj¹cego zasilanie

silnika si³ownika. Tranzystor T1

i†przekaünik PK1 znajduj¹ siÍ na

p³ytce modu³u wykonawczego.

Identyczna sytuacja jest wtedy,

gdy na wyprowadzeniu PB5, z†ktÛ-

rego sterowany jest tranzystor T2

pojawia siÍ poziom wysoki. Syg-

na³y steruj¹ce podawane s¹ po-

przez z³¹cze JP1 i†kabel wieloøy-

³owy (np. p³aski). ZwrÛcimy teraz

uwagÍ na po³¹czenie przekaüni-

kÛw. W†stanie spoczynkowym

obydwu przekaünikÛw na zaciski

silnika si³ownika nie jest podawa-

ne napiÍcie zasilaj¹ce. Nie muszÍ

dodawaÊ, øe w†naszym sterowniku

musimy zastosowaÊ silniki pr¹du

sta³ego. CzÍsto wykorzystuje siÍ

silniki od wycieraczek samocho-

dowych na napiÍcie 12V/24VDC.

ZmianÍ kierunku obrotÛw silnika

dokonuje siÍ poprzez zmianÍ po-

laryzacji napiÍcia zasilaj¹cego.

I†tak¹ metodÍ sterowania zmian¹

kierunku obrotu zastosowa³em

w†uk³adzie. Podczas obrotu masz-

tu anteny, w†wyniku pracy silni-

ka, obraca siÍ rÛwnieø oú poten-

cjometru POT1 (wskaünika kie-

runku). Potencjometr przy³¹czony

jest jedn¹ koÒcÛwk¹ do +5V,

a†drug¹ do masy uk³adu, nato-

miast suwak potencjometru do

wejúcia analogowego PB6 mikro-

kontrolera. W†wyniku zmian po-

³oøenia suwaka potencjometru

otrzymujemy zmiany spadku na-

piÍcia pomiÍdzy suwakiem a†ma-

s¹. Te zmiany napiÍcia odczyty-

wane s¹ przez mikrokontroler jako

zmiany kierunku po³oøenia ante-

ny. Wynik wyúwietlany jest w†po-

staci trzycyfrowej liczby na wy-

úwietlaczu alfanumerycznym LCD

(modu³ wyúwietlacza) i aktualizo-

wany co 0,5s. Z†obracaj¹cym siÍ

masztem sprzÍgniÍte powinny byÊ

rÛwnieø wy³¹czniki kraÒcowe P3

i†P4, ktÛre zabezpieczaj¹ przed

przekrÍceniem masztu o†wiÍcej niø

360 o . Jako wy³¹czniki kraÒcowe

moøemy zastosowaÊ dowolne mik-

roprze³¹czniki, ktÛre naleøy

sprzÍgn¹Ê z†masztem za pomoc¹

przyspawanego prÍta obracaj¹cego

siÍ wraz z†masztem. Uk³ad dzia³a

nastÍpuj¹co. Po dojúciu do jedne-

go z†kraÒcÛw i†za³¹czeniu prze-

³¹cznika P3 lub P4 silnik si³ow-

nika natychmiast siÍ zatrzymuje.

WÛwczas moøemy uruchomiÊ sil-

nik jedynie poprzez naciúniÍcie

przycisku, ktÛry bÍdzie odpowia-

da³ przeciwnemu kierunku ruchu

masztu.

input. Wy³¹czniki kraÒcowe P3

i†P4 do³¹czone s¹ do wyprowadze-

nia PB7, ktÛre rÛwnieø jest wej-

úciem analogowym. Sterowanie

tranzystorami T1 i†T2, za³¹czaj¹cy-

mi przekaüniki PK1 i†PK2, realizo-

wane jest z†wyprowadzeÒ PB4

i†PB5 ( push-pull output) .

Modu³ wykonawczy jest najbar-

dziej oddalon¹ od p³ytki z†mikro-

kontrolerem czÍúci¹ uk³adu. Modu³

ten zawiera tylko kilka elementÛw.

