Дистанционное управление по радиоканалу на 4 команды

Read Time:6 Minute, 14 Second

Системы дистанционного управления уже довольно долгое время используются в повседневной жизни людей. Ведь на самом деле, мы сталкиваемся с ними практически каждый день — брелки сигнализаций автомобилей, автоматические шлагбаумы, беспроводные дверные звонки. Любая система дистанционного управления состоит как минимум из двух частей, приёмника и передатчика. Передатчик отправляет в эфир цифровой код на определенной частоте, как правило, 433 МГц либо 315 МГц, эти частоты являются разрешёнными для передачи информации. Приёмник улавливает этот цифровой код и преобразует в конкретную команду, например, зажечь тот или иной светодиод, открыть или закрыть шлагбаум, ворота и т.д. И если раньше радиолюбителям приходилось вручную паять приёмники и передатчики, кропотливо настраивать частоту приёма и передачи, то сейчас без проблем можно купить готовый комплект приёмник-передатчик, как на частоту 315 МГц, так и 433 МГц, их стоимость составляет менее доллара. Например, на Алиэкспресс можно найти много разных вариаций таких комплектов, самый распространённый из них называется FS1000A, его внешний вид показан на фото ниже.

Такие модули могут обеспечить уверенный приём на расстоянии до 70 м на открытой местности, и до 30 м в помещениях и среди зданий. Этого расстояния, как правило, достаточно для большинства вариантов применения дистанционного управления. Дальность приёма в большой степени зависит от качества реализации антенны. Каждый модуль, как приёмник, так и передатчик, содержит в себе контакт, помеченный названием «ant», к нему необходимо припаять антенну. Самый оптимальный вариант — прямой кусочек проволоки длиной 17 см, если используются модули на 433 МГц, и 23 см, если частота равняется 315 МГц. Более короткий или более длинный отрезок провода будет давать меньшую дальность, также нежелательно его скручивать или сгибать, дальность передачи также уменьшится. Весьма удобно использовать выдвижные телескопические антенны, если путь управления будет установлен в отдельный корпус. На небольших расстояниях (до 10 м по прямой видимости) данные модули можно использовать и вовсе без антенн, в этом случае пульт и приёмник будут иметь максимальную компактность. На картинке выше слева показан передатчик, справа — приёмник. На каждом модуле имеет по три контакта, один — плюс питания, второй — сигнальный контакт, третий — минус питания. На модуле приёмника можно увидеть четыре контакта, но два центральных в нём просто соединены между собой. Напряжения питания данных модулей составляет 3-5В, небольшой ток потребления позволяет использовать систему радиоуправления с питанием от батареек или аккумуляторов. Хорошим вариантом питания будут три батарейки АА на 1,5В, соединённые последовательно, либо один литий-ионный аккумулятор с номинальным напряжением 3,7В. Данные модули имеют множество преимуществ, но использовать их напрямую нельзя, для осуществления радиоуправления необходимо собрать специальную схему на микроконтроллере, которая будет считывать нажатия клавиш, преобразовывать их в цифровой код и передавать по радиоканалу. Модуль приёмника также должен работать в паре со специальной схемой, задачей которой является декодировать сигнал, полученный приёмником, и преобразовать его для использования с коммутирующими транзисторами. Транзисторы, в свою очередь, будут управлять полезной нагрузкой. Конструкция, представленная в этой статье, позволяет осуществлять радиоуправление на 4 независимых канала. Также схема приёмника позволяет переключать режимы — одиночные нажатия, либо запоминание положения (режим триггера).

Ниже представлена схема, использующаяся с модулем передатчика.

В левой нижней части показан модуль передатчика, обозначенный как ТХ-модуль. Он имеет три контакта, которые подписаны на самой плате модуля: ADATA, VCC, GND, сигнальный контакт, плюс питания и минус питания соответственно. Также на схеме можно увидеть четыре кнопки, S1 — S4, при нажатии на них будет коммутироваться нагрузка на схеме приёмника. Светодиод HL1 индицирует, что произошло нажатие на кнопку и пакет данных отправлен передатчиком. В правой части схемы показан источник питания Bat1, напряжение с которого поступает на вход стабилизатора 78l05 (показан в виде микросхемы). Таким образом, схему можно питать как от напряжения 7-15В с использованием стабилизатора, так и от напряжения 3-5В напрямую, исключив из схемы стабилизатор. В этом случае питающее напряжение нужно подавать на плюсовой контакт конденсатора С2. Конденсаторы С1, С2, С3, С4 — фильтрующие по питанию, номинал их ёмкости не столь критичен. Управляет всем микроконтроллер PIC12F675, который без проблем можно купить в магазине радиодеталей. Микроконтроллер перед установкой в схему требуется прошить, прошивка будет представлена в конце статьи. Схема не требует никаких настроек, а потому не содержит никаких органов управления, кроме самих кнопок.

Ниже представлена схема, использующаяся с модулем приёмника.

Аналогично схеме передатчика, слева снизу на ней показан сам модуль приёмника с контактами VCC, DATA, GND, имеющими те же предназначения. Между контактами VCC и GND показан конденсатор С3, фитрующий по питанию, его желательно установить на плате непосредственно возле самого модуля. Точно так же, как на предыдущей схеме выглядит часть, отвечающая за питание схемы, а потому для неё тоже действительны все слова, сказанные выше про возможные варианты питания. Управляет работой схемы точно такой же микроконтроллер PIC12F675. Второй его вывод подключен к переключателю S1, который включает либо отключает режим триггера. Работает это следующим образом: при нажатии на кнопку на передатчике соответствующий выход на приёмнике может либо поддерживать включенное состояние только при зажатой кнопке, либо работать с фиксацией — нажали один раз, нагрузка включилась, нажали ещё раз — выключилась. 3, 5, 6 и 7 выводы микроконтроллера являются выводами, отвечающими за подключение нагрузки, именно они меняют своё состояние от логического нуля до логической единицы, в зависимости от нажатия кнопок на передатчике. Для примера на 7 выводе показан пример подключения транзистора, который «умощняет» вывод микроконтроллера. Ведь к микроконтроллеру, на каждый его вывод, можно подключить максимум по одному светодиоду. Транзисторы можно использовать, например, BC547, КТ315, КТ3102. Их мощности будет достаточно для включения реле, светодиодных лент и прочих маломощных приборов. Чтобы коммутировать более мощную нагрузку постоянного тока, нужно установить полевой транзистор с большим током и логическим уровнем затвора, вместо показанного на схеме биполярного. Устанавливается он аналогично биполярному, только резистор R1 нужно будет уменьшить до 10-100 Ом. Элементы С5, L2, L1, C6 дополнительно фильтруют питание, их установка не обязательна, но если позволяет место на плате, лишними не будут.

Несколько слов о прошивке микроконтроллеров для данных схем. Для этого удобнее всего использовать специальный программатор, например, PicKit. Он позволяет быстро и без сборки дополнительных схем прошить микроконтроллеры через порт USB компьютера. Но если такого программатора нет, можно собрать небольшую схему COM-программатора, использующего COM-порт компьютера (они до сих пор есть на многих системных блоках), для прошивки нужно использовать программы-прошивальщики, которые в изобилии есть в интернете. При прошивке обязательно нужно учесть, что данные микроконтроллеры содержат калибровочную константу. Поэтому первым делом нужно считать данные с чистого микроконтроллера, и записать эту константу, можно даже выгравировать на корпусе самой микросхемы. Константа записана в самой последней ячейке в памяти микроконтроллера. При записи прошивки её нужно будет вписать в ту же ячейку, и только после этого прошивать. Если не выполнить эту процедуру, микроконтроллер перестанет работать.

На картинке выше представлена схема, позволяющая проверить работоспособность модулей приёмника и передатчика, не собирая схемы с микроконтроллерами. HM-T — передатчик, HM-R — приёмник. При замыкании кнопки на передатчике кратковременно должен моргать светодиод, подключенный к приёмнику. Если этого не происходит, то нужно проверить, подано ли на модули питание, и если оно в норме, подстроить частоту модулей переменной катушкой, которая расположена на модуле приёмника.

Печатная плата модулей приёмника и передатчика прилагается в архиве в конце статьи. Платы имеют небольшие размеры, а потому такие модули без труда можно будет встроить, например, для управления шлагбаумом или автоматическими воротами. Плата выполняется методом ЛУТ.

Готовый модуль передатчика встраивается в корпус с антенной, кнопки можно вывести с платы на проводах и установить на панели корпуса, разместив рядом светодиод. Таким образом, получилась крайне универсальная система радиоуправления, которая может управлять какой угодно нагрузкой (если подключить реле к схеме приёмника, то в том числе и электроприборами 220В). Она имеет 4 независимых канала, а потому с успехом может быть применена для постройки машинки на радиоуправлении, команды будут как раз соответствовать движению вперёд, назад, повороту направо и налево. Удачной сборки!