EdW 2003/06 – strona 13

++
Projekty AVT
2667
Najprostsze
zdalne sterowanie
Czy spełniają się futurystyczne wizje Stanisława 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 fizyczną, głowa uległa uwstecznieniu i zrobiła
się kilkakrotnie mniejsza (mikrocefale).
Z kolei u części ludzkości zajmującej się wyłącznie pracą umysłową, głowa się powiększyła (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 o własnych siłach.
Na razie nie widać, żeby głowy poszczególnych osobników naszego gatunku znacząco różnicowały swą wielkość, ale palce...
Obejrzyj swoje palce i sprawdź, czy aby taka
przerażająca wizja nie staje się pomału faktem. Bo faktem jest, że palec naciskający na
guzik pilota to znak naszych czasów. Nieprzypadkowo 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 ładny, mały, z jednym przyciskiem?
Jeśli z góry nie odrzucasz takiej możliwości, 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 sygnały. Jest odporny na takie obce sygnały,
a jednocześnie nie zakłóca pracy innych
zdalnie sterowanych urządzeń.
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Uwaga!
W odbiorniku występują napięcia groźne dla życia i zdrowia! Osoby niepełnoletnie i niedoświadczone mogą wykonać układ wyłącznie pod opieką wykwalifikowanych opiekunów.
To, że tak długo zwlekałem z artykułem,
nie jest objawem lenistwa – wprost przeciwnie. Oznaką lenistwa jest raczej to, że wykonałem opisywany system zdalnego sterowania. Nie chciało mi się po prostu codziennie
wyłączać stojącej lampy. Mój problem polegał na tym, że w pokoju gościnnym jest duża
lampa z abażurem. Wtyczka lampy jest wetknięta w gniazdko, a wyłącznik jest umieszczony na kablu, a nie, jak w niektórych dużych lampach stojących, tuż pod żarówką.
Żeby włączyć i wyłączyć lampę, trzeba
było „zanurkować” pod rozłożyste gałęzie fikusa lirolistnego, jako że moja żona jest miłośniczką kwiatów. Takie operacje związane
z obsługą lampy znudziły mi się całkowicie,
więc poświęciłem kiedyś cały dzień na wykonanie pilota i odbiornika pozwalającego
zdalnie obsługiwać rzeczoną lampę. Fotografie 1...4 pokazują efekty tamtej pracy. Pilot zmontowany na kawałku płytki uniwersalnej pracuje do dziś. Trzeba było tylko
dwukrotnie wymienić plastikową obudowę
Fot. 1 Nadajnik
(KM-15N), bo wyłamała się w niej membrana, którą się przyciska podczas obsługi pilota. Jak widać, pierwszy, prototypowy model
odbiornika, pokazany na fotografiach 3 i 4,
zmontowałem z klasycznych elementów
w postaci zwartego „pająka” i ma on zadziwiająco małe wymiary (1,5x1,6x3,2cm).
Odbiornik został umieszczony tuż pod
oprawką żarówki w małym plastikowym
Fot. 2 Nadajnik
Fot. 3 Odbiornik
Fot. 4 Odbiornik
13
Projekty AVT
przezroczystym pudełku. Aby dostać się do
przewodów, trzeba było częściowo rozebrać
lampę, ale trud się opłacił i wszyscy domownicy doceniają teraz zalety małego pilota
(o ile się chwilowo gdzieś nie zawieruszy).
Ponieważ układ sprawdził się w ciągu
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
z wyłamywaniem się membrany obudowy
KM-15N powstała nowa płytka do obudowy
KM-14. I takie rozwiązanie opisane jest
w artykule.
Opis układu
Schemat ideowy pilota pokazany jest na rysunku 1. Jest to nadajnik impulsów podczerwieni o częstotliwości 36kHz (które są następnie odbierane przez znany układ
TFMS5360 lub SFH506-36). W pilocie popularny układ scalony CMOS 4060 w wersji
74HC4060 pracuje wyłącznie w roli generatora częstotliwości nośnej 36kHz. Jak widzisz, wykorzystałem tylko oscylator. Dzielniki kostki są niewykorzystane. Taki sam
oscylator można zbudować z dwóch jakichkolwiek bramek. Popularną kostkę
74HC4060 wykorzystałem tylko dlatego, że
nie miałem pod ręką układu 74HC00 ani
74HC04. W każdym razie chodzi o wykorzystanie układu scalonego, który może pra-
Rys. 1 Schemat ideowy pilota
Rys. 2 Schemat ideowy odbiornika
14
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 rodziny 74HC.
