No title

Diagnostické metody v lékaøství a elektronika (ke II. stranì obálky)

ROÈENKA ELECTUS 2006 V TOMTO SEŠITÌ Diagnostické metody v lékaøství a elektronika ................................... 1 Amatérská elektroléèba pøed dávnými èasy ......................... 3 Digitální nf generátor sinusového signálu ....................... 6 Hodiny reálného èasu ......................... 18 Univerzálna sada pre mobilné telefóny ..................... 23 Dvì zajímavá zapojení ....................... 26 Malé aktivní reprosoustavy ................. 27 Diskoblikátko ..................................... 31 Bezkontaktní identifikace .................... 33 Alarm GSMAp1 .................................. 36 Test interního oscilátoru ..................... 40 Pozicionér DiSEqC - XT ..................... 41 Amatérský radioteleskop .................... 47 Radioamatérská událost roku „HOLICE“ ..................................... 52 Procesorové øízení rotátoru ................ 54 Mobilní spojovací prostøedky ès. armády 1945 až 1965 ............. 59

ELECTUS 2006 „Speciál“, roèenka èasopisu Praktická elektronika A Radio Vydavatel: AMARO spol. s r. o.

Redakce: Šéfredaktor: ing. Josef Kellner, redaktoøi: ing. Jaroslav Belza, Petr Havliš, OK1PFM, ing. Miloš Munzar, CSc., sekretariát: Eva Kelárková. Redakce: Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 257 317 311, tel./fax: 257 317 310, sekretariát: 257 317 314. Pøedplatné v ÈR zajišuje Amaro spol. s r. o. - Hana Merglová (Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 257 317 312, tel./fax: 257 317 313). Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje Magnet-Press Slovakia s. r. o., Šustekova 10, 851 04 Bratislava - Petržalka; korešpondencia: P. O. BOX 169, 830 00 Bratislava 3; tel./ /fax (02) 67 20 19 31-33 - predplatné, (02) 67 20 19 21-22 - èasopisy; e-mail: predplatne @ press.sk. Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou poštou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze dne 9. 1. 1996). Inzerci pøijímá redakce - Michaela Jiráèková, Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 257 317 311, tel./fax: 257 317 310(3). Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci).

Internet: http://www.aradio.cz E-mail: [email protected] Nevyžádané rukopisy nevracíme. ISSN 1211-7005, MKÈR 7409 © AMARO spol. s r. o.

V roèence ELECTUS 2004 jsme pøinesli zajímavé pojednání o elektronice používané v lékaøské diagnostice. Pøišlo nìkolik pøipomínek v tom smyslu, že výèet metod používajících elektroniku zdaleka není úplný, což je pochopitelnì pravda. Byly vybrány jen ty skuteènì nejbìžnìjší nebo zajímavé hlavnì z technického hlediska, se kterými se však pacient (ètenáø) nejbìžnìji setkává. Jenže uplatnìní dalších je dnes stále èastìjší a výskyt používaných pøístrojù na lékaøských pracovištích stále bìžnìjší; proto tentokrát pøinášíme ještì doplòující informace z oblasti sonografie a nukleární medicíny, jejichž význam v posledních øeknìme 15 letech neobyèejnì vzrostl hlavnì poté, co se na lékaøská pracovištì dostaly kvalitní pøístroje. Dlužno však podotknout, že elektronika zaujímá stále významnìjší pozici - podívejme se napø. na dnešní laboratorní metody rozborù krve atd. Používané obvykle jednoúèelové pøístroje obsahují mnoho elektronických prvkù, znaènì urychlují práci se zkoumanými vzorky a omezují vliv lidského èinitele na výsledné hodnoty. Elektroniku dnes najdeme u gastroskopù èi rektoskopù, kde pomáhá lékaøùm zvìtšit pozorovaný objekt, dokonce pacient samotný mùže na obrazovce sledovat prùbìh vyšetøování. Zesilovaèe obrazu u rentgenových pøístrojù umožòují omezit intenzitu rentgenového záøení, aby pacienta co nejménì ohrožovalo. Mùžete se zeptat diabetikù, jak je dnes snadné zjistit momentální hladinu cukru v krvi. Na jednotlivých nemocnièních oddìleních dnes stìží najdete takové, kde by elektronika nemìla uplatnìní.

Sonografie je jedna z moderních vyšetøovacích metod, které doplòují zobrazovací možnosti hlavnì rentgenového vyšetøení, pøípadnì vyšetøení na tomografu. Na rozdíl od tìchto metod je to však vyšetøení, které nemá žádné negativní vlivy na buòky lidského tìla. I když moderní rentgenové pøístroje jsou ve srovnání s tìmi, které se používaly øeknìme pøed 50 lety, nesmírnì šetrné (vìtšinou se používá snímkování na citlivé filmy a pro pøímé pozorování se používají zesilovaèe obrazu, takže se doba osvitu zkracuje na krátký interval a intenzita rtg záøení je o mnoho nižší), pøece jen rtg ozáøení má na organismus negativní vliv vždycky. Naproti tomu je ultrazvukové vyšetøení zcela bezpeèné, takže je možné dokonce sledovat a vyšetøovat i lidské zárodky v prenatální dobì (viz obr. na vedlejší stranì obálky). Øeknìme si ale nìco o principu této metody. Spoèívá v jevu, který využívají dokonce nìkteré druhy v øíši zvíøat - napø. netopýøi, kteøí za letu vysílají do prostoru zvukové vlny z oblasti ultrazvuku, citlivými receptory zachycují jejich odrazy od okolních pøedmìtù a tak se orientují v prostoru i za úplné tmy. I když se pro sonografii ujal i èeský název ultrazvukové vyšetøení (a dokonce v mnohých odborných èasopisech najdeme matematické vztahy z oboru akustických kmitoètù), diagnostické pøístroje mají daleko blíže k principu radaru než sonaru, který skuteènì využívá akustické kmitoèty v oblasti

Electus

2006

pro lidské ucho již neslyšitelné. Používané kmitoèty u vìtšiny sonografù jsou totiž v rozmezí 1 až 20 MHz, u speciálních až 40 MHz, s opakovacím kmitoètem od desítek Hz po desítky kHz. Jedná se tedy o impulsy z oblasti rádiového, nikoliv akustického spektra. Teprve pøi prùchodu tkánìmi se délka vlny (λ) mìní v závislosti na vodivosti, pøibližnì podle vzorce λ λι = ——— , 30 σ kde σ je vodivost prostøedí v jednotkách [S/m], a na rozhraní prostøedí s odlišnou vodivostí nastává èásteèný odraz. Platí, že èím je použitý kmitoèet nižší, tím hloubìji proniká vysílaný signál do organismu. Signály generované s nejvyšším kmitoètem (kolem 40 MHz) se proto mohou využít jen k pozorování rùzných útvarù na kùži nebo podkožních cév, nebo zøetelné odrazy lze získat z hloubky nejvýše 5 až 10 mm. Kmitoèty kolem 20 MHz se používají napø. k oèním vyšetøením, kolem 8 MHz k vyšetøení napø. prostaty a pro hluboko uložené orgány, jako jsou ledviny nebo játra, je nutné využívat kmitoèty kolem 2 až 3,5 MHz, které dávají zøetelné odrazy ještì z hloubky 25 až 15 cm. Zdrojem vf impulsù a obrácenì i detektory odražených signálù jsou speciální keramické krystaly, pracující na piezoelektrickém principu, z materiálù, jako je bariumtitanát, titanát olova, slouèeniny zirkonu ap. Ty jsou umístìny v sondách (viz obr. na vedlejší stranì obálky) - nejèastìji zevních, ale známe i speciální sondy napø. endoskopické, vaginální (tìmi lze pozorovat lidské zárodky již v nìkolika týdnech po oplodnìní vajíèka) ap. Zevní sonda se pøitiskne na kùži pacienta v místì zkoumaného orgánu a aby nedocházelo k nežádoucím odrazùm na rozhraní vzduch-kùže, používá se k vyplnìní mezer speciální gel. Nìkteré orgány (jícen, žaludek) jinak než endoskopickými sondami ani prohlížet nejde, nìkteré orgány (plíce, mozek, nervy) se sonografickou metodou prakticky prohlížet nedají. Vysílaný signál prochází až ke zkoumanému orgánu. Èást vyslané energie se mìní na teplo, èást se odráží zpìt k sondì, a to na rozhraní, které má jinou „impedanci“ - øeknìme radìji jinou hustotu. Èím je rozdíl hustot vìtší, tím je odraz mohutnìjší, pøi èernobílém zobrazení zís-

1

ñ

ñ

káváme obraz v rùzných odstínech šedi. Energie vysílaná sondou je minimální v oblasti 100 mW/cm2, takže ani pøi dlouhodobém pozorování nedochází k mìøitelnému zvýšení teploty zkoumaného orgánu. Snadno lze sonografem zmìøit velikost zkoumaného orgánu (ledviny, prostaty, nádoru) a pøi opakovaném vyšetøení zjišovat zmìny. Pochopitelnì, že jak se vyvíjela technika, mìnily se i sonografy. Ty pùvodní pracovaly v tzv. A-módu, kdy byl signál vysílaný kontinuálnì a stejnì tak odražený kontinuálnì zesilován a zobrazován. Dnes se pøístroje na tomto principu prakticky nepoužívají, nebo zesílení signálu bylo omezené (ovlivòování detekèního prvku vlastním vysílaným signálem). Bìžnì se nyní používají pøístroje pracující v tzv. B-módu s šíøkovou modulací vysílaných impulsù, nebo M-módu (zobrazení na èasové ose), pøípadnì s kombinací obou. Pøi pozorování cév se využívá i Dopplerova principu, a tak lze napø. pøi zobrazení proudící krve zjistit rychlost jejího proudìní a prùtoènost. Navíc lze získané výsledky elektronicky „obarvit“, takže výsledný obraz je pro zkušeného lékaøe pøehlednìjší. Ponìvadž je celý proces zpracováván digitální technikou, jednotlivé snímky lze uložit na delší dobu a tak napø. identifikovat zmìny, nastalé mezi jednotlivými vyšetøeními.

Nukleární medicína je pomìrnì nový lékaøský diagnostický obor. Jeho zaèátky spadají øádovì do poloviny 40. let minulého století, kdy se nìkteøí výzkumní pracovníci, kteøí pracovali v kalifornském Los Alamos, zaèali zabývat i jiným uplatnìním nukleární fyziky, než bylo její vojenské využití. Byly vyvinuty první urychlovaèe èástic a prvou zmínku o jejich možném využití v lékaøství bychom našli v roce 1946 u R. R. Wilsona, i když v daném pøípadì šlo nikoliv o náznak diagnostické metody, ale o možnost znièení nìjaké tkánì, nejèastìji nádorové. Hlavní problém, který bylo tøeba øešit, bylo co nejpøesnìjší nasmìrování èástic, problém, na jehož øešení se pracuje dodnes. V této oblasti je tøeba se zmínit také o dnes používané protonové terapii, která hlavnì v souèinnosti s možnostmi poèítaèové tomografie dokáže nièit postiženou tkáò s velkou pøesností. Ale vìnujme se oblasti diagnostiky. U nás zaèala éra nukleární medicíny nìkdy v polovinì 60. let na výzkumných pracovištích a od zaèátku 70. let na klinických pracovištích. Pøesto má dodnes oddìlení nukleární medicíny mezi pacienty nádech nìèeho tajemného; vìtšina tìch, co jsou tam odesíláni na vyšetøení, má z poèátku obavu, že takové vyšetøení patøí k jejich posledním. Jenže dnes se jedná o vyšetøení bìžná i ve vìtšinì nemocnic okresního typu, nebo na rozdíl od diagnostické radiologie (rentgenologických vyšetøení) umožòuje nukleární medicína zkoumat metabolismus a funkce orgánù - z bìžných onemocnìní se napø. zkoumají poruchy funkce ledvin a dnes má uplatnìní dokonce i v psychiatrii. Ani nadmìrné zátìže radiací se není tøeba obávat, ozáøení je srovnatelné s bìžným rentgenovým ozáøením. (V prùbìhu roku obdrží každá osoba urèitou dávku radioaktivního záøení - z toho je asi 85 % tzv.

2

Obr. 1. Pohled na gantry pøístroje pro pozitronovou emisní tomografii pøírodní radiace, zbytek je z nejrùznìjších - i domácích - zdrojù, jako jsou napø. barevné obrazovky televizorù, monitorù atp.). Zatímco u rentgenového èi tomografického vyšetøení se používá vnìjší zdroj generující záøení schopné pronikat tkánìmi, pøi vyšetøování vnitøních orgánù na oddìlení nukleární medicíny se nejèastìji nitrožilnì do krevního obìhu vpraví radioaktivní látka, obvykle vázaná na takovou látku, kterou zkoumaný orgán zpracovává. Aktivní látkou je nejèastìji radioaktivní technecium Tc99m, které má velice krátký poloèas rozpadu (asi 6 hodin). Tuto látku si specializované oddìlení nukleární medicíny samo vyrábí v tzv. molybdentechneciovém generátoru. Existují ovšem pro speciální vyšetøení i jiné látky, souhrnnì se nazývají radiofarmaka. Vlastní pøístroj, tzv. gamma kamera (setkáte se i s názvem scintilaèní kamera) pak po urèitou dobu zaznamenává dopad jednotlivých èástic záøení (fotonù) na tzv. scintilaèní detektor, tvoøený soustavou z jodidového krystalu, který je aktivován sodíkem, a fotonásobièe. Jeden z technických problémù, který bylo tøeba øešit, je skuteènost, že zkoumaný objekt nevyzaøuje samotný; s rùznou intenzitou záøí i okolní tkánì, do kterých se aktivní látka dostala s krví, a navíc jednotlivé èástice záøení jsou „vystøelovány“ do všech smìrù. Obraz, který bychom dostali bez pøedchozí úpravy, by byl jako jednolitá záøící plocha. Proto je zapotøebí (øeèeno velmi zjednodušenì) mezi vyšetøovaného pacienta a vlastní detektor vložit nìco, co propustí pouze èástice letící vùèi sobì rovnobìžnì a vùèi ploše detektoru kolmo. Tím je tzv. kolimátor s voštinovou strukturou, který propustí výhradnì èástice, dopadající na nìj kolmo. Na jeho kvalitì pak závisí koneèný výsledek vyšetøení. Opìt zjednodušenì si tuto èást mùžeme pøedstavit jako soubor rovnobìžnì poskládaných tenkých trubièek z materiálu pohlcujícího svìtlo. Jestliže na takovouto voštinovou vrstvu pustíme svìtlo z boku, trubièkami neprojde. Teprve když na ni posvítíte kolmo, svìtlo prochází témìø s nezmenšenou intenzitou. Zmínìný kolimátor pracuje obdobným zpùsobem. Jednotlivé radioaktivní èástice dopadají na detektor, který zaznamenává poèet èástic, které dopadly na jednotlivé jeho body za urèitý èasový úsek. Po dosažení urèitého celkového poètu èástic se získaný obraz vyhodnocuje. Laik ze zmìti barevných bodù (barevnì je odlišen poèet èástic, které dopadly na daný bod, pøi èernobílém zobrazení rùznými odstíny šedi by rozdíly byly ménì zøetelné) nemù-

Electus

2006

Obr. 2. PET - barevné zobrazení mozku s nádorem

Obr. 3. Rozdíl mezi PET zobrazením klasickým (vpravo) a s dodateèným poèítaèovým vybarvením že rozpoznat nic - odborný lékaø však je schopen vyhodnotit získaný obraz (tzv. scintigrafický nález neboli scan) velmi pøesnì, urèit napø. nedostateènou funkci orgánu, lokalizovat nádor ap. To, co bylo zatím popsáno, je tzv. statická metoda získání obrazu vyšetøovaného orgánu. Je však i jiná možnost, tzv. metoda prvního prùchodu (seriografie), kdy se po delší dobu periodicky zaznamenávají jednotlivé obrazy a vyhodnocují se na nich postupné zmìny. Ty nejjednodušší pøístroje dávají obvykle dvojrozmìrný obraz (planární zobrazení). I zde pochopitelnì technika kráèí kupøedu a postupnì se pøístroje zdokonalují. Rozvoj v této oblasti je velice rychlý a postupnì byly nalézány další možnosti napø. využití principu tomografie k získání dat pro registraci vyzaøování cílenì podávaných radioizotopù (tzv. pozitronová emisní tomografie - PET; v pøípadech, kdy radioizotop vyzaøuje pøi rozpadu pozitrony, pracuje na tom principu, že se pacientovi vstøíkne radioizotop s vlastnostmi cukru - nádor má znatelnì vyšší spotøebu cukru, a tudíž podstatnì více vyzaøuje než okolní zdravá tkáò) nebo fotonová emisní tomografie - SPECT, využívající izotopy vyzaøující pøi rozpadu fotony. A k tomu mohutný rozvoj výpoèetní techniky a matematických zobrazovacích metod umožòují stále dokonalejší zobrazení zkoumaných objektù. Právì u pozitronové emisní tomografie pøedpokládáme do budoucna nejvìtší rozvoj a uplatnìní. Za pøipomínky a doplòky dìkuji bývalému primáøi oddìlení nukleární medicíny nemocnice v Pøerovì, MUDr. Miloslavu Sušilovi. Nìkteré snímky byly použity z webových stránek Èeské spoleènosti nukleární medicíny. QX

Amatérská elektroléèba

pøed dávnými èasy RNDr. Ivan Šolc, OK1JSI Blesk dovede zabít, ale praèlovìkovi také zapálil užiteèný oheò. Už pøed 5 tisíci let se léèily ochrnuté osoby koupelí v nádrži, kde plaval rejnok elektrický. Úèinky jeho elektrických ran byly blahodárnì léèivé, této terapie s úspìchem používaly i hlavy státù. Možná to zlepšovalo i politický rozhled. Novìjší bádání v oboru elektøiny a magnetismu (od 16. a 17. století) oživilo také zájem o využití pøi léèení nemocí. V druhé polovinì 18. století zazáøil na lékaøském nebi Franz Anton Mesmer léèením pomocí magnetu. Z jeho úspìchù se brzo vyvinula terapie duchovními silami, kterou si Mesmer zjednal v historii medicíny trvalé místo. V lidovém léèitelství ale v úplných zaèátcích pøevládala franklinizace (to jméno je novìjší, podle B. Franklina), èili léèení nepatrnými proudy vysokého napìtí, pøivádìného do tìla tichým výbojem. Prastarý návod na domácí aparaturku je na obr. 1. Podobné dokonalejší pøístroje viz napø. film Postøižiny. Kupodivu ale tohle nádherné efektní léèení se neudrželo, pøevládly metody støízlivìjší. Léèení stejnosmìrným proudem, nebo pozdìji pulsy stejnosmìrného proudu, to je galvanoterapie. Ta mìla široké pole pùsobnosti a dosud pøináší i oficiální medicínì dobré výsledky. Venkovští léèitelé si brzo poradili. Zakopali pøed oknem do vlhké pùdy kus mìdi (+) a poblíž starý pozinkovaný plech (-), vedli od nich do svìtnice dráty a tam je pøipojili na elektrody umístìné na tìle pacienta. Èasem se ustálil tvar elektrod takový, že se z bìžného klempíøského pozinkovaného plechu ustøihl pásek široký asi 4 cm a dlouhý 20 až 30 cm. Okraje plechu se mírnì zdvihnuly, aby neøezaly do tìla, a plech se ohnul do kruhového oblouku tak, aby ho bylo možno tøeba nasadit na stehno, paži, krk atd. Od plechového pásku vedl ohebný pøívodní kablík. Elektroda se ovinula obinadlem, které se pak namoèilo. Druhá elektroda byla malá, také z pozinkované-

Obr. 1. Tøecí elektrika z vinné láhve. Užívala se amatérsky pro franklinizaci. Láhev se otáèí ruènì klikou, dole se tøela o kožený polštáøek, pøitlaèovaný pružnými péry. Elektøina se výbojem odvádí sbìraèem H, z nìjž se nabíjí Leydenská láhev. Z ní tichým výbojem na pacienta

Obr. 4. Léèení pulsní galvanoterapií

Obr. 2.

Obr. 3. Wohlmuthova galvanoterapie ho plechu, ale pøipevnìná na konci døevìného držadla (obr. 2). I tato elektroda se obalila obinadlem a namoèila (jen ten plech!). Ta se pøikládala na urèené místo. Obvykle bývala tato elektroda kladná, protože kladný pól uklidòuje i léèí. Záporný pól pùsobí spíš dráždivì, což je obèas také užiteèné. Proto už v zaèátcích i amatérské pøístrojky mívaly dùmyslný komutátor, kterým bylo možné operativnì pøehodit polaritu elektrod. Dokonalou aparaturou tohoto typu byl ve dvacátých letech minulého století pøístroj Wohlmuthùv: byl napájený galvanickými èlánky, kde s odstupòováním po 1,5 V bylo maximální napìtí 9 V. Zapojení odpovídá obr. 3, ve výstupu je vložen miliampérmetr s rozsahem do 10 mA. Wohlmuth ukázal možnosti galvanoterapie velmi dùkladnì a sepsal je v obsáhlé knížce. Je zajímavé, že i lidoví amatéøi došli k øadì podobných poznatkù. Úèinné jsou pro léèení slabé proudy. Nejèastìji to bývá do 5 mA, ale úèinky mají i proudy okolo 100 μA. To už je v podstatì galvanohomeopatie. Ale amatéøi pøišli i na to, že výborné výsledky má pulsní galvanoterapie. Pøi tom se používal rotaèní mechanický pøerušovaè s klièkou. Takové starodávné léèení vidíte na obr. 4. Je ovšem už zmodernizované použitím tøí plochých baterií, takže lze napìtí stupòovat až na 13,5 V. Do série se vkládá vhodný odpor R, kterým se omezuje žádaný proud (lidské tìlo mívá v takové úpravì odpor kolem 50 kΩ). Rezistor Rp na obr. 3 je zajištìním proti zkratu. Místo mìøidla lze použít svítivou diodu. Proè je tak úèinná pulsní metoda? Vysvìtluje to pomìrnì nový fyziologický zákon Batesonùv: Naše vnitøní vnímání vnìjšího pùsobení je úmìrné èasové

Electus

2006

derivaci prùbìhu tohoto vnìjšího podnìtu. Správnost Batesonova zákona dotvrzuje napø. jednotvárný zvuk. Šumí nám v uších, ale už to nevnímáme. Ani nevnímáme pravidelnì tikající hodiny. Drastický je Batesonùv pokus s žábou. Dal ji do mísy s vodou a vespod zapnul vaøiè. Žába brzo vyskoèila. Pak vodu ohøíval velmi pomalu, zmìna byla velmi pozvolná, tedy èasová derivace skoro nula. Žába se v misce zaživa uvaøila. Pøi galvanoterapii probíhá také iontoforéza, èili pøenos iontù elektrickým stejnosmìrným proudem. Ve fyzice se tomu øíká elektrolýza. Profesor Schatzski zahajoval pøednášky o iontoforéze tímto pokusem (obr. 5): Ve vyvrtané dutinì v bramboru je roztok KJ. Platinové (z nouze obyèejné) jehly pøipojíme na plochou baterii. Po èase brambor rozøízneme a u anody uvidíme modrý obláèek, který vznikl reakcí jódu se škrobem. U katody se hromadil KOH. Dokážeme jej kapkou fenolftaleinu rozpuštìného v lihu. Oblast kolem katody zèervená. Právì takové dìje probíhají vlivem iontoforézy v lidském organismu pøi galvanoterapii. Kdybychom chtìli iontoforézu potlaèit, musíme obèas pøepínat polaritu elektrod komutátorem. Galvanizace posiluje nervovou soustavu, potlaèuje tvorbu jizevnaté tkánì, léèí øadu neduhù pøímo i nepøímo. Pøi tom anoda (+) tiší bolesti a hojí. Aplikujeme ji co nejblíže nemocné oblasti, obvykle má držadlo pro ruèní pøikládání. Opìt je obalena navlhèeným textilem. Katoda je rozmìrnìjší, pøikládá se upevnìná na šíji, na køíž, hrudník, stehno apod. Galvanizace léèí zánìty, revmatické potíže, hypertrofie, ochablost. Tak napø. úbytek potence doporuèoval Wohlmuth léèit katodou na šíji, anoda na temeno i v jiných partiích. Proud 1 mA po dobu 5 min 3x týdnì. Varianta anoda na žaludek, katoda objíždí ústí penisu. Proud až 2 mA, doba 10 min. Obèas možno komutovat. Podobnì uvádí Wohlmuth pøedpisy pro nemoci zažívací, dýchací, jaterní, ledvinové, oèní, krèní, pohybové atd. Kdybyste si sestavili galvanoterapický pøístrojek, jako je na obr. 4, pak jej vy-

Obr. 5.

3

ñ

ñ

zkoušejte nejdøíve takto: Jednu elektrodu, tu velkou, dejte napø. na nohu, malou, terapeutickou, dejte na tváø. Když toèíte klièkou pøerušovaèe, cítíte brnìní. Pak pomalu pøekládejte tuto elektrodku blíž k oku, až se vám v oku objeví svìtelné záblesky. Staèí, když není v okolí pøíliš silné svìtlo, záblesky jsou dostateènì intenzivní. To je názorný pøíklad pulsního dráždìní oèního nervu. Tak podobnì se pøi terapii dráždí a probouzejí i nervy ostatní. Tøeba pøikládáním na tváø se léèí obrna lícního nervu, na krk zpøedu nìkteré nemoci štítné žlázy apod. Podrobnosti najde zájemce v lékaøské literatuøe. Tady musím vzpomenout na svou dávnou spolupráci s prof. Stockým z lékaøské fakulty v Brnì. Ten zkoumal pro diagnostické a neurologické úèely, jakou nejvyšší frekvenci zábleskù èlovìk ještì vnímá okem jako kmitání, než se to spojí v souvislé svìtlo. Chtìl to zjišovat v rùzných barvách, pro 7 vlnových délek ve viditelném spektru. Výsledky byly velmi zajímavé a prý to byl opravdu neèekaný pøínos pro diagnostiku závažných nemocí. Jaký je tedy nejvyšší kmitoèet tohoto blikání, který ještì vnímáme jako záblesky? Mùžete si to zkusit. Jen pøi nìkterých nemocech je to ménì než 20 za vteøinu a nikdy to nedosáhne 50 Hz. Stocký tenkrát øíkal, že tato zjištìní platí pro všechny pulsní terapie, vèetnì magnetoterapie. Proto nemá cenu poèet pulsù zvyšovat pøes 50 Hz. Je ještì další pohled na úèinky rùzných frekvencí z hlediska biologického. Výsledky dlouhodobých výzkumù shrnuje tab. 1. Podle nových zveøejnìných výzkumù je pravdìpodobné, že galvanoterapie a stejnosmìrná, nebo pulsní má nìkteré dosud nedocenìné možnosti. Kromì iontoforézy pøi ní probíhají také závažné dìje na koneèné i molekulární úrovni, ale to nechme budoucnosti.

