RCSTV.RU

Источник: http://rconline.ru/modules/smartsection/item.php?itemid=3 [rconline.ru]

Прежде всего - отбросьте мысли о самодельной аппаратуре! Даже если ваша фамилия - Маркони (Попов, Тесла, или Грюндиг), скорее всего вам не удастся создать приличный аппарат для авиамодели. Прошли те времена, когда умельцы дома, на коленке, воссоздавали ламповый РУМ-1 по схеме, напечатанной в “Юном технике”, да еще и с ошибками. Хотя отдельные (и весьма удачные!) попытки известны. Но, по большому счету, сегодня это не реально. Ведь даже отечественный Радиопром ничего подобного создать не может. Поэтому доставайте бабушкину копилку с золотыми (то бишь, с зелеными) червонцами. Но прежде, чем бежать в Митино за покупкой, определитесь, что вам надо. Кстати, в Митино вы ничего не купите - просто не торгуют на радиорынках такой техникой.

Не будем обсуждать недостатки той или иной аппаратуры (не забывая про них, тем не менее), а поговорим о преимуществах. Далее речь пойдет об аппаратуре пропорционального управления. Это значит, что угол отклонения руля управления на модели (руль высоты, поворота, элерон и т.д.) изменяется пропорционально углу отклонения ручки управления на передатчике.

Комплект аппаратуры должен включать в себя:

Передатчик - это то, что останется целехонько, даже если ваша модель “углубится” на полметра в землю или вовсе улетит куда-нибудь “на юг”;

Приемник + бортовое питание + рулевые машинки или “сервы” - это то, что вам периодически придется прикупать в связи с безвременной их утратой;

Пару комплектов сменных кварцевых резонаторов для передатчика и приемника + зарядное устройство для аккумуляторов - это то, что иметь крайне желательно, но, все же, не обязательно.

Вся аппаратура по типу модуляции делится на АМ и FM.

Самая простая, и, как следствие, самая дешевая, но не очень надежная - это аппаратура, в которой используется амплитудная модуляция (АМ). Как правило, это 2-4 (реже 5-6) -канальная аппаратура без всяких наворотов (максимум, что может быть - реверс-переключатели каналов). Безусловно, на ней можно учиться летать, но управлять с ее помощью более серьезной моделью не стоит, т.к. гарантированная дальность ее действия - не более 300-500 метров, а помехозащищенность оставляет желать… Передатчик слабоват по мощности (100-500 мВт), приемник (2-4 канала) “туповат” по чувствительности (5-10 мкВ) и избирательности…

FM аппаратура имеет более высокие эксплуатационные характеристики, и также подразделяется на 2 класса: PPM и PCM (об этом расскажу чуть позже).

FM передатчики могут иметь выходную мощность до 2 Вт, а супергетеродиновые приемники (особенно с двойным преобразованием частоты) имеют очень высокую чувствительность (0,5-1,0 мкВ) и отличную избирательность по соседнему каналу.

Простые модели FM передатчиков (стандарт - 4 канала) обычно имеют возможность реверсирования каналов управления, в них предусмотрено “наращивание” функций, т.е. вы сможете самостоятельно добавить некоторые стандартные модули. С помощью этих модулей вы сможете увеличить число пропорциональных каналов до 6-8, добавить пару дискретных каналов, ввести функции микширования сигнала или задать нелинейность функции отклонения рулей (так называемое «логарифмирование»). Подобные передатчики почему-то называют “аналоговыми”. Это, в принципе, не верно, т.к. любой современный аппарат для RC-управления обязательно имеет цифровую кодирующую часть - шифратор, и аналоговую - генератор ВЧ колебаний, которые антенной излучаются в свободное пространство.

Более сложные - цифровые передатчики (будем, все же, пользоваться общепринятой терминологией), это 4-6 пропорциональных и несколько дискретных каналов, они могут иметь встроенные функции микширования по жесткому алгоритму и ряд других сервисных функций. Разумеется, в них предусмотрена и возможность “наращивания”, о которой мы говорили чуть ранее. Вообще, любой серьезный аппарат - это конструктор, который поставляется в минимальной комплектации с тем, чтобы вы могли на свой вкус “упаковаться”. Как говорится: не нравится красное - наденьте синее.

