Před časem jsem se rozhodl, že si postavím nové křídlo na svůj elektrovětroň, které bude ovládáno čtyřmi servy. Vyvstal však problém, moje RC souprava je pouze pětikanálová, tedy nedostačující. Proto jsem navrhl zapojení, které zpracovává signál ze dvou kanálů přijímače a rozšiřuje jej na čtyři serva.
Základní technické údaje
Napájecí napětí: 4 – 6 V
Vstupy: 2 proporcionální
Výstupy: 4 proporcionální; nebo 2 proporcionální, 2 čtyřpolohové, 1 spínací
Šířka / frekvence vstupního signálu: 0,75 až 2,25 ms / 50 Hz
Rozlišení polohy: 1 mikrosekunda (1000 pracovních poloh na rozsah)
Spotřeba: max. 15 mA
Pracovní teplota: -5 až +40 °C
Rozměry: 50 x 24 x 16 mm
Hmotnost s kabely: 13,5 g
Srdce celého zařízení tvoří osmibitový mikrokontrolér Atmel AT89C4051, který na základě přesného kmitočtu oscilátoru řídí všechny funkce. Použitím tohoto obvodu a vnější paměti EEPROM vyšlo zapojení relativně malé, jednoduché a hlavně cenově dostupné. Oscilátor je tvořen klasicky krystalem X1 na základní frekvenci 24 MHz a dvěma kondenzátory C1 a C2. Signál z přijímače je přiveden přes ochranné rezistory na vstupy P3.0 a P3.1. RC člen R2C5 slouží k resetování obvodu po připojení napětí, kondenzátory C3 a C4 (v konečné verzi DPS je C4 vypuštěn) jsou zde pouze kvůli potlačení rušení vzniklého činností mikrokontroléru a externí paměti, kondenzátor C6 vyhlazuje naopak pulzy vzniklé činností serv. Tyto součástky nejsou nijak kritické. LED1 se připojuje k výstupnímu portu P1.0 mikrokontroléru přes rezistor R1, jenž by měl mít kvůli nízké spotřebě co největší hodnotu.
Samotná serva jsou připojena přes konektory J2 až J5 vytvořené z lámací kolíkové lišty a signál pro ně je vyveden z portů P1.4 až P1.7 přes omezovací rezistory R6 až R9. Spínací výstup je osazen FET tranzistorem T1, přes nějž může protékat proud až 100 mA, v tomto zapojení slouží jako zkratovací spínač pro výstupní konektor J1. S uvedenými součástkami (R10) je vhodný například k ovládání fotoaparátu. Port P1.3 je možno nastavit jako monostabilní klopný obvod (sepnutí trvá 2 s), nebo jako bistabilní klopný obvod, tedy jedním příkazem sepne a druhým vypne. Tlačítko S1 napojené na port P3.7 slouží jen ke vstupu do programovacího režimu a za letu nemá žádnou funkci. V sériové paměti EEPROM typu 93C66 jsou uloženy všechny parametry S-Mixeru a vždy po zapnutí jsou překopírovány do hlavního mikrokontroléru. Pak už se až do vypnutí paměť nevyužívá.
Deska s plošným spojem je jednostranná a skládá se ze dvou na sebe kolmých dílů. Po zapájení všech součástek nejprve zkontrolujeme, jestli někde nedochází ke zkratu. Pak přivedeme napětí a změříme proud, měl by se pohybovat kolem 15 mA. Přepólování napětí obvodu teoreticky neublíží, ovšem připojená serva pravděpodobně zničí. Celé zařízení je po oživení zataženo do smršťovací hadice.
Připojíme serva a zpočátku předpokládáme, že mikrokontrolér je naprogramovaný a EEPROM je vymazaná. Pokud serva drží svou polohu přibližně ve středu dráhy a LED velmi rychle bliká, jsme na dobré cestě. Zapneme vysílač a připojíme přijímač. Nezáleží na tom, ke kterým výstupům přijímače se vstupy procesoru připojí, doporučuji ale ke vstupu P3.0 přiřadit kanál křidélek a ke vstupu P3.1 kanál ovládaný třípolohovým přepínačem (libovolný následující(!) kanál, může být i proporcionální, avšak signál bude zpracován jako z třípolohového spínače). Každopádně vždy musí být zapojeny oba vstupy S-Mixeru! Pokud LED bliká rychle, můžeme kdykoli stisknout tlačítko a vstoupit do režimu programování. Uděláme tak nyní, při pozdějších úpravách v nastavení se vstoupí do tohoto režimu při zapnutí se stisknutým tlačítkem.
