2003.06_Najprostsze zdalne sterowanie.pdf

Projekty AVT

2 6 6 7

N a j p r o s t s z e

z d a l n e s t e r o w a n i e

Czy spełniają się futurystyczne wizje Stani-

sława Lema i innych pisarzy science fiction

prorokujących już wiele lat temu, że wraz

z rozwojem techniki degenerować i zanikać

będą niektóre, coraz mniej używane części

naszego organizmu? Pamiętam opowiadanie

SF o megacefalach i mikrocefalach: u części

ludzkości coraz mniej używającej zdolności

umysłowych, zajmującej się jedynie pracą fi-

zyczną, głowa uległa uwstecznieniu i zrobiła

się kilkakrotnie mniejsza (mikrocefale).

Z kolei u części ludzkości zajmującej się wy-

łącznie pracą umysłową, głowa się powięk-

szyła (megacefale), rozwinął się też palec

wskazujący prawej ręki, natomiast pozostałe

palce, korpus i kończyny uległy degeneracji

do tego stopnia, że megacefale nie mogły się

poruszać owłasnych siłach.

Na razie nie widać, żeby głowy poszcze-

gólnych osobników naszego gatunku znaczą-

co różnicowały swą wielkość, ale palce...

Obejrzyj swoje palce i sprawdź, czy aby taka

przerażająca wizja nie staje się pomału fak-

tem. Bo faktem jest, że palec naciskający na

guzik pilota to znak naszych czasów. Nie-

przypadkowo też niektórzy nazywają pilot

elektronicznym różańcem...

Pomyśl, ile pilotów jest w Twoim domu.

Czy ich liczba przekracza cztery? Czy chcesz

dodać do tej kolekcji jeszcze jeden? Taki ład-

ny, mały, z jednym przyciskiem?

Jeśli z góry nie odrzucasz takiej możliwo-

ści, czytaj dalej.

Dla zachęty dodam, że opisywany system

funkcjonuje w moim domu od dwóch lat, a ja

dopiero teraz wziąłem się za pisanie artykułu

o tym pożytecznym drobiazgu. Co ważne,

system jest współużytkowany w pokoju,

gdzie pracują inne piloty i dzięki prostym

rozwiązaniom zupełnie nie reaguje na ich sy-

gnały. Jest odporny na takie obce sygnały,

a jednocześnie nie zakłóca pracy innych

zdalnie sterowanych urządzeń.

Uwaga!

W odbiorniku występują napięcia gro-

źne dla życia i zdrowia! Osoby niepeł-

noletnie i niedoświadczone mogą wyko-

nać układ wyłącznie pod opieką wy-

kwalifikowanych opiekunów.

(KM-15N), bo wyłamała się w niej membra-

na, którą się przyciska podczas obsługi pilo-

ta. Jak widać, pierwszy, prototypowy model

odbiornika, pokazany na fotografiach 3 i 4,

zmontowałem z klasycznych elementów

w postaci zwartego „pająka” i ma on zadzi-

wiająco małe wymiary (1,5x1,6x3,2cm).

Odbiornik został umieszczony tuż pod

oprawką żarówki w małym plastikowym

To, że tak długo zwlekałem z artykułem,

nie jest objawem lenistwa – wprost przeciw-

nie. Oznaką lenistwa jest raczej to, że wyko-

nałem opisywany system zdalnego sterowa-

nia. Nie chciało mi się po prostu codziennie

wyłączać stojącej lampy. Mój problem pole-

gał na tym, że w pokoju gościnnym jest duża

lampa z abażurem. Wtyczka lampy jest we-

tknięta w gniazdko, a wyłącznik jest umie-

szczony na kablu, a nie, jak w niektórych du-

żych lampach stojących, tuż pod żarówką.