Компьютерные (микропроцессорные) передатчики. Это - песня! Все, что описано выше - детский лепет по сравнению с возможностями подобной техники. Мощный специализированный микропроцессор, управляющий работой всего устройства, многострочный (а иногда - даже графический!) жидкокристаллический дисплей, несколько десятков функций, которые можно программировать по вашим требованиям (от сложного канального микширования до задания характера пропорциональности отклонения рулей), набор встроенных программ для разных видов моделей (3-5 самолетов, столько же планеров и вертолетов, в разных вариантах управления), часы, таймеры, память на несколько (от 2 до 50) разных моделей, тест-программы, контроль за состоянием аккумуляторов и многое-многое другое! И самое главное: компьютерные передатчики, как правило, поддерживают 2 режима работы - РРМ и РСМ. Кстати: РРМ и РСМ - это не вид модуляции, как часто ошибочно пишут, а способ кодирования сигнала (что это такое, тоже расскажу чуть позже).

Теперь о приемниках

Учитывая, что основная (и двуединая, в отличие от передатчика) функция приемника - достоверно принять и дешифровать (раскодировать) сигнал дистанционного управления моделью, следует сказать, что любой RC-приемник функционально состоит все же из 2-х частей: собственно приемника и дешифратора. Приемник принимает и усиливает ВЧ-колебания, передаваемые передатчиком, а дешифратор расшифровывает их и “раздает” по исполнительным механизмам (машинкам).

Известно, что качество и возможности любой системы, в том числе аппаратуры, независимо от того, какая она - АМ, FM, PPM или PCM, определяются самым худшим ее компонентом. Отсюда вывод: функциональные возможности приемника не должны намного превосходить возможности вашего передатчика - это бессмысленно. Но, чем выше технические параметры приемника (прежде всего - его чувствительность и избирательность), тем лучше!

Все приемники для RC-аппаратуры, так же, как и передатчики, по виду модуляции делятся на 2 вида: АМ и FM.

АМ приемники. Им присущи все достоинства и недостатки АМ аппаратуры. Простота, дешевизна, и, как следствие - не очень высокие технические показатели. Что важнее - решайте сами. Естественно, что АМ приемники работают только с АМ передатчиками.

В свою очередь, FM приемники, тоже подразделяются на 2 вида: РРМ и РСМ. Кроме того, FM приемники бывают еще и двух типов: с одним преобразованием частоты и с двумя. Не вдаваясь в дебри спектрального анализа, скажу: двойное преобразование частоты позволяет существенно улучшить избирательность приемного тракта и его чувствительность, а это значит, общую надежность и помехозащищенность всей системы радиоуправления в целом. РСМ приемники, как самые “навороченные”, обычно имеют двойное преобразование частоты, обладают очень высокой чувствительностью и избирательностью, при соответственной цене. Более подробно мы поговорим об их преимуществах, когда будем рассматривать принцип работы РСМ-систем.

Исполнительные механизмы

Как правило, это пропорциональные устройства, но изредка встречаются и дискретные, так называемые устройства «триггерного» типа, которые имеют только два устойчивых состояния: «включено» - «выключено». Мы рассмотрим только первый вид механизмов, в моделизме их называют - рулевые машинки или “сервы”.

Рулевая машинка - это “черный ящичек”, который преобразует электрический импульс сигнала управления (точнее - его ширину или длительность) в механическое перемещение исполнительного органа (рычага) на определенный угол. Рулевую машинку характеризует несколько важных параметров. Прежде всего, это усилие, которое машинка способна передать рулю управления модели. Измеряется в Н/см (Ньютон/сантиметр) или в кг/см (килограмм/сантиметр). Затем, скорость “отработки” – этот параметр показывает, насколько быстро машинка реагирует на сигнал управления. Измеряется в секундах. Обычно - это время “перекладки” рычага из одного крайнего положения в другое или на 180 градусов (часто, в рекламных целях, указывается время “перекладки” в меньшем угловом диапазоне, допустим, на 45 или 60 градусов). И еще один “безразмерный” параметр - точность позиционирования, или соответствие угла перемещения вала (рычага) рулевой машинки углу перемещения ручки управления на передатчике. Из конструктивных параметров важными являются геометрические размеры и вес, а также материал, из которого изготовлен редуктор (пластик или металл) и наличие шариковых подшипников на выходном валу машинки. Спектр доступных моделисту машинок сегодня очень широк - от простеньких недорогих хайтековских (стоимостью примерно $5-7), до граупнеровских и футабовских “профи” машинок размером в четверть спичечного коробка и весом всего несколько грамм. Эти прецизионные механизмы обладают уникальными техническими параметрами, но и стоят - соответственно.