Przebieg prostokątny z oscylatora podawany jest na wzmacniacz z tranzystorami
T1, T2. W zasadzie T1 można byłoby pominąć i dołączyć 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 niewielki prąd zapewnia wystarczająco duży zasięg.
Właśnie dzięki ograniczeniu poboru prądu
do wartości poniżej 10mA możliwe stało się
wykorzystanie do zasilania pilota jednej maleńkiej baterii litowej CR2032. W pierwszych modelach nadajnika nie było kondensatora filtrującego C3, a układ pracował poprawnie właśnie dzięki małemu poborowi
prądu. Zastosowanie kondensatora C3 dodatkowo 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 „paczki impulsów” o całkowitym czasie trwania
dłuższym niż 15ms. Oznacza to, że po naciśnięciu przycisku pilot wysyła co najmniej
500 impulsów o częstotliwości 36kHz. Scalone odbiorniki impulsów podczerwieni typu
TFMS/SFH z powodzeniem reagują też na
znacznie krótsze „paczki impulsów” – do
wywołania reakcji takiego odbiornika wystarczy „paczka” o długości 400...600µs,
czyli nawet kilkanaście impulsów nośnych
o częstotliwości 36kHz. W systemie celowo
przedłużyłem czas trwania „paczek impulsów” do wartości powyżej 15ms. Właśnie
takie bardzo proste rozwiązanie pozwala na
bezbłędną pracę systemu nawet w obecności
pilotów o częstotliwości 36kHz. Według dostępnych 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. Zareaguje tylko na znacznie dłuższe impulsy
naszego pilota. Pełny schemat ideowy urządzenia odbiorczego pokazany jest na rysunku 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 spoczynku tranzystor T1 jest otwarty. Kondensator C2 jest całkowicie rozładowany. Jeśli
pojawi się paczka impulsów podczerwieni,
napięcie na wyjściu U1 spada i zostaje zatkany T1. Zaczyna rosnąć napięcie na kondensatorze 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 najkrótsze „paczki” impulsów spowodują reakcję urządzenia. Popularny układ CMOS
4017 pracuje tu w roli przerzutnika T. Zapewnia to dioda D2 skracająca cykl zliczania
do dwóch stanów: 0, 1. Zliczenie kolejnego
impulsu powoduje pojawienie się stanu wysokiego na wyjściu Q2 i wyzerowanie licznika. Gdy na wyjściu Q1 licznika panuje stan wysoki, otwarty jest tranzystor T2 i obciążenie jest włączone. Obwód C3, R6 zapewnia zerowanie licznika po włączeniu zasilania. Wartość C3 można zwiększyć
do wartości 470nF – muszę przyznać, 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 powrocie napięcia sieci. Na reakcję
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
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 włączona. Nie warto zatem szukać dziury w całym i rozbudowywać obwodów zerujących.
Urządzenie odbiorcze pobiera bardzo
mało prądu i jest zasilane z prostego zasilacza 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 rezystor R2 (mniej niż 25µA). Ponieważ napięcie zasilania odbiornika TFMS powinno wynosić 4,5...5,5V, a do skutecznego otwarcia
tranzystora polowego T2 wymagane jest napięcie powyżej 6V, konieczne było dodanie
obwodu stabilizacji R1, D1. Zastosowane
rozwiązanie obwodu zasilania okazało się
skuteczne i całkowicie zadowalające, a dzięki znikomemu poborowi prądu nie trzeba
było stosować typowego dla zasilaczy beztransformatorowych kondensatora szeregowego – 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 zrezygnowałem z pomysłu zastosowania w odbiorniku
kontrolki LED. Tak oszczędne rozwiązanie
jest możliwe dzięki zastosowaniu w roli elementu sterującego wysokonapięciowego
tranzystora MOSFET. Jest on sterowany napięciowo, natomiast inne elementy wykonawcze, 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 nadajnika. Właśnie dlatego w układzie przewidziano dwa rezystory R3, R4 połączone w szereg. Procedura regulacji częstotliwości jest
opisana dalej i w związku z nią należy przestrzegać podanej dalej kolejności montażu.