Żeby włączyć iwyłączyć lampę, trzeba

było „zanurkować” pod rozłożyste gałęzie fi-

kusa lirolistnego, jako że moja żona jest mi-

łośniczką kwiatów. Takie operacje związane

z obsługą lampy znudziły mi się całkowicie,

więc poświęciłem kiedyś cały dzień na wy-

konanie pilota i odbiornika pozwalającego

zdalnie obsługiwać rzeczoną lampę. Foto-

grafie 1...4 pokazują efekty tamtej pracy. Pi-

lot zmontowany na kawałku płytki uniwer-

salnej pracuje do dziś. Trzeba było tylko

dwukrotnie wymienić plastikową obudowę

Fot. 2 Nadajnik

Fot. 3 Odbiornik

Fot. 4 Odbiornik

Fot. 1 Nadajnik

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

przezroczystym pudełku. Aby dostać się do

przewodów, trzeba było częściowo rozebrać

lampę, ale trud się opłacił i wszyscy domow-

nicy doceniają teraz zalety małego pilota

(o ile się chwilowo gdzieś nie zawieruszy).

Ponieważ układ sprawdził się wciągu

wielu miesięcy użytkowania, uznałem, że

warto go opisać. Nie jesteś jednak skazany

na prowizorkę – w międzyczasie Zbyszek

Orłowski zaprojektował płytki drukowane

pilota i odbiornika. Ze względu na kłopoty

zwyłamywaniem się membrany obudowy

KM-15N powstała nowa płytka do obudowy

KM-14. I takie rozwiązanie opisane jest

w artykule.

cować przy napięciach zasilania poniżej

3V i który przy napięciu zasilania rzędu

3V będzie miał możliwie dużą wydajność

prądową. Dlatego musi to być układ z rodzi-

ny 74HC.

Przebieg prostokątny z oscylatora poda-

wany jest na wzmacniacz z tranzystorami

T1, T2. W zasadzie T1 można byłoby pomi-

nąć idołączyć R6 wprost do nóżki 10 (albo

9). Jednak obecność T1 redukuje obciążenie

wyjścia do znikomej wartości i tym samym

zauważalnie zwiększa stabilność generatora.

Rezystory R6, R7 ograniczają prąd bazy T2.

Jak widać, prąd nadawczej diody IRED

ogranicza rezystor R8 o dużej, jak na piloty,

wartości 100Ω. Ogranicza to szczytowy prąd

diody do kilkunastu miliamperów, a średni

prąd jest poniżej 10mA. Mimo wszystko,

dzięki dużej czułości odbiornika tak niewiel-

ki prąd zapewnia wystarczająco duży zasięg.

Właśnie dzięki ograniczeniu poboru prądu

do wartości poniżej 10mA możliwe stało się

wykorzystanie do zasilania pilota jednej ma-

leńkiej baterii litowej CR2032. W pierw-

szych modelach nadajnika nie było konden-

satora filtrującego C3, a układ pracował po-

prawnie właśnie dzięki małemu poborowi

prądu. Zastosowanie kondensatora C3 do-

datkowo zwiększa stabilność częstotliwości,

a w przypadku korzystania ze zużytej baterii

nieco zwiększa zasięg.

