Efaster - быстрый поиск электронных компонентов

Дистанционное регулирование мощности в низковольтной нагрузке. Часть 2 - Цифра нам в помощь!

В первой части статьи [1] мы рассмотрели простейший способ трехпозиционного дистанционного управления мощностью устройств, питающихся от низковольтных источников, например аккумуляторов, заряжаемых от солнечной батареи или ветрогенератора.

Формирование системы питания с малым шумом для аналогового тракта

В процессе изготовления приборов пришла идея увеличить число позиций регулировки мощности до восьми, применив тот же комплект из передатчика TX118SA-4 и приёмника RX480E-4 фирмы QualChip, но используя другой режим работы приёмника. Был изготовлен экспериментальный образец, описываемый в этой статье.

Возможны три варианта функционирования приёмника. Для любого из них в исходном состоянии на всех выходах приёмника присутствует логический «0».

Первый вариант (без фиксации). При нажатии одной из четырех кнопок передатчика на соответствующем выходе приёмника появляется логическая «1», которая сохраняется, пока нажата кнопка.
Второй вариант (независимая фиксация). При нажатии кнопки на передатчике на соответствующем выходе приёмника появляется логическая «1», которая сохраняется и после отпускания кнопки. Вторичное нажатие на ту же кнопку возвращает соответствующий выход приёмника в логический «0».
Третий вариант (переключатель). При нажатии кнопки на передатчике на соответствующем выходе приёмника появляется логическая «1», которая сохраняется до нажатия любой другой кнопки.

Идея построения многопозиционной схемы управления заключалась в следующем. Три канала передатчика позволяют сформировать 3-битный двоичный код, передаваемый на приёмник. Поскольку контроллер должен сохранять принятый код, в нём должен существовать некий элемент памяти, для перезаписи которого предполагалось использовать четвертый канал передачи. Для реализации этой идеи нужно использовать первый вариант функционирования приёмника, описанный выше.

Приступим к рассмотрению схемы контроллера, изображенной на Рисунке 1.


Рисунок 1.	*Принципиальная схема дистанционного регулятора мощности в нагрузке.*

Контроллер включает в себя приёмник сигнала, буферную память управляющего кода, формирователь ШИМ-последовательности и схему защиты от перегрузок.

Трехбитный двоичный код с выходов Q0–Q2 приёмника записывается в буферную память положительным фронтом сигнала с выхода Q3.

В качестве буферной памяти DD1 использован двоично-десятичный реверсивный счетчик с предустановкой CD4029BE. Это не лучший вариант для создания буферного запоминающего устройства, но микросхемы CD4042BE (4 D-триггера) в закромах не нашлось.

Сохраненный двоичный код с выходов Q0–Q2 DD1 непрерывно сравнивается микросхемой DD2 с кодом, поступающим с выходов Q2–Q4 микросхемы двоичного счетчика DD3. При этом на выходе «A>B» DD2 формируется импульсная последовательность, коэффициент заполнения которой определяется управляющим кодом с выходов Q0–Q2 микросхемы DD1.

Эта простейшая схема формирования ШИМ-последовательности имеет одну особенность. Входной код «111» соответствует коэффициенту заполнения 87.5%, а не 100%. Поэтому при поступлении управляющего кода «111» схема «И», реализованная на диодах VD1–VD3, формирует логическую «1» на входе «AB». Таким образом, последняя ступень регулировки составляет 25%. Для некоторых применений это может быть неприемлемо.

Частота тактового генератора DD4.1, составляет 16 кГц, при этом частота выходной ШИМ-последовательности равна 250 Гц. Поскольку наш контроллер предназначен для управления мощностью осветительных приборов и двигателей постоянного тока, такая относительно низкая частота выбрана для уменьшения динамических потерь в транзисторе VT1. Еще одна причина выбора столь низкой частоты заключается в том, что сигнал последнего разряда счетчика используется для формирования импульса сброса защиты. При частоте тактового генератора 16 кГц период следования импульсов сброса защиты составляет 1 секунду.

Принцип действия схемы защиты с автоматическим восстановлением аналогичен рассмотренному в первой части статьи, с одним несущественными отличием. В схемах, приведенных в первой части статьи, на резисторе – датчике тока рассеивалась значительная мощность, приводящая к его нагреву. В рассматриваемой схеме сопротивление датчика тока уменьшено в четыре раза до значения 0.025 Ом, а в качестве порогового элемента применен один из компараторов микросхемы LM393 (на схеме А3.2). Второй компаратор А3.1 используется в качестве формирователя импульса сброса защиты. Регулировка тока отсечки регулируется потенциометром R10, а длительность импульса сброса защиты – потенциометром R4.

Плавно переходим к рассмотрению схемы дистанционного пульта управления, изображенной на Рисунке 2.


Рисунок 2.	*Принципиальная схема пульта управления.*

В качестве задающего элемента используется миниатюрный 8-позиционный поворотный переключатель S1, текущее положение которого индицируется светодиодами. На выходе шифратора DD1 формируется трехразрядный двоичный код, соответствующий текущему положению переключателя S1. Этот код инвертируется элементами D2.1, D2.2 и D3.1, имеющими выходы с открытым стоком, и поступает на входы D0–D2 передатчика А1.

Поскольку при всех комбинациях управляющих сигналов (кроме комбинации «111»), поступающих на входы D0–D2, передатчик работает непрерывно, в схеме предусмотрен выключатель S3, предотвращающий быстрый разряд аккумулятора.

Нажатие кнопки S2 обеспечивает формирование логического «0» на входе D3 и добавление в передаваемый код логической «1» в четвертом разряде. При этом передаваемый код записывается в буферный элемент памяти контроллера.

Изготовленный пульт дистанционного управления имеет размеры 50 × 100 × 20 мм. На лицевой поверхности расположены: ручка 8-позиционного переключателя S1, восемь индикаторных светодиодов и кнопка записи кода S2. На торцевой поверхности находится гнездо зарядного устройства и выключатель S3.

Собственно контроллер размещен в корпусе размером 100 × 100 × 20 мм, не имеющим влагозащиты, поскольку изделие является экспериментальным образцом.

Видеоотчет о лабораторном тестировании изделия:

Проводились эксперименты с автоматическим опросом выходов приёмника, для чего сигнал записи в буферную память брался с выхода Q5 счетчика DD3. Это позволяло задействовать все четыре выхода приемника для получения четырехразрядного двоичного управляющего кода и отказаться от кнопки записи кода в пульте управления. Однако в этом случае пульт управления должен иметь мощную батарею, а оператор должен постоянно контролировать процесс, находясь в зоне уверенной связи.

Кстати об уверенной связи. Максимальное расстояние уверенного управления естественным образом зависит от антенн приемника и передатчика, которые должны быть наружными, например кусками провода длиной 17.5 сантиметров. При этом уверенная дистанция управления в условиях прямой видимости составляет 60 метров.