Принципиальная электрическая схема блока управления радиолюбительской антенной "Буран-2".
Рис.1. Буран-2. 1 часть схемы. Увеличить? Рис.2. 2 часть схемы. Увеличить?
Рис.3. Буран-2. 3 часть схемы.Увеличить? Рис.4. Буран-2. 4 часть схемы. Увеличить?
"Буран-2" - блок управления радиолюбительской антенной.
Предлагаемое вниманию читателей устройство предназначено для управления поворотной направленной антенной. Оно обеспечивает подачу постоянного напряжения 30 вольт на приводной электродвигатель постоянного тока, позволяет поворачивать антенну в обоих направлениях движения часовой стрелки и останавливать вращение в любом положении нажатием соответствующей кнопки. Вектор направленности антенны отображается на цифровом табло. Во избежание обрыва высокочастотного кабеля предусмотрена блокировка соответствующих команд управления при подходе вектора антенны к отметкам 0 и 360 градусов, что исключает её круговое вращение через "север" (при необходимости прохода антенны и через "Север" блокировку можно отключить).
Устройство запоминает направление вращения антенны после выключения питания, позволяет автоматически останавливать вращение на двух заранее выбранных направлениях (это удобно при работе с двумя корреспондентами одновременно), производить сканирование вектора направленности в заранее выбранном секторе. Ширину последнего (в градусах) и значения ограничивающих его углов устанавливают вручную путем набора соответствующих чисел с помощью переключателей (сканирование возможно и через "север", для чего достаточно отключить схему блокировки). Остановка вращения сопровождается звуковым и световым сигналами как при ручном управлении, так и в режиме автоматического сканирования. По длительности звучания сигнала можно определить режим работы системы. Предусмотрена так же световая индикация направления вращения антенны.
Принципиальная схема блока управления антенной изображена на рисунках 1; 2; 3; 4. Воспользовавшись ссылками "Увеличить", вы можете посмотреть чертежи схем в увеличенном виде и с лучшим качеством. В его состав входят задающий генератор и формирователь "градусных" импульсов (DD1.1, DD1.2), система коррекции показаний цифрового табло (DD2, DD3, DD4.1) по действительному направлению вектора антенны; системы цифровой индикации вектора направленности антенны (DD5...DD10, HG1...HG3) и формирования импульса команды остановки антенны (DD11, DD4.2), системы формирования импульсов команд пуска антенны для вращения по часовой стрелке (DD12.1, DD12.2) и в обратном направлении (DD4.3, DD4.4); реле К1, запоминающее направление поворота антенны после выключения питания; триггер с тремя устойчивыми состояниями (DD13.1...DD13.4, DD14.1, DD14.2), обеспечивающий исполнение команд на пуск в обоих направлениях и остановку; электронные ключи на транзисторах VT1, VT2, устройство звукового контроля остановки антенны (DD15.1, DD12.3, DD12.4, VT3) и система сканирования (DD16...DD20, DD15.2, DD15.3, DD14.3, DD14.4).
Работает устройство следующим образом. После включения питания через резистор R31 начинает заряжаться конденсатор С9, что эквивалентно установлению (на время зарядки) на катоде диода VD28 уровня логического 0. Через этот диод и контакты К1.2 реле К1 напряжение низкого уровня воздействует либо на входы элементов DD13.3 и DD14.1 (соответственно выводы 9 и 1), либо на входы DD13.1 и DD13.3 (выводы 1 и 10) триггера с тремя устойчивыми состояниями, а также на вход (вывод 12) элемента DD16.4 RS-триггера. В результате последний переходит в единичное состояние и блокирует работу устройства в режиме сканирования.