Tak mała bateryjka wystarczy na bardzo

długo, ponieważ niezależnie od czasu naci-

skania przycisku S1 nadajnik wysyła tylko

jedną „paczkę impulsów”. Obwód R1, C1,

R2 zapewnia, że dowolnie długie naciskanie

przycisku spowoduje wygenerowanie „pacz-

ki impulsów” o całkowitym czasie trwania

dłuższym niż 15ms. Oznacza to, że po naci-

śnięciu przycisku pilot wysyła co najmniej

500 impulsów o częstotliwości 36kHz. Sca-

lone odbiorniki impulsów podczerwieni typu

TFMS/SFH z powodzeniem reagują też na

znacznie krótsze „paczki impulsów” – do

wywołania reakcji takiego odbiornika wy-

starczy „paczka” o długości 400...600µs,

czyli nawet kilkanaście impulsów nośnych

oczęstotliwości 36kHz. W systemie celowo

przedłużyłem czas trwania „paczek impul-

sów” do wartości powyżej 15ms. Właśnie

takie bardzo proste rozwiązanie pozwala na

bezbłędną pracę systemu nawet w obecności

pilotów o częstotliwości 36kHz. Według do-

stępnych źródeł, najdłuższy nieprzerwany

impuls z typowych, fabrycznych pilotów ma

czas trwania nieprzekraczający 9ms. Choć

więc sam układ TFMS/SFH będzie odbierał

sygnały pilotów, nasz system odbiorczy nie

będzie reagował na ich krótkie impulsy. Za-

reaguje tylko na znacznie dłuższe impulsy

naszego pilota. Pełny schemat ideowy urzą-

dzenia odbiorczego pokazany jest na rysun-

ku 2 . Impulsy podczerwieni są odbierane

przez scalony odbiornik U1 (TFMS/SFH).

W stanie spoczynku na wyjściu układu U1

(nóżka 3) panuje stan wysoki, a więc w spo-

czynku tranzystor T1 jest otwarty. Konden-

sator C2 jest całkowicie rozładowany. Jeśli

pojawi się paczka impulsów podczerwieni,

napięcie na wyjściu U1 spada i zostaje za-

tkany T1. Zaczyna rosnąć napięcie na kon-

densatorze C2, ładowanym przez rezystor

R2. Dopiero gdy napięcie to przekroczy

próg przełączania wejścia CLK (nóżka14

U2), licznik 4017 zwiększy swój stan. Tym

samym obwód R2, C2 decyduje, jakie naj-

krótsze „paczki” impulsów spowodują reak-

cję urządzenia. Popularny układ CMOS

4017 pracuje tu w roli przerzutnika T. Za-

pewnia to dioda D2 skracająca cykl zliczania

do dwóch stanów: 0, 1. Zliczenie kolejnego

impulsu powoduje pojawienie się stanu wy-

sokiego na wyjściu Q2 i wyzerowanie liczni-

ka. Gdy na wyjściu Q1 licznika pa-

nuje stan wysoki, otwarty jest tran-

zystor T2 i obciążenie jest włączo-

ne. Obwód C3, R6 zapewnia zero-

wanie licznika po włączeniu zasila-

nia. Wartość C3 można zwiększyć

do wartości 470nF – muszę przy-

znać, że ten prosty obwód zerujący

nie zawsze zapewnia poprawne

wyzerowanie, gdy napięcie sieci

zanika i pojawia się kilkakrotnie,

a przy awariach czasem tak bywa.

Brak zerowania oznacza, że lampa

może zostać zaświecona po po-

wrocie napięcia sieci. Na reakcję

Opis układu

Schemat ideowy pilota pokazany jest na ry-

sunku 1 . Jest to nadajnik impulsów podczer-

wieni o częstotliwości 36kHz (które są na-

stępnie odbierane przez znany układ

TFMS5360 lub SFH506-36). W pilocie po-

pularny układ scalony CMOS 4060 w wersji

74HC4060 pracuje wyłącznie w roli genera-

tora częstotliwości nośnej 36kHz. Jak wi-

dzisz, wykorzystałem tylko oscylator. Dziel-

niki kostki są niewykorzystane. Taki sam

oscylator można zbudować z dwóch jakich-

kolwiek bramek. Popularną kostkę

74HC4060 wykorzystałem tylko dlatego, że

nie miałem pod ręką układu 74HC00 ani

74HC04. W każdym razie chodzi o wyko-

rzystanie układu scalonego, który może pra-

Rys. 1 Schemat ideowy pilota

Rys. 2 Schemat ideowy odbiornika

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

układu ma wpływ nie tylko pojawianie się

i zanikanie napięcia, ale też właściwości

układu scalonego. W praktyce nie jest to

problemem: w ciągu dwóch lat użytkowania

ze trzy razy zdarzyło mi się, że po zaniku

i powrocie napięcia sieci lampa została włą-

czona. Nie warto zatem szukać dziury w ca-

łym i rozbudowywać obwodów zerujących.

Urządzenie odbiorcze pobiera bardzo

mało prądu i jest zasilane z prostego zasila-

cza beztransformatorowego D4, R4, R5, C4.

Typowy pobór prądu przez odbiornik

TFMS5360 wynosi 0,5mA (0,4...0,8mA),

a do tego dochodzi prąd płynący przez rezy-

stor R2 (mniej niż 25µA). Ponieważ napię-

cie zasilania odbiornika TFMS powinno wy-

nosić 4,5...5,5V, a do skutecznego otwarcia

tranzystora polowego T2 wymagane jest na-

pięcie powyżej 6V, konieczne było dodanie

obwodu stabilizacji R1, D1. Zastosowane

rozwiązanie obwodu zasilania okazało się

skuteczne i całkowicie zadowalające, a dzię-

ki znikomemu poborowi prądu nie trzeba

było stosować typowego dla zasilaczy bez-

transformatorowych kondensatora szerego-

wego – wystarczają zwyczajne rezystory R4,

R5, w których w czasie pracy wydziela się

w sumie poniżej 0,1W mocy. Opisywany

układ odbiorczy pobiera z sieci w spoczynku

około 1mA prądu. Osiągnięcie tak małego

poboru prądu spowodowało, że zrezygnowa-

łem z pomysłu zastosowania w odbiorniku

kontrolki LED. Tak oszczędne rozwiązanie

jest możliwe dzięki zastosowaniu w roli ele-

mentu sterującego wysokonapięciowego

tranzystora MOSFET. Jest on sterowany na-

pięciowo, natomiast inne elementy wyko-

nawcze, np. przekaźniki, triaki i tyrystory

wymagają prądu sterującego powyżej 5mA.

ści elementów R (5%), C (10%) oraz progów

bramek generatora wymuszają konieczność

dobrania częstotliwości impulsów nadajni-

ka. Właśnie dlatego w układzie przewidzia-

no dwa rezystory R3, R4 połączone w sze-

reg. Procedura regulacji częstotliwości jest

opisana dalej i w związku z nią należy prze-

strzegać podanej dalej kolejności montażu.

Rys. 3 Schemat montażowy pilota

do obudowy KM 15M

Fot. 5

Rys. 5 Schemat montażowy odbiornika

Indywidualny dobór R4 jest absolutną

koniecznością . Posiadacze precyzyjnych

częstościomierzy poradzą sobie z zadaniem

w sposób oczywisty, podłączą tylko nóżkę 12

(CLR) do masy, żeby na stałe włączyć gene-

rator. Tu koniecznie muszę ostrzec właścicie-

li multimetrów cyfrowych z zakresem po-

miaru częstotliwości: ogromna większość ta-

kich przyrządów ma przy pomiarze częstotli-

wości zbyt małą dokładność! Zwykle często-

tliwość nie jest mierzona bezpośrednio, tylko

zamieniana w przetworniku F/U na napięcie

stałe i na wyświetlaczu pokazana jest ta war-

tość napięcia z przetwornika. Dokładność ta-

kiego pośredniego pomiaru częstotliwości

wynosi 3...5%, czyli jest absolutnie niewy-

starczająca dla omawianej sytuacji. Tak jest,

rozdzielczość 3,5-cyfrowego wskaźnika cy-

frowego wynosi wprawdzie 0,05%, ale do-

kładność tylko kilka procent! Tylko nieliczne

droższe multimetry mają obwody klasyczne-

go pomiaru rzeczywistej liczby impulsów

w dokładnie określonym odcinku czasu.

Krótko mówiąc, większość multimetrów cy-

frowych z funkcją pomiaru częstotliwości

zupełnie nie nadaje się do regulacji oscylato-

ra w nadajniku-pilocie. W każdym przypad-

ku dokładność posiadanego częstościomierza

należy sprawdzić w instrukcji obsługi.

W związku z tym proponuję inny prosty

sposób, niewymagający użycia dokładnego

częstościomierza, a co najwyżej omomierza.

Mianowicie w roli wskaźnika częstotliwości

należy wykorzystać scalony odbiornik

TFMS5360 (SFH506-36), który później bę-

dzie pracował w urządzeniu odbiorczym.

W pilocie wstępnie zamiast rezystora R8

(100Ω) należy prowizorycznie wlutować re-

zystor o wartości aż 22kΩ (jest dodatkowy

w zestawie AVT-2667), co radykalnie

Montaż i uruchomienie

Jak wspomniałem, pierwszy model powstał

szybko: nadajnik na płytce uniwersalnej,

a odbiornik w postaci zwartego pająka – patrz

fotografie 1...4. Potem powstała płytka druko-

wana nadajnika według rysunku 3 przezna-

czona do obudowy KM-15N. Wykonany na

niej model nadajnika można zobaczyć na fo-

tografii 5 . Obudowa KM-15N okazała się

jednak mało trwała (dwukrotnie wyłamała się

plastikowa membrana) i po pewnym czasie

powstała kolejna płytka przeznaczona do

obudowy KM-14. Płytka przeznaczona do ta-

kiej obudowy pokazana jest na rysunku 4 .

Fotografia 6 pokazuje model zrealizowany

na wcześniejszej wersji płytki.

Układ odbiorczy można zmontować na

płytce pokazanej na rysunku 5 . Płytka ta ma

otwory o rozstawie dostosowanym do obu-

dowy Z-27 (wtyczkowa duża).

Przed zmontowaniem odbiornika warto

zmontować i uruchomić nadajnik-pilot. Je-

dyną drobną trudnością jest tu konieczność

dobrania częstotliwości generatora U1. Po-

winna ona wynosić 36kHz. Rozrzuty warto-

Rys. 4 Schemat montażowy pilota do

obudowy KM 14

Fot. 6

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

zmniejszy zasięg łącza IRED. Zamiast R4

należy prowizorycznie, na jak najkrótszych

przewodach, zamontować potencjometr

montażowy 10kΩ (też jest w zestawie AVT-

2667). Krótkie przewody są zalecane ze

względu na małą pojemność kondensatora

C2 w generatorze (470pF) – dodatkowe po-

jemności montażowe mogą znacząco zmie-

nić częstotliwość pracy.

Pilot powinien być zasilany napięciem

2,8...3,0V. Scalony odbiornik TFMS (SFH)

należy zasilić napięciem 5V i dołączyć do

wyjścia diodę LED i rezystor (też są dodat-

kowo w zestawie) według rysunku 6 . W ta-

kim przypadku każde naciśnięcie przycisku

spowoduje wytworzenie paczki bardzo sła-

bych impulsów. Zasięg tak słabego łącza

wyniesie co najwyżej 10...20cm. I właśnie

aby ją osiągnąć, należy ustawić potrzebną

częstotliwość. Najpierw należy zbliżyć dio-

dę nadawczą do układu TFMS na odległość

0...1cm i sprawdzić, czy naciskanie przyci-

sku pilota powoduje zaświecanie diody LED

na wyjściu odbiornika. Jeśli tak, tor pracuje.

mające znacznie większą rezystancję we-

wnętrzną, a tym samym mniejszą wydajność

prądową.

Opisany właśnie dobór częstotliwości

pracy nadajnika nie jest wcale zadaniem

trudnym, a jedynie nieco pracochłonnym.

Na marginesie przypomnę, iż wukładzie

z rysunku 6 nieprzerwany ciąg impulsów no-

śnych 36kHz (przy zwarciu wejścia CLR do

masy) nie spowoduje ciągłego świecenia

diody LED, a wynika to z właściwości

odbiornika TFMS/SFH. Opisany sposób

z odbiornikiem TFMS i diodą LED według

rysunku 6 okaże się też pomocny w przypad-

ku ewentualnych błędów, gdyby tor nie chci-

ał pracować.

Montaż układu odbiorczego na płytce

z rysunku 5 jest klasyczny. Odbiornik nie

wymaga żadnego uruchamiania i bezbłędnie

zmontowany ze sprawnych elementów od

razu powinien pracować.

Uwaga! W odbiorniku występują na-

pięcia sieci mogące być przyczyną śmier-

telnego porażenia. W żadnym wypadku

o czasie trwania ponad 15ms. Daje to wystar-

czający margines bezpieczeństwa względem

sygnałów fabrycznych pilotów, których

„paczki” nie powinny być dłuższe niż 9ms.

W wersji podstawowej systemu przewidzia-

na jest częstotliwość pracy równa 36kHz. Je-

śli ktoś chce, może śmiało zastosować odbior-

niki TFMS/SFH o innej częstotliwości nomi-

nalnej, na przykład 30kHz (np. TFMS5300)

i zmienić stosownie częstotliwość generatora

w pilocie. Najprawdopodobniej 30-kiloher-

cowy odbiornik TFMS/SFH będzie reagował

na bezpośrednie sygnały pilotów o częstotli-

wości 36kHz, jednak nie powinien reagować

na ich sygnały odbite od ścian. W takim

przypadku można śmiało spróbować skrócić

czas impulsu w nadajniku, np. zmniejszając

pojemność C1 w pilocie do 10nF oraz pojem-

ność C2 w odbiorniku do 2,2nF, a potem

Wykaz elementów

Nadajnik

Rezystory

R1,R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330k Ω

R3,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k Ω

R4 . . . . . . . . . . . . . . . . .* dobierany we własnym zakresie

R6,R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7k Ω (2,2...10k Ω )

R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 Ω

Kondensatory

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF MKT

C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470pF ceramiczny

C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 µ F/6,3V (o średnicy 5mm)

Półprzewodniki

D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dioda nadawcza IRED 3mm

T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548

U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74HC4060

Pozostałe

BT1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .bateria litowa CR2032

S1 . . . . . . . . . . . . . . . .mikroswitch z krótkim przyciskiem

Obudowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .KM-14

Wskład kitu AVT-2667 dodatkowo wchodzą elementy:

rezystor 22k Ω

rezystor 470 Ω

potencjometr mont. mini 10k Ω

dioda LED 3mm czerwona

Rys. 6

Należy oddalać pilot od odbiornika i pokrę-

cając potencjometrem montażowym, dobrać

częstotliwość, przy której zasięg jest naj-

większy. Potem trzeba wylutować potencjo-

metr, zmierzyć jego wartość i wlutować re-

zystor o najbliższej wartości. Ponieważ pro-

jekt nie jest przeznaczony dla zupełnie po-

czątkujących (dwie gwiazdki), w zestawie

nie przewidziano zestawu rezystorów do

wlutowania w miejsce R4. Odpowiedni re-

zystor należy wziąć z posiadanych zasobów.

Potem wypada jeszcze raz sprawdzić działa-

nie łącza (ze względu na wspomniane wcze-

śniej pojemności montażowe). Jeśli zasięg

się nie zmniejszył, na koniec trzeba wluto-

wać R8 o wartości 100Ω i jeszcze raz osta-

tecznie sprawdzić zasięg łącza, który powi-

nien wynosić kilka metrów.

Płytkę można bez problemu umieścić

w obudowie KM-14, o ile tylko kondensator

filtrujący C3 ma średnicę 5mm. Przy kon-

densatorze o większej średnicy może być

kłopot z zamknięciem obudowy. W obu po-

łówkach obudowy należy też wcześniej wy-

ciąć szczeliny dla diody nadawczej IRED.

Do zasilania obowiązkowo ma być wyko-

rzystana bateria litowa o oznaczeniu

CR2032 (20mm średnicy, 3,2mm wysoko-

ści). Nie powinny być wykorzystane cieńsze

baterie CR2025, a tym bardziej CR2016,

nie należy przeprowadzać jakichkolwiek

zmian w urządzeniu podłączonym do sie-

ci! W razie konieczności należy zasilać

układ odbiorczy napięciem 12...18V dołą-

czonym np. do kondensatora filtrującego C4.

Urządzenie odbiorcze przeznaczone jest

do sterowania obciążeniem rezystancyjnym

o mocy do 450W. Wynika to z maksymalne-

go prądu diod prostowniczych (razem 2A),

natomiast prąd maksymalny tranzystora

przekracza 5A przy temperaturze obudowy

+100 o C. Przy mocy odbiornika do 200W do

tranzystora T2 nie jest potrzebny radiator.

Rezystancja otwartego tranzystora MOSFET

typu IRF840 wynosi maksymalnie 0,85Ω,

więc przy prądzie 2A moc strat wyniesie po-

niżej 3,4W, co wymaga zastosowania maleń-

kiego radiatorka z kawałka blaszki o po-

wierzchni kilku centymetrów kwadratowych.

Odbiornik

Rezystory

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9,1k Ω

R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .680k Ω

R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100k Ω

R4,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47k Ω

R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1M Ω

Kondensatory

C1,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny

C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22nF MKT

C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 µ F/25V

Półprzewodniki

D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Zenera C5V1

D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148

D3-D7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4007

T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548

T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .IRF840

U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TFMS530 lub SFH506-36

U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CMOS 4017

Dla dociekliwych

i zaawansowanych

Jak już pisałem, czas trwania paczki impul-

sów w pilocie wyznaczają elementy C1, R2.

Czas trwania „paczki” musi być na tyle dłu-

gi, żeby spowodować reakcję urządzenia

odbiorczego, a tam decyduje o tym stała cza-

sowa R2, C2. W systemie w wersji podsta-

wowej czas trwania „paczki” impulsów

nadawczych wynosi około 30ms, a urządze-

nie odbiorcze powinno reagować na „paczki”

Komplet podzespołłów z płłytkąą

jest dostęępny w sieci handlowej AVT

jako kit szkolny AVT-2667

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

sprawdzić, z jakiej odległości taki 30-kilo-

hercowy odbiornik reaguje na sygnały fa-

brycznych pilotów. Jeszcze bardziej zmniej-

szy to pobór prądu i zapewni nawet kilkulet-

nią pracę jednej jedynej baterii w pilocie.

Warto też wiedzieć więcej o właściwo-

ściach generatora w pilocie. Podana wcze-

śniej procedura doboru częstotliwości genera-

tora pilota zapewni dobre wyniki, bo pozwala

sprawdzić zasięg we współpracy z konkret-

nym egzemplarzem odbiornika TFMS.

jest przypadkowa. Napięcie świeżej baterii

litowej wynosi nieco ponad 3,3V, jednak na-

wet przy świeżej baterii napięcie podczas

pracy nieco się obniża. Tym bardziej obniża

się, jeśli bateria jest częściowo wyładowana.

Jeśli ktoś będzie chciał dobrać częstotliwość

generatora wyjątkowo precyzyjnie, powinien

uczynić to przy napięciu zasilania 2,8V.

Rysunek 8 pokazuje, z jakimi odchyłkami

trzeba się liczyć. Jak widać, stałość częstotli-

wości tego prostego generatora RC jest w su-

mie bardzo dobra i z powodzeniem mieści się

w przyjętych dość wąskich granicach. Mniej

optymistyczne są wyniki dotyczące poboru

prądu, który praktycznie równa się średnie-

mu prądowi diody nadawczej IRED (prąd

szczytowy jest około dwukrotnie większy).

Przy spadku napięcia zasilania prąd dość

szybko maleje, a tym samym zmniejszać się

będzie zasięg łącza. Właśnie ze względu na

wydajność baterii wartość rezystora ograni-

czającego R8 wynosi 100Ω, co jak na piloty

jest wartością bardzo dużą, ograniczającą

prąd w impulsie do kilkunastu miliamperów.