Rys. 3 Schemat montażowy pilota
do obudowy KM 15M
Fot. 5
Rys. 5 Schemat montażowy odbiornika
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 drukowana nadajnika według rysunku 3 przeznaczona do obudowy KM-15N. Wykonany na
niej model nadajnika można zobaczyć na fotografii 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 takiej 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 obudowy Z-27 (wtyczkowa duża).
Przed zmontowaniem odbiornika warto
zmontować i uruchomić nadajnik-pilot. Jedyną drobną trudnością jest tu konieczność
dobrania częstotliwości generatora U1. Powinna ona wynosić 36kHz. Rozrzuty warto-
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Rys. 4 Schemat montażowy pilota do
obudowy KM 14
Fot. 6
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 generator. Tu koniecznie muszę ostrzec właścicieli multimetrów cyfrowych z zakresem pomiaru częstotliwości: ogromna większość takich przyrządów ma przy pomiarze częstotliwości zbyt małą dokładność! Zwykle częstotliwość nie jest mierzona bezpośrednio, tylko
zamieniana w przetworniku F/U na napięcie
stałe i na wyświetlaczu pokazana jest ta wartość napięcia z przetwornika. Dokładność takiego pośredniego pomiaru częstotliwości
wynosi 3...5%, czyli jest absolutnie niewystarczająca dla omawianej sytuacji. Tak jest,
rozdzielczość 3,5-cyfrowego wskaźnika cyfrowego wynosi wprawdzie 0,05%, ale dokładność tylko kilka procent! Tylko nieliczne
droższe multimetry mają obwody klasycznego pomiaru rzeczywistej liczby impulsów
w dokładnie określonym odcinku czasu.
Krótko mówiąc, większość multimetrów cyfrowych z funkcją pomiaru częstotliwości
zupełnie nie nadaje się do regulacji oscylatora w nadajniku-pilocie. W każdym przypadku 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 będzie pracował w urządzeniu odbiorczym.
W pilocie wstępnie zamiast rezystora R8
(100Ω) należy prowizorycznie wlutować rezystor o wartości aż 22kΩ (jest dodatkowy
w zestawie AVT-2667), co radykalnie
15
Projekty AVT
zmniejszy zasięg łącza IRED. Zamiast R4
należy prowizorycznie, na jak najkrótszych
przewodach, zamontować potencjometr
montażowy 10kΩ (też jest w zestawie AVT2667). Krótkie przewody są zalecane ze
względu na małą pojemność kondensatora
C2 w generatorze (470pF) – dodatkowe pojemności montażowe mogą znacząco zmienić 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 dodatkowo w zestawie) według rysunku 6. W takim przypadku każde naciśnięcie przycisku
spowoduje wytworzenie paczki bardzo słabych impulsów. Zasięg tak słabego łącza
wyniesie co najwyżej 10...20cm. I właśnie
aby ją osiągnąć, należy ustawić potrzebną
częstotliwość. Najpierw należy zbliżyć diodę nadawczą do układu TFMS na odległość
0...1cm i sprawdzić, czy naciskanie przycisku pilota powoduje zaświecanie diody LED
na wyjściu odbiornika. Jeśli tak, tor pracuje.
mające znacznie większą rezystancję wewnętrzną, 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 w układzie
z rysunku 6 nieprzerwany ciąg impulsów nośnych 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 przypadku ewentualnych błędów, gdyby tor nie chciał 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 napięcia sieci mogące być przyczyną śmiertelnego porażenia. W żadnym wypadku
Rys. 6
Należy oddalać pilot od odbiornika i pokręcając potencjometrem montażowym, dobrać
częstotliwość, przy której zasięg jest największy. Potem trzeba wylutować potencjometr, zmierzyć jego wartość i wlutować rezystor o najbliższej wartości. Ponieważ projekt nie jest przeznaczony dla zupełnie początkujących (dwie gwiazdki), w zestawie
nie przewidziano zestawu rezystorów do
wlutowania w miejsce R4. Odpowiedni rezystor należy wziąć z posiadanych zasobów.