Попробуем теперь разобраться, что же скрывается за аббревиатурами АМ, ЧМ, ФМ, FM, PPM и РСМ?

Я уже говорил, что часто путают или подменяют два понятия: систему кодирования низкочастотного (НЧ) сигнала управления, содержащего информацию о характере перемещений ручек управления на пульте передатчика и вид модуляции высокочастотного (ВЧ) сигнала, излучаемого антенной передатчика.

ВЧ сигнал служит только в качестве “транспорта” для доставки кодированного НЧ сигнала от передатчика к приемнику и не более того. Следовательно, система кодирования-декодирования сигнала управления и система передачи-приема этого сигнала по ВЧ каналу не связаны друг с другом функционально, а выполняют каждая свою задачу.

Рассмотрим системы и принципы кодирования, применяемые в аппаратуре RC-управления.

Как же вообще происходит процесс пропорционального дистанционного управления? Для простоты рассуждений забудем о наличии высокочастотного радиоканала. Предположим, что от положения ручки управления на передатчике зависит ширина (точнее - длительность) t импульсов, вырабатываемых НЧ генератором. В среднем положении ручки t(СР) = 1.5 мс. При отклонении ручки в ту или иную сторону длительность импульса плавно изменяется: от t(А) = 1.0 мс, до t(В) = 2.0 мс, т.е. любому положению ручки управления соответствует строго определенная длительность импульса. Пауза между соседними импульсами примерно равна t(П) = 0.2 - 0.4 мс. В каждой рулевой машинке имеется электронное устройство, регулирующее угол поворота исполнительного органа (вал с рычагом) в зависимости от длительности поступающих импульсов, следовательно, рулевая машинка, на которую подается такой импульсный ряд, будет повторять движение ручки управления! Если теперь добавить еще одну ручку, и с ее помощью изменять длительностью каждого второго (четного) импульса, то такая импульсная последовательность будет нести информацию о перемещении уже двух ручек, и т.д. Правда, для того, чтобы приемная сторона знала, какой по счету импульс предназначен для первой, второй и последующих рулевых машинок, придется ввести еще один, синхронизирующий, импульс. Его длительность обычно задается а пределах 10-20 мс. Общепринятым стандартом является “пачка” из 1-го синхронизирующего и 8-ми информационных (канальных) импульсов. Этот процесс происходит циклически и непрерывно.

В приемнике имеется декодирующее устройство, которое обрабатывает входной управляющий сигнал, и “раздает” канальные импульсы соответствующим рулевым машинкам. Подобный метод кодирования и передачи аналоговой информации в цифровом виде давно применяется во многих отраслях техники. По-русски этот способ кодирования называется ШИМ - “широтно-импульсная манипуляция” (не модуляция!!!), т.к. речь идет именно о манипуляциях над НЧ сигналом, а не его модуляции (изменении амплитуды).

Теперь о ВЧ канале (радиоканале). В первых системах дистанционного управления (СДУ) применялась амплитудная модуляция ВЧ сигнала. Это значит, что передатчик излучал ВЧ сигнал с неизменной частотой, но амплитуда этого ВЧ сигнала (или его “огибающая”) изменялась по закону изменения НЧ сигнала. АМ приемник детектировал ВЧ сигнал, т.е. выделял его «огибающую», в которой и содержалась информации о перемещении ручек управления. Как уже говорилось, АМ системы, наряду с простотой реализации имели один принципиальный недостаток: низкую помехозащищенность. Кроме того, любой АМ сигнал занимает в эфире широкий частотный участок. Особенно это стало заметно при использовании ШИМ кодировании. Для того, что бы исключить взаимное влияние 2-х и более одновременно работающих СДУ, приходилось сильно “разносить” их рабочие частоты. В тесных частотных “окнах”, отведенных для RC-моделирования, сделать это было не просто.