Положение контактов реле К1 зависит от направления вращения антенны перед последним выключением питания. С появлением низкого уровня на катоде VD8 на выходе одного из элементов DD13.2, DD14.2 возникает напряжение с уровнем логической 1. В случае, если такой сигнал появляется на выходе первого из них, откроется транзистор VT1, сработает реле К2 и своими контактами подаст напряжение питания 30 вольт на электродвигатель, благодаря чему антенна начнет поворачиваться в направлении против часовой стрелки. Одновременно напряжение с уровнем логической 1 через цепь VD2, R1, R2 поступает на вход (вывод 1) элемента DD1.1, разрешая работу задающего генератора "градусных" импульсов, а через цепь VD3, R6, R7 - на вход (вывод 10) элемента DD1.3. В результате тактовые "градусные" импульсы поступают на вход (вывод 4) реверсивного счетчика DD7, образующего вместе с DD5 и DD6 трёхдекадный счетчик "градусных" импульсов. Цифровая информация счетчиков, представленная в двоичном коде, преобразуется дешифраторами DD8...DD10 в десятичный код, который отображается на индикаторах HG1..HG3.
После включения питания на информационном табло может высветиться любая случайная цифровая информация. При воздействии импульсов на вход (вывод 4) микросхемы DD7 трёхдекадный счетчик начинает счет в обратном порядке (число "градусов" уменьшается). При прохождении вектором направленности антенны (во время вращения) отметок 0, 90, 180, 270, и 360 градусов поочерёдно замыкаются концевые выключатели, установленные на механизме поворота антенны согласно сторонам света.
Контакты концевых выключателей замыкаются под действием специального выступа, имеющегося на диске, укреплённом на движущейся части мачты антенны. Это устройство представляет собой круглую площадку, укрепленную непосредственно на невращающейся части мачты. На краях этого диска согласно сторонам света (Север, Восток, Юг и Запад) установлены концевики (нажимные выключатели), а ближе к центру (несколько меньшего диаметра) и чуть выше стационарного диска расположен ещё один, но уже вращающийся, диск, который укреплён на движущейся (поворотной части антенны). На этом диске имеется (ориентированный по направлению излучения антенны) выступ, который при вращении антенны нажимает на контакты концевиков, вырабатывая, тем самым, 90-градусные импульсы коррекции (следует отметить, что всё это устройство прикрыто крышкой, которая вращается совместно с поворотной частью антенны, эта крышка предотвращает попадание влаги, осадков и других нежелательных предметов в блок датчиков корректирующих импульсов). При вращении антенны коррекция показаний происходит следующим образом: так к примеру при срабатывании выключателя SA3, в счетчик записывается число 270 ("градусов"), в результате чего его показания корректируются по действительному направлению вектора направленности антенны (код записи произведён диодами VD8...VD19). По мере дальнейшего вращения показания счетчика уменьшаются и при замыкании выключателей SA2 и SA1 в счетчик записываются соответственно числа 180 и 90 ("градусов"), и вновь происходит коррекция показаний по фактическому положению антенны.
При достижении угла 0 градусов замыкаются контакт выключателя SA5 (SA4 "Запрет" при этом должен быть в положении, показанном на схеме), и импульс напряжения с уровнем логического 0 через конденсатор С7 и элементы DD2.4, DD3.1 и DD3.2 поступает на входы R всех трёх счетчиков, устанавливая их в нулевое состояние. Одновременно импульс низкого уровня через расширитель на элементах DD11 и DD4.2 воздействует на триггер с тремя устойчивыми состояниями и переводит его в положение "Стоп". При этом на выходе элемента DD13.4 появляется напряжение с уровнем логической 1, зажигается светодиод HL3, реле К3 отпускает контакты и вращение антенны прекращается. Напряжения логического 0 с выхода элемента DD4.2 и логической 1 с выхода DD13.4 подаются на систему звукового контроля остановки антенны (DD15.1, DD12.3, DD12.4). Длительность звучания сигнала зависит от номиналов конденсатора С8 и резистора R33. Логический 0, обязанный появлением замыканию контактов переключателя SA5, поступает также на входы элементов DD4.3 и DD4.4, устройства запрета, которое блокирует кнопку SB1. В результате переход антенны через отметку 0 градусов становится невозможным.
Напряжение логического 0, обусловленное замыканием контактов выключателя SA5, поступает также на один из входов RS-триггера на элементах DD16.4, DD17.1 и переводит его в нулевое состояние, разрешая тем самым работу системы в режиме сканирования. Блокировка этого режима в момент включения устройства необходима для обеспечения возможности согласования действительного положения антенны с показаниями трёхдекадного счетчика.
Если после последнего включения поворотного устройства антенны контакты реле К1 оказались в положении, показанном на схеме, то вся система отработает так же, как описано выше. Однако, направление вращения в этом случае будет противоположным, то есть по часовой стрелке, и по достижении отметки 360 градусов антенна остановится, но в момент замыкания контактов выключателя выключателя SA5 счетчик покажет не 0, а 360 градусов. По окончании звукового сигнала, свидетельствующего об остановке, система готова к работе.
Вручную вращением антенны управляют с помощью кнопок SB1...SB3. При нажатии на первую из них антенна поворачивается против часовой стрелки, на третью - по часовой, замыкание контактов второй останавливает антенну. Если после начала вращения антенны кнопку SB2 не нажимать, антенна повернётся до отметки 0/360 градусов и остановится автоматически.
Если система сканирования (контакты выключателя SA12 замкнуты) выключена, а переключатели SA6...SA8 и SA9...SA11 установлены в определенные положения реальных углов от нуля до 360 градусов (обратите внимание: следует помнить, что при ручном управлении вращением антенны в секторе полного круга 0...360 градусов этими переключателями , следует набирать "несуществующие" в реальности углы, например, любой более 360 градусов - тогда действие этих переключателей на систему будет исключено), антенна, повернувшись на заданный угол, автоматически остановится у заданных вышеназванными переключателями значений (определённый угол в градусах), что, как уже говорилось, удобно при работе одновременно с двумя корреспондентами. В подобном случае одной группой переключателей выбирают направление на одного из них (в градусах), другой - на второго; после работы с первым нажимают соответствующую кнопку пуска, антенна приходит в движение и останавливается в направлении на другого корреспондента.
Погрешность отображения на цифровом табло действительного направления вектора антенны зависит от точности установки частоты задающего управляющего генератора подстроечным резистором R3, наличия в приводе антенны люфтов и воздействия переменных ускоряющих или тормозящих факторов (порывы ветра и т. п.).
Как отмечалось, коррекция показаний цифрового табло при вращении антенны происходит четырежды за один оборот (через каждые 90 градусов), чего на мой взгляд, вполне достаточно для любительских целей. При желании погрешность показаний табло можно снизить, увеличив число коррекций за один оборот до 36 (через каждые 10 градусов, точность показаний при этом повысится в 9 раз!). В этом случае на мачте антенны устанавливают дополнительный диск с 36 выступами (зубцами) и дополнительный концевой выключатель (для конкретности - SA13), срабатывающий при прохождении каждого 10-ти градусного выступа (этот диск можно расположить на мачте в непосредственной близости от диска с выступом, обеспечивающим замыкание концевиков, корректирующих показания через каждые 90 градусов - в этом случае оба диска очень легко "синхронизировать" - добиться одновременного срабатывания концевиков при прохождении антенны контрольных 90-градусных меток по отношению с 10-градусными). При повороте антенны контакты SA13, замыкаясь через каждые 10 градусов, будут сбрасывать показания счетчика DD7 младшего разряда (по входу R - следует развязать его при этом от аналогичных входов микросхем DD5 и DD6 либо диодами, либо логическими элементами, так, чтобы при приходе импульса установки счетчиков в 0 "градусов" он воздействовал сразу на все три счетчика, а при приходе 10-ти градусного импульса коррекции - импульс установки в 0 проходил только на DD7) , и отличие показаний табло от фактического направления антенны будет меньшим.
При работе антенны в режиме сканирования контакты выключателя SA12 должны быть замкнуты. Одно из значений (в градусах) угла, ограничивающего сектор сканирования, устанавливают переключателями SA6...SA8, другое - переключателями SA9...SA11. В этом режиме после нажатия кнопки SB3 (или SB1) антенна начинает поворачиваться в соответствующую сторону и, дойдя до значения угла, набранного переключателями SA6...SA8 (SA9...SA11), останавливается из-за получения триггером с тремя устойчивыми состояниями (DD13.1...DD13.4, DD14.1, DD14.2) импульсного сигнала перехода в режим "Стоп". Этот импульс вырабатывается элементом совпадения DD18.1 (или DD18.2 при повороте в другую сторону), а затем "расширяется" устройством на элементах DD14.3, DD14.4 (DD20.2, DD20.1). Конечная длительность импульса остановки определяется ёмкостью конденсатора С12 (С10), сопротивлением резистора R46 (R48) и введённой части R45 (R47). "Расширение" импульса останова необходимо для получения возможности полной остановки электродвигателя из-за его инерционности.
С выхода элемента DD14.4 (DD20.1) расширенный импульс остановки поступает на систему звуковой сигнализации (DD15.1, DD12.3, DD12.4, VT3) и устройство формирования из него (по спаду) короткого импульса, выполненное на элементах DD19.1, DD19.2, DD19.3, DD15.2 (DD20.2, DD20.3, DD19.4, DD15.3). Через диод VD37 (VD38) этот импульс переключает триггер с тремя устойчивыми состояниями в режим поворота антенны в обратном направлении. При замыкании контактов выключателя SA12 уровень логического 0, возникший из-за зарядки конденсатора С15, переводит систему в режим "Стоп" через элемент DD11. Одновременно элементы DD15.2, DD15.3 оказываются заблокированными, и режим сканирования выключается.
Частота колебаний, вырабатываемых узлом звуковой сигнализации, определяется номиналами резистора R43 и конденсатора С10. Звуковой сигнал появляется каждый раз, когда триггер с тремя устойчивыми состояниями переходит в режим "Стоп". Длительность звучания зависит от сопротивления резисторов R45, R46 (R47, R48) и емкости конденсатора С12 (С14). В режиме сканирования звуковой сигнал звучит гораздо дольше (в течение действия расширенного импульса), что позволяет на слух определить режим работы системы. В режиме "Стоп" светодиод HL3 горит постоянно. При повороте антенны, в зависимости от направления вращения, в такт с "градусными" импульсами мигает либо светодиод HL1, либо HL2.
Для работы блока управления необходим источник с выходными напряжениями 30 (питание приводного электродвигателя), 24...30 (питание исполнительных реле), 5 (питание микросхем) и 200 вольт (питание анодов газоразрядных индикаторов). Реле К1 - поляризованное РПС20 (паспорт РС4.521.751). В качестве К2, К3 применимы любые реле с напряжением срабатывания 20...24 вольта и контактами, способными надёжно коммутировать ток, потребляемый применённым электродвигателем постоянного тока. Головка громкоговорителя ВА1 - 0,1ГД-6 или любая другая мощностью 0,1...1 Вт.
При налаживании блока резистором R3 устанавливают такую частоту генератора "градусных" импульсов на элементах DD1.1 и DD1.2, при которой за полный оборот антенны он вырабатывает ровно 360 импульсов. Необходимую длительность расширенного импульса подбирают в режиме сканирования с помощью подстроечных резисторов R45 и R47, добиваясь полной остановки электродвигателя при каждом поступлении команды "Стоп" (чтобы за время длительности импульса двигатель успевал полностью остановиться). Наиболее приемлемое звучание сигнала добиваются подбором резистора R43 и конденсатора С10.
Рубцов В.П. UN7BV. Казахстан. Астана.
73!