U objavama RC daljinski upravljači na 27 MHz te na 40/49 MHz opisali smo modele koji rade na radio frekvencijama (RC). Pregled bežičnih daljinskih upravljača nastavljamo modelima koji za komunikaciju koriste infracrvene valove (IC).
IC daljinski upravljači
Ovaj IC upravljač je prema njegovim kontrolama vjerojatno pripadao nekom jednostavnom modelu leteće igračke (sadrži tipke za trimanje) ali kojom se upravlja sa samo dva kanala (gore-dolje i lijevo-desno). Generiranjem kodova upravlja namjenski programiran mikrokontroler u 14-pinskom kućištu na kojem nema otisnutih nikakvih oznaka. Moguće je generirati tri različita seta kodova (tri kanala: A, B i C) za upravljanje sa tri modela helikoptera, svaki podešen na različit kanal.
U upravljač je također ugrađen i punjač za Li-Ion ili Li-Po bateriju koja se nalazi u samom modelu. Tako se preko baterija kojima se napaja IC upravljač (šest AA baterija od 1,5 V, ukupno 9 V) može napuniti baterija koja pokreće sam model helikoptera. Obično su to Li-Po baterije nominalnog napona 3,7 V i kapaciteta do 200 mAh. Svakako da nije ekonomično puniti Li-Po baterije nepunjivim AA baterijama, tako da se ova mogućnost načelno koristiti samo ako nije dostupan neki mrežni punjač.
Nacrtali smo shemu ovog IC upravljača te se jasno vidi da je mikrokontroler upotrijebljen kao sučelje između upravljačkih kontrola i generiranja odgovarajućih kodova. Kodnim signalom se uključuju tri serijski spojene IC diode koje šalju svjetlosne impulse u ritmu promjene amplitude koda. Prednapon baze pogonskog tranzistora za IC diode je stabiliziran djeliteljem napona sa dvije serijski spojene silicijske diode u jednoj grani (cca 1,4 V) i otpornikom od 100 Ω u drugoj grani.
Punjač se sastoji od dva sklopa: tranzistorskog regulatora napona i zaštitnog kruga. Tranzistorski regulator mora napon napajanja od 9 V spustiti na minimalno 4,2 V koliko je potrebno za punjenje Li-Po baterije. U našem slučaju regulator napona je izveden sa tranzistorom 5610 u spoju VBE multipliera (također se koristi i naziv “rubber diode” što asocira na tranzistor u spoju zener-diode podesivog napona). Umjesto otpornika u krugu BE ovdje je upotrijebljena zelena LED dioda koja onda ujedno služi kao indikacija punjenja. Time je referentni napon određen otpornikom od 220 Ω i padom napona na zelenoj LED u vodljivom smjeru.
Također je ugrađen krug za zaštitu (automatsko isključivanje) baterije ukoliko napon punjenja premaši 4,2 V. Taj zaštitni krug se bazira na čipu DW01 koji se često ugrađuje u baterijske pakete sa Li-Ion i Li-Po baterijama kako bi se spriječilo njihovo pretjerano punjenje i pražnjenje (punjenje naponom većim od 4,2 V i pražnjenje do napona ispod 3 V, zaštita od kratkog spoja). U našem slučaju kontrola pražnjenja nije potrebna pa je ugrađen samo tranzistor za prekid negativnog pola punjenja baterije u slučaju porasta napona iznad 4,2 V.
Montaža čipa DW01 za kontrolu napona punjenja baterija.
Kontrole za visinu (gas) i smjer leta modela ovdje nisu potenciometarske nego se kombinacijom četiri, odnosno pet kontrolnih linija dobiva određen broj upravljačkih razina. Ovo je svakako najjednostavniji model upravljača za modele zrakoplova koji ne osigurava preciznu kontrolu i stabilnost leta. Međutim, moguće je da je model bio opremljen sa jednim ili više žiroskopskih senzora što omogućuje automatsko održavanje stabilnosti leta po jednoj ili više osi.
Snimak kodnog signala pokazuje da se isti odašilje u paketima i definira sa dvije različite širine, odnosno dva različita broja impulsa na frekvenciji rada internog takta mikrokontrolera (38 kHz). Također, kodni paketi mogu biti i različitih duljina trajanja (od 25 ms do preko 30 ms). Signal se na IC diode šalje preko driver tranzistora C8050.
Ovaj IC daljinski upravljač je po funkcijama isti kao i prethodno opisani model, no elektronička shema je nešto drugačija. Ovdje mikrokontroler osim što ima ulogu generiranja kodova također čini i upravljački dio kruga punjača baterije na modelu, odnosno preuzima ulogu čipa DW01 kakvog smo imali u prethodnom primjeru.
Ako usporedimo ovaj model upravljača sa prethodnim, može se zamijetiti da ovdje obje kontrole imaju četiri linije, dok je u prethodnom modelu jedna kontrola imala pet linija. Moguće da su u oba modela upotrijebljeni mikrokontroleri istog tipa, no kod ovog su dva I/O pina iskorištena za kontrolu punjača, a na štetu finije upravljačke kontrole (smanjen je broj razina stepeničaste kontrole upravljanja modela po jednoj osi). Kako god bilo, oba ova modela IC daljinskih upravljača omogućuju samo grubu kontrolu zrakoplova po osima gore-dolje i lijevo-desno.
Kodni signal se i ovdje odašilje u paketima, no signal je nešto uži, a razmak između paketa nešto veći nego u prethodnom primjeru.
Ovdje umjesto dvije imamo najmanje tri različite širine kontinuiranih impulsa, odnosno tri različita broja impulsa na frekvenciji rada internog takta mikrokontrolera (38 kHz). Može se primijetiti i neka fazna anomalija na samom početku paketa.
Vidimo da je ta anomalija prvi (start) signal koji ima dvije amplitudne razine i koji se kontinuirano pojavljuje i kad nema odašiljanja koda.
Start signal osim što ima dvije amplitudne razine, te razine mogu biti i različitih vremena trajanja.
Mi sada naravno nećemo vršiti kompletnu analizu kodnog signala jer ćemo utrošiti vrijeme, a nećemo dobiti neku korisnu informaciju. Međutim, ako ovdje opet usporedimo dva modela IC daljinskih upravljača, vidimo da je za ovaj drugi ugrađeno puno više otpornika na ulazne linije mikrokontrolera (pull-up, pull-down, moguće i djelitelja napona) čime se programski htio izvući maksimalan broj ulaznih upravljačkih kombinacija. Ugrađeni mikrokontroler u 14-pinskom kućištu može imati maksimalno 11 ulazno/izlaznih linija (jedna mora biti za izlazni signal, a dvije su za napajanje). Od tih linija dvije su iskorištene za kontrolu punjača (jedna ulazna senzorska za praćenje napona baterije i jedna izlazna upravljačka za tranzistore). Time preostaje svega 9 slobodnih ulaznih linija za sve kanalne kontrole. Te kontrole uključuju selekciju tri različita kanala, dvije kontrole za trimanje i 8 linija za upravljanje po osima (ručice). Jasno da svaka od tih kontrola ne može imati zaseban I/O pin mikrokontrolera, te su oni vjerojatno programirani na način da su osjetljivi na amplitudu i/ili polaritet ulaznog signala. U tom slučaju se barem jedan pin mora iskoristiti i za referentni napon, no s obzirom da ne znamo koji su mikrokontroleri ovdje ugrađeni onda nema smisla ni nagađati o njihovim mogućnostima. Razliku u mogućnostima programiranja svakako čini i specifikacija koliko je od ukupno raspoloživih I/O pinova analognih, a koliko digitalnih.
Kako god bilo, kada u uređaju naiđemo na namjenski programiran mikrokontroler bez ikakvih oznaka onda su bilo kakve mogućnosti analize ili popravka sklopa doista minimalne. Ovdje smo vidjeli dva izvana vrlo slična IC daljinska upravljača naizgled istih mogućnosti. No jasno je kako se kod ovog drugog modela išlo na još veću uštedu u komponentama, tako da se izbjegne ugradnja specijalnog integriranog kruga za praćenje punjenja baterije te da se ta funkcija programira u sam mikrokontroler. Time se morala smanjiti finoća rada upravljačke kontrole, no u praksi je upravljanje jeftinim modelima vjerojatno jednako nespretno sa jednim i drugim upravljačem pa to i nije neki veliki nedostatak. Glede proizvodnih troškova pak je ugradnja nekoliko otpornika više sigurno bilo jeftinije od ugradnje čipa DW01 ili nekog sličnog rješenja za kontrolu punjenja Li-Po baterije.
Ovaj daljinski upravljač se bazira na mikrokontroleru u COB izvedbi, a sama tiskana pločica, iako jednostrana, je vrlo teška za skidanje sheme jer veliki broj linija prolazi ispod komponenti ili su prekrivene maskom.
Ono što se svakako vidi to je da se stabilizacija napona za punjač baterije vrši preko preciznog shunt regulatora napona TL 431. Osim COB-a, na pločici je još jedna komponenta označena kao integrirani krug. Oznaka je BAU83 u SOT-89 kućištu. Nisam našao podatke za ovu komponentu no vrlo vjerojatno je riječ o regulatoru napona za napajanje mikrokontrolera. Inače ovo je jedini IC daljinski koji se napaja sa 6 V (4 x AA 1,5 V), svi ostali se napajaju sa 9 V (6 x AA 1,5 V).
Ovaj IC upravljač ima jednu potenciometarsku (analognu) kontrolu (slika desno), a sa drugom se razine upravljanja opet dobivaju skokovito kombinacijom četiri upravljačke linije. Koliko možemo vidjeti sa te četiri linije se u najboljem slučaju dobiva sedam nivoa upravljanja (slika lijevo).
Ovaj IC daljinski upravljač ima potenciometarske kontrole za tri osi upravljanja, dva tipkala za digitalno trimanje i mogućnost odabira tri različite grupe kodova (tri kanala). Jednako kao i u prvom primjeru regulacija napona za punjenje baterije je preko tranzistorskog VBE multipliera, a kontrola punjenja baterije je preko čipa DW01.
Čip DW01 i potenciometarske kontrole za dvije i jednu os upravljanja.
Kodni signal se šalje u paketima trajanja cca 24-28 ms sa razmakom od cca 170 ms. Osnovna frekvencija takta internog oscilatora mikrokontrolera je i ovdje cca 38 kHz.
Ovaj model je najnapredniji od svih koje smo do sada vidjeli. Ima pet potenciometarskih kontrola, dvije dodatne funkcijske kontrole i naravno mogućnost odabira između tri različite grupe kodova (tri kanala). Jednako kao u prvom i četvrtom primjeru regulacija napona za punjenje baterije je preko tranzistorskog VBE multipliera, a kontrola punjenja baterije je preko čipa DW01.
Iako po funkcijama najnapredniji ovaj model upravljača je shematski najjednostavniji. To se naravno može zahvaliti boljem mikrokontroleru koji očito podržava više analognih ulaza (ima više A/D pretvarača), moguće i više memorije i drugih resursa. Zanimljivo da je ugrađena i prekostrujna zaštita u obliku PPTC osigurača oznake HE9Y, X30UF110 što označava maksimalni nazivni napon 30 V i struju 1,1 A. PPTC osigurači (polymeric positive temperature coefficient) rade slično kao standardni PTC termistori (u slučaju zagrijavanja uslijed prevelike struje poraste im otpor te smanje struju u strujnom krugu), no kako sam naziv govori PPTC je napravljen od posebnog polimernog materijala koji se nešto drugačije ponaša tijekom zagrijavanja i hlađenja.
Ono što možemo iz svega zaključiti to je da se daljinski upravljači koji podržavaju više od 5 kanala i posebno oni koji podržavaju potenciometarske (analogne) ulaze redovno baziraju na nekom namjenski programiranom mikrokontroleru. Na niti jednom od desetak RC ili IC daljinskih upravljača sa mikrokontrolerom koje smo ovdje vidjeli, nisu bile ispisane nikakve oznake. Mikrokontroler je najčešće u COB izvedbi ili u nekom tipu 14-pinskog kućišta, no posve je sigurno da su isti različiti za različite modele upravljača. Isto tako se razlikuju i generirani kodovi sa pojedinih mikrokontrolera iako se kod nekih modela može zamijetiti određena sličnost. Svakako da će programer za svaki model upravljača sam rasporediti ulazno-izlazne pinove MCU-a koji mu je na raspolaganju i odrediti koju kodnu shemu će koristiti za prijenos informacija.
Nešto drugačija situacija je sa (da ih tako nazovemo) profesionalnim ili univerzalnim RC daljinskim upravljačima koji podržavaju veliki broj različitih tipova upravljačkih kanala koje korisnik može podešavati i raspoređivati prema svojim potrebama. Univerzalni upravljači moraju naravno biti kompatibilni sa univerzalnim prijemnicima i to obično funkcionira na razini jednog proizvođača. Zvučna imena na tom području su JR, Hitec, Graupner, Futaba, Robbe i drugi, a kupac mora provjeriti koji proizvodi različitih proizvođača su međusobno kompatibilni.
Nekoliko modela univerzalnih RC daljinskih upravljača u kolekciji autora: Multiplex Professional FM 7 (35 MHz) s kraja 1970-tih godina, Multiplex Royal Modul (40 MHz) s početka 1980-tih godina, MT Monstertronic (2,4 GHz) isporučuje se uz modele helikoptera (MT-400), Futaba FX-20 (2,4 GHz) i Graupner/JR MX-16s (40 MHz) obje iz cca 2010. godine.
Slično kao i ovdje opisani RC daljinski upravljači za jeftine igračke, tako su nekad i univerzalni upravljači (stanice) radili na jednoj kristalnoj frekvenciji odašiljući definirane PCM ili PWM kodove. Kad bi se više modelara našlo na istom mjestu sa svojim modelima, obavezan je bio dogovor tko će raditi na kojoj frekvenciji kako ne bi došlo do međusobnih ometanja. Današnji moderni univerzalni RC daljinski upravljači obično rade sa frekvencijskim skakanjem (FHSS – Frequency-hopping spread-spectrum) gdje se na raspoloživoj širini kanala frekvencije tako brzo mijenjanju da se dva odašiljača rijetko u istom trenutku nađu na istoj frekvenciji, a ako se to i dogodi onda je taj trenutak toliko kratak da praktično ne utječe na kvalitetu slanja koda. Druga tehnika izbjegavanja smetnji od drugih RC upravljača na istim frekvencijama je DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum. Tom tehnikom se odašiljanje signala proširuje istovremeno na više kanala, odnosno odašilje se u širokom frekvencijskom opsegu. Signal će uvijek proći barem na jednom dijelu širokog frekvencijskog spektra bez obzira što su drugi dijelovi ometani drugim odašiljačima i smetnjama. Ova tehnika također omogućuje i veći domet komunikacije jer može pouzdano izvući informaciju iz vrlo slabih signala. Svakako se pri tome moraju koristiti i posebne tehnike kodiranja, moduliranja i dekodiranja digitalnih podataka tako da prijemnik prepozna i izdvoji signal samo iz svojeg odašiljača.
U nekim narednim objavama razgledati ćemo nekoliko modela takvih univerzalnih RC daljinskih upravljača.
Dijelove ovih tridesetak daljinskih upravljača razvrstali smo za recikliranje.
Dobili smo nekoliko vijaka, opruga i kontakata za baterije koje možda jednom budu upotrijebljene za restauraciju kakvog starog baterijskog uređaja iz kojeg je netko zaboravio izvaditi istrošene baterije.
Od ovih dijelova nema neke koristi, no zauzimaju malo mjesta pa ih možda sačuvamo kao zalihu materijala za kakav projekt. Antene su uglavnom od elastične čelične žice koja može poslužiti za izradu neke specijalne opruge i slične konstrukcijske ili restauracijske potrebe. Ručice kontrola vjerojatno nikad neće biti iskorištene, no može se dogoditi da jednom negdje dobro posluže za kakav popravak ili neku samogradnju.
Baterije zaboravljene u daljinskim upravljačima nosimo u reciklažni kontejner ali ćemo sačuvati ove plastične poklopce baterija koji se često izgube sa starih baterijskih uređaja pa možde negdje dobro posluže.
Iz ove hrpice elektronike ne možemo izvući neke isplative komponente. Odlemiti ćemo samo potenciometarske kontrole te možda koji standardni TX-2B čip, kristal u standardnom kućištu i IC diode. Ove komponente možda negdje zatrebaju za kakav brzi popravak ili za kakav elektronički eksperiment.