Celý proces nastavování je rozdělen do pěti celků. V prvním se nastaví obecné parametry pro jednotlivé kanály vysílače, ve 2. a 3. se nastavují parametry pro krajní (křidélková) serva a ve 4. a 5. celku parametry pro vnitřní (klapková) serva. Tento proces vypadá na první pohled složitě, ale skládá se z řady rutinních úloh, takže zapamatování by nemělo být příliš těžké.
LED po uvolnění tlačítka zhasne a opět se rozsvítí na 2 s (v tomto okamžiku můžeme stiskem tlačítka přeskočit úvodní nastavování parametrů vysílače a pokračovat celkem 2). Po zhasnutí LED přemístíme na vysílači přepínač neproporcionálního kanálu (dále jen kanál č. 2) do polohy s největší výchylkou – nastavujeme horní krajní výchylku. Ta musí být – převedeno na šířku signálu – minimálně 1,5 ms, jinak LED oznámí chybu blikáním. V této poloze ovladač chvíli necháme a počkáme, než se LED znovu rozsvítí. Toto sekundové rozsvícení signalizuje správné uložení pozice. Pak přesuneme kanál č. 2 do polohy s nejmenší výchylkou a počkáme než LED blikne – uloží se dolní krajní výchylka. Samozřejmě pro správnou funkci zařízení musí být šířka signálu menší než 1,5 ms. Pak přepínač přesuneme do středu.Dále nastavujeme parametry proporcionálního kanálu (dále kanál č. 1), který ovládá křidélková serva. Dáme plnou výchylku kanálu č. 1 na libovolnou stranu a při držení v této poloze přesuneme kanál č. 2 do „potvrzovací“ pozice (horní výchylky). LED se rozsvítí na 1 s. Poprvé je nutné nastavit všechny parametry, při opakování můžeme ponechat původní parametr přesunutím kanálu č. 2 do „stornovací polohy“ (dolní výchylka). Takto jste nastavili první mez pro kanál 1. Teď udělejte totéž pro druhou mez rozsahu a následně pro jeho střed. Následuje určení režimu spínače. Přesuneme-li kanál č. 2 do stornovací polohy, LED 4x zabliká a bude zvolen monostabilní režim, naopak přesunutím do potvrzovací polohy určíme spínači bistabilní režim (prvním impulzem sepne, druhým vypne). Tímto jsme nastavili parametry vysílače a LED rozsvícená na 2 sekundy indikuje přechod do 2. celku (během této doby můžeme opět stiskem tlačítka skočit dál do celku 3). Další parametry už jsou přímo závislé na modelu a je vhodné postupovat s rozvahou.
Výše popsaným způsobem nastavíme parametry pro první křidélkové servo (horní výchylka kanálu č. 2 pro potvrzení pozice, dolní výchylka pro stornování + přesun na další parametr) v tomto pořadí: horní mez, střed, dolní mez, horní společná výchylka a dolní společná výchylka (viz dále). Toto servo je připojeno ke konektoru J5. Potom se nastaví rychlost přeběhu serva při jeho přechodu například ze středu do horní společné výchylky. Tento úkon nelze přeskočit a je možné vybrat z pěti připravených rychlostí: okamžitý přesun, 1, 2, 4 nebo 10 s. Požadovaným počtem přepnutí kanálu č. 2 z neutrální do potvrzovací polohy (0 až 4x) a následným potvrzením do stornovací polohy uložíme zvolenou rychlost. LED zabliká a rozsvítí se na 1 s (potvrzení), pak na 2 s (možnost dalšího přeskočení do celku 4) a stejným způsobem nastavíme hodnoty pro druhé křidélkové servo na konektoru J2.
Ve 4. celku nastavujeme zcela analogicky parametry pro první servo klapek (konektor J4) v tomto pořadí: neutrál, brzdy, mírná výchylka nahoru a mírná výchylka dolů, rychlost přeběhu serva. Podobně vše nastavíme pro druhé klapkové servo (J3). Po dokončení celého programování LED čtyřikrát zabliká a program se přepne do letového režimu. Pokud by LED blikala dál, je problém s pamětí EEPROM. Vypnutím mixeru můžeme kdykoli v průběhu programování nastavování ukončit, dosud zadané parametry se zachovají.
Okamžitě po provozním zapnutí se načtou údaje z externí paměti a pokud přichází signál z přijímače, serva ihned reagují. Při výpadku řízení nebo neadekvátních pulzech signálu čeká procesor asi 1 s a pak přesune všechna serva do „bezpečnostní polohy“, tzn. křidélková serva do středu a klapky do polohy s mírnou výchylkou dolů. Přesuneme přepínač neproporcionálního kanálu ze středu do horní polohy. Po 0,5 s program nastaví pozici uloženou jako mírná výchylka nahoru. Určenou rychlostí se teď serva přesunují do této nové polohy, ovšem s křidélkovými servy můžeme průběžně pohybovat ovladačem proporcionálního kanálu. Teď přepínač přesuneme do neutrálu, serva se okamžitě začnou přesouvat do střední polohy. Pokud na déle než 0,5 s přesuneme přepínač do dolní polohy, přejedou serva na svou dolní společnou výchylku. Brzdy se zapínají a vypínají krátkým překmitnutím přepínače ze středové do horní polohy a zpátky (méně než 0,5 s), spínač se ovládá překmitnutím ze středové do dolní a zase zpátky.
Při použití S-Mixeru v modelu větroně nastavíme maximální výchylky serv podle údajů výrobce. Horní a dolní společnou výchylku doporučuji nastavit malou - asi 3 stupně nahoru a dolů. Společná výchylka serv nahoru slouží k aerodynamické změně profilu křídla, zrychlení modelu a úniku ze stoupavých proudů, společná výchylka serv dolů naopak zvýší vztlak, model zpomalí a je citlivější na termické závany. Poloha brzd je trochu ošidná, neboť většinou při vysunutí vyžaduje kompenzaci potlačením výškovky. Na to by bylo vhodné nastavit mix na vysílači, u klapkových serv vzájemně přehodit v S-Mixeru pozice klapek a mírné výchylky dolů. Pokud připojujeme ke spínači zátěž (proud do 100mA), nezapojujeme ji do vývodu (-), ale zvlášť vyvedeme kladné napětí k zátěži a na výstup spínače S-Mixeru přivedeme její minusový vodič.
Pozor! Tento obvod je vhodný pouze pro RC soupravy s PPM modulací, kde se impulzy z přijímače nepřekrývají. Je také zakázáno vkládat mezi přijímač a S-Mixer další přídavná zařízení, která by mohla způsobit překrývání signálu.
Soubory ke stažení
Schéma zapojení v rozlišení 1200dpi
Deska plošných spojů v rozlišení 1200dpi
Pohled ze strany součástek v rozlišení 1200dpi
Uživatelský návod - Popis nastavení a používání, zde je podrobný popis programu nejnovější verze
Zdrojový kód - nejnovější verze, použit jazyk Assembler
Zkompilovaný firmware - pro mikrokontrolér AT89C4051 (soubor .hex)
Seznam součástek:
(SMD rezistory a kondenzátory jsou ve velikosti 1206, X1, LED1, C5, C6, J1 až J5 a S1 jsou připájeny ze strany součástek)
| IC1 | AT89C4051-24SI (SMD pouzdro SOIC20) |
| IC2 | 93C66A SMD |
| T1 | BSS138 (SOT23) |
| X1 | X1 QM 24 MHz (nízký) |
| LED1 | libovolná 3 mm |
| C1, C2 | 33p |
| C3, C4 | 100n keramický, C4 vypušťen |
| C5 | 4M7 elektrolytický 35V |
| C6 | 470M elektrolytický 16V |
| R1, R4, R5, R6, R7, R8, R9 | 1k |
| R2 | 68k |
| R3 | 4R7 |
| R10 | 100k |
| J1, J2, J3, J4, J5 | lámací kolíková lišta |
| S1 | P-KSM632B |
| 2x konektor JR s kabelem |
S-Mixer sloužil spolehlivě po dva roky a dvě ostré soutěžní sezóny v mém soutěžním větroni kategorie RCEO, ale také v rychlostním modelu kategorie F5B Surprise XI. Nyní byl ale nahrazen modernějším vysílačem s letovými režimy.