Komunikacja pomiÍdzy modu³em

mikrokontrolera a†wykonawczym

odbywa siÍ za pomoc¹ kabla p³as-

kiego o†dziewiÍciu øy³ach.

Do modu³u do³¹czony jest po-

tencjometr sprzÍgniÍty z†urz¹dze-

niem obrotowym oraz wy³¹czniki

kraÒcowe. Znajduj¹ce siÍ na p³yt-

ce modu³u wykonawczego prze-

kaüniki PK1 i†PK2 odgrywaj¹ waø-

n¹ rolÍ. Polega ona na sterowaniu

prac¹ silnika si³ownika antenowe-

go. Zasilanie tego silnika moøe

odbywaÊ siÍ:

- z†oddzielnego zasilacza +24V

umieszczonego przy antenie (na

dachu budynku),

- z†zasilacza +24V umieszczonego

w†mieszkaniu (pracowni) - wy-

maga to jednak zastosowania

przewodu o†odpowiednim prze-

kroju (naleøy kierowaÊ siÍ zasa-

d¹, øe im dalej umieszczono

urz¹dzenie zasilane, to stosujemy

przewÛd o†wiÍkszym przekroju).

Drugi sposÛb zasilania silnika

si³ownika jest niew¹tpliwie spo-

sobem droøszym. Mog¹ tu wyst¹-

piÊ ograniczenia ze wzglÍdu na

odleg³oúÊ pomiÍdzy zasilaczem

a†anten¹ oraz na koszt samego

kabla. Ca³a czÍúÊ elektroniczna

Wyúwietlacz

alfanumeryczny LCD

Zastosowanie wyúwietlacza al-

fanumerycznego LCD pozwala na

uproszczenie budowy sterownika,

niestety kosztem rozmiaru pliku

wynikowego hex .

Elektronika Praktyczna 12/2000

Sterownik anteny UKF

Rys. 3. Schemat elektryczny sterownika.

Do komunikacji pomiÍdzy mik-

rokontrolerem a†wyúwietlaczem

s³uø¹ trzy linie steruj¹ce (RW, RS,

E) oraz osiem linii danych

(D0..D7) - wyúwietlacz moøe byÊ

sterowany poprzez 8-†lub 4-bitow¹

liniÍ danych. Przy zastosowaniu

mikrokontrolera ST62T10/20, ma-

j¹cego niewielk¹ liczbÍ wyprowa-

dzeÒ, oúmiobitowe sterowanie ra-

czej nie wchodzi w†rachubÍ. Dla-

tego wykorzysta³em nieco trud-

niejsze, czterobitowe sterowanie

wyúwietlacza LCD (uøywane s¹

linie D4..D7, a†pozosta³e linie

D0..D3 s¹ ignorowane). Przejúcie

do sterowania czterobitowego od-

bywa siÍ podczas inicjalizacji wy-

úwietlacza, poprzez odpowiednie

ustawienie stanÛw na wejúciach

steruj¹cych i†danych. Przesy³anie

danych do uk³adu odbywa siÍ

dwuetapowo, najpierw przesy³a

siÍ starszy pÛ³bajt instrukcji lub

danej, a†nastÍpnie m³odszy. Nie

bÍdÍ tu opisywa³ dok³adnie dzia-

³ania samego wyúwietlacza LCD,

gdyø na ten temat juø wiele

napisano na ³amach EP. SkupiÍ

siÍ jedynie na ìzmuszeniuî Re-

alizera do sterowania wyúwietla-

czem. Dok³adna analiza programu

ürÛd³owego mija siÍ z†celem, ze

Elektronika Praktyczna 12/2000

Sterownik anteny UKF

Rys. 4. Opis programu sterującego pracą procesora (dla ST6−Realizera).

wzglÍdu na jego objÍtoúÊ, przez

co staje siÍ on ma³o czytelny.