Taki prąd z powodzeniem zapewni zasięg po-

nad dwóch metrów, co dla mojego zastoso-

wania jest wartością całkowicie wystarczają-

cą. Przy okazji mniejsza moc pilota i wyma-

gana kierunkowość umożliwiają współpracę

w jednym pomieszczeniu kilku urządzeń

odbiorczych. Dlatego ja w pełni świadomie

zdecydowałem się na takie rozwiązanie. Jeśli

jednak ktoś chce uzyskać większy zasięg,

może zmniejszyć wartość R8 w pilocie nawet

stukrotnie(!), by otrzymać w impulsie prąd

rzędu 1A, a nawet więcej. W takich przypad-

kach trzeba, po pierwsze zajrzeć do karty ka-

talogowej diody nadawczej IRED i spraw-

dzić dopuszczalny prąd impulsowy (często

do 2A) i dopuszczalną moc strat w przyję-

tych warunkach pracy. Druga sprawa to po-

bór prądu. Małe baterie litowe, nawet stosun-

kowo wydajna CR2032, nie są w stanie do-

starczyć prądu większego niż kilkanaście mi-

liamperów. Oznacza to, że zmniejszając war-

tość R8, należy obowiązkowo zapewnić od-

powiednią wydajność prądową źródła zasila-

nia. Można to zrobić, dodając kondensator

elektrolityczny o dużej pojemności Wtedy

podczas pracy pilota źródłem zasilania bę-

dzie ten kondensator, a nie mała bateria. Jeśli

przykładowo średni pobór prądu wyniesie

0,5A przez czas 20ms, to wymagana pojem-

ność wynosiłaby ponad 4700µF. Zadanie

o tyle nie jest łatwe, że w małej obudowie na-

leżałoby zmieścić kondensator o pojemności

ponad 4700µF. Bardziej prak-

tycznym rozwiązaniem będzie

wykorzystanie baterii o dużej wy-

dajności i większej obudowy.

Mogą to być popularne „palu-

szki” R6 (AA) lub „małe palu-

szki” R03 (AAA), najlepiej oczy-

wiście alkaliczne. Do tego też

kondensator magazynujący

omożliwie dużej pojemności, np.

470µF...2200µF.

Jak wspomniałem, w pilocie zastosowa-

łem układ 74HC4060, bo taki miałem pod

ręką. Wszystko wskazuje, że nadajnik moż-

na uprościć według idei z rysunku 9 . Lojal-

nie przyznaję, że nie sprawdzałem takiego

układu. Spodziewam się, że R4 nie będzie

potrzebny i można go zastąpić zworą. Jeśli

natomiast prąd diody IRED byłby za mały,

można spróbować wykorzystać w roli stop-

nia mocy cztery inwertery kostki 74HC04

według idei z rysunku 10 , ale trzeba dodać

bardziej rozbudowany obwód sterowa-

nia, by w spoczynku układ nie pobierał

prądu. Ze względu na wymaganą stabil-

ność częstotliwości zdecydowanie do

nadajnika nie nadaje się prosty układ ge-

neratora z jedną „bramką Schmitta”

– dlatego rysunek 11 jest przekreślony.

Nie spełni on przewidzianej roli ze

względu na znaczne wahania napięcia

zasilającego, które z kolei ma duży

wpływ na częstotliwość.

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 9

Rysunek 7 pokazuje wpływ czułości

odbiornika TFMS w zależności od częstotli-

wości impulsów „nośnych” w temperaturze

+25 o C. Wynika z niego, że częstotliwość im-

pulsów nie powinna różnić się od nominalnej

ow ęcej niż 5% - czułość maleje wtedy

o około 3dB. Dla bezpieczeństwa należałoby

jeszcze bardziej zawęzić zakres dopuszczal-

nych zmian częstotliwości nadajnika – do

±2%. Tolerancja ±2% od 36kHz to zakres

35,28...36,72kHz. Stabilność termiczna kla-

sycznego generatora dwubramkowego (tak

zbudowany jest oscylator kostki 4060) jest

wystarczająca, a spodziewane zmiany czę-

stotliwości w temperaturach pokojowych nie

przekroczą ±1%.

W ramach testów ostatniego modelu

zmierzyłem zależność częstotliwości genera-

tora pilota oraz pobór prądu w funkcji napię-

cia zasilania. Wyniki przedstawione są na ry-

sunku 8 . Szczerze mówiąc, przed pomiarem

starannie dobrałem częstotliwość generatora,

by przy napięciu zasilania 2,8V wynosiła do-

kładnie 36kHz. Wartość napięcia 2,8V nie

Rys. 10

Rys. 11

Piotr Górecki

Zbigniew Orłowski

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: