vyšel v PE - VA Elektronik

Dálkový ovladaè
433 MHz
Vladimír Andìl
Pro pøenos dvoustavového signálu zapnout/vypnout se dnes bìžnì používá sériový pøenos kódové kombinace, která zajistí mimo
rozlišení pøenášeného povelu též rozlišení rùzných zaøízení pracujících na spoleèném kmitoètu. Pro amatérskou konstrukci lze použít i rozlišení povelù podle rùzných modulaèních kmitoètù. Zapojení pracuje bez procesoru a oproti digitálnímu pøenosu má vìtší
dosah. Výhodou odlišného zpùsobu kódování je i jeho nezamìnitelnost s cizími signály.
Rádiový pøenos
Pásmo 433,92 MHz je bezlicenèní
a lze je používat zdarma na základì
všeobecného oprávnìní è. VO-R/10/
/03.2007-4. Vysílaè i pøijímaè musí mít
homologaci, která zaruèuje dodržení
požadavkù všeobecného oprávnìní.
Mezi nì patøí zejména dodržení vysílacího kmitoètu a omezení vyzáøeného výkonu (EIRP) pod 10 mW, u pøijímaèe zpìtné vyzaøování do antény.
Bìžnì používané vysílací a pøijímací moduly s dvoustavovou amplitudo-
vou modulací (ASK) umožòují použít
modulaèní kmitoèet do 2 kHz. K tomu
je potøeba šíøka pásma 4 kHz a dosažitelná citlivost pøijímaèe by mohla být
pod 0,3 µV. Pro tak úzké pásmo by
bylo potøeba kmitoèet vysílaèe i pøijímaèe øídit teplotnì kompenzovaným
nebo termostatovaným krystalem a to
by bylo drahé. U levných vysílacích
modulù se používá keramický rezonátor s povrchovou akustickou vlnou
(SAW), který zajistí, že se kmitoèet
vysílaèe udrží v povoleném pásmu.
Jednoduché pøijímací moduly jsou
Obr. 1. Vysílaè dálkového ovládání
obvykle superreakèní buï též s SAW
filtrem a s šíøkou pásma asi 100 kHz,
nebo selektivitu zajišuje pouze jeden
rezonanèní obvod LC s šíøkou pásma
pøes 1 MHz. Takový pøijímaè má citlivost okolo 3 µV a tomu odpovídá
i menší dosah.
Pásmo 433,92 MHz je sdíleno
s radioamatéry, kteøí je využívají pøednostnì a nemají omezení vyzáøeného výkonu. Pøijímaè bez SAW filtru
mùže být zahlcen signálem radioamatérského vysílaèe vysílajícího
kdekoliv v amatérském pásmu 430 až
440 MHz ze vzdálenosti až nìkolika
kilometrù. Proto tyto ovladaèe nelze
používat v aplikacích, kdy by selháním spojení mohla být ohrožena bezpeènost, nebo by mohla vzniknout
materiální škoda.
Použité kódování
Témìø všechny bezdrátové ovladaèe dnes používají sériový kód obsahující identifikaci zaøízení a pøenášený povel, pøípadnì i kontrolní souèet.
Umístìní procesoru v blízkosti pøijímaèe klade pøi návrhu plošného spoje
velké nároky na odrušení. Zarušení
vstupu pøijímaèe procesorem má za
následek podstatné zkrácení dosahu.
V popisovaném ovladaèi s pøenosem dvou stavù jsou použity dva modulaèní kmitoèty, jeden pro zapnutí
a druhý pro vypnutí. Signál se dekóduje tónovým detektorem s fázovým
závìsem (PLL), který na rozdíl od procesoru neruší pøijímaè. Pøi použití modulaèních kmitoètù 230 a 330 Hz a šíøce pásma PLL 10 % je za detektorem
pøijímaèe zpracována šíøka pásma
pouze 30 Hz a nevadí, když pøi pøenosu nìkolik period modulaèního
kmitoètu zanikne v šumu nebo v rušení. Tím se proti digitálnímu pøenosu prodlouží dosah, nebo pøi digitálním pøenosu se každý bit musí pøenést
správnì.
Popis zapojení
Vysílaè obsahuje modul Aurel TXSAW433, modulaèní kmitoèet vytváøí
CMOS èasovaè. Stisknutím tlaèítka
S1 se zapne napájení a modulaèní
kmitoèet (vyšší) urèuje R1 a C2. Stisknutím tlaèítka S2 se obvod napájí pøes
diodu D1 a modulaèní kmitoèet (nižší) urèuje R1 a paralelní kombinace
Obr. 2 až 4. Deska s plošnými spoji
vysílaèe DO (41 x 65 mm) a osazení
desky klasickými souèástkami a SMD
20
Praktická elektronika A Radio - 03/2010
Obr. 5. Zapojení pøijímaèe DO
C1 a C2. Kondenzátory C1 a C2 jsou
pro lepší stabilitu modulaèního kmitoètu fóliové.
Smyèková vysílací anténa je vytvoøena na desce s plošnými spoji a je
doladìna kondenzátorem C5. Vysílací modul má povolený výkon 10 mW
pøi napájení 5 V, za tìchto podmínek
mùže pracovat se ètvrtvlnným dipólem. Vysílaè v ovladaèi je napájen
baterií 9 V a povolený výkon by pøekroèil, avšak malá úèinnost smyèkové antény vyzáøený výkon zmenší pod
povolenou úroveò.
Pøijímaè obsahuje modul Aurel RX
BC-NBK433. Pøijímací anténa je spi-
Obr. 6. Deska s plošnými spoji pøijímaèe DO (69,5 x 105 mm)
rálová, zkrácený ètvrtvlnný dipól. Je
navinuta drátem o prùmìru 1 mm
dlouhým 17 cm, prùmìr spirály je
25 mm a výška 30 mm. Anténa je
umístìna v krabièce pøijímaèe.
Z pøijímaèe je vyveden analogový
výstup (oznaèený jako TEST), což je
pro zpracování v PLL výhodné. PLL
dokáže zpracovat i zašumìný signál,
který je pod prahovou úrovní výstupního tvarovacího obvodu pøijímaèe.
Støed pásma synchronizace PLL je
urèen kmitoètem volnì bìžícího oscilátoru bez vstupního signálu. Podle
okamžitého stavu výstupu je kmitoèet
urèen kondenzátorem C9 nebo souètem C9 a C10 v kombinaci s R4 a trimrem R8. Naladit PLL je možné nejlépe
pomocí èítaèe, porovnáním modulaèního kmitoètu vysílaèe a volnì bìžícího oscilátoru PLL pøi vypnutém vysílaèi. Bez èítaèe je možné oba
kmitoèty porovnat i sluchem, pøipojením vstupu nf zesilovaèe pøes rezistor 10 MΩ. Nastavuje se kompromis,
minimální odchylka u obou modulaèních kmitoètù.
Aby se indikace zachycení PLL nespouštìla šumem, byla hystereze výstupu zvìtšena rezistorem R3. Protože strmost výstupního signálu je pro
ovládání klopného obvodu nedostateè-
Obr. 7 a 8.
Rozmístìní
souèástek na
desce pøijímaèe
DO. Vlevo
souèástky
pájené z horní
strany desky,
vpravo SMD ze
strany spojù
Praktická elektronika A Radio - 03/2010
21
ná a bìhem zachycení PLL nìkdy dochází k vícenásobnému zakmitnutí, je
na výstupu filtr R10, C15 a èasovaè
U3 ve funkci tvarovacího obvodu.
Hranou signálu je pøeklápìn klopný obvod U4. Jeho výstup ovládá relé
a souèasnì pøepíná kmitoèet oscilátoru PLL tak, že PLL je citlivý na opaèné tlaèítko vysílaèe, než které bylo
právì stisknuto. Po zapnutí je klopný
obvod vynulován obvodem R6, C11.
Výstupní relé mùže ovládat napìtí
230 V. Na desce je místo i pro varistor pro odrušení kontaktu relé pøi spínání indukèní zátìže, použít lze napø.
typ ERZC07DK431. Na desce jsou
bezšroubové svorky, obì šòùry jsou
uchyceny v kabelových vývodkách.
Ochranný vodiè šòùr není na desku
vyveden, musí být propájen a spoj
chránìn smrštivou bužírkou.
Pokud pøijímaè napájíme napìtím
12 V a spínáme malé napìtí, neosazujeme transformátor a místo svorek
lze pøívody zapájet pøímo do desky
s plošnými spoji. Pro napájení støídavým napìtím 12 V pøipojíme zdroj na
plošky X4 a X5, použijeme-li stejnosmìrné napájecí napìtí 12 V, pøivedeme ho pøímo na na kondenzátor
C12. Svorky jsou pøi spínání síového napìtí vhodné i z hlediska bezpeènosti. Podle možností též lankové vodièe zakonèíme lisovacími dutinkami.
Pokud použijeme pøijímaè pro spínání 230 V a máme doma vyleptanou
desku s plošnými spoji, dbáme na dùkladné odleptání izolaèní mezery mezi
síovou a oddìlenou èástí. Desku po
osazení nalakujeme izolaèním lakem,
odleptaný povrch snadno chytá neèistoty. Pøi oživování pøijímaèe nepoužíváme napájení 230 V, ale zdroj napìtí 12 V
pøipojíme pøímo na C12.
Mechanická konstrukce
Vysílaè je umístìn v krabièce KP35B.
Krabièka je sice vìtší, ale je to ještì
kapesní formát. Nejvíce místa zabírá
smyèková anténa a baterie. Zmenšení
vysílaèe by bylo možné, ale na úkor
dosahu nebo životnosti baterie.
Z krabièky je vyštípnutý prostøední
nálitek pro šroub a krabièka je slepena sekundovým lepidlem. Deska
s plošnými spoji je na 5 mm vysokých
plastových sloupcích KDR5. Sloupky
jsou nejprve sekundovým lepidlem pøilepeny k desce a po pøesném ustavení tlaèítek pod díry v horním dílu krabièky je celek pøilepen ke spodní
polovinì krabièky. Pro vrtání dìr pro
tlaèítka v horním dílu krabièky je možné použít jako šablonu neosazenou
desku. V místì støedù tlaèítek jsou
v desce díry, podle kterých pøedvrtáme díry pro tlaèítka. Aby se vrták
malými otvory spolehlivì vedl, je
vhodné díry pøevrtávat postupnì napø.
prùmìrem 2, 5 a nakonec 9,5 mm. Pro
vrtání plastu je potøeba použít ostré,
pokud možno nové vrtáky.
22
Baterie 9 V se do krabièky nevejde,
proto jsem z ní odstranil kovový obal.
Mezi baterii a desku je vhodné do krabièky vlepit plastovou pøepážku.
Pøívody lze k baterii pøipájet s pomocí tavidla na nikl nebo tavidla F1.
Použijeme alkalickou baterii, má malé
samovybíjení a pøi obèasném používání vydrží až nìkolik let. Pøi pøípadné výmìnì baterie staèí krabièku lehce pomaèkat ve svìráku a lepidlo
povolí.
Pøijímaè je umístìn v krabièce UZ1. Ze strany souèástek jsou na desce tøi drátové propojky. Nejvíce místa
na desce zabírá uzemnìná plocha,
která slouží jako protiváha k anténì.
Zaèátek spirálové antény je v délce
alespoò 10 mm zahnutý a pøipájený
k plošnému spoji. Pokud by byl pouze prostrèený dírou, snadno by se vylomil.
Deska s plošnými spoji je položena na dno krabièky a pøilepena tavným lepidlem. Vývodky byly v prototypu zbyteènì daleko od konce
krabièky, proto bylo nutné desku
zmenšit. Vìtší plocha zvìtší dosah
spojení. LED D2 signalizující sepnutí
je umístìna na krabièce.
Zkušenosti s provozem
Ovladaè funguje na volném prostranství na vzdálenost 100 m a za
dobu provozu ani jednou samovolnì falešnì nepøepnul. Pokud by bylo
potøeba zvìtšit dosah ovladaèe, je to
možné použitím pøijímaèe s lepší citlivostí, nejlépe superhetu. Napø. pøijímaè Aurel RX-4MM5 (dostupný
v TME) má o 17 dB vìtší citlivost než
RX BC-NBK 433. Pro nìkteré pøijímaèe je potøeba zmìnit plošný spoj.
Dosah lze též zvìtšit lepší pøijímací anténou, ètvrtvlnným dipólem nebo
pro velký dosah smìrovou. S kapesním ovladaèem tak lze získat dosah
pøi pøímé viditelnosti až nìkolik kilometrù. Zvìtšování dosahu použitím
smìrové antény u vysílaèe nebo zvyšováním jeho výkonu je nepøípustné.
R4
R5, R7
R8
R9
C1, C2,
C3, C4
C5, C11,
C15, C16
C9
C10
C12
C14
C6
C7
C13
D1
D2
30 kΩ, SMD 1206
2,2 kΩ, SMD 1206
5 kΩ, trimr PT6H
22 Ω, SMD 1206
10 nF, SMD 1206
100 nF, SMD 1206
100 nF, CF1
47 nF, CF1
470 µF/35 V
1 µF, SMD 1206
4,7 µF/10 V, SMD A
2,2 µF/16 V, SMD B
47 µF/10 V, SMD C
LED, SMD 1206
LED 5 mm + objímka
pro LED (mimo desku)
D3
1N4148 SMD
G1
B250C1000 DIL
T1, T2
BSS138
U1
Aurel RX BC-NBK 433
U2
LM567 DIL
U3
CM555 SMD
U4
4013 SMD
U5
78L05
RE1
relé F4061-12
TR1
transformátor 230 V/12 V,
typ TRHEI019
3x svorka WAGO256-401 + 1x boènice WAGO256-100
krabièka U-Z1 (GME)
2 ks vývodka PG7 nebo F0603AG-12SR
Obr. 9. Vnitøní provedení vysílaèe
Seznam souèástek
Vysílaè:
R1
220 kΩ, SMD 1206
R2
2,2 kΩ, SMD 1206
C1
4,7 nF, CF1
C2
10 nF, CF1
C3, C4
100 nF, SMD 1206
C5
15 pF, SMD 1206
D1
BAT42 SMD
U1
CM555 SMD
U2
Aurel TX SAW433
S1, S2
DT6 žluté
krabièka KP35B
4x distanèní sloupek KDR5
Pøijímaè:
R1
10 kΩ, SMD 1206
R3, R6, R10 1 MΩ, SMD 1206
Praktická elektronika A Radio - 03/2010
Obr. 10. Vnitøní provedení pøijímaèe