Dla zilustrowania tego problemu

pos³uøÍ siÍ uproszczonym schema-

tem logicznym przedstawionym na

rys. 4 . Ca³a informacja o†tym, co

ma byÊ wpisane do wyúwietlacza

zawarta jest w†tabelach wprowa-

dzonych przy edycji programu.

Aby lepiej zrozumieÊ dzia³anie,

program moøemy podzieliÊ na na-

stÍpuj¹ce bloki procedur:

- generatora z†licznikiem,

- tablic z†danymi,

- zespo³u za³¹czaj¹cego dane,

- uk³adu steruj¹cego wyúwietla-

czem.

Generator oscf LCD z†liczni-

kiem LICZ stanowi blok napÍdza-

j¹cy ca³y proces wpisywania sek-

wencji danych z†tablic do wy-

úwietlacza. ZespÛ³ za³¹czaj¹cy de-

cyduje o†tym, ktÛre dane zawarte

w†tablicach zostan¹ skierowane do

wyúwietlacza. Uk³ad steruj¹cy wy-

úwietlaczem dokonuje zamiany

wartoúci wejúciowej (s³owo 8-bi-

towe) na osiem stanÛw logicznych

odpowiadaj¹cych odpowiednio

s³owu wejúciowemu.

Generator oscf LCD generuje

ci¹g impulsÛw, ktÛre poprzez mul-

tiplekser mux1 podane s¹ na wej-

úcie up licznika zliczaj¹cego countlf

LICZ oraz na wyjúcie cyfrowe

digout E . Wyjúcie licznika val jest

po³¹czone z†wejúciem tabel index-

table. Licznik zlicza impulsy po-

chodz¹ce z† oscf LCD do wartoúci

51, a†nastÍpnie zostaje wyzerowa-

ny. Podczas gdy licznik zlicza

impulsy z†generatora, do wyúwiet-

lacza zostaj¹ przesy³ane dane

z†tabel, po czym zostaje wyúwiet-

lony odpowiedni napis. Licznik

zostaje wyzerowany w†wyniku

porÛwnania przez komparator

comp wartoúci na wyjúciu licz-

nika z†wartoúci¹ sta³¹. Na wyjúciu

B=A=C komparatora pojawia siÍ

stan wysoki, ktÛry podany na

wejúcie Clr licznika dokonuje

jego wyzerowania. Jednoczeúnie

komparator steruje prac¹ prze-

rzutnika srff . Po podaniu stanu

wysokiego na wejúcie S†srff , na

wyjúciu Q†pojawia siÍ stan wysoki,

w†wyniku czego zostaje zablokowa-

ny generator oscf . Brak impulsÛw

na wejúciu zliczaj¹cym up licznika

powoduje, øe licznik nie dokonuje

zliczania. Odblokowanie licznika

i†powtÛrzenie ca³ej opisanej sek-

wencji zliczania nast¹pi podczas

wpisywania kolejnego napisu do

wyúwietlacza. Takie rozwi¹zanie

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej sterownika.

Elektronika Praktyczna 12/2000

Sterownik anteny UKF

Montaø i†uruchomienie

Jak juø wspomnia³em, uk³ad

zmontowano na dwÛch p³ytkach

drukowanych, ktÛrych schematy

montaøowe przedstawiono na rys.

5 i† rys. 6 .

Modu³ wyúwietlacza jest fab-

rycznym modu³em, do ktÛrego

dolutowano taúmÍ zakoÒczon¹

wtyczk¹ oraz wlutowano poten-

cjometr POT2. Po wykonaniu p³y-

tek (lub teø zamÛwieniu z†oferty

AVT) moøemy przyst¹piÊ do mon-

taøu uk³adu.

Wszystkie uk³ady scalone naj-

lepiej umieúciÊ w†podstawkach,

w†celu unikniÍcia k³opotÛw

z†ewentualn¹ wymian¹ uk³adÛw

podczas uruchamiania sterowni-

ka. Uk³ad wykonawczy powinien

byÊ zamontowany na dachu, przy

urz¹dzeniu obrotowym. PanowaÊ

tam mog¹ rÛøne warunki atmos-

feryczne. W†zwi¹zku z†tym mo-

du³ wykonawczy musimy umieú-

ciÊ w†odpowiedniej obudowie.

RÛwnieø uøyty w†uk³adzie po-

tencjometr powinien byÊ herme-

tyczny i†jak najlepszej jakoúci.

Modu³ wykonawczy moøna do-

datkowo zaekranowaÊ, co wyeli-

minuje ewentualne zak³Ûcenia ze

strony pola elektromagnetyczne-

go w.cz. emitowanego z†anteny.

Po³¹czenie pomiÍdzy blokiem

mikrokontrolera a†uk³adem wy-

konawczym moøemy wykonaÊ za

pomoc¹ wieloøy³owego przewo-

du ekranowego.

Po zmontowaniu i†w³¹czeniu

zasilania, dobrze zmontowany

uk³ad powinien dzia³aÊ od razu.

Najtrudniej jednak wykonaÊ czÍúÊ

mechaniczn¹ urz¹dzenia obracaj¹-

cego. MyúlÍ, øe przy pomocy

jakiegoú znajomego mechanika uda

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

POT1: 5k

Ω

R1..R4: 2,2k

Ω

Kondensatory

C1: 1000

F/25V

F/16V

C3, C4: 30pF

Półprzewodniki

D1, D2: 1N4148

M1: mostek prostowniczy 1,5A

T1, T2: BD135

US1: ST62T20C zaprogramowany

US2: DS1813

US3: 7805

Różne

X1: 8MHz

Rys. 6. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej modułu

wykonawczego.

pozwala wygenerowaÊ do 51

impulsÛw. Jest to ci¹g potrzebny,

aby wpisaÊ do wyúwietlacza LCD

16 znakÛw.

Tak jak wspomnia³em, wszys-

tkie dane do inicjalizacji wyúwiet-

lacza, a†nastÍpnie wpisywania zna-

kÛw, zawarte s¹ w†tabelach index-

table. Wartoúci z†tabel poprzez

multiplekser mux2 podawane s¹

na wejúcie W† bunpack . Wyprowa-

dzenia bunpack steruj¹ modu³em

wyúwietlacza poprzez wyjúcia di-

gout, skonfigurowane jako wyjúcia

cyfrowe push-pull-output .

Od zawartoúci tabel zaleøy, jak

i†co bÍdzie siÍ ukazywaÊ na wy-

úwietlaczu LCD. Aby komunikaty

by³y wyúwietlane bez b³ÍdÛw,

naleøy do tabeli wpisaÊ odpo-

wiednie liczby z†zakresu od

0..255. W†naszym przypadku bÍ-

dzie to 50 liczb o†rÛønych war-

toúciach, ktÛre s¹ odpowiednika-

mi sygna³Ûw steruj¹cych i†danych.

siÍ wam zbudowaÊ odpowiednie

urz¹dzenie mechaniczne. Dla nas,

elektronikÛw hobbystÛw, moøe siÍ

to wydawaÊ bardzo trudne, ale

dla mechanika to nic trudnego. Po

wykonaniu prac mechanicznych

i†ustawieniu anteny naleøy tak

wyregulowaÊ sprzÍgniÍty z†masz-

tem potencjometr POT1, aby kie-

runek anteny zgadza³ siÍ ze wska-

zaniami wyúwietlacza.

Przedstawiony uk³ad sterowni-

ka anteny jest dosyÊ prosty, ale

mam nadziejÍ, øe zaciekawi osoby

zainteresowane krÛtkofalarstwem.

Krzysztof Górski, AVT

krzysztof.gorski@ep.com.pl

Wzory p³ytek drukowanych w

formacie PDF s¹ dostÍpne w In-

ternecie pod adresem: http://

www.ep.com.pl/pcb.html oraz na

p³ycie CD-EP12/2000 w katalogu

PCB .

Elektronika Praktyczna 12/2000

Ω

POT2: 10k

R5..R8: 3,9k

C2: 100

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: