10-командное радиоуправление на ATtiny2313 (433 МГц)

Автор: rozorh
Опубликовано 23.12.2020
Создано при помощи КотоРед.

Предупреждение: эта статья строго противопоказана к прочтению людям и прочим млекопитающим, впадающих в неконтролируемую ярость при виде неотмытых от флюса плат, особенно по ВЧ-части. На то есть свой резон, но, если что, я предупреждал…

Доброго времени суток вам, уважаемые коты, кошечки и котята ))

Позвольте познакомить вас с моим персональным «единорогом» – сверхрегенеративным приёмником на частоты 400 МГц+ (так, если кто-то помнит фильм «Угнать за 60 секунд», главный герой отзывался об автомобиле Shelby GT500, который, как ни пытайся угнать, всё одно, что-то где-то пойдёт не так и ничего не получится).

Не то чтобы со сверхрегенератором у меня совсем никогда и ничего не получалось – нет, получалось, но как-то периодически, без однозначно гарантированного результата: то выйдет неплохо, прямо здорово, то так себе, ни рыба, ни мясо, то вообще никак – плату в мусорку и начинай по новой!

Предупреждая потенциально здравые мысли окружающих о том, что уже собранный комплект из приёмника и передатчика подобного формата на требуемые частоты предлагают на одном небезызвестном сайте за шапку сухарей, скажу... а ничего не скажу и продолжу изложение статьи, в которой хочу рассказать не столько о работе 10-командного управления, сколько о незначительных изменениях в оригинальной схеме и несложном алгоритме действий по настройке сверхрегенеративного приёмника, позволивших добиться 100-процентно положительного результата при изготовлении сего девайса.

За основу схем приёмника и передатчика, приведённых здесь, были взяты схемы из публикаций небезызвестного С.Петруся aka Blaze: передатчик из статьи «RF - модули повышенной мощности», приёмник из статьи «RF – модули своими руками на частоту 423,2 МГц». При этом конструкция передатчика оставлена целиком и полностью в авторском исполнении – схема идеальна, а в схему приёмника внесены незначительные изменения, но обо всём по порядку.

Итак, схема приёмника… будет позже, а начнём мы с передатчика, ибо отстраивать приёмник мы будем именно по нему.

Схема передатчика (картинка кликабельна):

Для изготовления платы использовался 1,5-миллиметровый двусторонний фольгированный текстолит, вторая сторона – земля, катушки мотались проводом 0,5 мм в лаковой изоляции на оправке 2 мм, количество витков указано на схеме и видно на фото, в качестве антенны использовался обычный провод длиной около 17 см.

Сама по себе схема 100-процентная по итоговому результату, но для качественной и «дальнобойной» работы передатчика он, всё-таки, требует несложной настройки. Таковых вариантов два, но первый – по имеющемуся приёмнику – мы отметаем ввиду временного отсутствия оного, а для реализации оставшегося варианта нам потребуется наличие хоть какого-нибудь индикатора ВЧ-излучения. В моём случае в качестве такового индикатора использовался «показометр» от когда-то по дешёвке приобретённого частотомера (будет видно дальше на фото).

Настройку можно проводить как без установленного контроллера, подав напрямую «+» на выводы, соединённые с резисторами R1 и R3, так и при установленном контроллере, запрограммированного на выдачу логической единицы на указанные выводы (прошивка “tx_10k_2313_test_1.hex”). На фото ниже показан второй вариант настройки с уже впаянной микросхемой.

Вся настройка сводится к поиску положения витков катушек выходного фильтра по максимуму излучаемой мощности.

Здесь в фокусе две необходимые катушки для настройки:

 А здесь видно сам прибор и плату в процессе настройки.

Обратите внимание на шкалу прибора и витки катушек – кажется, что изменений в положении витков нет, но они есть, и индикатор прибора это красноречиво подтверждает. Так же уверен, что самые внимательные из вас уже обратили внимание на то, что плата с указанием места расположения необходимых катушек для настройки и плата с фотографией частотомера не идентичны. Так и есть, они разные. Я специально включил в эту статью фотографии двух разных, но уже настроенные по максимуму излучения, плат одного и того же (по схемотехнике) передатчика. Обратите внимание на величину растянутости витков их катушек – отличия видны невооружённым взглядом.

Всё дело в том, что для изготовления индуктивностей в одном случае я использовал провод 0.5 мм, а в другом – 0.4 мм. И, заверяю вас, что даже при намотке катушек проводом одинакового диаметра, но от разных производителей или при изменении взаимного положения компонентов схемы, их номиналов, размеров платы и т.п. – всё это будет сказываться на качестве выходного сигнала при сборке «по умолчанию», так что настройка после сборки весьма желательна.

После отстройки передатчика заливаем в контроллер прошивку “tx_10k_2313_test_2.hex” и переходим к изготовлению и настройке приёмника – вышеупомянутого единорога-сверхрегенератора.

Но сначала несколько слов о тех самых незначительных изменениях в схеме. Это, во-первых, другой способ подключения антенны – не индуктивный с контурной катушкой, как в авторском исполнении, а через разделительный конденсатор в эмиттер транзистора, а, во-вторых, добавление подстроечного конденсатора в контур для облегчения настройки и, главное, возможности подстройки контура после заливки катушки лаком или термоклеем.

Схема приёмника (картинка кликабельна):

Для изготовления платы приёмника, как и в случае с платой передатчика, использовался 1,5-миллиметровый двусторонний фольгированный текстолит, вторая сторона – земля, в качестве антенны – обычный провод длиной около 17 см.

В этом конкретном случае (и это отражено в печатке во вложении) я применил подстроечный конденсатор для выводного монтажа, поэтому для уменьшения размеров катушку L1 мотал на оправке 1,5 мм, соединяя её с подстроечником перед монтажом на плату следующим образом:

«Конструкция» на плате после монтажа:

Однако применение конденсатора именно такого типа не является обязательным: аналогичного по качеству результата работы приёмника после настройки можно добиться и при применении SMD-детали, правда в этом случае на печатку нужно будет добавить дополнительные полигоны для её установки, а также изменить трассировку положительной шины питания:

Настройку приёмника удобно проводить без впайки контроллера и с временно заменённым на подстроечный резистором R2. В моём случае использовался многооборотный резистор на 50 кОм, антенну не подключаем:

Также для настройки нам потребуется осциллограф. В моём случае это не отдельный прибор, а цифровая приставка к компьютеру. Читал, что многие умудряются настраивать приёмник с помощью высокоомных наушников по изменению звукового тона, но я этот метод настройки никогда не применял.

Щуп осциллографа подключаем в точку соединения эмиттер_T1-L2-С5-С7 (предпочтительнее) или L2-C4-R4-R5 (на фото ниже подключено сюда), землю берём где-нибудь на плате:

Заранее соглашусь с теми, кто укажет на то, что подобное подключение без разделительного конденсатора вносит в показания определённый расколбас, но для нас здесь и не важны сверхточные показания, нам нужна лишь картинка определённого вида, и мы её получим.

Настройки прибора: шкала времени - 20 uSec, шкала напряжений - 200 mV.

Кстати, это совсем не то, что нам нужно:

 Это уже лучше, но, как всегда, ещё лучшее где-то рядом:

А вот это совсем хорошо, так и оставим:

Иными словами, наша задача, изменяя сопротивление подстроечного резистора, добиться сначала появления «пилы», а затем её максимальной амплитуды при устойчивой генерации без срывов и провалов. В процессе регулировки руками подстроечного резистора лучше не касаться, а саму регулировку проводить диэлектрической отвёрткой.

После достижения приемлемого результата подстроечник выпаивается, и, после измерения его сопротивления, заменяется ближайшим похожим по значению резистором с постоянным номиналом:

Кстати, обратите внимание на дроссель: я использовал фабричный на 1 uH. Ни одна из попыток самостоятельного изготовления дросселя путём намотки катушки на резисторе у меня не сработала. Вполне работоспособными показали себя самопальные дроссели в 30-40 витков на оправке 1.5 – 2 мм проводом до 0.4 мм, чем тоньше, тем лучше – 0.1 мм, например, очень хорош. Однако, как всегда, истина где-то посередине: при работе с более толстым проводом полученную катушку удобнее крепить, но габариты не радуют, в случае использования при намотке проводов с малыми диаметрами нужно продумывать дополнительные методы по её фиксации. Короче, если есть возможность использовать заводской дроссель – это всё серьёзно упрощает. К увеличению его номинала схема не требовательна – как показывает практика до 10 uH всё прекрасно работает, да и это, скорее всего, не предел.

Следующий шаг – впайка на предназначенное для этого места антенны (чтобы она стояла вертикально использовал пластиковую трубочку для напитков), а затем штырька для подключения щупа осциллографа в точку соединения вывод_7_lm358-R2-C11. Здесь присутствует «аналоговый» сигнал, посредством которого очень удобно контролировать точность настройки контура приёмника. Далее подключаем к впаянному штырьку щуп осциллографа, располагаем передатчик сантиметрах в 20 от приёмника, включаем его и, вращая ротор подстроечного конденсатора, добиваемся максимальной амплитуды сигнала на экране осциллографа. В редких случаях, когда параметры конденсатора или катушки контура значительно отличаются от указанных в схеме, для достижения нужных показаний придётся «поиграть» и взаимным положением витков катушки, но это, скорее, исключение из правил.

Кнопка включения-выключения постоянной генерации сигнала (прошивка “tx_10k_2313_test_2.hex”) и точка для подключения щупа осциллографа:

Настройки прибора: шкала времени - 5 mSec, шкала напряжений - 1 V.

Плохо:

Лучше:

То, что надо:

Добившись уверенного приёма на малых расстояниях, удаляем передатчик от приёмника и повторяем процесс настройки, хотя уже правильно будет выразиться – подстройки. Вращать ротор подстроечного конденсатора необходимо по чуть-чуть, по «микрону», т.к. настройка довольно-таки острая. В пределах комнаты – это около 5-и метров между приёмником и передатчиком – на «аналоговом» выходе я получил вот такую амплитуду сигнала:

Далее перепаиваем штырёк на «цифровой» выход – точка соединения вывод_1_lm358-R8 – и, подключив к нему щуп осциллографа, получаем картинку, подтверждающую устойчивый приём сигнала по всей квартире, с выходом на балкон, в подъезд и т.д.

Фактическое расстояние приёма по прямой видимости значительно превышает 100 м, но более точно не скажу – было лень бегать туда-сюда для контроля прохождения сигнала.

Далее следует завершающая фаза: впаиваем оставшиеся детали, заливаем прошивки “rx_10k_2313.hex” в контроллер приёмника, “tx_10k_2313.hex” в контроллер передатчика и наслаждаемся наличием реакции светодиодов на плате приёмника при нажатии на кнопки управления на плате передатчика. Алгоритм управления, кстати, простейший: одно нажатие/отпускание определённой кнопки – включение «своего» светодиода, второе нажатие/отпускание этой же кнопки – его выключение.

Готовая спарка передатчик-приёмник:

Для чего же можно использовать эту конструкцию? Ну, во-первых, для банального изучения принципов работы и настройки этих великолепных девайсов. Во-вторых, можно заменить светодиоды на что-нибудь силовое (транзисторы, например, или оптопары) и получить схему для дистанционного управления чем-нибудь полезным. В-третьих, (субъективно) – это просто прикольно и интересно.

В приложении (архив "Плата и прошивки.zip") печатки приёмника и передатчика, а также прошивки контроллеров (.hex), включая настроечные.

Дополнительно обращаю ваше внимание на необходимость правильной настройки fuse-ов обоих микроконтроллеров, т.к. для повышения стабильности их тактирования применены кварцевые резонаторы.

Засим позвольте откланяться.

Спасибо за уделённое время и удачи решившим повторить!

Файлы:
Плата и прошивки

Все вопросы в Форум.