Появились СДУ, использующие частотную модуляцию (ЧМ), а точнее, ее разновидность - фазовую модуляцию (ФМ). В отличие от АМ, где частота сигнала неизменна, а меняется его амплитуда во времени, у ЧМ и ФМ сигнала амплитуда постоянна, а по закону управляющего НЧ сигнала изменяется частота (или фаза, что почти одно и тоже: грубо говоря, частота и фаза - две стороны одной медали, но объяснить это, не используя сложный математический аппарат, достаточно сложно). По-английски “частота” - это “Frequency”, а “фаза” - “Phase”. Для англичан FM - это “частотная модуляция”, мы же ассоциативно воспринимаем это как “фазовая модуляция”. Можно утверждать, что в СДУ используется только два вида модуляции ВЧ сигнала - АМ и ЧМ (в ее разновидности - ФМ). Преимущество ЧМ над АМ очевидно. Увеличенный КПД выходного каскада передатчика, узкополосность сигнала и его постоянная во времени амплитуда резко увеличивают общую помехозащищенность всего тракта и надежность СДУ. ЧМ приемники так же превосходят АМ собратьев по большинству параметров.

Ну а что же такое РРМ и РСМ? Выше мы рассмотрели ШИМ кодирование. Так вот, если аббревиатуру ШИМ перевести на английский, получится РРМ - Phase-Pulse-Manipulation, или “фазо-импульсная манипуляция”! Всего на всего… РСМ - Pulse-Code-Manipulation или ИКМ (импульсно-кодовая манипуляция) штука более сложная. Сам принцип соответствия “ручка вправо - руль вправо” остается, а вот характер сигнала становится гораздо сложнее! Если РРМ сигнал представляет собой циклическую последовательность пачек, содержащих 8 импульсов разной длительности, то РСМ сигнал - это непрерывный ряд импульсов одинаковой длительности (логические “0” и “1”) чередующихся по определенному закону. Этот закон (алгоритм кодирования) описывает не только информацию о перемещении ручек управления, но и позволяет в случае возникновения помехи или кратковременного пропадания сигнала восстановить, точнее - смоделировать, сигнал в первозданном виде. В названии некоторых видов РСМ аппаратуры присутствуют цифры, характеризующие алгоритм кодирования, например: PCM-1024. Это означает, что обработка исходных сигналов от ручек управления осуществляется с использованием 10-разрядного (2 в степени 10 = 1024) цифрового кода.

Необходимо заметить, что в настоящее время нет единого стандарта, по которому формируется РСМ сигнал. Алгоритм кодирования/декодирования РСМ сигнала в RC-аппаратуре большинства фирм-производителей различен. По этой причине приемник из комплекта аппаратуры фирмы “А”, скорее всего, никогда не будет работать “под управлением” передатчика фирмы “В”.

Итак, наряду с информацией о перемещении ручек управления РСМ сигнал содержит еще много чего. В том числе и какую-то информацию “впрок”. Поясню: при какой-либо помехе, модель с РРМ аппаратурой в лучшем случае сильно тряхнет, а в худшем… - вы меня понимаете! РСМ аппаратура поведет себя иначе: при кратковременной помехе или пропадании сигнала вы даже не заметите, что с моделью что-то не так (процессор приемника просто заблокирует прохождение “кривого” сигнала, а будет выдавать на “сервы” последний нормальный сигнал из памяти). При длительной помехе включится режим Fail Safe - режим “сохранения”, который, по заранее записанной программе, установит все рули управления в нейтраль и переведет двигатель на малый газ. Модель продолжит полет по прямой или по спирали (если запрограммировать отклонение руля поворота на несколько градусов) до тех пор, пока помеха не исчезнет, или модель “на автопилоте” не совершит посадку. В любом случае, последствия будут не такими страшными, как в случае “глухого” отказа! Кстати, у РСМ аппаратуры есть и еще один аварийный режим - Hold Mode: при падении бортового питания процессор “занейтралит” и отключит “лишние” РМ, и позволит, к примеру, рулить только направлению.

Это очень коротко про RC-аппаратуру, о ее разновидностях и принципах работы.