Potem wypada jeszcze raz sprawdzić działanie łącza (ze względu na wspomniane wcześniej pojemności montażowe). Jeśli zasięg
się nie zmniejszył, na koniec trzeba wlutować R8 o wartości 100Ω i jeszcze raz ostatecznie sprawdzić zasięg łącza, który powinien wynosić kilka metrów.
Płytkę można bez problemu umieścić
w obudowie KM-14, o ile tylko kondensator
filtrujący C3 ma średnicę 5mm. Przy kondensatorze o większej średnicy może być
kłopot z zamknięciem obudowy. W obu połówkach obudowy należy też wcześniej wyciąć szczeliny dla diody nadawczej IRED.
Do zasilania obowiązkowo ma być wykorzystana bateria litowa o oznaczeniu
CR2032 (20mm średnicy, 3,2mm wysokości). Nie powinny być wykorzystane cieńsze
baterie CR2025, a tym bardziej CR2016,
16
nie należy przeprowadzać jakichkolwiek
zmian w urządzeniu podłączonym do sieci! W razie konieczności należy zasilać
układ odbiorczy napięciem 12...18V dołączonym np. do kondensatora filtrującego C4.
Urządzenie odbiorcze przeznaczone jest
do sterowania obciążeniem rezystancyjnym
o mocy do 450W. Wynika to z maksymalnego prądu diod prostowniczych (razem 2A),
natomiast prąd maksymalny tranzystora
przekracza 5A przy temperaturze obudowy
+100oC. 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 poniżej 3,4W, co wymaga zastosowania maleńkiego radiatorka z kawałka blaszki o powierzchni kilku centymetrów kwadratowych.
Dla dociekliwych
i zaawansowanych
Jak już pisałem, czas trwania paczki impulsów w pilocie wyznaczają elementy C1, R2.
Czas trwania „paczki” musi być na tyle długi, żeby spowodować reakcję urządzenia
odbiorczego, a tam decyduje o tym stała czasowa R2, C2. W systemie w wersji podstawowej czas trwania „paczki” impulsów
nadawczych wynosi około 30ms, a urządzenie odbiorcze powinno reagować na „paczki”
o czasie trwania ponad 15ms. Daje to wystarczający margines bezpieczeństwa względem
sygnałów fabrycznych pilotów, których
„paczki” nie powinny być dłuższe niż 9ms.
W wersji podstawowej systemu przewidziana jest częstotliwość pracy równa 36kHz. Jeśli ktoś chce, może śmiało zastosować odbiorniki TFMS/SFH o innej częstotliwości nominalnej, na przykład 30kHz (np. TFMS5300)
i zmienić stosownie częstotliwość generatora
w pilocie. Najprawdopodobniej 30-kilohercowy odbiornik TFMS/SFH będzie reagował
na bezpośrednie sygnały pilotów o częstotliwości 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 pojemność C2 w odbiorniku do 2,2nF, a potem
Wykaz elementów
Nadajnik
Rezystory
R1,R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330kΩ
R3,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . .* dobierany we własnym zakresie
R6,R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩ (2,2...10kΩ)
R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Ω
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF MKT
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470pF ceramiczny
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/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
W skład kitu AVT-2667 dodatkowo wchodzą elementy:
rezystor 22kΩ
rezystor 470Ω
potencjometr mont. mini 10kΩ
dioda LED 3mm czerwona
Odbiornik
Rezystory
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9,1kΩ
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .680kΩ
R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R4,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47kΩ
R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ
Kondensatory
C1,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22nF MKT
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/25V
Półprzewodniki
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Zenera C5V1
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
D3-D7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4007
T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .IRF840
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TFMS530 lub SFH506-36
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CMOS 4017
Komplet podzespołów z płytką
jest dostępny w sieci handlowej AVT
jako kit szkolny AVT-22667
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Projekty AVT
sprawdzić, z jakiej odległości taki 30-kilohercowy odbiornik reaguje na sygnały fabrycznych pilotów. Jeszcze bardziej zmniejszy to pobór prądu i zapewni nawet kilkuletnią pracę jednej jedynej baterii w pilocie.
Warto też wiedzieć więcej o właściwościach generatora w pilocie. Podana wcześniej procedura doboru częstotliwości generatora pilota zapewni dobre wyniki, bo pozwala
sprawdzić zasięg we współpracy z konkretnym egzemplarzem odbiornika TFMS.
Rys. 7
Rys. 8
Rysunek 7 pokazuje wpływ czułości
odbiornika TFMS w zależności od częstotliwości impulsów „nośnych” w temperaturze
+25oC. Wynika z niego, że częstotliwość impulsów nie powinna różnić się od nominalnej
o więcej niż 5% - czułość maleje wtedy
o około 3dB. Dla bezpieczeństwa należałoby
jeszcze bardziej zawęzić zakres dopuszczalnych zmian częstotliwości nadajnika – do
±2%. Tolerancja ±2% od 36kHz to zakres
35,28...36,72kHz. Stabilność termiczna klasycznego generatora dwubramkowego (tak
zbudowany jest oscylator kostki 4060) jest
wystarczająca, a spodziewane zmiany częstotliwości w temperaturach pokojowych nie
przekroczą ±1%.
W ramach testów ostatniego modelu
zmierzyłem zależność częstotliwości generatora pilota oraz pobór prądu w funkcji napięcia zasilania. Wyniki przedstawione są na rysunku 8. Szczerze mówiąc, przed pomiarem
starannie dobrałem częstotliwość generatora,
by przy napięciu zasilania 2,8V wynosiła dokładnie 36kHz. Wartość napięcia 2,8V nie
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
jest przypadkowa. Napięcie świeżej baterii
litowej wynosi nieco ponad 3,3V, jednak nawet 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 częstotliwości tego prostego generatora RC jest w sumie bardzo dobra i z powodzeniem mieści się
w przyjętych dość wąskich granicach. Mniej
optymistyczne są wyniki dotyczące poboru
prądu, który praktycznie równa się średniemu 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 ograniczającego R8 wynosi 100Ω, co jak na piloty
jest wartością bardzo dużą, ograniczającą
prąd w impulsie do kilkunastu miliamperów.
Taki prąd z powodzeniem zapewni zasięg ponad dwóch metrów, co dla mojego zastosowania jest wartością całkowicie wystarczająRys. 9
Rys. 10
Rys. 11
cą. Przy okazji mniejsza moc pilota i wymagana 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 przypadkach trzeba, po pierwsze zajrzeć do karty katalogowej diody nadawczej IRED i sprawdzić dopuszczalny prąd impulsowy (często
do 2A) i dopuszczalną moc strat w przyjętych warunkach pracy. Druga sprawa to pobór prądu. Małe baterie litowe, nawet stosunkowo wydajna CR2032, nie są w stanie dostarczyć prądu większego niż kilkanaście miliamperów. Oznacza to, że zmniejszając wartość R8, należy obowiązkowo zapewnić odpowiednią wydajność prądową źródła zasilania. Można to zrobić, dodając kondensator
elektrolityczny o dużej pojemności Wtedy
podczas pracy pilota źródłem zasilania będzie ten kondensator, a nie mała bateria. Jeśli
przykładowo średni pobór prądu wyniesie
0,5A przez czas 20ms, to wymagana pojemność wynosiłaby ponad 4700µF. Zadanie
o tyle nie jest łatwe, że w małej obudowie należałoby zmieścić kondensator o pojemności
ponad 4700µF. Bardziej praktycznym rozwiązaniem będzie
wykorzystanie baterii o dużej wydajności i większej obudowy.
Mogą to być popularne „paluszki” R6 (AA) lub „małe paluszki” R03 (AAA), najlepiej oczywiście alkaliczne. Do tego też
kondensator
magazynujący
o możliwie dużej pojemności, np.
470µF...2200µF.
Jak wspomniałem, w pilocie zastosowałem układ 74HC4060, bo taki miałem pod
ręką. Wszystko wskazuje, że nadajnik można uprościć według idei z rysunku 9. Lojalnie 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 stopnia mocy cztery inwertery kostki 74HC04
według idei z rysunku 10, ale trzeba dodać
bardziej rozbudowany obwód sterowania, by w spoczynku układ nie pobierał
prądu. Ze względu na wymaganą stabilność częstotliwości zdecydowanie do
nadajnika nie nadaje się prosty układ generatora 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.
Piotr Górecki
Zbigniew Orłowski
17