Faradizace Pøi ní jde výhradnì o pulsní proudy, jejichž úèinky cítíme jako mravenèení, brnìní, škubání. Napìtí bývá vyšší, 50 V až 200 V, proudy opìt velmi malé. Zvláštní extrémní pøípad faradizace jsou elektrošoky. Jak se dá dnes vyrobit faradizaèní pøístrojek. Takový malý, ale funkèní býval k dostání v hraèkárnì. Jako pøerušovaè sloužilo Wagnerovo kladívko, intenzita se øídila mosaznou trubièkou, zasouvanou mezi primární a sekundární vinutí. Zdrojem byla baterie 4,5 V. Dnes už takovou „hraèku“ nedostaneme. Pokud však toužíte po faradizaci, jde to improvizovat. Tab. 1. Biologicky úèinné frekvence Hladina Super beta Beta Alfa Infra alfa Schumannova rezonance Theta Delta

f (Hz) >30 14 až 30 8 až 13 7,9 až 9,6 7,83 4 až 4 0,5 až 3

Obr. 6. Jednoduché staré zapojení pro faradizaci Dobøe se hodí výstupní transformátorek od reproduktoru lampového pøijímaèe. Jeho vinutí jsou nìkdy oznaèena tøeba jako 7000 Ω a 4 až 6 Ω. Takových transformátorkù je ještì dostatek, najdou se obèas i na smetišti. Pak to zapojíme jednoduše podle schématu na obr. 6. Žárovièka v primárním okruhu omezuje proud na žádanou hodnotu. Nejslabší prodejní žárovièky jsou 6 V, 0,1 A. Proud ve výstupním vinutí bude úmìrnì nižší podle pomìru závitù obou vinutí. Pøi bìžném výstupním transformátorku to velmi dobøe odpovídá hodnotám žádaným pro faradizaci. Mechanické pøerušování – otáèení klièkou – je sice pracné, podle žádané frekvence musíme držet otáèky, ale ve starých dobách se èasto používalo místo Wagnerova kladívka. Je to totiž velice spolehlivé, prakticky naprosto bez poruch. Lze snadno mìnit frekvenci a navíc mùžeme tuto frekvenci jaksi modulovat – zvyšovat a snižovat otáèky, což má zjistitelný stimulaèní efekt. Faradizaèní pulsy jsou výborné pro rùzné bolesti v kloubech, v zádech i v nervové soustavì. Hlavní frekvence souvisí s biologickou frekvencí alfa, což je tedy 8 až 13 Hz. Pøi vhodném poètu høebíkù v pøerušovacím koleèku (obvykle 8 až 10) to snadno dodržíme. Pøíkladem moderního pulsátoru s tranzistory je zapojení Abrahamovo – Blochovo. Postupem èasu se už døíve vyrábìly elektrizaèní aparáty kombinované, jak pro stejnosmìrnou nebo pulsní galvanoterapii, tak i pro faradizaci. Jeden z nejdokonalejších byl tonizátor podle MUDr. Ebela. (Prototyp byl vyrábìn v roce 1927.) Zvláštností byl promìnný odpor v primární vìtvi, který se mìnil periodicky rotujícím kontaktem. Tuto rotaci obstarával gramofonový motorek s pøevodem do pomala. Jako pøerušovaè tam bylo Wagnerovo kladívko s posuvným závažíèkem pro zmìnu frekvence. I když dnes postoupila elektronika díky polovodièùm neèekanì kupøedu, øíkají pamìtníci – terapeuti, že z nìjakých dùvodù mìly ty staré pøístroje lepší výsledky. Ebelùv tonizátor byl vynikající. Jeho autor pøikládal k pøístroji poctivý seznam hlavních dosažených výsledkù a obsáhlý popis použití pro 62 hlavních ne-

mocí. Moji rodièe pracovali i s galvanoterapií podle Wohlmutha i s Ebelovým tonizátorem. Dosažené výsledky si velice chválili. Oba pøístroje byly prakticky bez poruch. TESLA svého èasu vyrábìla tzv. Elektrostimul pro elektroakupunkturu i pro možnost jiné elektroterapie. Jeho cena byla bez problémù dostupná. Dnes je v prodeji zmodernizovaná verze.

Magnetoterapie I ta má prastarou historii. Vždy magnetovec znali lidé už ve starovìku, i jakousi improvizaci kompasu s magnetovcem plovoucím na prkénku. Skoème však pøímo do souèasnosti. Inzerují se magnetické náramky i náplasti, prodává se léèebný pulsátor v nìkolika variantách. Funguje to? Jistìže ano. Delší èas ale byly výhrady, že stabilní (feritové) magnety nemohou fungovat. To proto, že se elektromagnetický efekt podle Faradayova zákona projeví jen tehdy, když se magnetické pole mìní. Èím se mìní rychleji, tím vìtší se vzbudí elektrické napìtí. Co tedy ten náramek? Nebudeme vás napínat. Pole feritù je sice stálé, ale v cévách a žilách proudí krev. Takže se èásteèka krve blíží, vstoupí do nejvìtšího magnetismu a zase se vzdaluje. Je to totéž, jako by se pole mìnilo. Proto to funguje. Když to ale chcete zesílit, je dobré vyrobit magnetické pulsy, krátké a dostateènì silné. To trvalý magnet neumí, musíme použít elektromagnet. Staèí cívka navinutá izolovaným drátem nebo i cívka s vloženým železným jádrem. Tyhle aparáty mají mladší historii, proto se zmíníme o nejjednodušším pøístrojku, který funguje a který vyrábí pulsy, které odpovídají tomu, co po dlouhých zkušenostech s pacienty zjistil MUDr. Jiøí Chvojka. Plánek zapojení je na obr. 7. Protože je pulsátor zapojený pøímo na sí, musí být od sítì oddìlen transformátorem 220 V/220 V. Kmitoèet pulsù se øídí odporem 1,5 MΩ. Používá se v rozsahu 2 Hz až 30 Hz. Optimum je pøi rytmu alfa, tedy asi mezi 7 Hz a 12 Hz. Cívka se pøiloží na bolavé místo a aplikuje se 5 min až 30 min 1x dennì, nejvýš krátkodobì 2x dennì. Léèí bolestivé stavy, pøedevším pohybového ústrojí, ale i øadu nemocí neurologických a interních. Vynecháme teï ještì rùzné zlepšené varianty elektro- a magnetoterapie. Byly to tøeba silnìjší induktorky s napojenými Geislerovými trubicemi, které svítily a souèasnì elektrizovaly (už vzpomenuté Postøižiny). Používají se i komorové láznì, kde místo navlhèených textilních elek-

~

Stav stresy bdìlost pøirozený stav, uvolnìní léèivý rytmus rytmus jádra Zemì pøedstavivost kolébka života

~

Obr. 7. Zapojení magnetického pulsátoru Pozor, ve schématu není zakreslený bezpeènostní oddìlovací transfornátor 1 : 1!

4

Electus

2006

Obr. 8. Elektroterapie rádiovým pøijímaèem. P – pøijímaè, R – vývody k reproduktoru, D – dioda, E – terapeutické elektrody trod se úd ponoøí do nádoby s vodou, v níž je vedena elektroda. Také se do kontaktní kapaliny pøidávají rùzné látky, které pak elektrolýzou pronikají do organismu, což mívá znaèný léèivý úèinek (viz pokus s bramborem). V tomto pøípadì ovšem použijeme klasické nepøerušované galvanoterapie (obvykle s proudem okolo 1 mA). Ale ještì jednu metodu si pøece nenecháme ujít. Je dost stará, ale dokonale zapomenutá, snad se o ní ani nepsalo:

Elektroterapie rozhlasem Nebudeme vás napínat. Když máte rádio, které má elektricky bezpeèný výstup pro druhý reproduktor (tøeba staré, lampové), pak upravíte svùj pokus podle obr. 8. Prostì napájíte elektrody na tìle usmìrnìnými pulsy, které odpovídají øeèi nebo hudbì. Pomalá hudba s výraznými údery bubnù je vynikající. Zase naøídíme maximální výchylky proudu do 5 mA a podle potøeby mùžeme polaritu komutovat (èili pøehodit póly + a -). Je to terapie velmi úèinná, ale doporuèuje se možnost samostatnì zeslabit reproduktor v pøijímaèi, aby jen šeptal. Zvukový doprovod má být jen jemný doplnìk. Mùžete si pustit pøednes básnì, zpìv, hudbu. Nedoporuèují se politické projevy, divoká moderní hudba, hororové hry. Klasická pohádka s dobrým koncem se osvìdèuje. Dokonce v prvních dobách rádia se objevila možnost pøipojit terapeutické elektrody na krystalku! Proudy jsou tam malinké, spíš v mikroampérech, ale podle osvìdèeného receptu velmi slabé proudy pùsobí navíc homeopaticky. Pøi tom je to bez sítì, bez baterií. Prostì zadarmo.

Obr. 9. „Lékaøská prohlídka pomocí paprskù Roentgenových“

Pak už jsou tu opravdu profesionální aparáty, diathermie, rùzné speciální aparatury a všechny možné varianty rentgenu, vèetnì CT (lidovì tunelu). To je zcela mimo léèitelské obory. Ale pøece nìco: Nemùžeme vynechat dobový obrázek, starý témìø 100 let, jak se døíve vyšetøovalo rentgenem (obr. 9). Musím potvrdit, že když otec vyšetøoval na svém rentgenu od Siemense plíce dìdeèka, také tam stavìl židlièku. Však už to bude tøi ètvrti století.

Závìr Mùžete vyzkoušet rùzné varianty elektroléèby. Když tøeba místo terapeutické elektrody pøipojíte ke galvanizaènímu pøí-

stroji tupý hrot, je z toho elektropunktura a dají se tak urèovat citlivé body. (Použijte jen malé proudy!). Ale i to, že se do takových pokusù pustíte, už samo léèí. Každá èinnost, zvláštì zajímavá a užiteèná totiž odvádí pozornost od choroby, choroba se cítí neocenìná, je rozmrzelá a odchází. Pøeji dobré zdraví a vnitøní pohodu.

Pozn.: Redakce v žádném pøípadì neruèí za pokusy ètenáøù na lidském tìle - vše je na vlastní nebezpeèí, stejnì jako následující fyziologický voltmetr.

Fyziologický voltmetr Èili jak poznáme snadno a rychle napìtí transformátoru bez pomocných mìøicích aparátù. (Kresba Buchar – patrnì z èasopisu Radioamatér, kolem roku 1931)

Electus

2006

5

Digitální nf generátor sinusového signálu s malým zkreslením aneb sinus bit po bitu František Andrlík, OK1DLP Èasto vede k cíli nìkolik zcela rùzných cest. Bývá tomu tak i pøi vývoji elektronických zapojení. Pøi návrhu generátoru sinusového signálu pro rozsah zvukových kmitoètù musíme respektovat požadavek malého zkreslení, dostateèné stability kmitoètu i výstupního napìtí a snadné pøeladìní kmitoètu. To vše lze nejsnáze dosáhnout cestou digitální tvorby signálu, která se vyznaèuje dokonalou amplitudovou stabilitou, velmi malým zkreslením a dobrou reprodukovatelností.

Úvod Vìtšina zapojení nf generátorù byla na stránkách našeho èasopisu mnohokrát pøedstavena. Struènì se seznámíme s jejich výhodami a nevýhodami. Nejèastìji se vyskytují zapojení sinusových oscilátorù na základì zesilovaèù se zavedenou kladnou zpìtnou vazbou. Nejznámìjší jsou oscilátory na bázi Wienova mùstku, u kterých se rozsah kmitoètù pohybuje od 1 Hz do 1 MHz, stabilita amplitudy nebývá valná a zkreslení se pohybuje pøibližnì okolo jednoho procenta. Kmitoèet se mìní dvojitým potenciometrem nebo dvojitým ladicím kondenzátorem - duálem. Kondenzátor má daleko lepší mechanickou stabilitu a soubìh kapacit, takže je èastìji používán v továrních zaøízeních. V amatérských oscilátorech je naopak používán dnes dostupnìjší dvojitý potenciometr. Velká nevýhoda tìchto oscilátorù je v tom, že potøebují nìjaký èas k ustálení amplitudy nastaveného signálu pøi pøelaïování. Je to dáno setrvaèností prvku použitého v záporné zpìtné vazbì, který stabilizuje amplitudu výstupního napìtí, což bývá nejèastìji žárovièka, perlièkový termistor èi tranzistor FET, sloužící jako promìnný odpor ve smyèce záporné zpìtné vazby. Další typ je generátor s posuvem fáze, který se vyznaèuje podobnými vlastnostmi jako oscilátor pøedchozí a zapojením je mu velmi podobný. Ve smyèce kladné zpìtné vazby jsou zde fázovì posouvající èlánky RC a ve smyèce záporné vazby je opìt nelineární zpìtnovazební prvek. Výhody a nevýhody jsou stejné jako u pøedchozího typu. Ménì známé jsou oscilátory s negativním odporem, který odtlumuje obvod LC, se kterým je zapojen v sérii, a zabezpeèuje tak nasazení vlast-

6

ních kmitù. Tyto generátory vyžadují vysokou jakost obvodù LC a jsou vhodné pro kmitoèty nad 1 kHz, spíše se však hodí pro kmitoèty øádu MHz. Vyžadují použít tìžko dostupné souèástky se záporným odporem, jako jsou napø. tunelové diody. Èasto používané krystalové oscilátory se vyznaèují vysokou stabilitou, minimální rozladitelností a rozsahem kmitoètù od 100 kHz do 200 MHz. Pro audio generátory proto nejsou vhodné. Jako mechanický a dávno v elektronice nepoužívaný generátor je možné považovat mechanickou ladièku èi kmitající jazýèek, jehož kmity jsou snímány indukèním snímaèem. Pøeladìní není možné a stabilita kmitoètu je dobrá. Z mechanických generátorù jmenujme ještì princip rotujícího ozubeného kola s konstantními otáèkami a indukèním snímaèem, na jehož výstupu je signál, který má podle tvaru zubù i rùzný prùbìh. Tento princip byl používán u tzv. Hammondových varhan známých v polovinì minulého století. Dnes velmi rozšíøeným typem oscilátorù jsou funkèní generátory, založené na principu generování obdélníkového signálu, který se integrací mìní na signál trojúhelníkový a následnì tvaruje na signál sinusový. Generátory funkcí mají velké pøeladìní 1 : 10 až 1 : 1 000 000, rychlý nábìh, zkreslení je pøibližnì pùl procenta a jsou vhodné pro nf rozmítaèe. Známé jsou integrované obvody ICL8038, XR8038, MAX038 a nejbìžnìjší XR2206. Zapojení s tìmito obvody jsou snadno realizovatelná, kmitoèet je øízen napìtím èi jednoduchým potenciometrem a rozsah se mìní pøepínáním kondenzátorù, jejichž velikost bývá dekadicky odstupòována. Další dva typy oscilátorù používají digitálnì analogového pøevodu pro-

Electus

2006

bíhajícího v D/A pøevodníku. D/A pøevodníky pøevádìjí digitální slovo v rozsahu 8 až 16 bitù na výstupní analogové napìtí, jehož velikost a prùbìh je tak jednoznaènì urèen. Pøi použití binárního èítaèe jako generátoru adres èítajícího vpøed a po dosažení maximální hodnoty pøepínajícího na èítaní vzad, dostaneme na výstupu D/A pøevodníku trojúhelníkový signál, který je nutno dále tvarovat na sinusový podobnì jako u generátoru funkcí. Zkreslení bývá øádu desetin procenta, amplitudová stabilita velmi dobrá a možnost zmìny kmitoètu jednoduchá zmìnou kmitoètu v generátoru taktu. Poslední typ sinusového generátoru pøedstavený v následujícím stavebním návodu využívá též D/A pøevodníku, který je ale na rozdíl od pøedchozího øízen digitálním slovem z pamìti EPROM. Je tak urèen tvar signálu, jež nemusí být jen sinusový, ale i trojúhelníkový, pilový èi obdélníkový. Zkreslení sinusového signálu závisí na pøesnosti rozlišení jak v èasové ose, tak i v amplitudì, a je nejvýše nìkolik setin procenta. Kmitoèet se ovládá zmìnou frekvence generátoru taktu, pøièemž amplitudová stabilita je vynikající a s jejím ustalováním nejsou žádné problémy. Nevýhodou je nutnost vysokého kmitoètu generátoru taktu, který se pak obtížnì realizuje pro velké pøeladìní. Nevýhodou je i nutnost dodateènì filtrovat taktovací kmitoèet, který proniká na výstup, a zákmity pøi pøechodu z jednoho bitu na druhý. Odfiltrování tìchto vysokých kmitoètù pak závisí na kvalitì výstupního filtru. Problém pøeladìní odpadá pøi použití mikroprocesoru jako øídicího èlenu, kdy lze taktovací kmitoèet plynule mìnit nahoru èi dolù nebo rovnou zadávat v èíslicové formì tlaèítky. Princip tohoto pøevodu vede k moderním zapojením generátorù na principu pøímé digitální syntézy (DDS), která umožòuje generovat signál od 1 Hz do 200 MHz. Integrované obvody pro DDS známého výrobce Analog Devices jsou ale velmi drahé a tìžko dostupné, takže popíšeme generátor pracující na principu D/A pøevodu, ale v lacinìjší, jednodušší a prùhlednìjší formì. Zapojení generá-

torù používajících D/A pøevodu je známé více než dvacet let, od doby, kdy se na trhu objevily monolitické D/A pøevodníky za pøimìøenou cenu. U nás však tato zapojení dosud nebyla publikována. Popisovaný generátor nepoužívá žádných pøevratných principù ani nedostupných souèástí, pøesto má dobré parametry a velmi malé zkreslení 0,02 %. Èlánek zároveò jednoduchou a prùhlednou formou seznamuje ètenáøe s principem digitální tvorby signálu.

Popis funkce Pøi digitální tvorbì analogového signálu je požadovaný prùbìh signálu uložen v digitální pamìti EPROM. Obsah pamìti je neustále cyklicky èten a pøivádìn na vstupy D/A pøevodníku, pøevádìjícího digitální formu signálu na analogovou. Z výstupu D/A pøevodníku je pak odebírán sinusový signál k dalšímu zpracování. Blokové schéma nf generátoru je na obr. 1. Generátor taktu je sestaven ze dvou monostabilních klopných obvodù (MKO) a jeho výstupní kmitoèet lze mìnit potenciometrem RP1A (KMITOÈET-FREQUENCY) v pomìru 1 : 10 od 128 kHz do 1,28 MHz. Pøepínaèem S1A pro nastavení rozsahu (ROZSAH-RANGE) je pak taktovací signál CLK odebírán z výstupù dekadických dìlièù, které ho dìlí deseti, stem, tisícem a desetitisícem. Tak je pøekryt celý rozsah zvukových kmitoètù od 0,2 Hz do 20 kHz v pìti pøepínatelných dekádách. Taktovací signál CLK je dále veden na èítaè adres, jehož šestibitový výstup dává pøíkaz k postupnému vybavení šedesátiètyø osmibitových slov, uložených v pamìti EPROM. Tato slova pak dávají D/A pøevodníku informaci v digitální formì o okamžité velikosti napìtí analogového signálu. S osmibitovým D/A pøevod-

níkem je rozlišení amplitudy 2 8, což je 256 krokù (neboli úrovní) s pøesností na 0,4 % na vertikální amplitudové ose. V èasové horizontální ose je jeden prùbìh sinusového signálu (2·π = 360 °) dìlen na 64 úsekù, takže v pamìti EPROM je 2 6 pamìových míst, což je 64 adres. Tak jsou v pamìti zaznamenány okamžité velikosti sinusového napìtí v 64 krocích po 5,625 ° (360 : 64 = 5,625). Dìlení na 64 èasových úsekù podmiòuje a urèuje velikost taktovacího kmitoètu CLK, který je 64x vyšší než kmitoèet výstupního sinusového signálu generátoru. Jedná se o urèitý kompromis, jemnìjší dìlení na 128 èi více èasových úsekù by vyžadovalo pøimìøenì vyšší kmitoèet generátoru taktu a menší kapacity v obvodech MKO, což by zhoršilo stabilitu kmitoètu. Okamžitou velikost napìtí sinusového signálu vypoèteme podle známého vzorce: u = U max·sin(α ·n), kde Umax je vrcholové napìtí signálu, úhel α je v našem pøípadì 5,625 ° a n jsou celá èísla od 1 do 64. Po D/A pøevodu je na výstupu D/A pøevodníku schodovitý prùbìh sinusového signálu s malými pøechodovými zákmity. Abychom získali èistý sinusový signál, zaøadíme na výstup jednoduchou dolní propust RC se strmostí -6 dB na oktávu, potlaèující ony nežádoucí vysoké kmitoèty, které jsou naštìstí od základního kmitoètu dostateènì vzdáleny. Napø. pro kmitoèet 2 kHz je kmitoèet nežádoucího signálu 64x vyšší, tj. 128 kHz. Potlaèení dolní propusti je na tomto kmitoètu již 36 dB. Dolní propust je prùbìžnì ladìna potenciometrem RP1B, který je spøažen s ladicím potenciometrem RP1A. Kondenzátory C1 až C5 propusti se volí pøepínaèem S1B, který je spøažen s pøepínaèem rozsahù S1A. Tato jednoduchá dolní propust sice dostaèuje, ale je urèitým kom-

promisem. Pøeladitelná pásmová propust èi pøeladitelná dolní propust s vìtší strmostí by znaènou mìrou komplikovaly zapojení. Za dolní propustí je potenciometr RP2 pro nastavení velikosti výstupního signálu (ÚROVEÒ-LEVEL) a za ním následuje výstupní zesilovaè s možností posuvu stejnosmìrné složky (DC POSUV-DC OFFSET). Za zesilovaèem je na výstupu dìliè (ATTENUATOR) složený ze šesti odporových èlánkù Π s útlumem 3 dB, 6 dB, 10 dB a 3x 20 dB. Generovaný signál je vyveden na výstupní konektor K2 (VÝSTUP-OUTPUT). Výstupní impedance generátoru je 50 Ω a je dána výstupním odporem zesilovaèe, resp. výstupního odporového dìlièe. Pøepínaè S2 umožòuje použít výstupní zesilovaè s výstupním dìlièem samostatnì, pøièemž vstup zesilovaèe je vyveden na konektor K1 (AMP IN).

Popis zapojení Generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres Tento modul, jehož schéma je na obr. 2, slouží pro adresaci pamìti EPROM. Skládá se z generátoru taktu - pøeladitelného oscilátoru s IC1 typu 74HCT123, ètyø dekadických dìlièù obsažených v IC2 a IC3 typu 74HCT390 a výstupního binárního èítaèe adres IC4 typu 74HCT4040. Kmitoèet signálu z generátoru taktu je 128 až 1 280 kHz. Pro jednotlivé rozsahy je dekadickým dìlièem dìlen deseti, stem, tisícem a desetitisícem. Taktovací signál CLK z výstupu dekadického dìlièe je vždy 64x vyšší než kmitoèet nf signálu na výstupu generátoru. Pro první rozsah 0,2 až 2 Hz je kmitoèet CLK 12,8 až 128 Hz, pro druhý rozsah 2 až 20 Hz je kmitoèet CLK 128 až 1280 Hz, tøetí rozsah 20

Obr. 1. Blokové schéma digitálního nf generátoru

Electus

2006

7

až 200 Hz má kmitoèet CLK 1,28 až 12,8 kHz, ètvrtý rozsah 200 Hz až 2 kHz má CLK 12,8 až 128 kHz a na pátém rozsahu 2 až 20 kHz se odebírá signál CLK pøímo z výstupu oscilátoru, kde má kmitoèet 128 až 1280 kHz. Signál z desítkových dìlièù je pøiveden na jednu sekci pìtipólového pøepínaèe S1A (ROZSAH-RANGE). Z bìžce pøepínaèe je taktovací signál veden pøes invertor T1 na vstup binárního èítaèe IC4. Z výstupù Q0 až Q5 IC4 je odebíráno šestibitové slovo prùbìžnì adresující vstupy A0 až A5 pamìti EPROM. Desítkové dìlièe i binární èítaè jsou v obvyklém zapojení, takže za zmínku stojí pouze pøeladitelný oscilátor. Oscilátor je sestaven ze dvou monostabilních klopných obvodù (MKO). První MKO vytváøí impuls s pevnì nastavenou délkou asi 0,1 µs, jež je dána hodnotami souèástek R1 a C1. Výstup Q prvního MKO je pøiveden na spouštìcí vstup druhého MKO. Ten má promìnnou dobu pøeklopení, nastavitelnou v pomìru 1 : 10 potenciometrem RP1 v sérii s rezistorem R2. Doba pøeklopení druhého MKO je asi 0,8 až 8 µs. Výstup Q druhého MKO je spojen se spouštìcím vstupem prvního MKO, takže se oba MKO neustále navzájem pøeklápìjí, èímž vznikne trvale bìžící oscilátor. Na stabilitì kmitoètu tohoto oscilátoru závisí stabilita výstupního signálu generátoru. Pøestože se jedná o jednoduché zapojení, stabilita je pomìrnì dobrá, øádu 100 ppm v rozmezí teplot 20 až 25 °C. To umožòuje použít ètyømístný èítaè pro kontrolu výstupního kmitoètu. V obou MKO je nutno použít stabilní kondenzátory, C1 je keramický z hmoty NPO a C2 je styroflexový. Taktéž je potøebný i kvalitní tandemový potenciometr, i když zde výbìr není velký. Pro jemné nastavení kmitoètu je vhodné zaøadit do série s RP1 (KMITOÈET-FREQUENCY) ještì jeden potenciometr (FINE), který má 10x až 20x menší odpor než RP1A. Tento

8

Obr. 2. Generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres potenciometr pak slouží k jemnému nastavení kmitoètu. Z výstupu oscilátoru je možné odebírat signál pro èítaè zobrazující kmitoèet generátoru. Èítaè musí mít hradlovací èas 64x kratší nebo musí mít pøedøazenou dìlièku 1 : 64, aby zobrazoval správný výstupní kmitoèet. Zobrazení na ètyøi místa jistì s rezervou vyhoví. Desetinné teèky budou pøepínány tøetí sekcí pøepínaèe rozsahù S1C, ètvrtá sekce S1D pak vybírá informaci o mìøení v kHz èi Hz, která bude indikována dvìma LED. Toto zapojení není souèástí konstrukce. Další možností je mìøit výstupní kmitoèet generátoru pomocí èítaèe s automatickým pøepínáním rozsahu, jak je uvedeno v lit. [5]. Signál pro tento èítaè je nejvhodnìjší odebírat z bìžce pøepínaèe dolní propusti S1B pøes sériový rezistor o odporu 1 MΩ a tvarovat Zenerovou diodou se Zenerovým napìtím 4,7 V, která omezuje zápornou pùlvlnu na 0,7 V a kladnou na 4,7 V. Tento èítaè je též ètyømístný a je znaènì chytrý, podle autora mìøí kmitoèty od 0,005 Hz do 5 MHz.

Pamì EPROM Pamì EPROM (obr. 3) je typu 27C256, což znaèí, že její obsah je 256 kilobitù. Tento obsah mnohonásobnì pøesahuje naše potøeby. Pro zobrazení jednoho prùbìhu potøebujeme pouze 64 krokù krát rozlišení 8 bitù, což je 512 bitù. Uvedená pamì byla zvolena proto, že je to v souèasnosti nejlevnìjší typ pamìti EPROM na trhu. Pamì však mùžeme použít i pro naprogramování jiných typù prùbìhù a pro následné další pokusy s popsaným zapojením.

Electus

2006

Adresové vstupy A0 až A5 pamìti EPROM jsou propojeny s výstupy èítaèe adres, takže obsah pamìti je neustále periodicky èten, èímž vzniká plynulý prùbìh výstupního signálu v èasové ose. Ostatní vstupy A6 až A14 jsou spojeny pøes rezistory R1 až R9 se sbìrnicí kladného napájecího napìtí +5 V, mají tudíž úroveò H. Spojením vstupu A6 se zemí (úrovní L) uvolníme blok pamìti, ve kterém je zapsán prùbìh sinusového signálu. Spojíme-li se zemí další vstup A7 a uvedeme-li A6 do úrovnì H, mùžeme zvolit další prùbìh signálu, napø. trojúhelníkový. Tímto zpùsobem lze uvolòovat jednotlivé bloky pøepínaèem, který uzemòuje pøíslušné vstupy, a volit tak tvar výstupního signálu. Tato varianta je pouze naznaèena. Pøi jiných tvarech výstupního signálu s obsahem vyšších harmonických (trojúhelník, obdélník apod.) narazíme jistì na omezení daná výstupním filtrem RC, který odfiltruje vyšší harmonické a signál nebude mít pøesnì takový tvar, jaký bychom si pøáli. Bez filtru bude mít zase schodovitý prùbìh. Popsaný jednoduchý filtr RC vyhoví pouze pro signál sinusový. Na vstupy pamìti pro uvolnìní èipu CE a uvolnìní výstupù OE je též pøivedeno pøes rezistory napìtí +5 V, tyto vstupy jsou však trvale drženy na úrovni L, což umožòuje provoz pamìti pro trvalé ètení obsahu. Osm výstupù pamìti je vedeno na obvod IC2 typu 74HC273, což je osminásobný klopný obvod typu D, který slouží jako pamìový registr, jehož obsah je pøepisován vzestupnou hranou signálu CLK. Registr IC2 zabezpeèuje bezchybný pøenos infomace z pamìti EPROM na vstup D/A pøe-

Obr. 3. Pamì EPROM

vodníku. Chybný pøenos by mohl nastat vlivem zpoždìného vybavení pamìti pøi vìtších adresovacích rychlostech. Drahé D/A pøevodníky mají tento registr na vstupu v sobì již integrován. Pro správné sfázování adresace pamìti EPROM a pøepisu obsahu pamìti do registru je na vstupu CLK èítaèe adres právì onen invertor s tranzistorem T1. Výstupy Q0 až Q7 registru jsou vedeny na vstupy B1 až B8 D/A pøevodníku. Pozor, vstupy D/A pøevodníku mají opaènì uspoøádané váhy. Vstup B1 má nejvyšší váhu (MSB) vstup B8 má nejnižší váhu (LSB). Programovací vstup V P pamìti EPROM a nulovací vstup R registru jsou pøi ètení mimo funkci a jsou trvale v úrovni H. Obsah pamìti EPROM je v tab. 1 na konci èlánku a také je možné jej stáhnout z internetových stránek tohoto èasopisu (a jak inzeruje GM, je možné pøi zakoupení nechat pamì na prodejnì naprogramovat).

D/A pøevodník

stupy. Pøi vstupním proudu 2 mA je s rezistory o odporu 5 kΩ rozsah výstupního napìtí ±10 V. S rezistory o odporu 0,5 kΩ je rozsah výstupního napìtí ±1 V. Pro sinusový signál to pøedstavuje mezivrcholové napìtí. Zapojení pøevodníku vyhovuje i pro stejnosmìrné aplikace s velkými nároky na pøesnost pøevodu a stabilitu výstupního napìtí. Osmibitový pøevod odpovídá 28 = 256 krokùm a rozlišení 0,4 %. Na desce pøevodníku je zdroj referenèního napìtí IC1 typu REF01. Trimrem RT1 lze na výstupu tohoto obvodu nastavit referenèní napìtí Uref = 10,00 V. Referenèní napìtí je pøivádìno pøes rezistor R1 na kladný vstup REF+ obvodu IC2. R1 vytváøí spolu se zdrojem referenèního napìtí IC1 zdroj referenèního proudu I ref pro D/A pøevodník. Proud Iref je úmìrný velikosti referenèního napìtí U ref a odporu rezistoru R1 (I ref = U ref /R 1 ). V našem pøípadì pro Uref = 10,00 V a R1 = 5 kΩ je proud I ref = 2 mA.

Schéma D/A pøevodníku je na obr. 4. Kvùli snadné dostupnosti a nízké cenì byl zvolen pøevodník typu DAC08, i když dnes patøí již mezi nestory D/A pøevodu. Tento pøevodník pøevádí vstupní osmibitové slovo na výstupní proud. Výstupní proud je odebírán z proudových výstupù oproti zemi. Oba proudové výstupy jsou navzájem inverzní. Když se proud jednoho z výstupù zvìtšuje, proud druhého se zmenšuje a naopak, pøièemž souèet obou proudù zùstává konstantní a je roven vstupnímu referenènímu proudu tekoucímu do vstupu REF+. Výstupní napìtí je urèeno odporem rezistorù pøipojených na proudové vý-

Rezistor R2, který je zapojen mezi záporný vstup REF- pøevodníku a zem, kompenzuje napìový úbytek zpùsobený vstupními proudy pøevodníku. Jelikož jsou vstupní proudy velmi malé a napìová nesymetrie vstupu je øádu mV, lze tento rezistor vynechat a vstup REF- spojit pøímo se zemí. Místo drahého obvodu REF01 je možné použít laciný a dostupnìjší typ napìové reference TL431 nebo mùžeme spojit vstup REF+ rezistorem R1 o odporu 7,5 kΩ pøímo se sbìrnicí kladného napájecího napìtí +15 V. V posledním jmenovaném pøípadì dostaneme stejný proud (I ref = 2 mA), avšak s horší stabilitou. V našem pøípadì to ale nevadí, tvar prùbìhu na výstupu pøevodníku zùstane zachován. Taktéž odpory rezistorù R1 a R2 na vstupu èi R3 a R4 na výstupu pøevodníku mohou být rùzné (4,7; 5,1; 5,6 kΩ apod.). Jejich velikost urèuje pouze amplitudu napìtí na výstupu D/A pøevodníku. K výstupùm D/A pøevodníku je pøipojen rozdílový zesilovaè s operaèním zesilovaèem (OZ) IC3 typu NE5534, který má okolo sebe rezistory R3 a R4 (jedná se o již døíve zmínìné rezistory). Tento zesilovaè má jednotkové zesílení, oddìluje výstupy pøevodníku od následujících obvodù a vytváøí zdroj výstupního napìtí s témìø nulovým vnitøním odporem. Rychlost pøenosu D/A pøevodníku závisí v podstatì na rychlosti tohoto OZ, proto byl zvolen relativnì rychlý typ s mezním kmitoètem 10 MHz a rychlostí pøebìhu 10 V/µs. Rezistory R3 a R4 by mìly být shodné s tolerancí do 0,5 %. I tento zesilovaè lze vypustit a výstupní napìtí odebírat z nìkterého z výstupních rezistorù zapojených mezi proudovými výstupy IC2 a zemí. Napìtí na tìchto rezistorech je vzájemnì inverzní a lze použít jeden èi druhý proudový výstup. OZ IC3 však zabezpeèuje rozkmit výstupního napìtí symetrický vùèi zemnímu potenciálu a není tudíž tøeba na výstupu používat oddìlovací kondenzátor, který by na nižších kmitoètech musel mít velkou kapacitu.

Obr. 4. D/A pøevodník

Electus

2006

9

Seøízení D/A pøevodníku spoèívá v nastavení výstupního referenèního napìtí 10,00 V potenciometrem RT1 a ve vykompenzování napìové nesymetrie OZ IC3 (tj. v nastavení nulového klidového napìtí na výstupu IC3) trimrem RT2. Pøi tom musí být vstupy A/D pøevodníku v úrovni L, kromì nejvyšší hodnoty (MSB) B1, která má úroveò H. Tato konfigurace vstupního slova odpovídá nulové výstupní úrovni. Èinnost D/A pøevodníkù DAC08 je podrobnì popsána v lit. [2].

Výstupní zesilovaè Pro generátor byly vyzkoušeny tøi typy výstupních zesilovaèù, lišících se maximálním rozkmitem výstupního napìtí. Vìtšina publikovaných zapojení nf èi funkèních generátorù má na výstupu zesilovaèe velmi jednoduché, èasto pouze operaèní zesilovaèe v neinvertujícím zapojení s jednotkovým ziskem. Zesilovaè by mìl mít dostateèný rozkmit do zátìže 50 Ω, malé zkreslení a vyrovnanou kmitoètovou charakteristiku. Proto je nutné použít støednì rychlé OZ typu NE5534, LM318, LF356, CA3140 pod. Uvedené typy OZ jsou kompromisem mezi rychlostí a cenou. Výstupy OZ jsou posíleny komplementárními dvojicemi tranzistorù, pracujících ve tøídì AB až A s dostateèným chlazením a s klidovým proudem 20 až 50 mA. Tyto tranzistory jsou zapojeny se spoleèným kolektorem, což má za následek menší rozkmit výstupního napìtí, nebo se spoleèným emitorem, kdy i výstupní dvojice tranzistorù napìovì zesiluje. Zesilovaèe mají možnost stejnosmìrného posuvu støední úrovnì signálu (DC OFFSET). Tato funkce je vypínatelná. Schéma první verze výstupního zesilovaèe s IO LM318 je na obr. 5.

Obr. 5. První verze výstupního zesilovaèe s LM318 Zesilovaè s LM318 má ze všech verzí nejmenší rozkmit výstupního napìtí a na impedanci 50 Ω poskytuje maximálnì efektivní napìtí 5 V pøi napájecím napìtí ±15 V. Pøedpìtí pro tranzistory T1 a T2 se vytváøí úbytkem napìtí na diodách D1 a D2. Zesilovaè je v neinvertujícím zapojení se vstupním odporem kolem 100 kΩ a desetinásobným zesílením. Klidový proud výstupních tranzistorù lze nastavit zmìnou odporu rezistorù R8 a R9, zesílení závisí na pomìru odporù rezistorù R5 a R4. Ve druhé verzi zesilovaèe, jejíž schéma je na obr. 6, jsou využity dva OZ typu LF356. První OZ IC1 pracuje v neinvertujícím zapojení s napìovým zesílením A = 3, které je dáno pomìrem odporù rezistorù R5 a R4 (A = R5/R4 + 1). Má taktéž zaveden stejnosmìrný posuv do invertujícího vstupu. Rozsah posuvu lze mìnit zmìnou odporu rezistoru R3. Druhý OZ má v napájecích pøívodech rezistory R7 a R8, na nichž vzni-

Obr. 6. Druhá verze výstupního zesilovaèe s 2x LF356

10

Electus

2006

kají úbytky napìtí, které øídí proud bází dvojice koncových tranzistorù T1 a T2 pracujících v zapojení se spoleèným emitorem. Velkosti odporu rezistorù R7 a R8 spolu s velkostí odporu zpìtnovazebních rezistorù R12 a R13 urèují klidový proud koncových tranzistorù. Záporná zpìtná vazba vytvoøená rezistory R12 a R13 stabilizuje pracovní bod tranzistorù. Kondenzátory C3 a C4 zmenšují zesílení na vyšších kmitoètech a zabraòují zákmitùm. Napìové zesílení koncové dvojice je urèeno dìlièem R11, R10 a je rovno dvìma. Celkové napìové zesílení IC2 je dáno pomìrem odporù rezistorù R9 a R6 a je rovno pìti. Zesílení celého zesilovaèe je tedy 15. Napájecí napìtí OZ typu LF356 mùže být až ±20 V. Poslední tøetí verze zesilovaèe, jejíž schéma je na obr. 7, je urèena pro vyšší napájecí napìtí až ±30 V. Vzhledem k tomu, že dostupné transformátory poskytují maximálnì

Obr. 7. Tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534 24 V na sekundárním vinutí, byl zesilovaè zkoušen pøi napájení ±22 V. Zesilovaè je v invertujícím zapojení se vstupním odporem 10 kΩ a dvacetinásobným zesílením, které je urèeno pomìrem odporù rezistorù R9 a R1. Stejnosmìrný posuv je zaveden do invertujícího vstupu OZ IC1 pøes rezistor R15. Komplementární pár koncových tranzistorù T3 a T4 pracuje v zapojení se spoleèným emitorem a je buzen tranzistory T1 a T2 zapojenými v napájecích pøívodech OZ IC1. Na báze tranzistorù T1 a T2 je dìlièi R3, R5 a R4, R6 zavedena polovina napájecího napìtí zesilovaèe. Úbytek napìtí na rezistorech R7 a R8 otevírá báze koncových tranzistorù a spoleènì s odpory rezistorù R12 a R13 urèuje velikost jejich klidového proudu. Místní zpìtná vazba zavedená dìlièem R11, R10 urèuje napìové zesílení koncové dvojice podobnì jako u pøedchozího zapojení. Kondenzátory C1 a C2 snižují zisk na vyšších kmitoètech a zmenšují náchylnost zesilovaèe ke kmitání. Na výstupech všech verzí zesilovaèù jsou zaøazeny dva paralelnì zapojené rezistory o odporu 100 Ω, které urèují vnitøní odpor zesilovaèe. Bez tìchto rezistorù dostaneme na výstupu zesilovaèe díky prakticky nulovému vnitønímu odporu dvojnásobné výstupní napìtí, ovšem bez impedanèního pøizpùsobení na následující napìový dìliè. Operaèní zesilovaèe lze samozøejmì nahradit i jinými typy, jako napø. TL071, TL081 apod. Snahou bylo vyzkoušet OZ, které by se hodily pro zesilovaèe schopné pøenášet i nesinusový signál (trojúhelníkový apod.). Takový signál již obsahuje vyšší harmonické, a proto mezní kmitoèet zesilovaèù by mìl být vyšší než 20 kHz, øádu stovek kHz až jednotek MHz. Kvùli tomu, že nejnižší generovaný kmitoèet je menší než 1 Hz, neby-

ly nikde použity vazební kondenzátory a celá trasa signálu je vázána stejnosmìrnì. Stejnosmìrný posuv je øízen potenciometrem RP3 (DC OFFSET) shodnì u všech variant. Pokud jej nepoužijeme, je vhodné místo RP3 zapojit trimr o odporu 10 až 100 kΩ a nastavit jím nulové stejnosmìrné napìtí na výstupu zesilovaèe. Zesilovaèe není tøeba nastavovat, mùžeme však zkontrolovat klidové proudy koncových tranzistorù nebo mìnit zisk úpravou odporù zpìtnovazebních rezistorù. Pro pokusy je ale nutný generátor funkcí a osciloskop. Zapojení s operaèními zesilovaèi jsou popsána v lit. [7].

Výstupní dìliè Výstupní dìliè (ATTENUATOR), jehož zapojení je na obr. 8, je tvoøen kaskádou pøepínatelných útlumových èlánkù Π sestavených z pøesných rezistorù. Útlum jednotlivých èlánkù je 3 dB, 6 dB, 10 dB a 3x po 20 dB, takže výsledný útlum mùže být až 79 dB, což

pøi napìtí 10 V z výstupního zesilovaèe pøedstavuje minimální výstupní napìtí generátoru pøibližnì 1 mV. Vstupní i výstupní impedance dìlièe je 50 Ω. Jak již bylo øeèeno, vnitøní odpor výstupního zesilovaèe je menší než 1 Ω, a proto je do série s výstupem zesilovaèe zaøazen pøizpùsobovací odpor 50 Ω, který je realizován dvìma paralelnì zapojenými rezistory o odporu 100 Ω. Je tøeba pøipomenout, že dìliè má pøíslušný útlum jen v pøípadì, že je zatížen objektem se vstupní impedancí 50 Ω, jinak nesouhlasí napìtí namìøené vestavìným voltmetrem s napìtím na výstupu dìlièe. Je-li výstup nezatížen, je výstupní napìtí dvojnásobné oproti napìtí pøi správném zatížení odporem 50 Ω. V praxi to znamená, že si musíme upravit vstupní impedanci mìøeného objektu paralelním èi sériovým rezistorem na 50 Ω, nebo mìøit napìtí pøímo na vstupu mìøeného objektu externím milivoltmetrem. Tato skuteènost platí pro všechny typy útlumových èlánkù. Rezistory jednotlivých sekcí s tolerancí do 1 % jsou pøipájeny pøímo na vývody páèkových èi tlaèítkových pøepínaèù S1 až S6. Pro zesilovaè s výstupním napìtím 10 V (tj. pøi výkonu zesilovaèe 2 W/50 Ω) vyhoví rezistory se zatížitelností 0,6 W. Pøi výstupním napìtí zesilovaèe 15 až 20 V (tj. pøi výkonu zesilovaèe 5 až 8 W/50 Ω) jsou nutné rezistory pro zatížení 2 W. Výstup atenuátoru je veden na výstupní konektor K2 (OUTPUT 50 Ω) typu zásuvka BNC. Pokud by byl požadován jiný výstupní odpor generátoru, napø. 600 Ω, je tøeba vynásobit odpory rezistorù v útlumových èláncích pomìrem 600/ /50, tedy dvanácti, a na výstup zesilovaèe zapojit místo odporu 50 Ω odpor 600 Ω (tj. dva paralelní rezistory o odporu 1,2 kΩ. Výklad a výpoèet útlumových èlánkù Π a T najdeme v lit. [4].

K2

Obr. 8. Výstupní dìliè

Electus

2006

11

Obr. 9. Napájecí zdroj digitálního nf generátoru

Napájecí zdroj Schéma napájecího zdroje je na obr. 9. Zdroj poskytuje symetrické napìtí pro výstupní zesilovaè, které lze regulovat v rozmezí ±15 až ±30 V (podle použitého síového transformátoru), a napìtí +5 V pro logické obvody. Ve zdroji jsem použil výhodnì zakoupený (v GES) transformátor 230/2x 24 V s výkonem 12 VA a proudovou zatížitelností 2x 0,25 A. Jednotlivá napìtí jsou stabilizována stabilizátory øady LM. První v poøadí jsou regulovatelné LM317/337, za nimi následují 7815/7915 a 7805. Vstupy a výstupy stabilizátorù jsou blokovány tantalovými kondenzátory C3 až C10 a jako ochrana stabilizátorù proti napìtí opaèné polarity (v pøechodových stavech pøi vypnutí) slouží diody D1 až D10. Proudová spotøeba závisí na odbìru výstupních zesilovaèù, s uvedeným transformátorem lze realizovat výstupní zesilovaè s maximálním výstupním efektivním napìtím 10 V, tj. s napájecím napìtím ±20 V. Záleží též na spotøebì použitého èítaèe a DVM, které odebírají asi 100 mA. Zdroj +5 V by bylo tedy vhodnìjší napájet ze samostatného transformátoru o výkonu 3 VA s napìtím 8 V.. Zapnutí zdroje indikuje zelená LED D11. Zdroj je postaven na dvou deskách s plošnými spoji - stabilizátory jsou na jedné desce, síový transformátor s usmìròovaèem a vyhlazovacími kondenzátory C1 a C2 jsou na druhé.

Nf signál je do usmìròovaèe odebírán z výstupu zesilovaèe pøed výstupním dìlièem (na blokovém schématu na obr. 1 je to vyznaèeno šipkou s nápisem ACV-METR). Signál pro usmìròovaè je zmenšován odporovým dìlièem (není nakreslen na schématu) na velikost 1 V. Usmìròovaè vyhodnocuje støední hodnotu støídavého napìtí, ale je cejchován v hodnotì efektivní. Zapojení pøesného usmìròovaèe je klasické se dvìma OZ. První OZ IC1 pracuje jako jednocestný usmìròovaè v inventujícím zapojení s diodami D1 a D2 ve zpìtné vazbì, druhý OZ IC2 pracuje jako souètový zesilovaè s jednotkovým zesílením pro vstupní signál a s dvojnásobným zesílením pro signál z výstupu jednocestného usmìròovaèe. Na výstupu IC2 je pulsující dvoucestnì usmìrnìné ss napìtí, které je vyhlazováno tantalovým kondenzátorem C1. Èasovou konstantou èlánku (R6 + RT2)·C1 je urèován dolní mezní kmitoèet filtru. Vstup usmìròovaèe musí být stejnosmìrnì oddìlen oddìlovacím kondenzátorem nebo musí být nf napìtí mìøeno bez nastavení ss posuvu

jeho støední hodnoty (pøi vypnuté funkci DC OFFSET). Pøi pøímé vazbì bez vazebního kondenzátoru by DC OFFSET znemožòoval pøesné mìøení. Z tohoto dùvodu je výhodné na èelní panel umístit tlaèítko pro vypínání ss posuvu (DC OFFSET OFF). Pøi vstupním napìtí 1 V pracuje usmìròovaè v rozsahu od jednotek Hz do stovek kHz. Na místì IC1 je použit rychlý OZ typu NE5534 a jako D1 a D2 jsou použity Schottkyho diody. Usmìròovaè seøídíme tak, že pøi zkratovaném vstupu nastavíme trimrem RT1 nulové napìtí na výstupu, poté na vstup pøivedeme støídavé napìtí 1 V/1 kHz a trimrem RT2 nastavíme na výstupu ss napìtí 1 V. Na výstup usmìròovaèe lze pøipojit ruèkové mìøidlo se stupnicí 0 až 10 V èi DVM s rozsahem 1 V. Digitální mìøidlo s citlivostí 200 mV je nutné opatøit napìovým dìlièem. Ruèkové mìøidlo má výhodu v analogovém odeèítání mìøené velièiny a zvláštì v tom, že mùže mít stupnici též v dB. Analogový odeèet je možný zhruba v rozmezí 22 dB. Pøesný popis funkce lineárního usmìròovaèe lze najít napø. v lit. [6].

Pøesný usmìròovaè Pøesný usmìròovaè se používá k mìøení výstupního nf napìtí generátoru a jeho schéma je na obr. 10.

12

Obr. 10. Pøesný usmìròovaè

Electus

2006

Stavba a nastavení Pøestože zapojení nemá žádné záludnosti a není až tak složité, nepøedpokládám, že by se do stavby pustil zaèáteèník, pro kterého je jistì vhodnìjší zapojení generátoru s Wienovým zpìtnovazebním èlánkem. Proto ani není nutné popisovat detaily konstrukce. Všechny obvody generátoru jsou zkonstruovány z vývodových souèástek umístìných na devíti deskách s jednostrannými plošnými spoji. Obrazce spojù a rozmístìní souèástek na deskách jsou na obr. 11 až obr. 28. Generátor je vestavìn do plechové stínicí skøíòky, øešení pøedního panelu pøístroje je na obr. 29.

Transformátor je umístìn u zadní stìny skøíòky, na pøední stìnì jsou všechny ovládací prvky, mìøiè kmitoètu a mìøidlo výstupního napìtí. Je tøeba dbát na správné propojení jednotlivých desek. Obvodová zem je spojena s kostrou pøístroje pouze v místì vývodu výstupního konektoru. Pøívod síového napìtí je proveden dvouvodièovì a pøístroj je konstruován s tzv. dvojitou izolací, což znamená, že kovová kostra není spojena s ochranným vodièem (PE) sítì. Pøi nf mìøeních totiž èasto vadí dvojitá zem, zpùsobená spojením koster generátoru, mìøeného zaøízení a osciloskopu èi milivoltmetru s ochranným (resp. nulovacím) vodièem sítì. Proto jsou výhodnìjší mìøi-

cí pøístroje bateriové nebo takové, které nemají obvodovou zem potenciálovì spojenou se sítí.

Závìr Uvedená konstrukce je jistì zajímavým øešením nf generátoru sinusového signálu, který se vyznaèuje velmi malým zkreslením øádu setin procenta. Jednotlivé stavební bloky jsou zámìrnì øešeny oddìlenì, takže je lze vyzkoušet blok po bloku a mohou sloužit jako stavební díly i pro mnohé jiné pøístroje. Uvedené konstrukèní øešení umožòuje i další experimenty s digitální tvorbou periodických prùbìhù støídavých napìtí.

Obr. 11. Obrazec spojù na desce FA-GTA (generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres). Mìø.: 1 : 1

Obr. 12. Rozmístìní souèástek na desce FA-GTA (generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm

Obr. 13. Obrazec spojù na desce FA-EPROM (pamì EPROM). Mìø.: 1 : 1

Obr. 14. Rozmístìní souèástek na desce FA-EPROM (pamì EPROM). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm

Obr. 15. Obrazec spojù na desce FA-D/A (D/A pøevodník). Mìø.: 1 : 1

Obr. 16. Rozmístìní souèástek na desce FA-D/A (D/A pøevodník). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm

Electus

2006

13

Závìrem bych rád podìkoval pøátelùm z radioklubu OK1KRQ, jmenovitì pak Láïovi OK1ZIA za naprogra-

mování pamìti EPROM a Romanovi OK1XST za pøevod dokumentace a textù do digitální podoby.

Desky s plošnými spoji zájemcùm zcela jistì vyrobí plzeòský Elektrosound, jehož inzerce je i v inzertní

Obr. 17. Obrazec spojù na desce FA-VYZ1 (první verze výstupního zesilovaèe s LM318). Mìø.: 1 : 1

Obr. 18. Rozmístìní souèástek na desce FA-VYZ1 (první verze výstupního zesilovaèe s LM318). Rozteè upevòovacích dìr je 65 nebo 50 x 25 mm

Obr. 19. Obrazec spojù na desce FA-VYZ2 (druhá verze výstupního zesilovaèe s 2x LF356). Mìø.: 1 : 1

Obr. 20. Rozmístìní souèástek na desce FA-VYZ2 (druhá verze výstupního zesilovaèe s 2x LF356). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm

Obr. 21. Obrazec spojù na desce FA-VYZ3 (tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534). Mìø.: 1 : 1

Obr. 22. Rozmístìní souèástek na desce FA-VYZ3 (tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm

Obr. 23. Obrazec spojù na desce FA-NZ1 (napájecí zdroj - stabilizátory). Mìø.: 1 : 1

Obr. 24. Rozmístìní souèástek na desce FA-NZ1 (napájecí zdroj -stabilizátory). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm

14

Electus

2006

èásti èasopisu PE, všechny souèásti jsou dostupné a byly zakoupeny u dvou prodejcù (GES a GM), což ovšem nevyluèuje použít souèásti z vyøazených elektronických pøístrojù.

Literatura [1] Sinus Bit für Bit - digitaler Sinusgenerator, Elektor 1/1987, s. 56 až 60. [2] Støíž, V.: Pøevodníky D/A, Amatérské rádio pro konstruktéry 1/1993.

[3] Petøík, J.: Mìøení elektrických velièin na poèítaèi PC, AR-B 2/1992. [4] Silver, H. W.: Atenuátory, Radioamatér 1/2005 s. 6 až 7. [5] Zajíc, M.: Stupnice pro nf generátor, Praktická elektronika 12/2000, s. 30 až 31. [6] Pøímé metody pøevodu AC/DC. AR-B 5/1976, s. 168 až 169. [7] Belza, J.: Operaèní zesilovaèe pro obyèejné smrtelníky. BEN, Praha 2004. [8] Matoušek, D.: Udìlejte si z PC - 2. díl. BEN, Praha 2002, s. 179 až 201.

Obr. 25. Obrazec spojù na desce FA-NZ2 (napájecí zdroj - transformátor). Mìø.: 1 : 1

Obr. 27. Obrazec spojù na desce FA-PU (pøesný usmìròovaè). Mìø.: 1 : 1

Seznam souèástek Generátor taktu, dekadický dìliè a èítaè adres - deska FA-GTA

R1 R2 R3 R4 C1 C2 C3, C4 C5 T1 IC1

2,2 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 4,7 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 15 pF/50 V, NPO, keram. 220 pF/100 V, FKP, fóliový 100 nF/50 V, Y5V, keram. 10 µF/35 V, tantalový BS170 74HCT123 (DIL)

Obr. 26. Rozmístìní souèástek na desce FA-NZ2 (napájecí zdroj - transformátor). Rozteè upevòovacích dìr je 75 x 60 mm

Obr. 28. Rozmístìní souèástek na desce FA-PU (pøesný usmìròovaè). Rozteè upevòovacích dìr je 65 x 25 mm

Obr. 29. Pøední panel digitálního nf generátoru

Electus

2006

15

IC2, IC3 74HCT390 (DIL) IC4 74HCT4040 (DIL) objímka DIL16 4 kusy pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 18 kusù deska s plošnými spoji FA-GTA

Pamì EPROM - deska FA-EPROM R1 až R11 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. C1 100 nF/50 V, Y5V, keram. C2 10 µF/35 V, tantalový IC1 27C256 (DIL) IC2 74HC273 (DIL) objímka DIL28 1 kus objímka DIL20 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 20 kusù deska s plošnými spoji FA-EPROM

D/A pøevodník - deska FA-D/A R1, R2 R3, R4 R5

5,1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 5,1 kΩ/0,1 %/0,6 W, met. 100 Ω/1 %/0,6 W, metal., viz text RT1 10 kΩ, trimr 25-otáèkový, typ 64W RT2 100 kΩ, trimr 25-ot., typ 64W C1 10 nF/50 V, Z5V, keram. C2, C3 100 nF/50 V, Y5V, keram. C4, C5 10 µF/35 V, tantalový kondenzátory dolní propusti (viz obr. 1): C1 220 pF/100 V, FKP, fóliový C2 2,2 nF/100 V, MKS, fóliový

C3 22 nF/100 V, MKT, fóliový C4 220 nF/100 V, MKT, fóliový C2 2,2 µF/50 V, MKT, fóliový IC1 REF01 (DIP) IC2 DAC08 (DIL) IC3 NE5534 (DIP) objímka DIL8 2 kusy objímka DIL16 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 20 kusù deska s plošnými spoji FA-D/A

První verze výstupního zesilovaèe s LM318 - deska FA-VYZ1 R1 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R2 100 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R3 3 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R4 200 Ω/1 %/0,6 W, metal. R5 1,8 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R6, R7 2,2 kΩ/1 %/0,6 W, metal. R8, R9 2,2 Ω/1 %/0,6 W, metal. R10, R11 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. C1 47 pF/50 V, NPO, keram. C2, C3 100 nF/50 V, Y5V, keram. C4, C5 10 µF/35 V, tantalový C6, C7 100 µF/25 V, radiální D1, D2 1N914 (1N4148) T1 2N2219 (NPN, 0,8 W) T2 2N2905 (PNP, 0,8 W) chladièe TO39, V4415 2 kusy IC1 LM318 (DIP) objímka DIL8 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 12 kusù deska s plošnými spoji FA-VYZ1

Pøední panel nf generátoru

Druhá verze výstupního zesilovaèe s LF356 - deska FA-VYZ2 R1, R1 R2 R3, R5, R6 R4 R7, R8 R9 R10 R12, R13 R14, R15 C1 C2

11 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 1 MΩ/1 %/0,6 W, metal. 20 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 10 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 120 Ω/1 %/0,6 W, metal. 100 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 470 Ω/1 %/0,6 W, metal. 1 Ω/1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. 10 pF/50 V, NPO, keram. 270 pF/50 V, P350 (N1000), keramický C3, C4 68 pF/50 V, P350 (N1000), keramický C5, C6 100 nF/50 V, Y5V, keram. C7, C8 10 µF/35 V, tantalový C9, C10 100 µF/25 V, radiální T1 BD140 (TO126) T2 BD139 (TO126) chladiè V5640 2 kusy IC1, IC2 LF356 (DIP) objímka DIL8 2 kusy pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 13 kusù deska s plošnými spoji FA-VYZ2

Tøetí verze výstupního zesilovaèe s NE5534 - deska FA-VYZ3 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R14, R16 R7, R8 R9, R15 R10 R11 R12, R13 R17, R18

10 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 270 Ω/1 %/0,6 W, metal. 200 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 470 Ω/1 %/0,6 W, metal. 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. 10 Ω/1 %/0,6 W, metal. 100 Ω/5 %/2 W, metaloxidové C1 22 pF/50 V, NPO, keram. C2 680 pF/50 V, Y5V, keram. C3, C4 100 µF/25 V, radiální C5, C6 100 nF/50 V, Y5V, keram. C7, C8 10 µF/35 V, tantalový T1 2N2222 (NPN, 0,5 W) T2 2N2907 (PNP, 0,5 W) T3 BD140 (TO126) T4 BD139 (TO126) chladiè V5640A 2 kusy IC1 NE5534 (DIP) objímka DIL8 1 kus pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 11 kusù deska s plošnými spoji FA-VYZ3

Výstupní dìliè Výkonové dimenzování rezistorù stupòù dìlièe platí pro výkon generátoru do 2 W, pro vìtší výkony použít rezistory se zatížitelností 2 W (viz text). R1 1 kΩ/1 %/0,6 W, metal. stupeò -3 dB: 2x 300 Ω/1 %/0,6 W, metal. 33 Ω/1 %/0,6 W, metal. 39 Ω/1 %/0,6 W, metal. stupeò -6 dB: 2x 150 Ω/1 %/0,6 W, metal. 68 Ω/1 %/0,6 W, metal. 82 Ω/1 %/0,6 W, metal. stupeò -10 dB: 2x 100 Ω/1 %/0,6 W, metal. 130 Ω/1 %/0,6 W, metal.

Nf generátor bez horního krytu

16

Electus

2006

Tab. 1. Obsah pamìti EPROM 27C256 digitálního nf generátoru v hexadecimálním kódu. Prùbìhy generovaného signálu jsou specifikovány na obr. 30 :103FC00000050B10151B20252B30353B40454B5071 :103FD000555B60656B70757B80858B90959BA0A50C :103FE000ABB0B5BBC0C5CBD0D5DBE0E5EBF0F5FBA6 :103FF000FFF0E0D0C0B0A090807060504030201042 :105FC000FFFBF5F0EBE5E0DBD5D0CBC5C0BBB5B052 :105FD000ABA5A09B95908B85807B75706B65605B96 :105FE00055504B45403B35302B25201B15100B05DC :105FF00000102030405060708090A0B0C0D0E0F021 :106FC0000004080C1014181C2024282C3034383CE1 :106FD0004044484C5054585C6064686C7074787CD1 :106FE0008084888C9094989CA0A4A8ACB0B4B8BCC1 :106FF000C0C4C8CCD0D4D8DCE0E4E8ECF0F4F8FCB1 :1077C000FFFCF8F5F0ECE8E4E0DCD8D4D0CCC8C49A :1077D000C0BCB8B4B0ACA8A4A09C9894908C888489 :0177E000807C7874706C6864605C5854504C484479 :1077F000403C3834302C2824201C1814100C080469 :107BC00000000000000000000000000000000000B5 :107BD000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFB5 :107BE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFA5 :107BF000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF95 :107DC00000000000000000000000000000000000B3 :107DD00000000000000000000000000000000000A3 :107DE0000000000000000000000000000000000093 :107DF000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF93 :107EC00000000000000000000000000000000000E2 :107ED00000000000000000000000000000000000A2 :107EE000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFA2 :107EF000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF92 :107F40000008101820283038404850586068707871 :107F500080889098A0A8B0B8C0C8D0D8E0E8F0F861 :107F6000FFF8F0E8E0D8D0C8C0B8B0A8A0989088D2 :107F700080787068605850484038302820181008C1 :107F8000808C99A5B1BCC7D1DAE2EAF0F5FAFDFE22 :107F9000FFFEFDFAF5F0EAE2DAD1C7BCB1A5998C93 :107FA0008074675B4F44392F261E16100B060302A0 :107FB000010203060B10161E262F39444F5B67740F :107FC000FFFFFF00FFFFFF00FF00FF000000FF00BA :107FD000FF000000FF00FFFFFF00000000000000A6 :107FE0000000000000000000000000000000000091 :107FF0000000000000000000000000000000000081 :00000001FF

150 Ω/1 %/0,6 W, metal. 3 stupnì po -20 dB: 6x 62 Ω/1 %/0,6 W, metal. 3x 390 Ω/1 %/0,6 W, metal. 3x 680 Ω/1 %/0,6 W, metal. D1 až D6 LED zelená, 3 mm S1 až S6 pøepínaè tlaèítkový ètyøpólový nebo páèkový dvoupólový

Napájecí zdroj - stabilizátory - deska FA-NZ1 R1, R4 R2, R3

220 Ω/1 %/0,6 W, metal. viz text na obr. 9, 1 %/0,6 W, metal. 3,3 kΩ/1 %/0,6 W, metal.

R5 C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10 10 µF/35, tantalový D1 až D10 1N4007 D11 LED zelená, 3 mm IC1 LM317 (TO220) IC2 7815 (TO220) IC3 7805 (TO220) IC4 LM337 (TO220) IC5 7915 (TO220) chladiè V5640A 5 kusù pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 10 kusù deska s plošnými spoji FA-NZ1

pila R 1:3 pila L 1:3 pila R

trojúhelník vstup A7 EPROM je v úrovni L obdélník vstup A8 EPROM je v úrovni L

pila L

impuls H, 1 : 3 vstup A9 EPROM je v úrovni L

impuls L 1:3

impuls L, 1 : 3 vstup A10 EPROM je v úrovni L

impuls H 1:3

pila L vstup A11 EPROM je v úrovni L

obdélník

pila R vstup A12 EPROM je v úrovni L

trojúhelník

sinus telegraficky skupina znakù ZIA (logo autora)

Napájecí zdroj - transformátor - deska FA-NZ2 C1, C2 Cp

1 000 µF/35 V, radiální 220 nF/275 VAC (pøipojen paralelnì k primárnímu vinutí TR1) Cs 4x 22 nF/50 V, Z5V, keramické (pøipojeny paralelnì k vývodùm D9) D9 usmìròovací mùstek KBP01 TR1 síový transformátor 230 V/2x 24 V/12 VA (EI 60/21 224) pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 3 kusy deska s plošnými spoji FA-NZ2

Pøesný usmìròovaè - deska FA-PU Na desce jsou dva shodné pøesné usmìròovaèe, následující souèástky jsou pouze pro jeden z nich. R1, R2, R3, R4, R5, R6 10 kΩ/1 %/0,6 W, metal. RT0 50 kΩ, trimr 25-otáèkový, typ 64W (neosazovat) RT1 10 kΩ, trimr 25-otáèkový, typ 64W RT2 2,5 kΩ, trimr 25-ot., typ 64W

Electus

sinus vstup A6 EPROM je v úrovni L

2006

pila L, 1 : 3 vstup A13 EPROM je v úrovni L pila R, 1 : 3 vstup A14 EPROM je v úrovni L

Obr. 30. Prùbìhy generovaného signálu a adresování pamìti EPROM C1, C2, C3 22 µF/25 V, tantalový D1, D2 BAT85 (Schottky) IC1 NE5534 (DIP) IC2 LM741 (DIP) objímka DIL8 2 kusy pájecí kolík RTM1 (∅ 1 mm) 7 kusù deska s plošnými spoji FA-PU

Ostatní souèástky RP1A, RP1B 2x 50 kΩ/N, tandemový potenciometr RP2 10 kΩ/N, potenciometr RP3 10 kΩ/N, potenciometr K1, K2 zásuvky BNC 50 Ω, na panel S1A, S1B otoèný pøepínaè dvoupólový, šestipolohový S1, S2, S3 pøepínaè páèkový dvoupólový, 230 V/0,5 A F1 pojistka 0,25 A pojistkový držák panelový 1 kus síová pøístrojová vidlice panelová B-AC-E 1 kus knoflíky plastové ∅ 18/20 mm 5 kusù nožky samolepicí E20 4 kusy èítaè kmitoètu (PE 12/2000, viz text) 1 kus ruèkový voltmetr 60 x 47 mm, FB-460/ /10 V/10 kΩ 1 kus rámeèek pro DVM 2 kusy kovová skøíòka atd.

17

Hodiny reálného èasu Jaroslav Žák Èíslicových hodin už bylo publikováno mnoho, ale žádné nesplòovaly tyto dùležité požadavky: · èitelnost na vìtší vzdálenost, · automatická regulace jasu displeje vùèi okolnímu osvìtlení, · bezproblémový chod hodin pøi dlouhodobém výpadku napájení, · automatické pøestavení letního èasu, · korekce pøesnosti chodu hodin, · po resetu mikroprocesoru test registrù a displeje, · jednoduchá konstrukce.

Technické údaje Napájení:

externí, síový napájecí adaptér (ss, st 12 V/0,8 A, napø. MW 1208GS). Záložní napájení: Lithiová baterie CR 2032. Proudový odbìr: øídicí èást asi 20 mA, displej od 100 mA do 0,6 A (v závislosti na okolním osvìtlení). Zobrazení: zelený displej LED 25 mm, spoleèná anoda. Rozmìry: š. 165 x v. 105 x hl. 35 mm.

Vlastnosti pøístroje Formát zobrazení èasu: hod; min; sek, napø. 15. 37. 23 (programové ošetøení pøi nastavení datumu a èasu - max. 23 hod; max. 31 dnù; max. 12 mìsícù). Formát zobrazení datumu: den v týdnu; den; mìsíc, napø. Po 24. 8. (programové potlaèení zbyteèných nul na displeji u datumu a èasu). Cyklické pøepínání zobrazení èasu a datumu: 45 s se zobrazuje èas a 6 s se zobrazuje datum. Zobrazení dne v týdnu: speciální symboly Po, Ut, St, Ct, PA, So, NE (N vypadá jako ruské velké P). Dva nastavovací režimy: nastavení èasu a datumu, nastavení èasové odchylky za týden (offset). Zadávaná odchylka: na displeji se na 2 s zobrazí nápis OFFSEt a poté zadáme týdenní èasovou odchylku ve formátu: znaménko; desítky s; jednotky s. Znak P znamená plus (napø. P16 se zadává, když se hodiny pøedbíhají

18

o 16 s), znak - znamená minus (napø. -27 se zadává, když se hodiny zpožïují o 27 sekund), hodnota je uložena v RAM reálného èasu! Korekce pøesnosti: jednou týdnì od posledního nastavení a spuštìní hodin, èas týdenní kalibrace je uložen v RAM reálného èasu! Možnost vypnutí letního èasu: vytažením jumperu JP1. Po každém resetu mikroprocesor testuje RAM reálného èasu, zdali už bylo do ní zapisováno. Pokud nebyl proveden zápis, pøednastaví se nulový offset a nastaví se 1. 6. 2003 Nedìle 12 : 00 : 00. Nastavení hodin a datumu je na displeji indikováno po dobu dvou sekund nápisem o nastavované položce (viz tab. 1). Funkce tlaèítek: Rozlišujeme krátký stisk tlaèítka (< 2 s) a dlouhý stisk tlaèítka (> 2 s).

Obr. 1. Hodiny v provozu Dlouhé stisknutí tlaèítek „SET/ /SHIFT“ + „LIST/UP“ v režimu ètení - vstup do nastavení offsetu (týdenní èasové odchylky). Dlouhé stisknutí tlaèítka „SET/ /SHIFT“: a) v režimu ètení - vstup do nastavení èasu a datumu, b) v režimu nastavení - uložení nastavených hodnot, spuštìní hodin - sekundy v nulovém stavu! Krátkým stisknutím tlaèítka „SET/ SHIFT“ v režimu nastavení se posune kursor (pøejde se na další nastavovanou položku). Krátkým stisknutím tlaèítka „LIST/ /UP“ v režimu nastavení se nastavená hodnota zvìtší o 1. Krátkým stisknutím tlaèítka „LIST/ /UP“ v režimu ètení èasu se pøepne zobrazení èasu a datumu. Pokud jsme v režimu nastavení a nebylo po dobu 15 s stisknuto žádné tlaèítko, hodiny se vrátí zpìt do režimu ètení a nic se neuloží! Každý stisk tlaèítka je akusticky indikován krátkým pípnutím piezomìnièe.

Tab. 1. Nastavení hodin a datumu Nastavovaná položka

Nápis na displeji

1. 2. 3. 4.

dEntYd dESHod JEdHod dESMin (M se píše jako ruské velké P) JEdMin dESdni JEddní JEdMES dESMES JEdLEt dESLEt

den v týdnu desítky hodin jednotky hodin desítky minut

5. jednotky minut 6. desítky dní 7. jednotky dní 8. jednotky mìsícù 9. desítky mìsícù 10. jednotky let 11. desítky let 12. opìtné nastavení dne v týdnu

Electus

2006

Blikající nastavovaná hodnota Po 12. 37 Ct 22. 37 Ct 23. 37 Ct 23. 47 Ct 23. 49 12. 07. 03 22. 07. 03 23. 07. 03 23. 10. 03 23. 12. 03 23. 12. 04

Popis funkce Schéma hodin je na obr. 2. Hodiny jsou napájeny z externího síového zdroje. Graetzùv mùstek v pøívodu napájení zajišuje správnou polaritu napájecího napìtí a dovoluje použít i støídavý napájecí zdroj. Srdcem hodin je vynikající obvod fy Dallas DS1302 (IC14), se kterým

komunikuje po tøívodièové sbìrnici mikroprocesor 89C4051 (IC1). Po resetu mikroprocesoru se po dobu 1 s zobrazí na displeji název pøístroje a èíslo verze programu (napø. rtc-1), poté na displeji svítí nápis „test“, po nìmž se provede kontrola sériových registrù a všech segmentù displeje. Po tomto hardwarovém testu se už zobrazuje reálný èas a datum.

Zobrazení roku ve ètecím režimu je naprosto zbyteèné. Automatické nastavení jasu displeje øídí fotorezistor R11 typu MPY7P. Úbytek napìtí na rezistoru R12 je veden na vstup operaèního zesilovaèe LM741 (IC15), který pracuje jako neinvertující zesilovaè. Jeho napìové zesílení se nastavuje trimrem R13. Napìtí z výstupu IC15

Obr. 2. Hodiny reálného èasu

Electus

2006

19

se vede pøes dìliè napìtí (R15, R16) na referenèní vstup ADJ tøísvorkového stabilizátoru LM317 (IC17). Z výstupu IC17 jsou napájeny spoleèné anody displeje DISP1 až DISP6. Pøi plném osvìtlení fotorezistoru nastavíme trimrem R13 maximální proud displeje, a to v rozsahu 100 mA až 0,6 A. Trimrem R17 seøizujeme jas displeje pøi úplné tmì. Mikroprocesor posílá data sériovì do registrù IC2 až IC7. Paralelní data

z výstupù tìchto registrù jsou výkonovì zesílena obvody IC8 až IC13, které jsou tvoøeny Darlingtonovými transistory. U èíslicovek jsou do pøívodù k desetinným teèkám zapojeny pøedøadné rezistory, protože teèky jsou tvoøeny jen jednou LED oproti ostatním segmentùm, které jsou tvoøeny vždy dvìma LED. Bez rezistorù by tudíž desetinné teèky byly pøebuzeny a svítily by až oranžovì!

Pøesnost reálného èasu (týdenní odchylka) se koriguje pøesnì po týdnu chodu hodin. Uživatel si nejprve musí zmìøit tuto týdenní nepøesnost, a tu pak zadat v nastavovacím režimu offsetu (v rozmezí ± 0 až 60 s). Tento zpùsob je pro uživatele výhodný, nebo nevyžaduje speciální vybavení. Lithiovou baterii lze nahradit zálohovacím kondenzátorem 1 F/5 V, nelze ji však zamìnit za niklokadmiovou

Obr. 3. Obrazec spojù na stranì pájení na desce hodin (mìø.: 1 : 1)

Obr. 4. Obrazec spojù na stranì souèástek na desce hodin (mìø.: 1 : 1)

20

Electus

2006

Obr. 5. Rozmístìní souèástek na desce hodin baterii, protože DS1302 má vypnutý programovatelný dobíjeè.

Mechanická konstrukce Hodiny jsou zkonstruovány na jedné desce s oboustrannými plošnými spoji s prokovenými dírami. Obrazce spojù jsou na obr. 3 a obr. 4. Rozmístìní souèástek na desce je na obr. 5. Pøedøadné rezistory desetinných teèek (R4 až R9) jsou umístìny na stranì pájení, ostatní souèástky jsou na pøední stranì desky. Stabilizátor LM317 je pøišroubován na zadní stìnì skøíòky, která souèasnì plní funkci chladièe. Všechny integrované obvody jsou v precizních objímkách, èíslicovky LED jsou pøipájeny pøímo na desku! Napájecí konektor je na spodní stranì desky pøilepen sekundovým lepidlem. Stabilizátor LM317 je propojen s deskou tøížilovým lankem, které je proti ukroucení zajištìno prùchody dvìma dírami (viz obr. 8). Skøíòka hodin je spájena z cuprextitu o tloušce 1,5 mm oboustrannì plátovaného mìdí (viz obr. 6). Dno skøíòky je zapuštìno 3 mm pod zadní hranu skøíòky. Dno nemusí být pøipájeno po celém obvodu, staèí vždy 1 cm pájeného spoje a 3 cm mezery (zabrání se tak deformaci skøíòky vysokou teplotou). Spoje jsou zatmeleny a skøíòka je nastøíkána barvou ve spreji. Pøední stìna skøíòky je tvoøena kouøovým organickým sklem o tlouš-

Obr. 6. Výkres cuprextitových dílù skøíòky hodin

Electus

2006

21

ce 4 mm, které je zapuštìno 3 mm pod pøední hranu skøíòky. Pro ovládací tlaèítka jsou do pøední stìny vyvrtány 2 díry o prùmìru 7 mm. Na spodní stranì desky s plošnými spoje jsou 4 distanèní sloupky o délce 8 mm, na horní stranì desky jsou 4 distanèní sloupky o délce 15 mm. Pomocí tìchto sloupkù je deska pøipevnìna do skøíòky a spojena s pøední stìnou. Všechny díry do skøíòky a do pøední stìny vrtáme až podle skuteèné rozteèe distanèních sloupkù, ovládacích tlaèítek, seøizovacích trimrù a napájecího konektoru. Pøední stìnu skøíòky mùžeme podle libosti polepit ozdobnou samolepicí fólií s popisem (obr. 7). Pravá a spodní strana fólie se po nalepení oøíznou žiletkou. Výsledná podoba hodin je zøejmá z obr. 1 a obr. 8.

Seznam souèástek Všechny rezistory jsou miniaturní se zatižitelností 0,4 W, velikost 0204 R1 8,2 kΩ R2 10 kΩ R3 33 Ω R4 až R9 680 Ω R10 10 kΩ R11 fotorezistor MPY7P R12 1 kΩ R13 trimr 5 kΩ (typ PK50HK005) R14 220 Ω R15,R16 2,2 kΩ R17 trimr 10 kΩ (typ PK50H010) C1, C2 33 pF, keramický C3, C5 5 (4,7) µF/15 (35) V, radiální C4 1 000 µF/40 V, axiální C6, C7 100 nF, keramický Q1 hodinkový krystal 32,786 kHz Q2 krystal 3 MHz (pouzdro HC49U) B1 Graetzùv usmìròovaè B250C4000 T1 BC337-40 IC1 89C4051 IC2 až IC7 74HC595 IC8 až IC13 ULN2803A IC14 DS1302 IC15 LM741 IC16 7805 IC17 LM317T (všechny IO jsou v pouzdrech DIL) Disp1 až Disp6 HD-AA12RD piezomìniè KPB1220 G1 lithiová baterie CR 2032 držák lithiové baterie BH2032 tlaèítka P-DT6 napájecí konektor K375A JP1 jumper precizní objímky: SIL05 12 ks

22

Obr. 7. Samolepicí fólie s potiskem (nálepka), kterou mùže být polepena pøední stìna hodin (bez mìøítka) DIL20 1 ks DIL18 6 ks DIL16 6 ks DIL08 2 ks síový napájecí adaptér MW1208GS cuprextit o tloušce 1,5 mm oboustrannì plátovaný mìdí (na skøíòku) organické sklo na pøední stìnu skøíòky distanèní sloupky: typ DA5M3X08 4 ks typ DI5M3X15 4 ks Všechny souèástky jsou z prodejny GM Electronic, Brno.

Závìr Zájemcùm o stavbu pošlu naprogramovaný mikroprocesor za 100 Kè plus 50 Kè poštovné. Adresa autora: Jaroslav Žák 790 61 Lipová láznì 181 mobil: 608 632 003 608 632 980 e-mail: [email protected]

Obr. 8. Deska hodin vyjmutá ze skøíòky

Electus

2006

Univerzálna sada pre mobilné telefóny Matej Švantner Konštrukcia má jednu ve¾mi jednoduchú úlohu: Zabezpeèi, aby bol vᚠMT vždy po ruke, nabitý, pripravený k používaniu a aby ste ho pri telefonovaní nemuseli drža. Struène a jasne: „Je to stolná HF sada kombinovaná s nabíjaèkou.”

Popis funkcie Sada je urèená pre užívate¾ov, ktorí majú MT so systémovým portom (Siemens, Sony, Sagem, Alcatel a pod.). Majitelia Nokií budú môc používa iba niektoré funkcie. Sada je zložená z viacerých celkov, ktoré sa vzájomne neovplyvòujú, a preto je možné ich oddeli a používa jednotlivo, alebo používa iba èas. Celkov je spolu 6. Patrí sem efektové zariadenie, vstupný a výstupný zosilòovaè (pre zosilnenie signálu z externého mikrofónu a koncový zosilòovaè pre reproduktor), nabíjací obvod a obvod, ktorý pripája sadu k MT. Celková schéma sady je na obr. 1. Prvá èas je efektové zariadenie, ktoré pri zapnutom telefóne vytvára svetelný efekt. Jeho súèiastky sú

oznaèené èíslami od 1 do 19. Srdcom efektového zariadenia je Johnsonov desastupòový èítaè. Pre zaèiatoèníkov uvádzam struèný popis: Na vstup ENA je privedené kladné napájacie napätie, aby obvod reagoval na každý vzostupný impulz na vstupe CLK. Na tento vstup je pripojený generátor frekvencie, zložený z dvoch hradiel NAND, potenciometra P1, ktorým sa mení frekvencia impulzov, rezistora R7 a kondenzátora C7. Zvyšné dve hradlá NAND sú pripojené paralelne k hradlu IC1A. Rozsah frekvencie záleží od hodnôt C7, R7 a P1. Hodnoty P1 a R7 zvo¾te pod¾a vlastného uváženia. Pri každom vzostupnom impulze na CLK je stav èítaèa zvýšený o 1. Poèiatoèný stav je úroveò H na Q0 a L na Q1 až Q9. Po impulze na CLK sa úroveò H prene-

sie na Q1, po ïalšom impulze je H len na Q2. Týmto spôsobom je úroveò H prenesená až na Q6, ale tento výstup je cez kondenzátor C8 privedený na vstup RES, ktorý resetuje èítaè a dej zaèína odznova. Na každý z výstupov Q0 až Q5 je pripojený rezistor R1 až R6, ktorý zaruèuje, aby sa pri úrovni L neotvoril žiadny z tranzistorov. Pri úrovni H na Q0 sa tranzistor T1 otvorí a kondenzátor C1 sa naplno nabije. Po impulze na CLK sa zmení na Q0 úroveò H na L. Ak by v zapojení nebol kondenzátor C1, tranzistor T1 by sa okamžite uzavrel, ale C1 sa pomaly vybíja do báze tranzistoru a tým zaruèuje pomalé pohasínanie diódy LED1, ktorá je pripojená na kolektor T1. Diódy LED1 až LED6 sa rozsvecujú a zhasínajú iba vtedy, ak je na vstupe ON kladné napätie min. 3 V. Toto napätie je privedené na optoèlen OK3, jeho fototranzistor sa otvorí a spojí katódy LED1 až LED6 s kladným napájacím napätím. Teraz LED svietia tak, ako je to popísané vyššie. V prípade, že je MT vypnutý, na jeho výstupe ON nie je napätie, optoèlen je uzavretý a LED nesvietia. Ešte jedno upozornenie: Ak by ste na mieste T1 až T6 použili tranzistory s ve¾mi ve¾kým zosilením prúdu, pred diódy LED treba vloži vhodný rezistor. Druhá èas je nf zosilòovaè, ktorého súèiastky sú oznaèené od 20 do 29. Zosilòovaè je urèený na zosilnenie zvuku z výstupov MT R+ a R-. Na tieto výstupy je bežne pripojené slúchadlo v handsfree sade. Slabý signál z R+ (R- je spojený so zemou) Obr. 1. Schéma univerzálnej sady pre mobilné telefóny (USPMT)

Electus

2006

23

Obr. 2. Schéma zdroja pre USPMT je privedený na C20, ktorý ho filtruje a privádza na bázu tranzistora T20, ktorý má v kolektore zapojený T21. Výstupný signál je cez C21, ktorý z neho filtruje prípadnú jednosmernú zložku, privedený na potenciometer P20 (regulácia hlasitosti). Potom nasleduje ïalší filtraèný kondenzátor a výstupný signál vedie na konektor SV20. Niekedy je potrebné vloži pred SV20 rezistor a kondenzátor pre potlaèenie vysokých frekvencií. Keïže zosilòovaè nie je žiadny výstavný kúsok a má pomerne malé zosilnenie, je vhodné zapoji výstup na vstup AUX nejakej Hi-fi veže a pod. Tretia èas je tiež nf zosilòovaè. Jeho základný popis vynechám, lebo je to kópia prvého zosilòovaèa. Jeho súèiastky sú oznaèené od 30 do 49. Zosilòovaè bol prevzatý z [1]. Má dva vstupy, konektor SV30 je pre mikrofón a druhý vstup na konektore SV31 je pre magnetofón, discman a podobné zdroje signálu, na tomto vstupe je aj potenciometer P30 (hlasitos). Výstup zo zosilòovaèa sa privádza na výstupy MIC1 a MIC2, ktoré sú pripojené na MT. P31 obmedzuje výstupnú hlasitos a P32 potlaèuje vysoké frekvencie. Na rozdiel od prvého zosilòovaèa, mikrofón nepotrebuje také vysoké zosilnenie, a preto je tento zosilòovaè vhodný. Samozrejme, najlepšie by bolo zohna malý zosilòovaè typu TDA a nahradi ním oba nf zosilòovaèe. Ïalšia, štvrtá èas, je bistabilný klopný obvod (BKO), ktorý signalizuje MT, že sada je aktívna. Súèiastky sú èíslované od 50 do 69. Všetky èasti

tejto sady by boli nefunkèné, keby MT „nevedel” o pripojenom zariadení. BKO je ve¾mi jednoduchý: Kondenzátor C51 je vždy buï vybitý, alebo nabitý. Pri stlaèení tlaèidla TL50 sa náboj z C51 (ak nezoženiete fóliový C51, môže by aj elektrolyt) prenesie na T51, ale ak nie je nabitý, tak je T51 stále otvorený a je udržovaný v tomto stave pomocou prúdu, ktorý preteká cez R53. R52 chráni tranzistor T51 pred prúdovými špièkami. V prípade, že svieti LED50, optoèlen OK50 je aktivovaný a jeho fototranzistor spája kontakty HF1 a HF2. Teraz sa na displeji MT zobrazí ikona pripojenej HF sady a pri hovore sa dá prevzatie a zloženie ovláda tlaèidlom TL100, ktoré je pripojené na kontakty RECEIVE, ïalej mikrofón a reproduktor vstavaný v MT nie je aktívny, ale používajú sa tie, èo sú pripojené k sade. Piata èas je presne taký istý BKO ako štvrtá èas, ale neovláda pripojenie HF sady, ale nabíjanie batérie v MT. Obsahuje súèiastky s èíslom 70 a vyššie. V prípade aktivácie BKO, keï svieti LED70, na MT by mala by ikona nabíjania, lebo optoèlen spojí kladný pól zdroja s batériou MT (záporné póly sú už spojené). Posledná èas sa skladá iba z optoèlena OK2 a konektora RELE. V prípade zvoniaceho MT je na vstupe CALL kladné napätie z batérie MT, to sa prenesie na optoèlen a fototranzistor spojí pin 2 konektora RELE so zemou. Napájací zdroj v prípade MT, ktoré majú nabíjaèku na 5 až 6 V,

Obr. 3. Obrazec spojov na doske USPMT (mer.: 1 : 1)

24

Electus

tvorí samotná nabíjaèka, je to ve¾mi úsporné riešenie a hodí sa hlavne pre Siemensy (nabíjaèka 5 V). Ale pozor, nabíjaèka pre MT Siemens nie je stavaná na trvalú maximálnu záaž, a preto odporúèam diódy LED v efektovom zariadení vymeni za nízkopríkonové a zväèši odpor rezistorov R1 až R6. V prípade, že vᚠMT nemá vhodnú nabíjaèku, na obr. 2 je schéma potrebného zdroja.

Stavba, súèiastky a oživenie DPS pre USPMT je na obr. 3 a obr. 4, DPS pre zdroj je na obr. 5 a obr. 6. Súèiastky osadzujte pod¾a ve¾kosti (inak bude zložitejšie oživovanie), alebo pod¾a vyššie popísaných èastí. Indikaèné LED a tlaèidlá vyveïte na predný panel pomocou viacžilového vodièa. Pozor na polaritu kondenzátorov a diód. Integrované obvody je lepšie osádza do objímok. Najlepšie je vstava sadu do krabièky, ktorá je odtienená, lebo mobil dokáže ruši úplne všetko. Na oživenie odporúèam regulovate¾ný zdroj nastavený na 5,0 V s obmedzením prúdu. Pripojte k sade reproduktor a mikrofón. Spojte vývod ON s +5 V, LED1 až LED6 by mali svieti v štýle „Knight rider”. Ak sa tak nestane, skontrolujte napájanie, IC2 a skratujte piny 4 a 5 optoèlenu OK3. Ïalej overte oba BKO (ak LED, ktorá signalizuje stav BKO (HF) funguje, ale mobil nereaguje, prehoïte HF1 a HF2) a zosilòovaèe. Ak je všetko v poriadku, pripojte MT na systémový port a zapnite ho. Pripojte napájanie na sadu. Ak je MT zapnutý, èas s Johnsonovým èítaèom by mala

Obr. 4. Rozmiestnenie súèiastok na doske USPMT

2006

Obr. 5. Obrazec spojov na doske zdroja pre USPMT (mer.: 1 : 1)

Obr. 6. Rozmiestnenie súèiastok na doske zdroja pre USPMT by aktívna. Stlaète tlaèidlo TL50 ovládajúce HF sadu, na MT by sa mala objavi ikona HF sady. Potom pripojte relé na konektor RELE a zavolajte na MT. Keï zaène zvoni, relé by malo zopnú. Teraz stlaète tlaèidlo TL100. Hovor by mal by prevzatý. Skúste hovori striedavo do MT a do druhého telefónu, z ktorého voláte. Opä stlaète tlaèidlo TL100. Ak sa hovor ukonèil, vyskúšajte nabíjanie. V prípade, že je všetko v poriadku, SADA JE PLNE FUNKÈNÁ!!!

Úpravy sady V tomto odseku popíšem nieko¾ko ve¾mi užitoèných úprav, s ktorými získa sada vlastnosti nieko¾kých profesionálnych výrobkov. 1) Spojte kontakty optoèlenu OK2 èíslo 4 a 5 s tlaèidlom RECEIVE, pri zazvonení sada automaticky prevezme hovor (odporúèam vloži istú èasovú konštantu). 2) K sade pripojte mikrofón a reproduktor a na konektor RELE pripojte relé 5 V, ktoré bude zapína magnetofón, nastavený na nahrávanie, na ¾avý kanál pripojte MIC1 a na pravý kanál pripojte SV20-1. Po prevzatí hovoru sa bude hovor nahráva. POZOR, pokia¾ viem, zákony SR dovo¾ujú nahráva hovory iba v prípade, ak o tom obaja úèastníci vedia !!! 3) Na konektor RELE pripojte BKO, ktorý pri prvom impulze zapne pomocou relé vonkajší spotrebiè, a po dru-

hom impulze ho vypne. Takto získate dia¾kové ovládanie ovládané prezvonením. 4) Spojte optoèlen OK2 s R7 tak, aby bol R7 pri zopnutí optoèlena skratovaný - pri zvonení budú LED blika rýchlejšie.

Nieko¾ko slov na záver Ešte pred skonštruovaním sady si overte, èi má vᚠMT systémový port. Ak nie, choïte do obchodu s príslušenstvom pre MT a pozrite sa na HF sadu pre vᚠtelefón. Musí na nej by slúchadlo, mikrofón a tlaèidlo pre prevzatie hovoru. Ak to je na sade, kúpte ju a doma ju rozoberte na jednotlivé èasti. Zistite, na ktoré piny konektoru je pripojené slúchadlo a podobné veci a všetko si zaznamenajte. Zistite aj polohu konektoru na nabíjanie. Pre struèný preh¾ad je na obr. 7 zapojenie MT Siemens A50 (a všetkých MT Siemens s tým istým systémovým portom). Želám ve¾a úspechov a dlhú funkènos nového doplnku pre MT. Kontakt na autora je: MT: +421 902 226 893 e-mail: [email protected]

Literatura [1] PE 6/2003, str. 7.

Zoznam súèiastok Doska USPMT

Obr. 7. Zapojenie MT Siemens A50

P1 P20, P31 P30 P32 R1 až R6 R20, R30 R21, R31, R50, R54, R70, R74 R22, R32, R53, R55, R71, R73 R23, R33 R51, R75 R52, R72 R7 C1 až C6

C7, C8, C20, C30, C33, 100 nF, keramický C21, C22, C31, C32, C35, C36 4,7 µF/35 V, radiálny C50, C71 10 nF, keramický C51, C70 1 µF/63 V, fóliový LED1 až LED6 LED rôznych farieb LED50, LED70 LED 2mA T1 až T6, T20, T21, T30, T31, T50, T51, T70, T71 BC547B IC1 CMOS 4093 IC2 CMOS 4017 OK2, OK3, OK50, OK70 4N35 TL50, TL70, TL100 tlaèidlá-žabky X1 konektor ARK500/2 RELE, SV20, SV30, SV31 L02P, alebo iný vhodný konektor konektor a zásuvka pod¾a typu MT (ak nepoužívate nabíjaèku ako zdroj, zásuvku nekupujte)

Doska zdroja R1 2 kΩ C1 100 nF/275 VAC C2, C3 100 nF/100 V, fóliový C4, C5 100 µF/35 V, radiálny D1 až D4 1N4007 LED1 LED 3mm IC1 7805 KK1 chladiè pre IC1 IN220, OUT5V svorkovnice ARK500/2 F1 poistka 200 mA TR1 trafo 230 V/12 V/6 VA, EL42-1

viï text 68 kΩ 150 kΩ 25 kΩ 1 kΩ 6,8 kΩ 4,7 kΩ 10 kΩ 1,5 kΩ 1 MΩ 330 Ω viï text 10 µF/35 V, radiálny

Electus

2006

25

Dvì zajímavá zapojení Synchronní usmìròovaè Aktivní usmìròovaèe obvykle obsahují usmìròovací diody, jejichž charakteristiky jsou linearizovány tranzistory nebo operaèními zesilovaèi. Tyto usmìròovaèe dobøe pracují na nízkých kmitoètech (do desítek kHz), na kterých mají aktivní souèástky dostateèné zesílení. Na vyšších kmitoètech se však nelinearita diod zaèíná uplatòovat a pøesnost usmìròovaèù klesá. Na obr. 1 je zapojení synchronního usmìròovaèe, kterému nelinearita diod nepùsobí žádné problémy. K usmìròováníní støídavého napìtí jsou v nìm totiž místo diod použity polovodièové spínaèe. Usmìròovaè má vyhovující vlastnosti v rozsahu kmitoètù 0 až 100 kHz. Srdcem usmìròovaèe je analogový multiplexer IO3 typu 74HCT4053, který obsahuje trojici rychlých „dvoupolohových“ pøepínaèù. Jednotlivé pøepínaèe jsou oznaèeny písmeny X, Y a Z. Pøepínaè X se ovládá signálem na vstupu A. Je-li vstup A v úrovni L, je spojen vývod Z s vývodem Z0, pøi úrovni H na vstupu A je spojen vývod Z s vývodem Z1. Podobnì jsou prostøednictvím vstupù B a C ovládány pøepínaèe Y a Z. Další ovládací signál se pøivádí na vstup INH. Je-li INH v úrovni L, pracují pøepínaèe uvedeným zpùsobem. Je-li však INH v úrovni H, jsou všechny tøi pøepínaèe zcela rozpojeny (tedy napø. Z není spojen ani se Z0, ani se Z1). Pøepínaèe mají v sepnutém stavu odpor nìkolik desítek Ω, ve vypnutém stavu stovky MΩ. Parazitní kapacity jsou øádu pF, pøepínaèe jsou použitelné pro signály o kmitoètu až nìkolika desítek MHz. Pøepínaèe jsou obousmìrné, pøepínaný signál mùže procházet z vývo-

du Z do Z0 nebo Z1 i naopak ze Z0 nebo Z1 do Z. Okamžité napìtí pøepínaných signálù se mùže pohybovat v hranicích, které jsou urèeny napájecími napìtími Uee a Udd. Chceme-li pøepínat signál, jehož napìtí je symetrické kolem nuly, musí být napìtí Uee záporné. V popisovaném usmìròovaèi bylo zvoleno Uee = -5 V a Udd = +5 V (u použitého typu IO mohou být tato napìtí maximálnì -6 a +6 V). Usmìròovaný signál se vede ze vstupu INPUT pøes pøes oddìlovací sledovaè s operaèním zesilovaèem (OZ) IO1A na vstupy X1 a Y0 pøepínaèù a pøes invertor s OZ IO1B na vstupy X0 a Y1. Sledovaè napìovì zesiluje +1x, invertor -1x. Z výstupù X a Y pøepínaèù je signál veden pøes výstupní oddìlovací sledovaèe s OZ IO1C a IO1D na výstup kladného usmìrnìného napìtí OUT+ a na výstup záporného usmìrnìného napìtí OUT-. Pøepínaèe X a Y jsou ovládány impulsy z výstupu rychlého komparátoru IO2 typu LM311, na jehož vstup se rovnìž pøivádí usmìròovaný signál. V kladné pùlvlnì signálu je na výstupu komparátoru úroveò H a v pøepínaèích jsou spojeny X1 s X a Y1 s Y. Proto je kladná pùlvlna signálu pøivádìna z výstupu IO1A na výstup OUT+ a invertovaná kladná pùlvlna z výstupu invertoru IO1B na výstup OUT-. V záporné pùlvlnì signálu je na výstupu komparátoru úroveò L a jsou spojeny vývody pøepínaèù X0 s X a Y0 s Y. Záporná pùlvlna je tak pøivádìna na výstup OUT- a invertovaná záporná pùlvlna a na výstup OUT+. Na výstupu OUT+ jsou tedy kladné pùlvlny dvoucestnì usmìrnìného signálu a na výstupu OUT- záporné pùlvlny. Na výstup usmìròovaèe je možné pøipojit filtry a další potøebné obvody. Usmìròovaè je napájen stabilizovaným symetrickým napìtím ±5 V,

Obr. 1. Synchronní usmìròovaè

26

Electus

2006

napájecí proud je asi ±6 mA. Obì napájecí sbìrnice jsou dùkladnì blokovány kondenzátory C1 až C8, které jsou pøipojeny co nejblíže k napájecím vývodùm jednotlivých IO. Elektor 7-8/1998

Pøevodník sinus/ /TTL do 80 MHz Pøevodník, jehož schéma je na obr. 2, pøetváøí sinusový signál na pøibližnì pravoúhlý s úrovnìmi TTL. Najde použití v èítaèích kmitoètu, ve fázových závìsech a v dalších zaøízeních, ve kterých se sinusový vf signál dále zpracovává logickými obvody. Kmitoètový rozsah pøevodníku je 100 kHz až asi 80 MHz a efektivní hodnota vstupního napìtí se mùže pohybovat od 100 mV do 2 V. Vstupní impedance pøevodníku je 50 Ω, takže signál lze pøivádìt na vstup i delším koaxiálním kabelem s charakteristickou impedancí 50 Ω. Pøevodník je tvoøen vf zesilovaèem s UHF tranzistorem T1 typu BFR93A v zapojení se spoleèným emitorem, který pro silné signály pracuje jako omezovaè. Pracovní bod tranzistoru je nastaven rezistory R1 až R5 tak, aby omezený signál na kolektoru T1 mìl úrovnì TTL. Elektor 7-8/1998

Obr. 2. Pøevodník sinus/TTL

Malé aktivní reprosoustavy Vladimír Andìl Aktivní reproduktorové soustavy, tedy soustavy s vestavìným zesilovaèem, mají nìkolik výhod. Reproduktory nelze výkonovì pøetížit, protože zesilovaè má výkon odpovídající jejich zatižitelnosti. Zajímavá je i možnost kompenzovat rùzné nectnosti reproduktorové soustavy pøíslušnými korekcemi v zesilovaèi. To u pasivních reproduktorových soustav nelze, protože se pøedpokládá, že libovolný zesilovaè mùže pracovat s libovolnými reprosoustavami. Popisované reprosoustavy vznikly s cílem ovìøit, že i pøi malém objemu a s levnými reproduktory lze získat dobré výsledky. Jejich využití je zejména u poèítaèe, ale dokáží dobøe ozvuèit i menší místnost. Reprosoustavy s objemem 3 l, které by mìly pøi svém objemu problémy s reprodukcí basù, hrají ve spojení se zesilovaèem s korekcemi nesrovnatelnì lépe za cenu toho, že se vìtšina výkonu zesilovaèe využije v pásmu nejnižších kmitoètù. To sice omezí maximální využitelnou hlasitost, ale pøi výkonu zesilovaèe 2x 12 W je hlasitost pro bìžný poslech hudby dostateèná. U malých soustav, u nichž vnitøní objem omezuje dolní mezní kmitoèet, nelze použít bassreflex. Ten sice dokáže na mezním kmitoètu charakteristiku vyrovnat, zároveò ale mezní kmitoèet pøeladí nahoru. Proto je v tomto pøípadì výhodnìjší zcela uzavøená a mírnì pøetlumená soustava s pozvolným poklesem charakteristiky, doplnìná korekcí v zesilovaèi.

Zapojení reprosoustavy je rozdìleno na nìkolik blokù: korekèní zesilovaè s regulací výšek a hloubek, výkonový zesilovaè s korekcí kmitoètové charakteristiky reproduktorù, zdroj a výhybka. Na vstupu korekèního zesilovaèe (obr. 1) je za regulátorem hlasitosti a stereováhy tranzistor JFET, který zajišuje malý šum i pøi vstupním odporu 100 kΩ. Následuje napìový zesilovaè (U1) se zesílením 23 dB. Pravý kanál je invertován, což je výhodné pro rovnomìrné zatížení obou polovin zdroje pøi reprodukci basù. Nízké kmitoèty jsou v signálu zpravidla obsaženy v obou kanálech a ve shodné fázi. Kdyby oba koncové stupnì odebíraly proud vždy ze stejné vìtve zdroje, vzrostly by nároky na kapacitu filtraèních kondenzátorù.

Na napìový zesilovaè navazuje zpìtnovazební korektor výšek a hloubek v bìžném zapojení. Mezní kmitoèty jsou pro korekce hloubek asi 500 Hz a pro korekce výšek 2 kHz. To sice proti bìžnì používanému meznímu kmitoètu 1 kHz snižuje rozsah regulace na krajích pásma, ale nedochází k nepøíjemnému ovlivòování støedních kmitoètù. Kondenzátory C5 a C6 zavírají charakteristiku nad slyšitelným pásmem a zajišují stabilitu korekèního zesilovaèe. Na výstupu korekèního zesilovaèe je pøi plném vybuzení asi 0,5 V. Korekèní zesilovaè je napájen z nestabilizovaného zdroje, a proto má na desce svùj stabilizátor. Deska s plošnými spoji pøedzesilovaèe je na obr. 2 a rozmístìní souèástek na obr. 3. Deska je jednostranná, osazená z obou stran. Koncový zesilovaè s obvodem TDA2030 na obr. 4 obsahuje ve zpìtné vazbì pøemostìný èlánek T R3, R4, C2, C9 pro zdùraznìní nízkých kmitoètù. Rezonanèní kmitoèet je 40 Hz a pøevýšení 12 dB. Aby korekce nezdùrazòovala kmitoèty už v okolí 130 Hz, kde má basový reproduktor mírné maximum, je na vstupu zaøazen èlánek R10, C10, R7 zpùsobující od 100 do 150 Hz opaèný sklon charakteristiky. Korekce R5, C3 zmenšuje v pásmu nad 2 kHz zesílení o 2 dB. Tím vyrovnává rozdíl v citlivosti výškového a basového reproduktoru a útlum zpùsobený odporem tlumivky ve výhybce v obvodu basového reproduktoru. Rezonanèní obvod L1, C4 a R6 zdùrazòuje 18 kHz o 10 dB a tím kompenzuje pokles citlivosti výškového reproduktoru v této oblasti. Protože cívka je v blízkosti reproduktorù a výhybky, je pro zamezení vzájemné vazby navinuta na toroidním jádøe.

Obr. 1. Schéma korekèního zesilovaèe

Electus

2006

27

Obr. 5 a 6. Deska s plošnými spoji výkonového zesilovaèe a rozmístìní souèástek

Obr. 4. Schéma výkonového zesilovaèe

Obr. 7. Schéma zdroje

Obr. 2. Deska s plošnými spoji korekèního zesilovaèe

Obr. 8. Deska s plošnými spoji zdroje

Obr. 3. Rozmístìní souèástek korekèního zesilovaèe Použito je oranžové toroidní jádro Pramet, prùmìr 10 mm. Pro indukènost 33 mH je potøeba 190 z. Použitý typ feritu má vìtší vodivost, a pokud se drát vine na holé jádro, odøe se lak a vinutí se odporem feritu pøíliš zatlumí. Pro ochranu jádra se osvìdèilo pokrýt je jednou až dvìma vrstvami sekundového lepidla. Abychom si ušetøili práci pøi vinutí, je možné vinout 95 z dvojitým drátem a obì vinutí spojit do série. Deska s plošnými spoji zesilovaèe je na obr. 5 a rozmístìní souèástek na obr. 6. Zdroj pro napájení zesilovaèe je symetrický, nestabilizovaný. Schéma napájecího zdroje je na obr. 7, deska s plošnými spoji a rozmístìní souèástek na obr. 8 a 9. Na desce zdroje je

28

Obr. 9. Rozmístìní souèástek na desce zdroje

i pojiska F1, která je zapojena do síového pøívodu k transformátoru. Pro napájení se používá transformátor 11,7 V/20 W urèený pro halogenové osvìtlení. Transformátor Tronic, který byl použit v prototypu, je vybaven vratnou tepelnou ochranou a z hlediska bezpeènosti je dùležité, že má dvojitou izolaci. Napìtí naprázdno je 12,5 V a zdroj zatížený klidovým proudem zesilovaèe dává napìtí maximálnì 2x 16 V. Transformátor je sice v signálových špièkách pøetìžován, ale krátkodobé pøetížení mu nevadí. Proto je i pojistka dimenzována na vìtší proud a má pouze funkci ochrany proti zkratu. Kdyby bylo pøetížení transformátoru delší, zareagovala by jeho tepelná ochrana.

Electus

2006

Transformátor s oznaèením dvojité izolace (má na štítku dva ètvereèky v sobì) mùžeme provozovat i bez spojení sekundárního obvodu s ochranným vodièem. To je u elektroakustických pøístrojù výhodné, protože odpadají problémy se zemními smyèkami pøi spojení s poèítaèem nebo s pøijímaèem spojeným s uzemnìnou anténou. Zde je nutné varovat pøed „no name“ transformátory zpravidla èínské výroby, u nichž èasto chybí povinné údaje o certifikaci a také tyto transformátory mohou být nebezpeèné. U transformátoru bez tepelné ochrany nelze poèítat s jeho krátkodobým pøetìžováním. Pojistka musí být dimenzována podle jeho výkonu, jinak by dlouhodobìjší plné vybuzení

zesilovaèe mohlo skonèit i požárem. Transformátor dimenzovaný podle plného výkonu zesilovaèe by mìl mít 40 W a pøi bìžném provozu by se jeho výkon asi nikdy nevyužil. Proto je zde transformátor 20 W s tepelnou ochranou optimální. U zdroje je nutno z hlediska bezpeènosti vìnovat pozornost mechanickému provedení. Dvojitou nebo zesílenou izolaci musí mít nejen transformátor, ale i pøívody k nìmu. Pøívodní dvojlinka tento požadavek splòuje. Pod deskou zdroje je ještì jedna zcela odleptaná kuprextitová deska, která izoluje desku zdroje od nosného plechu, a mezi obìma deskami jsou 3 mm vysoké plastové distanèní kroužky. Pøívody jsou pájeny naplocho a díry v desce v blízkosti pøívodù slouží k jejich provleèení a mechanickému zajištìní. Pokud je deska s plošnými spoji bez nepájivé masky, je vhodné ji nalakovat. V izolaèní mezeøe oddìlující síové napìtí nesmí být zbytky tavidel. Na pojistce musí být nasazen plastový kryt a pøívod k vypínaèi musí být zaizolován bužírkami. Posledním blokem reprosoustavy je výhybka. Má strmost 12 dB a je naladìna podle použitých typù reproduktorù. Basový reproduktor ARN10010/4 firmy TVM Acoustics sice pracuje až do oblasti vysokých kmitoètù, ale nad 2 kHz je jeho kmitoètová charakteristika zvlnìná a na vyšších kmitoètech se projevuje i jeho velká smìrovost. Proto je výhodné nastavit dìlicí kmitoèet výhybky na 2,5 kHz. U výškového reproduktoru ARV-078-00/4 se nakonec ukázala tlumivka jako zbyteèná, protože už samotný reproduktor má dostateènì strmý pokles charakteristiky. Charakteristika soustavy byla vyrovnanìjší, když byl výškový reproduktor pólován shodnì s basovým. Levá reprosoustava je zapojena s opaènou polaritou než pravá, aby se vyrovnala polarita signálu, která byla otoèena v korekèním zesilovaèi. Schéma výhybky je na obr. 10. Výhybku jsem zapojil pøímo na vývody reproduktorù. V prototypu byla v sérii s výškovým reproduktorem použita paralelní kombinace fóliových kondenzátorù 4x 1 µF, ale lze použít i bipolární elektrolytický s kapacitou 4,7 µF. Frekvenèní charakteristika reprosoustavy je na obr. 12. Mechanické provedení levé a pravé soustavy je rozdílné. V pravé jsou umístìny oba zesilovaèe a ovládací prvky, levá je pouze pasivní. Skøíòky mohou být vyrobeny ze døeva, z pøekližky nebo z podobného materiálu s tlouškou 10 mm. Výkresy skøínìk

jsou na obr. 11. Na pøední stìnu staèí pøekližka 5 mm, ale lze použít i 10 mm desku. Prototyp byl vyroben z 10 mm „døevoprašky“ (lisované práškové døevo s pojivem) a povrchová úprava byla provedena váleèkováním akrylátovou barvou. Zadní stìna levé skøíòky má tloušku 10 mm, v pravé je Al plech tloušky 3 mm. Plech slouží jako nosná deska a zároveò jako chladiè pro zesilovaèe. V plechu jsou konektory pro pøipojení vstupu a levé reprosoustavy, vypínaè a vývodka pro síovou šòùru. Z fotografií na obr. 13 a 14 je patrné rozmístìní dílù. Dùležité je utìsnìní všech otvorù, jinak pøi výraznìjších basech tyto otvory syèí nebo dokonce pískají. Koncové zesilovaèe jsou pøipevnìny pouze pøišroubobáním integrovaných obvodù na chladiè pøes izolaèní podložky. Spoje je vhodné natøít silikonovou pastou. Vstupní konektor (zásuvka jack 3,5 mm stereo) musí být od desky odizolován, jinak by vznikly zemní smyèky. Je pøišroubován na kousku odleptaného kuprextitu a v plechu je

Obr. 10. Zapojení výhybky

8 mm díra, pøes kterou je destièka nalepena sekundovým lepidlem. U prototypu byla použita kabelová zásuvka, odøíznutý kroužek z plastového krytu slouží jako matice. Pro utìsnìní byla pøes zásuvku navleèena smrštivá bužírka. Výstupní konektor cinch pro druhou reprosoustavu je s plechem spojen a je také utìsnìn navleèením smrštivé bužírky. Problémy byly u prototypu se spínaèem ze šuplíkových zásob, který okolo páèky netìsnil a mìl snahu pískat. Jiné typy spínaèù, napø. P-B068ER z GM problémy s tìsností nemají a pro jistotu lze pøes vypínaè po zaizolování vývodù bužírkami ještì pøetáhnout tlustou smrštivou bužírku. Na pøední stìnì pravé reprosoustavy je výøez pro umístìní ovládacích prvkù. Shora dolù je to hlasitost, stereováha, výšky a hloubky. Potenciometry jsou na nosné destièce, která je pøes distanèní sloupky spojena s druhou deskou s nalepeným 3 až 5 mm filcem, kterou procházejí høídelky. Filc høídelky utìsní. Tenká filcová koleèka je vhodné dát i pod knoflíky.

Obr. 11. Výkres skøínìk

Electus

2006

29

Nelze použít plastové potenciometry s vroubkovanými høídelkami, výhodné je použít potenciometry TP 169 (ES Ostrava) s prùmìrem høídelek 4 mm. Deska s potenciometry je pøišroubována a pro zatìsnìní i pøilepena chemoprénem zevnitø k pøední stìnì. Potenciometry jsou s deskou korekèního zesilovaèe spojeny stínìnými kablíky z tenké stínìné dvojlinky. Deska korekèního zesilovaèe je zabalena do „bublinkového“ igelitu a vložena mezi tlumicí vatu, na zadní stìnì pro ni již místo nezbylo. Tlumivka výhybky byla v prototypu pøilepena ke skøíòce chemoprénem. Jako tlumicí hmota je do každé skøíòky vložena èalounická vata s rozmìry 15 x 50 cm. Zadní stìny jsou pøišroubovány vruty k vlepeným lištám. Pro utìsnìní zadní stìny se mi osvìdèila plastelína. Pøi rozebrání po delší dobì je nutné starou ztvrdlou plastelínu oloupat a použít novou.

Zdroj C1, C2, C3, C4 10 000 µF/16 V C5 220 nF, CF2 D1, D2 1N5822 F1 pojistka T250 mA pojistkové pouzdro KS20W, plastový kryt KS20-7002-C transformátor 230/11,7 V, 20 W, typ HTOR-20TP-ZS (PS electronic) Výhybka - pro obì 2x C1 4,7 µF/100 V, bipol. C2 10 µF/100 V, bipol.

L1

VS-SP0.68MH1 (PS electronic)

ostatní materiál konektor cinch zásuvka do panelu + vidlice na kabel zásuvka jack 3,5 mm na kabel (viz text) vypínaè páèkový P-B068ER nebo kolébkový P-B100G (GM electronic) dvojlinka k levé reprosoustavì síová šòùra dvoupólová vývodka PG7 smrštivé bužírky prùmìr 3, 5, 10 mm plastelína, vruty 3x 30

Seznam souèástek Korekèní zesilovaè R1 50 kΩ, lin. potenciometr TP 169 (PS electronic) R2 50 kΩ, log. TP 169 100 kΩ, lin. TP 169 R3, R4 R9, R10 2,2 kΩ, SMD 1206 R11, R12, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R27 10 kΩ, SMD 1206 R13 11 kΩ, SMD 1206 R14, R15 150 kΩ, SMD 1206 R16, R17 15 kΩ, SMD 1206 R24, R25 22 Ω, SMD 1206 R26, R28 3,3 kΩ, SMD 1206 C1, C2, C3, C4, C7, C8, C19, C20 1 µF, SMD 1206 C5, C6 220 pF, SMD 1206 C9, C10, C13, C14 47 nF, SMD 1206 C11, C12, C15, C16 6,8 nF, SMD 1206 C17, C18 470 µF/16 V T1, T2 BF245C, TO92 U1, U2 NE5532, SO16 U3 78L09, TO92 U4 79L05, TO92 knoflík KN104BS na høídel 4 mm Koncový zesilovaè R1 R2 R3, R4 R5 R6 R7, R9, R10 R8 C1 C2 C3 C4 C5 C6, C7 C8 C9 C10 D1, D2 U1 L1 toroidní jádro

30

- pro oba kusy 2x 2,7 kΩ, SMD 1206 22 kΩ, SMD 1206 15 kΩ, SMD 1206 68 kΩ, SMD 1206 1 kΩ, SMD 1206 33 kΩ, SMD 1206 1 kΩ, RR 4,7 µF/50 V 1 µF, CF2 1,5 nF, SMD 1206 2,2 nF, CF2 1 µF, SMD 1206 220 µF/16 V 220 nF, SMD 1206 100 nF, CF2 33 nF, CF2 1N4007 SMD TDA2030 33 mH, viz text 10/5,5/4 H22 (PS electronic)

Obr. 12. Frekvenèní charakteristika reprosoustavy

Obr. 13 a 14. Fotografie reprosoustav a zdroje se zesilovaèem

Electus

2006

Diskoblikátko Petr Kramara Pøed nedávnem jsem byl požádán, zda bych nepostavil barevnou hudbu, která byla otištìna v roce 1974. V dnešní dobì se již staré souèástky špatnì shánìjí, a proto vznikla tato konstrukce. Základní vlastnosti Napájecí napìtí: Poèet spínaèù:

230 V/50 Hz. 4.

Popis zapojení Nejdùležitìjší èástí celé konstrukce je vstupní obvod, který vytváøí impulzy pro hradlové pole U1. Vstupní signál ze zdroje hudby je veden pøes oddìlovací kondenzátor C1 na potenciometr R13, kterým se nastavuje vstupní úroveò. Rezistor R15 a kondenzátor C2 tvoøí dolní propust, aby rytmus blikání byl øízen pøedevším basovými tóny. Tento signál je pak veden do první èásti operaèního zesilovaèe U6, který pracuje jako pùlvlnný usmìròovaè. Usmìrnìný signál pokraèuje do integraèního èlánku tvoøe-

ného R16 a C3, kterým se nastavuje rychlost blikání v závislosti na vstupním signálu. R18 slouží pro vybíjení kondenzátoru C3. Výsledný signál je pøiveden do napìového komparátoru s hysterezí. Komparaèní úroveò se nastavuje trimrem R17. Získané impulzy jsou dále zpracovány hradlovým polem U1. V tomto poli je nahrán 4bitový èítaè s dekodérem 1 ze 4. Jumper JP8 pøepíná mezi režimy. V prvním svítí vždy jen jedna žárovka, v druhém svítí více žárovek náhodnì. Jumper J9 pøepíná mezi dvìma náhodnými režimy, ve kterých svítí vždy jen jedna žárovka. Žárovky jsou spínány triakovými spínaèi. Pro galvanické oddìlení se používá obvod MOC3041, který také zajišuje spínání v nule. Tímto obvodem je eliminováno zpìtné rušení do sítì.

Stavba Diskoblikátko je realizováno na oboustranné desce s plošnými spoji (obr. 2 a 3) o rozmìrech 74 x 100 mm. Vìtšina souèástek, krom výkonové èásti, je v provedení SMD. Rozmístìní souèástek je na obr. 4 a 5. Svorkovnice J2, J4, J5, J6 slouží pro pøipojení barevných žárovek. V prototypu byly použity žárovky s pøíkonem 40 W. Svorkovnice J7 slouží pro pøipojení síového napájení. Na konektor J3 se pøivádí vstupní audiosignál.

Oživení Na zaèátek chci øíci, že zaøízení pracuje se síovým napìtím 230 V, proto je nutné dodržovat øádnou

Obr. 1. Zapojení Diskoblikátka

Electus

2006

31

Obr. 2 až 5. Deska s plošnými spoji v mìøítku 1:1 a rozmístìní souèástek na desce bezpeènost. Samotné oživení je velmi jednoduché. Nejprve pøipojte všechny žárovky na patøièné svorky. Poté høídele potenciometrù R13 a R16 vytoète úplnì doleva (na minimální odpor). Na konektor J3 pøiveïte audiosignál s nejmenší úrovní, kterou budete používat pro toto blikátko. Postupnì otáèejte trimrem R17, dokud žárovky nezaènou blikat v rytmu hudby. Mùžete také použít osciloskop: sledujte signál na vývodu 7 operaèního zesilovaèe U6. Trimr R17 nastavte tak, aby se na zmínìném vývodu objevily impulzy.

Závìr Celou konstrukci je možné umístit do krabièky U-KP06, viz foto v úvodu èlánku. Soubor pro hradlové pole si mùžete stáhnout na internetové stránce www.kramara.com. V pøípadì zájmu je možné zakoupit tuto konstrukci i jako stavebnici na téže webové

32

stránce. Obvod hradlového pole je možno zakoupit u firmy Asix [1]. Hradlové pole je možno naprogramovat ve volnì stažitelném vývojovém prostøedí WebPack ISE firmy Xilinx [2]. Na stránkách této firmy je i návod na jednoduchý programátor.

Seznam souèástek R1, R2, R3, R4, R23 130 Ω, 0805 R5, R6, R7, R8 360 Ω, 0805 R9, R10, R11, R12 330 Ω, 0805 10 kΩ, PC16MLK010 R13 R14 5,6 kΩ, 0805 R15 16 kΩ, 0805 R16 5 kΩ, PC16MLK005 R17 10 kΩ, PT10VK010 R18 8,2 kΩ, 0805 R19, R20 30 kΩ, 0805 R21, R22 10 kΩ, 0805 C1 1000 nF, 0805

Electus

2006

C2 C3 C4 C5 D2

10 nF, 0805 4,7 µF/12 V, SMD 220 µF/16 V, SMD 10 µF DB106 nebo B250C1000SMD U1 XC9536XL, PC44 U2, U3, U4, U5 MOC3041 U6 LM358, SMD U7 LE33CD, SMD Q1, Q2, Q3, Q4 TIC206 F1, F2, F3, F4 500 mA, pojistka F5 100 mA, pojistka T1 230 V/5 V, transformátor TRHEI303-1X6 pojistkový držák KS21SW 5 ks dvojitá svorkovnice 5 ks

Odkazy [1] Webové stránky firmy Asix: http://www.asix.cz [2] Webové stránky firmy Xilinx: http://www.xilinx.com

Bezkontaktní identifikace,

verze 2 s procesorem PIC TomᚠFlajzar Tato konstrukce je vylepšením pøedcházející stavebnice Bezkontaktní identifikace RFID, která byla osazena procesorem ATMEL, externí pamìtí EEPROM a externím èasovaèem watchdog. Veškeré souèástky byly pøesunuty na jednu desku (tedy i dekodér, který byl u pùvodní verze na desce spolu s cívkou), watchdog i EEPROM jsou již souèástí procesoru PIC16F628A. Byl zmenšen klidový odbìr proudu øízením spotøeby dekodéru (probouzení na krátkou dobu každých 500 ms) a do napájení byly doplnìny základní odrušovací prvky, aby se snížilo riziko špatné funkce vlivem impulsního rušení z napájení. Zmenšil se i poèet pasivních souèástek, zejména rezistorù, díky tomu, že mikroprocesor PIC16F628A umožòuje na vstupech povolit vnitøní pull-up rezistory proti Vdd (viz schéma). Již nìkolik let se vyrábìjí a i u nás prodávají bezkontaktní identifikaèní a pøístupové systémy na bázi indukèního pøenosu dat s èipy EM-Microelectronic H4002 nazývané též Unique. Výhodou tohoto systému je, že transpondéry (ve formì klíèenek, karet, trubièek apod.) nepotøebují napájení a pøenos je zabezpeèen bezkontaktnì (na rozdíl od známých pøívìskù Dallas, èipových a magnetických karet apod.) na vzdálenost až nìkolika centimetrù, popø. decimetrù. Pøi dobøe navržené cívce na stranì èteèky nemusíme ani kartu vytahovat z kapsy, staèí se jen pøiblížit ke snímaèi. Transpondéry se vyrábìjí v nejrùznìjších tvarech a provedeních. Nejznámìjší jsou klíèenky Tear shape, Key holder, KeyFob, Fun Fob, ISO karty, miniaturní sklenìné GlassTag, transpondéry ve formì samolepek a další. Klíèenky jsou vyrábìny v nìkolika barvách, karty jsou pak bílé a lze je dobøe potisknout.

Princip Funkci lze rozdìlit na dvì základní èásti. Tou první je indukèní pøenos napájení z cívky dekodéru pro èip v transpondéru, druhou je pak samotný indukèní pøenos 64bitového kódu pomocí amplitudové modulace. Je použita frekvence 125 kHz a kód ASK Manchester. Výrobce transpondérù zaruèuje, že neexistují dva transpondéry se stejným kódem. Jako dekodér je použit integrovaný obvod EM4095, který s naprostým minimem vnìjších souèástek zabezpeèí jak napájení, tak demodulaci kódu. Na jeho výstupu DEMOD_OUT je pak 64bitový èíslicový kód, který lze již zpracovat bìžným mikroprocesorem. Vstup SHD slouží k pøepnutí do režimu stand-by, kdy spotøeba klesá na 1 µA. Pro zaruèení spolehlivého ètení i pøi velkých teplotních výkyvech je použit pro synchronizaci dat hodinový výstup RDY/CLK z dekodéru IO1.

Tento bezkontaktní systém najde široké uplatnìní v zabezpeèovací technice, v automobilech, ve školních jídelnách, prádelnách, pøi oznaèování nejrùznìjšího zboží, zásilek, domácích zvíøat, existují i transpondéry pro znaèkování ptactva (Pigeon Ring) a jistì se najde ještì mnoho oborù, kde lze tento zajímavý systém použít. Následující konstrukce se zabývá tím základním použitím, kdy je jen èten unikátní 64bitový kód transpondéru. Existují i transpondéry, do kterých lze i zapisovat, a také transpondéry s podstatnì vìtším poètem bitù, a to až 2048 (Hitag1). Ovšem takový poèet bitù již neslouží jen pro identifikaci, ale do transpondéru lze uložit celou øadu dalších údajù, jako je jméno, adresa a mnoho dalších, nebo tøe-

Obr. 1. Schéma zaøízení pro bezkontaktní identifikaci

Electus

2006

33

ba u zboží pùvod, datum výroby, popis výrobku apod. Existují také systémy pracující na mnohem vyšších kmitoètech, umožòující ètení až na vzdálenost mnoha metrù. Pro nᚠúèel, tedy zabezpeèovací techniku, je 64bitù, tedy nìkolik biliónù kombinací, plnì dostaèujících.

Popis konstrukce Protože jsem se snažil o co nejširší možnost použití, lze propojkami J1 a J2 nastavit nìkolik pracovních módù podle možného použití: 1) J1 i J2 neosazeny. Ovládání elektromagnetického zámku – po pøíblížení transpondéru sepne relé Re1 po dobu 5 sekund. Re2 ani vstupy nejsou v tomto režimu využity. 2) J1 osazena, J2 neosazena. Aktivace a dezaktivace zabezpeèovací ústøedny – po pøiblížení transpondéru relé Re1 sepne, po dalším pøiblížení rozepne. Kontakty Re1 mùže být tedy ovládána externí zabezpeèovací ústøedna. Vstupy IN1 a IN2 nejsou využity. 3) J1 neosazena, J2 osazena. V tomto módu zaøízení pracuje jako kompletní zabezpeèovací ústøednièka. Støídavým pøibližováním transpondéru aktivujeme a dezaktivujeme vstupy ústøedny (okamžitý vstup IN1 a zpoždìný IN2). Re1 støídavì spíná a vypíná podobnì jako v módu 2, relé Re2 spíná poplachovou sirénu (na asi 40 s). 4) J1 i J2 osazeny. Poslední, èvrtý mód slouží také jako plnohodnotná zabezpeèovací ústøedna stejnì jako v módu 3, jen s tím rozdílem, že Re2 po spuštìní poplachu sepne jen na 2 sekundy a zase odpadne. Toto nastavení je urèeno zejména pro spínání pageru GSM nebo jiného zaøízení, které vyžaduje pro svoji aktivaci impuls. Ve všech pracovních módech je pøiblížení oprávnìného transpondéru signalizováno krátkým pípnutím piezomìnièe a bliknutím LED1. Systém samozøejmì reaguje jen na transpondéry (pøívìsky, karty …), které byly pøedtím uloženy do pamìti. Ostatní

jsou ignorovány. Do pamìti je možné uložit kódy pro až 16 transpondérù. Systém pracuje celou dobu v úsporném režimu, tj. dekodér se probouzí ze sleep módu každých 500 ms na dobu asi 100 ms. Tento proces je øízen mikroprocesorem IO2 prostøednictvím vodièe SLEEP/SHD. Toto øízení spotøeby má za následek mírné prodloužení doby reakce, tj. doby pøeètení transpondéru po pøiložení, v bìžné praxi nijak podstatné. Pokud byste chtìli reakci zrychlit, je možné vyøadit úsporný režim pøerušením J3 (viz schéma) na pinu è. 4 IO2 vedoucího na zem a jeho propojením s +5 V. Nyní bude dekodér trvale aktivní, což se projeví zkrácením ètecí doby, ale i zvìtšením spotøeby o asi 100 mA. Pozor, v tomto režimu se bude více zahøívat stabilizátor IO3 a bylo by lepší jej vymìnit za provedeni 7805 v pouzdru TO220 (vyvedením mimo desku). Celá konstrukce je umístìna na jedné desce, externí je pouze cívka. Ta mùže být buï vyleptána na desce jako plošný spoj, èímž se znaènì zjednoduší celá montហstavebnice (nᚠpøípad), nebo si experimentátoøi mohou navinout cívku svoji. Pak je však potøeba pøizpùsobit kondenzátory C9 a C10 v rezonanèním obvodu dekodéru IO1. Pro zvìtšení bezpeènosti lze ovládání øídicí desky vyvést mimo dosah pøípadného narušitele, napø. z druhé strany zdi. U dveøí mùže být tedy pouze cívka. Vzdálenost cívky od dekodéru mùže být až 30 cm (spojeno s øídicí deskou klasickou dvojlinkou).

Popis zapojení Jak již bylo napsáno, srdcem celého zaøízení je integrovaný obvod EM4095, který ke své èinnosti potøebuje jen napájení 5 V, cívku a minimum externích souèástek. C9 je rezonanèní kondenzátor a jeho kapacita platí pro naši cívku vyleptanou na desce s plošnými spoji. Pokud použijete jinou cívku, je tøeba kapacitu kondenzátoru pøizpùsobit, aby byl obvod LC v rezonanci. To se projeví maximálním dosahem pøi minimálním odbìru proudu z napájecího zdroje. Stejnì tak bude tøeba pøizpùsobit kapacitu

Obr. 2 a 3. Deska s plošnými spoji zaøízení pro bezkontaktní identifikaci a rozmístìní souèástek na desce

34

Electus

2006

C10, který je pro naši cívku složen ze dvou paralelnì zapojených kondenzátorù 100 pF a 47 pF. Veškeré další funkce øídí mikroprocesor IO2. Naète kód pøicházející od dekodéru a porovná jej s kódy uloženými v pamìti EEPROM. Pokud se shodují, provede požadovanou akci. V pracovním módu 3 a 4 jsou navíc ve stavu aktivním vyhodnocovány vstupy IN1 a IN2, které jsou pro vìtší bezpeènost galvanicky oddìleny optoèleny. V klidu je tøeba, aby na optoèlenech bylo napìtí 3 až 12 V (pøi R2 a R3 1 kΩ). Poplach je vyvolán, jestliže je pøerušeno napìtí na IN1 nebo IN2. Je to z toho dùvodu, aby byl poplach vyvolán i po pøerušení vedení od èidel. První vstup IN1 vyvolá poplach ihned, druhý se zpoždìním asi 12 sekund. Vhodný vstup vybereme podle toho, kde je systém umístìn, resp. kde se provádí identifikace. Zda mimo objekt (napø. u hlavních dveøí pøed vstupem do domu, pak použijeme okamžitý vstup IN1), nebo uvnitø napø. bytu, kde po vstupu jsou aktivována èidla a odpoèítává se èas k vyvolání poplachu. Pøed jeho uplynutím musí být systém dezaktivován nebo je spuštìn poplach sepnutím Re2 na dobu ètyøiceti sekund. Po této dobì nebo po pøiložení oprávnìného transpondéru Re2 rozepne a siréna pøestane houkat. V pøípadì, že se tak stane uplynutím èasu 40 sekund a ne pøiložením pøívìsku, siréna sice pøestane houkat, ale stále støídavì èervenì a zelenì problikává LED1, aby upozornila obsluhu, že v její nepøítomnosti byl narušen hlídaný prostor. Tento stav se dá zrušit jen pøiložením oprávnìného transpondéru, krátkým stlaèením TL1 nebo pøerušením napájení. Aktivace a dezaktivace systému je signalizována pípnutím piezomìnièe. Po aktivaci systému v módu ústøedny bìží èas na odchod z prostoru v délce asi 1 minuty, což je signalizováno blikáním zelené LED1 a obèasným pípnutím. Po uplynutí èasu se zaènou vyhodnocovat vstupy a LED1 svítí èervenì. Celé zaøízení je napájeno ze zdroje 12 V, schopného dodat proud alespoò 200 mA. Ideální by byl zdroj se

síovým filtrem. Pokud používáte tuto konstrukci v módu 3 a 4, tedy jako zabezpeèovací ústøednièku, byl by nejlepší zálohovaný zdroj (nabízíme jej pod obj. èíslem 129), protože není pro zlodìje nic jednoduššího, než odpojit objekt od napájení a tím ústøednu vyøadit z provozu.

Osazení desky s plošnými spoji Rozmìry obou desek, tedy øídicí desky a desky cívky (obr. 2 a 3), byly navrženy pro montហdo klasické nástìnné krabièky od vypínaèe (po odstranìní vnitøního spínaèe - viz fotofrafie). Odpovídá tomu i rozteè postranních uchycovacích dìr o prùmìru 3,5 mm. U øídicí desky je nejprve tøeba mírnì sestøihnout rohy, aby se do krabièky vešla. Deska cívky je pak vložena do „tlaèítkové“ èásti a dírou se prostrèí signalizaèní LED1. Aby byla montហco nejsnadnìjší i v amatérských podmínkách, nepoužil jsem souèástky povrchové montáže SMD (s výjimkou IO1, který se v jiném provedení nevyrábí a dostanete ho na desce již odbornì pøipájený), ale klasické s drátovými vývody. Nejprve osaïte na desce dvì drátové propojky (jedna pod IO2 a druhá pod TL2). Potom ostatní pasivní souèástky, relé, svorkovnice apod. Tlaèítko TL1 a LED1 jsou ze strany spojù. Veškeré vstupy, výstupy a napájení se pøipojují prostøednictvím šroubovací svorkovnice.

Oživení Po peèlivé kontrole pøipojte napájecí zdroj s omezením proudu na 120 mA. Zmìøte, zda je za stabilizátorem opravdu napìtí 5 V. Pokud ano, zdroj vypnìte a zasuòte procesor IO2. Pozor na jeho správnou orientaci! Nyní by po zapnutí napájecího napìtí mìlo vše fungovat podle návodu. Samozøejmì je tøeba nejprve uložit do pamìti kódy transpondérù.

Ukládání kódù transpondérù do pamìti Do uèícího módu se dostaneme stisknutím tlaèítka TL1 po dobu asi

jedné sekundy, poté se rozsvítí èervená LED1 a ozve se trojí krátké pípnutí. Nyní jsou po pøiložení transpondérù jejich kódy pøeèteny a uloženy do pamìti. Správné uložení je potvrzeno dvojtónem a krátkým zeleným probliknutím LED1. Pokud je pamì zaplnìna, ozve se po pøiložení dalšího transpondéru delší, hlubší tón a pohasne èervenì svítící LED1. Každý transpondér je tøeba pøiložit pouze jednou, jinak jeho kód bude zbyteènì zabírat prostor na více místech v pamìti. Uèící režim ukonèíme krátkým stisknutím tlaèítka TL1 nebo bude ukonèen automaticky do 45 sekund od pøiložení poslední klíèenky. Pokud je pamì prázdná, resp. se jedná o první spuštìní pøístroje, je tøeba pamì EEPROM naformátovat. Hned na zaèátku se pamì smaže a naformátuje dlouhým podržením tlaèítka TL1 do doby, než se ozve sestupná melodie a LED1 èervenì bliká. Jakmile LED zhasne, je pamì smazána (naformátována). Smazání pamìti také budete potøebovat, pokud napø. jeden ze èlenù rodiny ztratí transpondér. Po vymazání pak nauèíte pouze platné transpondéry, takže i když ten ztracený nìkdo najde, dveøe s ním už neotevøe. V módu 3 a 4, pokud je ústøedna aktivována, je uèící mód blokován.

Seznam souèástek (Rezistory jsou s rozteèí vývodù 5 mm, keramické kondenzátory s rozteèí 2,5 mm. U elektrolytických kondenzátorù je uvedeno minimální napìtí.) R1 R2, R3 R4, R5 R6 R7 C1, C2, C4, C5, C8, C14, C15 C3 C6 C7 C9 C12, C13 C10

C11 C16, C17 D1 D2, D3 LED1

1 nF 33 pF transil BZW06-15 apod. 1N4148 dvoubarevná LED, prùmìr 3 mm, èerv./zelená T1, T2 BC547 nebo podobný T3 BC557 nebo podobný IO1 EM4095 SMD IO2 PIC16F628AI/P, naprogramovaný IO3 stabilizátor 78L05, pouzdro TO92 OP1 COSMO1020,dvojitý optoèlen X krystal 18,432 MHz, pouzdro HC49 Q1 piezomìniè PT1540P Re1, Re2 relé RY12WK nebo podobné TL1 P-B1720 (4,4 mm) TLUM1 100 µH/165 mA, axiální TLUM2 33 mH, radiální J1, J2 zkratovací kolík 2 x 2 + 2x jumper L plošná, leptaná cívka RFIDC1 (viz obr. 3) objímka DIL18 pro procesor (IO2) 6x dvojitá šroubovací svorkovnice s rozteèí vývodù 3,5 mm deska s plošnými spoji RFIDRD1 Stavebnici si mùžete objednat na adrese: FLAJZAR, nám. Svobody 424, 696 81 Bzenec, tel.: +420 518 628 596, 776 586 866, email: [email protected]. Cena stavebnice je 790,- Kè, cena pøívìsku je 59,- Kè, karty 49,- Kè. Na stránkách www.flajzar.cz najdete kompletní sortiment.

33 Ω 1 kΩ 4,7 kΩ 470 Ω 10 kΩ 100 nF 470 µF/16 V 100 µF/6,3 V 22 µF/6,3 V 22 nF 10 nF 100 pF + 47 pF

Fotografie hotového pøístroje

Obr. 4. Deska s plošnými spoji vysílací cívky

Electus

2006

35

Alarm GSMAp1 Emil Hašl Hlavní motivací pro vznik této konstrukce byla snaha o aktivní ochranu vlastního bytu pøed rùznými nenechavci, kterých v poslední dobì spíše pøibývá. Tato konstrukce je kompletní ústøedna zabezpeèovacího systému, ke které pouze pøipojíte pár èidel a pár dalších drobností. Stav ústøedny je signalizován jednou LED a ovládání je velmi jednoduché. K pøedávání poplachu se používá starý mobilní telefon Ericsson A1018. Tento telefon lze zakoupit po bazarech za velmi pøíznivou cenu do 1000 korun a dokonce nemusí být stoprocentnì funkèní, baterie a nabíjení nemusí vùbec fungovat; staèí, aby telefon „mìl signál“. Popis ovládání Ovládání této ústøedny je velmi jednoduché. K ovládání se používá vᚠmobilní telefon, který nosíte stále u sebe, nebo lze pøipojit libovolný pøijímaè dálkového ovládání. Stav alarmu signalizuje èervená LED: • nesvítí – alarm dezaktivován, • svítí – alarm odpoèítává odchod/ /pøíchod, • bliká (1 s) - alarm je aktivní, pøi pøerušení smyèky vyhlásí poplach. Prozvonìním alarmu vaším mobilním telefonem pøepnete alarm z jakéhokoli stavu do stavu odpoèítávání 2 minut. Alarm reaguje pouze na až osm uložených pøedvolených èísel, ostatní ignoruje. Alarm pøíchozí oprávnìné èíslo okamžitì pokládá, tudíž máte informaci, že alarm funguje, a

navíc vás to nic nestojí (hovor se neuskuteèòuje). Pokud se pøi aktivním alarmu pøeruší smyèka, alarm vyhlásí poplach. Zaène houkat siréna, pokud je pøipojena a povolena. Dále alarm zaène volat na uložená èísla, celkem až na ètyøi, na dvì hlavní posílá SMS, od kterého vstupu došlo k poplachu. Alarm lze v tuto chvíli vypnout pøijmutím volání (pouze dvì hlavní èísla) nebo pøes vstup dálkového ovládání. Další vlastnosti: • vstup L_FIRE pro èidlo detektoru požáru – vstup hlídá nepøetržitì 24 hodin, • vstup Panic – alarm vyhlašuje pouze tichý poplach a volá na jiné èíslo. Alarm má navíc výstupy: • siréna – signalizace zmìny stavu, odpoèítávání, poplach,

• výstup na ovládání svìtla – zapne svìtlo pøi zmìnách na vstupech, lze použít jako automatické osvìtlení chodeb atd., • výstup na obecné ovládání – lze ovládat napøíklad topení, • výstup PinX – pøišlo oprávnìné volání – lze použít s nadøazenou zabezpeèovací ústøednou. Celý alarm je napájen ze síového adaptéru nebo ze záložního akumulátoru.

Popis konstrukce Alarm je øízen procesorem Atmel AT89C4051. Použití tohoto procesoru není zrovna nejvhodnìjší: chybí pamì EEPROM pro uložení stavu, chybí možnost programování v aplikaci, pamì dat je pouze 128 bajtù. Má však také nìkolik výhod: napø. menší pouzdro s 20 piny, vnitøní analogový komparátor a z toho vyplývající jednodušší návrh desky s plošnými spoji. Procesor IC1 je taktován krystalem 11,059 MHz, tento kmitoèet je dobøe dìlitelný pro èasování sériové linky. Procesor po ní komunikuje s mobilním telefonem; parametry komunikace jsou 9600 Bd, 8 datových bitù, 1 stop bit. Linka je vyvedena na svorkovnici K4. O reset procesoru pøi zapnutí a o hlídání proti „zamrznutí“ se stará watchdog obvod IC2 LTC1232. Obvod generuje reset, pokud se logický stav pinu P1.7 nezmìní do 1,3 sekundy. Obvod dále generuje reset pøi stisku tlaèítka RESET na pinech JP1, pokud je toto tlaèítko osazeno.

Obr. 1. Schéma zapojení alarmu GSMAp1

36

Electus

2006

Výstupy ovládá procesor pøes budièe IC3 ULN2803. V budièi je osm dvojic tranzistorù v Darlingtonovì zapojení s otevøeným kolektorem, s ochrannou diodou proti pøekmitu na výstupu, pøímo ovládaných logikou TTL. Zatížitelnost jednoho výstupu je maximálnì 500 mA. Na tyto budièe lze pøímo pøipojit relé, sirénu, LED s pøedøadným rezistorem a další, vše proti zdroji +12 nebo +5 V. Na tyto budièe jsou „navìšeny“ i stavové LED – èervená D8 a zelená D9 (význam bude popsán dále). Vstupy LA, LB, L_FIRE a TLAÈ na svorkovnici K5 jsou ošetøeny proti pøepìtí Zenerovými diodami a rezistory s odporem 820 Ω. Vstupy LC a LD na svorkovnici K6 nejsou chránìny sériovým odporem jako u ostatních vstupù, ale jsou oddìleny tranzistory T1 a T2. Tyto tranzistory fungují jako invertory, pøi rozpojení báze od GND se sepne port procesoru na GND a vyhlásí se poplach. Alarm je napájen buï ze síového zdroje, pak nabíjí pøipojenou záložní olovìnou bezúdržbovou baterii 12 V, nebo pøi výpadku sítì zajišuje napájení baterie. Na svorkovnici K1 se pøipojuje baterie (svorky 3 a 4) a na druhou polovinu (svorky 1 a 2) støídavé nebo stejnosmìrné napìtí ze síového zdroje 16 až 20 V. Toto napìtí se usmìròuje ètyømi diodami D1 až D4 a dále filtruje kondenzátorem C1. Toto napìtí se pøivádí na vstupy stabilizátorù. O nabíjení baterie se stará stabilizátor IO4 L200, trimrem R3 je nastaveno maximální napìtí pøi nabíjení, které by mìlo být 13,5 V. Baterie se nabíjí proudem až 400 mA, po dosažení maximálního napìtí se nabíjecí proud zmenšuje. Nabíjecí proud je zmenšen o proud, který pøímo odebírají další pøipojené spotøebièe, napø. rùzné detektory atd.

Obvod IO5 7805 stabilizuje napìtí 5 V pro mobilní telefon a pro procesor. O oddìlení nabíjení a napájení procesoru se starají diody D5 až D7. Rezistory R10 až R13 s vnitøním komparátorem procesoru zkoumají napìtí baterie; pøi jeho poklesu procesor ohlašuje vybitou baterii SMS zprávou „BATT“. Modul se tøemi relé lze použít pro posílení výstupù, úpravu signálu vstupù atd.. Všechna relé lze pøipojit pøímo na budièe IO3. Pouze Re3 má zapojen i ovládací tranzistor T4 (NPN), který sepne pøi pøivedení kladného napìtí na svorkovnici K8. Tento modul nemusíte osazovat, pokud tyto funkce nevyužijete, a desku s plošnými spoji lze pak zmenšit. Tranzistor T3 (PNP) sepne pøi zápisu úrovnì log. 0 na port P3.7 – signál PinX. Tento stav nastane pøi oprávnìném volání nebo pøi aktivním dálkovém ovládání (význam popsán dále).

Stavba a oživení Desku si nejprve pøipravíme. Je potøeba zvìtšit vrtákem o prùmìro 1 mm osazovací díry pod stabilizátory. Pod pojistkovým držákem je tøeba s vrtákem zahýbat také trochu do stran. Na desku pak zapájíme všechny souèástky. Stabilizátory opatøíme chladicími køidélky a musíme jím trošku naohýbat nožky. Pro procesor IO1, watchdog IO2 a budiè IO3 použijeme precizní objímky. Pod procesorem je jedna drátová propojka, propojuje pin è. 3 procesoru IO1 (Tx u sériového portu) na vývod rezistorové sítì R17 (rezistor 4,7 kΩ na VCC). Bez tohoto propoje nechtìl mobil správnì zavìšovat pøíchozí volání. K pøipojení napájecího zdroje 5 V na mobil použijeme starou baterii od mobilu. Baterii opatrnì otevøeme no-

žem, je po obvodu slepená. Vyndáme staré èlánky a na místo nich pøipojíme dvoužilový kablík a elektrolytický kondenzátor 1000 µF/10 V. Kablík vyvedeme a pøipojíme na svorkovnici K3 na svorky 9 a 10. Pozor na polaritu! Krátkodobé otoèení mi naštìstí nepoškodilo mobil, ale zkratový proud více než 1 A už mùže nìco hodnì zahøát. Baterii zpìt zalepíme. Pro pøipojení datového konektoru mobilu pin 9 (Tx) na svorku 17 (Rx procesoru) a pin 11 (Rx) na svorku 18 (Tx procesoru) postaèí „dvoulinka“, zem se propojuje pøes napájení. Po peèlivém zkontrolování osazených souèástek pøipojíme napìtí 20 V (nejlépe omezeno na 50 mA) na svorky ZDROJE K1, svorka 1 a 2. LED probliknou, pak bliká zelená LED a nakonec musí po celkem asi 15 sekundách zaèít støídavì rychle blikat obì LED. Postup zapínání alarmu a nastavení èísel na simkartu bude popsán v odstavci Nastavení MT a SIM. Trimrem R10 nastavíme, aby na svorkách 3 a 4 bylo napìtí pøibližnì 13,5 V. Potom pøipojíme akumulátor (pozor na polaritu!) a po nìjaké dobì zkontrolujeme, zda toto napìtí není vìtší. Dlouhodobì vìtším napìtím by se zbyteènì nièil akumulátor. Není tøeba se pøíliš bát, vydrží hodnì. Dále doporuèuji propojit všechny vstupy LA, LB, LC, LD a LFIRE drátem na GND, aby alarm pøi pokusech na stole stále nevyhlašoval poplach.

Možné závady • LED blikají po pøipojení napìtí obì stejnì, asi v 1sekundových intervalech – bohužel se nerozkmital oscilátor procesoru. Vymìòte krystal nebo zmìòte kapacitu kondenzátorù C11 a C12 (33 pF). Je také možné, že se z nìjakého dùvodu

Obr. 2. Osazení desky s plošnými spoji alarmu souèástkami, zapojení a popis vývodù

Electus

2006

37

pøi mém omylu to stabilizátor vydržel bez problémù). • Pøi pøipojení výstupu budièù pøímo na +12 V se buï pøepálí pojistka jistící zdroj, nebo se musí vymìnit IO3 ULN2803. • Po nìjaké dobì se rozblikají rychle støídavì obì LED – není v poøádku komunikace na mobil nebo jsou naèítána špatná data (viz Nastavení SIM a Inicializace).

Nastavení SIM karty • Èísla se uloží na pozici sim 1 - 8 (bez +420, jen 9 èíslic, jméno u èísla mùže mít maximálnì 2 písmena!). • Èíslo na pozici 1 - volaný obdrží informaèní SMS (BATT - vybitá baterie, RESET - po resetu alarmu). • Pozice 1 a 2 - obdrží poplachovou SMS (LA, LB, LC, LD a FIRE). • Pozice 1 a 2 - smìjí pøijmutím hovoru zrušit poplach. • Pozice 1 až 4 – volá pøi poplachu. • Pozice 1 až 8 – smìjí ovládat alarm. • Na nepoužité pozice 5 až 8 je potøeba uložit nìjaké èíslo znovu nebo napø. 000000000. • Pokud je (x = 2) panic alarm, tak se na pozici 8 ukládá panic èíslo. • Pozice 9 – nastavení parametrù

Obr. 3. Deska s plošnými spoji alarmu (184 x 57 mm)

Obr. 4. Datový konektor Ericsson, pohled zespodu neobèerstvuje obvod watchdog IC2 (máte v programu generování impulzù na P1.7?). • Podaøilo se vám pøipojit obrácenì akumulátor a na desce nìco shoøelo – vymìòte rezistory R4, R5, kondenzátor C4 a pro jistotu i stabilizátor L200 IO4 (je zajímavé, že

38

vat stoprocentnì (pak by se musel firmware pøehrát). Zprávy SMS • Typ zprávy – standardní. • Serv. stø. – podle operátora: Eurotel 602909909, T-Mobile 603052000, Oskar/Vodafone 608005681. • Požad. odp. – vypnuto. • Inf. obl. – vypnuto. • Hlas. pošta – VYPNUTO - nutné. • Doba platn. – 1 týden. Nastavení • Hlasitost – nejprve nízká, pak podržte „C“ a vypnuto (pøeškrtlá nota). • Èas/datum – pro zpìtnou kontrolu kdo/kdy volal – po stisku tlaèítka Yes – a pro funkci automatického zapnutí alarm. • Ozn. pošty – ticho. • Zámek kláv. – VYPNUTO – nutné. • Zvuk kláv. – ticho. • Svìtlo – vypnuto. • Sezn. vol. – zapnuto. • Vol. info – cena.

Postup zapínání

Nastavení mobilu

• Zapojte veškeré pøipojené detektory, nepoužité vstupy nechte radìji spojené s GND. Pokud nepoužijete vstupy LC a LD, nechte je spojeny s GND, v opaèném pøípadì nefunguje mìøení vybité baterie. • Pøipojte MT k upravené baterii, pøipojte datový konektor (kontakty mobilního telefonu oèistìte lihem, musí být dokonale èisté). • Pøipojte baterii (zatím nezapínejte mobil), poèkejte, až se rychle rozbliká èervená i zelená LED. • Zapnìte mobil. • Propojte PinX svorka 29 na GND a poèkejte, až alarm „nabìhne“. • Pøípadnì zresetujte alarm a poèkejte, až alarm naète kartu SIM – – alarm bude posílat SMS „RESET“ (lze zrušit stiskem NO na mobilu). • Pøipojte síový adaptér a alarm je pøipraven ke zkušebnímu provozu. • Pozor: linka LFIRE musí být spojena s GND nebo vypnuta nastavením Bypass +16, jinak alarm vyhlásí poplach FIRE. • Pozor: linka LD pøi Panic Alarmu nesmí být aktivní - jinak alarm vyhlásí poplach PANIC.

Jak nastavit MT najdete v návodu k mobilnímu telefonu. Mobilní telefon by pro správnou funkci mìl mít nahranou poslední verzi firmware, což je program, který telefon øídí. Pro zjištìní verze firmware stisknìte na klávesnici MT rychle za sebou: ›*‹ ‹*‹*, mìlo by se objevit CXC125263 prg 000415. Menší èísla znamenají starší firmware, a je možné, že nìjaké funkce nebudou fungo-

Inicializace - postup (poèítání bliknutí èervené LED odhalí chybu): • svítí / blikne pøi zapnutí / resetu, • 1x 1 s bliknutí, • pak 10 s pauza na zapnutí mobilu, • 5x blikne v rychlých intervalech (asi 0,5 s) – kontrola komunikace, zápis a naèítání nastavení, • 2 s pauza, • 8x blikne v 1 s intervalech – naèítání telefonních èísel ze SIM,

Nastavení parametrù • Na pozici sim è. 9 se ukládá nastavení (jméno „N“, èíslo „9sxyhhbb“, napø. „92002500“). • 9 znamená, že je na 9. pozici nastavení. • s = poèet minut houkání sirény pøi poplachu (s = 0 siréna nehouká poplach, doporuèeno s = 2 min). • x = 0: standardní alarm, x = 1: alarm trvale zapnut (alarm se chová jako externí siréna), x = 2: LD je panic vstup. • y = 0 nebo 1: na výstupu impulz 2 s, y = 2 nebo 3: výstup je nastaven jako pøeklápìcí (0 a 2 – trvale/po zapnutí rozepnuto, 1 a 3 – trvale/po zapnutí sepnuto), • hh = hodina automatického zapnutí alarmu, pøi hh = 25 je funkce vypnuta, na MT musí byt nastaven pøesný èas, • bb = bypas: zakázání jednotlivých vstupù, seètìte hodnoty: 1 = LA, 2 = LB, 4 = LC, 8 = LD, 16 = FIRE.

Electus

2006

• 1x blikne v 1 s intervalu – naèítá nastavení ze SIM z pozice 9, • obnoví stav alarmu pøed resetem, pokud byl uložen, jinak pošle SMS „RESET“ na èíslo na 1. pozici a skonèí inicializaci (pokud posílá SMS, je alarm dezaktivován, pokud má být aktivní, je potøeba ho aktivovat, napø. „prozvonìním“). Popis stavových LED Zelená LED: • Blikne pøi stisku tlaèítka. • Svítí bìhem oprávnìného volání, krátce problikne pøi neoprávnìném volání (špatná data). • Pravidelnì bliká bìhem probíhajícího poplachu. • Po zapnutí bliká bìhem naèítání dat z mobilu – viz Nastavení a Inicializace. • Rychle bliká (rychle bliká i èervená LED) – došlo k chybì bìhem komunikace s mobilem. Èervená LED – Aktivace a dezaktivace, stav alarmu: • LED pravidelnì problikne jednou za 4 s – elektronika alarmu je funkèní. • Èervená LED nesvítí – alarm je vypnutý. Stiskem tlaèítka se aktivuje odchodové zpoždìní 1 minuta. Problikne zelená LED a rozsvítí se èervená LED. • Prozvonìní alarmu oprávnìným èíslem dezaktivuje alarm na 2 minuty (pøíchodové/odchodové zpoždìní), èervená LED se rozsvítí. Bìhem volání svítí zelená LED, po rozeznání oprávnìného èísla se rozsvítí èervená LED a alarm volání zavìsí. Standardní první oprávnìné zavolání na alarm probíhá takto: rozsvítí se zelená LED, dvakrát houkne siréna, v telefonu se ozývá oznamovací tón, rozsvítí se èervená LED, telefon se zavìsí, zhasne zelená LED, u volaného zní trylek (odmítnuté/neexistující volání = volaný nepøijímá). • Èervená LED svítí – probíhá pøíchodové/odchodové zpoždìní. Stiskem tlaèítka lze alarm vypnout, èervená LED zhasne. Oprávnìné zavolání v tuto dobu se oznaèuje druhé volání, alarm vyšle impuls nebo pøepne výstup Out, doba vyzvánìní udává stav výstupu Out po zmìnì: 0 (rozepnuto) – krátké vyzvánìní do 8 s, max asi 2x tón, 1 (sepnuto) – dlouhé vyzvánìní asi 10 a víc sekund - více než 4 tóny. • Èervená LED bliká – alarm je aktivován, dezaktivace možná prozvonìním oprávnìným èíslem nebo spojením PinX na GND. Pøi rozpojení vstupu LA, LB, LC nebo LD od GND nebo stisku tlaèítka (spojením na GND) alarm okamžitì volá na nadefinovaná èísla, dále houká siréna (podle nastavení „s“). Pak

je pauza a alarm se znovu pøepne do aktivovaného stavu. Pokud narušení trvá, alarm vše opakuje. Nouzová dezaktivace - vypnutí probíhajícího alarmu: • Spojením PinX na GND (po dobu min. 200 ms). Lze použít napø. dálkové ovládání nebo skryté tlaèítko. • Pøijmutím (zvednutím) poplachového volání. Oprávnìní dezaktivace má pouze èíslo 1 a 2 ze seznamu. Alarm vždy pošle poplachové SMS na è. 1 a 2. POZOR, vyèerpává kredit na kartì mobilu v alarmu.

Popis svorek 1 a 2. Pøipojení síového adaptéru se stejnosmìrným nebo støídavým napìtím 15 až 20 V, min. 0,5 A. 3. GND akumulátoru. 4. +12 V akumulátoru 1,3 až 5 Ah. 5. GND. 6. GND. 7 a 8. +12 V – zálohované napìtí pro pøipojení detektorù a pøíslušenství. 9. GND mobil – napájení MT. 10. +5 V mobil – napájení MT. 11. OutLedÈervená – výstup na katodu èervené signalizaèní LED (anoda na +12 V) pøes R14 820 Ω. 12. OutSiréna – výstup záporného pólu sirény, maximálnì 1,5 A (3x budiè). Výstup je aktivní okamžitì pøi poplachu, houkne 1x pøi aktivaci, 2x pøi dezaktivaci alarmu, odpoèítává odchod houknutím 24 sekund pøed koncem každé 4. s, 10 s pøed koncem každé 2. s, houkne pøi oprávnìném zavolání. 13. OutÈervená – výstup záporného pólu pro signalizaci èervenou LED, max. 0,5 A. 14. OutZelená – výstup záporného

pólu pro signalizaci zelenou LED, max. 0,5 A. 15. OutSvìtlo – výstup záporného pólu pro øízení osvìtlení, max.1 A, napø. LED, relé. Sepne na 5 minut od vstupu. 16. OutVýstup – Výstup (záporný pól) lze dálkovì ovládat MT, max. 0,5 A. Chová se podle nastavení (viz „Nastavení Sim“). 17. Rx_Mobil – sériová linka na MT. 18. Tx_Mobil – sériová linka na MT. 19. InLA – vstup Linka A, poplach pøi rozpojení GND, posílá SMS „LA“. 20. InLB – vstup Linka B, SMS „LB“. 21 a 22. GND. 23. InFIRE – vstup Fire – požární poplach pøi rozpojení od GND, posílá SMS „FIRE“, aktivní trvale. 24. InTLAÈ – vstup Tlaèítko – ovládání alarmu pøi spojení na GND, pøi neaktivním alarmu aktivuje alarm s odchozím èasem 1 min, pøi aktivním alarmu stisk vyvolá poplach a posílá SMS „ALARM“. 25. GND. 26. I/O Tlaè – vstup/výstup signál tlaèítka. Je propojen pøímo pin P3.5 procesoru, pøejde do log. 0 pøi poplachu. 27. InLD – vstup Linka D, SMS „LD“, vstup Panic – pokud je ústøedna nakonfigurována, alarm je tichý. Volá se podle pozice è. 8, pak 1 a 2. Pozice è. 8 nemá oprávnìní ovládat alarm. 28. InLC – vstup Linka C, SMS „LC“. 29. InPinX – vstup PinX – spojením na GND pøímo ovládá stav alarmu dezaktivováno/aktivováno s 10 s odchodového zpoždìní. Tímto vstupem lze pøerušit poplach. Lze pøipojit dálkové ovládání. 30. OutPinX – výstup PinX – pøi oprávnìném zavolání pøejde na +5 V (ji-

Obr. 5. Fotografie hotového pøístroje

Electus

2006

39

nak vysoká impedance), kopíruje i vstup InPinX, výstup lze použít pro ovládání nadøízené ústøedny (pøes Re3 lze tento výstup galvanicky oddìlit). Deska relé 31. Re1 +12 V – vstup ovládání relé 1. Vývod spojen s +12 V (lze proškrábnout). 32. Re1 GND – vstup ovládání relé 1. 33. Re2 +12 V – spojeno +12 V. 34. Re2 GND – vstup ovládání relé 2. 35. Re3 +12 V – spojeno +12 V. 36. Re3 GND – vstup ovládání relé 3, tranzistor T4 (NPN) tuto svorku spíná na GND. 37. GND. 38. In_TTL_Re3 – pøi pøipojení +5 V sepne relé 3, spojeno pøes rezistor R21 na bázi tranzistoru T4. Vstup lze propojit s výstupem 30 OutPinX. 39. Re3-C – spoleèný kontakt Re3. 40. Re3-NO – spínací kontakt Re3 (normaly open). 41. Re3-NC – rozpínací kontakt Re3 (normaly closed). 42. Re2-C – spoleèný kontakt Re2. 43. Re2-NO – spínací kontakt Re2. 44. Re2-NC – rozpínací kontakt Re2. 45. Re1-C – spoleèný kontakt Re1. 46. Re1-NO – spínací kontakt Re1. 47. Re1-NC – rozpínací kontakt Re1.

Popis instalace Pro alarm mám vyrobenu kvalitní plechovou krabici o rozmìrech 290 x x 230 x 80 mm, viz foto. Do této krabice se spolehlivì vejde osazená deska, mobilní telefon, síový zdroj a akumulátor. Deska a telefon je na plechu, který je umístìn v horní èásti krabice ve støedu výšky a který lze na pantu vyklopit. To znamená, že mùžete veškerou kabelហod detektorù, sirén a dalšího pøíslušenství za tento plech schovat. K desce vedou pouze konce vodièù, a nevzniká moc velký nepoøádek. Každý z detektorù nebo jiné pøíslušenství doporuèuji pøipojovat vždy jedním kabelem minimálnì se 4 páry, lze použít velmi levný UTP kabel na poèítaèové sítì. Nemá sice stínìní, ale uvnitø bytu nebo domu v délkách do 30 metrù se nemusíme pøíliš bát ru-

Obr. 6. Pøíklad instalace ovládacího tlaèítka a stavové LED

40

šení. Navíc program vzorkuje vstupy vícekrát, než spustí poplach. Jedním párem pøipojujeme napájení (doporuèuji oranžový) na zálohovaný zdroj +12 V, druhý pár je vstupní smyèka. Další zùstávají vìtšinou volné jako rezerva. U domovního vchodu si na jeden kabel zapojte tlaèítko ovládání (svorka 24), èervenou stavovou LED (svorka 11) a pøípadnì i interiérovou sirénu (svorka 12). Vše lze vestavìt buï do širší lišty, nebo do instalaèní krabièky. Je výhodné, bude-li èervená LED vidìt i zvenèí, mùže to nìjaké nezvané hosty odradit.

Závìr Popisované zaøízení mi pracuje v bytì a provozovnì už skoro tøi roky. V poslední dobì jsem pouze upravil desku s plošnými spoji, první verze se špatnì zapojovala, mìla málo svorek GND. Dále jsem upravil program pro naèítání údajù z karty SIM a posílání SMS. Více informací, naprogramovaný procesor a další díly lze získat na stránkách autora www.SeTeL.cz nebo emailem [email protected]. Cena naprogramovaného procesoru je 357 Kè vèetnì DPH nebo si lze program do procesoru stáhnout zdarma z webu.

Seznam souèástek Rezistory R1, R2, R6 až R9, R14, R19 R3 R4, R5 R10 R11 až R13 R15, R16, R18, R20 až R22 R17 Kondenzátory C1 C2, C3, C5, C6, C8 C4 C7, C9 C10 C11, C12

820 Ω 5 kΩ 2Ω 16 kΩ 4,7 kΩ 2,2 kΩ 8x 4,7 kΩ, rezistorová sí 2200 µF/25 V 100 nF 220 µF/25 V 1000 µF/10 V 47 µF/6,3 V, tantal. 22 pF

Polovodièové souèástky D1 až D7, D15 až D17 BY299 D8 LED 3 mm, èervená D9 LED 3 mm, zelená D10 až D14 Zener. dioda 4,7 V T1, T2, T4 BC547 T3 BC557 IO1 AT89C4051 IO2 LTC1232 (MAX) IO3 ULN2803 IO4 L200 IO5 7805 Konektory a spínaèe JP1 tlaèítko K1 až K8 16x svorkovnice, napø. ARK500/2

Electus

2006

KRe1 až KRe3

3x svorkovnice, napø. ARK500/2 Datový konektor Ericsson Relé RE1 RE2 RE3

ReleH100FD12 ReleH100FD12 ReleG5V1-12

Ostatní souèástky B1 olovìný bezúdržbový akumulátor 12 V 1,6 A, rychlá pojistka PO1 X1 11,059 MHz, krystal Deska s plošnými spoji

Test interního oscilatoru ATtiny15L Výrobce Atmel osadil MCU ATtiny15L interním oscilátorem RC, jehož kmitoèet lze v jistých mezích mìnit. V technických listech je uvedeno, že kmitoèet lze mìnit od 0,8 do 1,6 MHz obsahem 8bitového øídicího registru OSCCAL. Neuvádí se však, pro jaké hodnoty tento rozsah platí. Údaje, které jsem namìøil, se od uvedených dost liší (viz tab. 1). Pro testování jsem napsal program v AVR Studiu 4 (verze 4.11) a je uveden ve formátu asm i Intel hex (www.aradio.cz). Z èasových dùvodù jsem mìøil pouze jeden vzorek pro dvì napájecí napìtí. Z namìøených údajù lze snadno vyèíst, jakou hodnotu OSCCAL zvolit, aby kmitoèet MCU byl alespoò pøibližnì v mezích, které jsou potøeba. Napìtí pro MCU bylo stabilizováno obvody MA7805 (4,97 V) a následnì LE30 (3,00 V). Napájecí vývody MCU byly blokovány kondenzátorem 100 nF. Mezi napájení, vývod PB5 (RESET) a zem byl pøipojen èlen RC 10 kΩ a 1 nF. Kmitoèet jsem mìøil èítaèem na vývodu PB4 (viz výpis programu v asembleru). Pøeji všem ètenáøùm, kteøí øeší stejný problém a nemají možnost uvedené údaje zmìøit, aby jejich práce s tímto MCU byla, díky níže uvedeným údajùm mnohem snadnìjší. Jan Zima Tab. 1. Namìøené kmitoèty interního oscilátoru (pøi teplotì 21 °C) Unap [V] OSCCAL 3,00 4,97 dekad. binárnì kmitoèet [MHz] 0 0 1,22 1,24 31 00011111 1,32 1,34 63 00111111 1,44 1,47 127 01111111 1,76 1,80 155 10011011 1,996 156 10011100 2,004 159 10011111 2,03 2,03 162 10100010 1,996 163 10100011 2,004 191 10111111 2,27 2,34 223 11011111 2,33 2,36 255 11111111 2,33 2,38

Pozicionér DiSEqC - XT (DPS-CU verze 1.02; Firmware verze 1.00) Hynek Gajda Velký komfort pøi sledování televize z družic poskytne zde uvedený pozicionér ve spojení s anténním rotátorem a satelitním pøijímaèem podporujícím komunikaci s vnìjším zaøízením pomocí sbìrnice DiSEqC 1.0, 1.2 nebo V-SEC (SatScan). Pozicionér je vybaven alfanumerickým displejem LCD 2x 16 znakù, tlaèítky, pøijímaèem dálkového ovládání standardu IR-RC5 a galvanicky oddìleným sériovým portem RS-232 pro spojení s poèítaèem. Technické údaje Podpora ovládání:

sbìrnice DiSEqC 1.2, sbìrnice DiSEqC 1.0 (0/12 V), sbìrnice V-SEC (SatScan). tlaèítka, IR-RC5, RS-232. Aktualizace firmware: pøes RS-232 (dostupné na Internetu). Napájecí napìtí: 230 V, 50 Hz. Pøíkon (vèetnì ztrát v TR1) - pøi natáèení: max. 55 W, - v klidu (bez podsvícení LCD): max. 1 W. Výstupní napìtí pro motor: DC 24 V, 2 A (galvanicky oddìleno). Proud odebíraný ze vstupu LNB pøijímaèe: max. 1 mA. Poèet možných pozic v pamìti pozicionéru: 120.

Poèet impulsù od snímaèe:

max. 32 767. Poèet impulsù korekce vùle: 0 až 15. Frekvence impulsù od snímaèe: 0,3 až 200 Hz (20 až 12 000 imp./min.). Délka impulsu: min. 5 ms. Typ snímaèe: TTL nebo „jazýèkový“ kontakt. Èíslo zaøízení DiSEqC 1.2: hex. 31. Èíslo zaøízení DiSEqC 1.0: hex. 10. Možnost budoucího rozšíøení: pøes konektor J9 „BUS“. Pracovní teplota: 0 až +50 °C. Rozhraní RS-232 je galvanicky oddìleno.

Struènì o DiSEqC Zkratka DiSEqC (Digital Satellite Equipment Control) znamená digitální ovládání

zaøízení satelitního pøijímaèe. DiSEqC je komunikaèní sbìrnice mezi satelitním pøijímaèem a periferním vybavením pøijímaèe, které využívá stávající koaxiální kabel mezi pøijímaèem a konvertorem LNB. Zaøízení s DiSEqC mùže být jednoduše vøazeno uživatelem a mùže nahradit všechna konvenèní analogová zaøízení (øízená napìtím, tónem, šíøkou impulsu) nebo pøídavné konvertory LNB, pøepínaèe, pozicionéry, které potøebují další kladení kabelù (koaxiální, drátové). -

Hlavní výhody DiSEqC jsou: Standardizovaný digitální systém bez nutnosti autorských povolení. Umožòuje pøepínání pøídavných konvertorù LNB v multisatelitních instalacích. Zpìtnì kompatibilní s napìtím 13/18 V a 22 kHz tónovým pøepínáním. Imunní proti napìovým ztrátám na vedení (tím je zlepšena spolehlivost). Vylouèení pøepínacích problémù zpùsobených nesluèitelností zaøízení. Snadná instalace vnìjších zaøízení. Všechna vnìjší zaøízení podporující DiSEqC lze nastavit ze satelitního pøijímaèe (pøes menu na obrazovce dálkovým ovladaèem pøijímaèe).

Koncepce DiSEqC je založena na metodì pøenosu výstupního signálu 22 kHz pro minimalizaci zmìn v pøijímaèi a pro zachování zpìtné sluèitelnosti zaøízení. U systému s DiSEqC je pouze jedno zaøízení nadøízené „MASTER“ (satelitní pøijímaè) a jedno èi více podøízených „SLAVE“. Komunikaci vede pouze pøijímaè (MASTER). Proto není potøeba programo-

Obr. 1. Schéma øídicí èásti

Electus

2006

41

-

Obr. 2. Schéma ovládacího panelu s displejem LCD vé vybavení v pøijímaèi, které by neustále monitorovalo sbìrnici (na výzvu pøerušení), kdy bude periferie sdìlovat nevyžádané (nepotøebné) informace pøijímaèi (v DiSEqC 2.x se vyžadují jen v urèitém vymezeném èase). Pøijímaè odesílá pøíkazy „rozsekáním“ existujícího signálu 22 kHz, což dìlá buï plnì softwarovì, nebo s nìjakou hardwarovou podporou. Každý druh vnìjšího zaøízení má rozpoznávací znak, který pøijímaè vysílá na zaèátku pøíkazu podle toho, se kterým zaøízením komunikuje (napø. zjistí-li pozicionér, že pøíkaz je pro nìj, tento pøíkaz naète a provede, jinak pøíkaz ignoruje). Øízení protokolem DiSEqC 1.x umožòuje jednosmìrnou komunikaci od pøijímaèe k perifériím, DiSEqC 2.x pak obousmìrnou komunikaci mezi pøijímaèem a periferiemi. Další informace naleznete na Internetu v anglické podobì [2].

V-SEC (SatScan) Díky technickým informacím, které mi poskytl pan Prokop ([email protected]), je možno pozicionér pøipojit i ke sbìrnici V-SEC. Sbìrnice V-SEC je jednosmìrný protokol, který slouží k ovládání HH motorù nebo pozicionéru ze satelitních pøijímaèù. Pro pøenos signálù využívá PCM modulace signálu 22 kHz. Mùže adresovat až 32 pozic, ovládat natáèení ve smìru východ/ /západ, ukládat pozice do pamìti pozicionéru a natáèet parabolu na již uložené nebo pøednastavené pozice. Používají se pro nìj i jiné názvy, napø.: SatScan v pøijímaèích NOKIA (8001S, 8003S, 9600 + DVB2000, 9800 a další) nebo VARIOSAT/ / VARIOMOUNT u pøijímaèù LEMON.

Popis zapojení Základem pozicionéru je toroidní transformátor a dvì desky s plošnými spoji (DPS). Schéma øídicí èásti (CONTROL UNIT) je na obr. 1 a schéma ovládacího panelu (CONTROL PANEL), který je do-

42

plnìn alfanumerickým displejem LCD 2 x 16 znakù, je na obr. 2.

Øídicí èást (CONTROL UNIT) Všechny funkce pozicionéru jsou øízeny jednoèipovým mikrokontrolérem PIC16F877A (IC1) od výrobce Microchip (viz. [1]). V mikrokontroléru je naprogramován „bootloader“ (zavadìè), který umožòuje aktualizaci hlavního programu (firmware) pro pozicionér ze stolního poèítaèe PC nebo notebooku pøes sériový kabel RS-232. Aktualizace jsou k dispozici na internetové stránce Pozicionéru XT. Mikrokontrolér pracuje na kmitoètu 4 MHz, který pro nìj generuje krystal X1. Program mikrokontroléru hlídá a vybavuje všechny funkce pozicionéru: - Dekódování dat DiSEqC 1.2. - Dekódování dat DiSEqC 1.0 (pøípadnì se signálem 0/12V). - Dekódování dat V-SEC. - Dekódování povelù dálkového ovládání IR-RC5. - Ovládání smìru motoru (RE1, RE2).

Snímání impulsù ze snímaèe rotátoru. Komunikace sbìrnicí I2C s pamìtí EEPROM. Komunikace s displejem LCD. Vybavování tlaèítek a indikaèní diody LED. Komunikace pøes RS-232.

Polohy družic se zaznamenávají do pamìti EEPROM 24LC64 (IC2), do které je možné zaznamenat 120 pozic družic vèetnì jejich názvù zobrazujících se na displeji pozicionéru. Dále se v EEPROM uchovávají rùzná nastavení pozicionéru a texty zobrazující se na displeji. V tab. 1 je uvedeno pøidìlení pamìových bunìk. Napìtí 230 V z elektrické sítì je pøipojeno pøes pojistku PO1 na primární vinutí toroidního transformátoru, který má dvì oddìlená sekundární vinutí o napìtích 6 V a 24 V. Toroidní transformátor má oproti klasickému transformátoru s EI plechy nìkolik výhod jako napøíklad velkou úèinnost (malou vnitøní spotøebu), minimální elektromagnetické vyzaøování do okolí a je nehluèný. Bohužel je dražší a v maloobchodním prodeji je skoro nesehnatelný (vìtšinou se musí nechat zhotovit na zakázku). V pozicionéru mùže být použit i transformátor klasický s plechy EI a podobným výkonem (na úkor spotøeby). Napìtí ze sekundárního vinutí transformátoru 6 V je pøes pojistku PO2 pøivedeno na vstupy mùstkového usmìròovaèe D2. Na výstupu D2 je napìtí „VDD“ vyfiltrováno kondenzátory C1, C2 a pøivedeno na vstup stabilizátoru IC5. Použitý stabilizátor IC5 typu LM2940CT-5 (Low Dropout) má malou vlastní spotøebu a správnì pracuje i pøi malém rozdílu mezi vstupním a výstupním napìtí (0,5 V) oproti klasickému stabilizátoru typu 7805 (2 V). Z výstupu IC5 se získá stabilní napìtí „VCC“ 5 V pro napájení øídicích prvkù pozicionéru. Stabilitu napìtí „VCC“ dále na DPS udržují kondenzátory C3, C4 a C5. Pracovní napìtí pro motor ze sekundárního vinutí transformátoru 24 V je vedeno pøes pojistku PO3 a usmìrnìno mùstkovým usmìròovaèem D1. Motor je ovládán obvody R6, T1, R8, RE1, D6 pro jeden smìr a R7, T2, R9, RE2, D7 pro smìr druhý (vinutí obou relé jsou napájena z napìtí „VDD“). Pøes kontakty RE1_A

Tab. 1. Rozložení bajtù v EEPROM 24LC64 pozicionéru DiSEqC XT HEX. bajty Význam 0000 až 001F blok 1. pozice 0020 až 003F blok 2. pozice 0040 až 005F blok 3. pozice * * * * 0EE0 až 0EFF blok 120. pozice 0F00 až 0F1F blok pøedchozí pozice (naète se po výpadku napájení) 0F20 až 0F21 západní limit 0F22 až 0F23 východní limit 0F24 až 0F2F rezerva (napø. pro další limity) 0F30 až 0F3F uživatelská nastavení pozicionéru 0F40 až 0FFF rezerva 1000 až 1FFF zobrazované texty na LCD (pøíp. další jazyky) Rozložení bajtù v bloku pozice 00 až 01 poèet impulsù od východního dorazu 02 až 0F rezerva (další motor, stupnì atd.) 10 až 1B název pozice v ASCII (12 znakù) 1C až 1F rezerva

Electus

2006

a RE2_A se spíná pracovní napìtí pro motor z výstupu usmìròovaèe D1 na vývody 1, 6 a 3, 7 konektoru J5. Mezi výstupy kontaktù obou relé je (kvùli indukcím v kabelu a odrušení) paralelnì pøipojen ochranný obvod R1 v sérii s C6, jenž je dimenzován pro motor do 40 V, 100 W. Jsou-li kontakty obou relé v klidu, tak zkratují vinutí motoru, což se projeví jako motorová brzda pøi dobìhu motoru. Od snímaèe pøipojeného k vývodu 8 (impulsy) a vývodu 2 (GND) konektoru J5 jsou impulsy pøivedeny pøes ochranný obvod R3, R4, R5, D4, D5, C7 na vstup „RD5“ (IC1 – vývod 28). V pøípadì použití snímaèe vyžadujícího vnìjší napájení je na vývodu 4 konektoru J5 vyvedeno kladné napìtí +5 V. Proud pro napájení snímaèe je omezen rezistorem R2 a vnitøní napájecí napìtí pozicionéru ochránìno Zenerovou diodou D3 proti pøepìtí, které se mùže naindukovat v kabelu ke snímaèi. Signál DiSEqC pro softwarový dekodér povelù z pøijímaèe v mikrokontroléru je pøiveden a pøizpùsoben ke vstupu „RB0“ (IC1 - vývod 33) pomocí filtru s dolní propustí J7, J8, L1, C9, D9 a komparátoru  C8, R10, R11, R12, R13, T3, D8. Obvod T4, R14, R15 pøipojený k výstupu „RB1“ (IC1 – vývod 34) je nachystán do budoucna pro pøípadnou verzi programu v mikrokontroléru s obousmìrnou komunikací mezi pozicionérem a pøijímaèem DiSEqC 2.x (tyto souèástky zatím není tøeba osazovat). Vstup J6 pro signál 0/12 V z pøijímaèe (mùže být využit napø. pro zdvojení poètu poloh u DiSEqC 1.0) je pøizpùsoben napìovým pøevodníkem 12 V/TTL (5 V) složeným ze souèástek R16, R17, D10 ke vstupu „RD4“ (IC1 – vývod 27).

Obr. 3 a 4. Deska s plošnými spoji øídicí èásti pozicionéru v mìøítku 1:1 a rozmístìní souèástek na desce

Electus

2006

43

Sériový port pozicionéru RS-232 (konektor J9) je od mikrokontroléru obousmìrnì galvanicky oddìlen obvody s optoèleny. Odesílání dat z výstupu „RC6“ (IC1 – vývod 25) je oddìleno obvodem R18, IC3, R19, R22, D11, C10 a pøíjímání dat obvodem R21, D12, IC4, R20 na vstup „RC7“ (IC1 – vývod 26). Na desce jsou vyvedeny ještì dva rozšiøující konektory. Konektor J10 pro pøipojení ovládacího panelu (CONTROL PANEL) a konektor J11 „Sbìrnice (BUS)“.

Obr. 5. Stínicí kryt z krabièky AH100

Na rozšiøujícím konektoru sbìrnice J11 jsou vyvedeny všechny nepoužité vstupy a výstupy mikrokontroléru a nìkteré další signály pro pøípadné další rozšíøení pozicionéru v budoucnu (napø. pro pøipojení dalšího motoru pro øízení elevace paraboly).

Ovládací panel (CONTROL PANEL) Ovládací panel je k øídicí èásti pøipojen plochým kabelem, vyvedeným z konektoru J1, a ke konektoru J2 ovládacího panelu je pøipojen modul alfanumerického displeje LCD 2x 16 znakù s integrovaným øadièem typu HD44780. Kontrast displeje je nastavitelný odporovým trimrem R6. Podsvícení displeje øídí program mikrokontroléru výstupem „RE0“ pøes rezistor R8 a tranzistor T1. Pro zmenšení poètu potøebných vstupù a výstupù z mikrokontroléru jsou ovládací tlaèítka S1 až S6 zapojena v matici a navíc jsou pøes rezistory R1 až R5 pøizpùsobena pro sdílení vstupù a výstupù

„RB3“ až „RB7“ s displejem LCD. Program mikrokontroléru øídí pøepínání vstupù na výstupy a naopak pro ètení stavu tlaèítek a zápisu do LCD tak, aby byla zabezpeèena správná funkce bez kolizí. Dále jsou na ovládacím panelu umístìny 4 stavové svítivé diody, které jsou proudovì omezeny rezistory RN1. Žluté diody D1 „VÝCHOD (EAST)“ a D2 „ZÁPAD (WEST)“ indikují smìr natáèení satelitní antény, èervená D3 „STAV (STATUS)“ indikuje rùzné stavy pozicionéru (napø. chyby, pøíjem povelu z DiSEqC èi IR-ovladaèe atd.). Zelená dioda D4 „ZAPNUTO (POWER)“ oznaèuje pøipojení pozicionéru k elektrické síti. Pro ovládání pozicionéru dálkovým IR ovladaèem je pro pøíjem povelù umístìn na ovládací panel IR pøijímaè IC1 typu SFH5110-36. Výstup z IR pøijímaèe je pøipojen na vstup „RD6“ mikrokontroléru. Aby pøijímané signály nebyly rušeny, je napájení IC1 oddìleno rezistorem R9 a odrušeno kondenzátorem C3. Pozicionér pøijímá jen povely z dálkových ovládaèù pracujících s kódovacím standardem typu RC5 (Philips), který je pomìrnì hodnì rozšíøen. Kondenzátory C1 a C2 odrušují a udržují stabilitu napìtí „VCC“.

Osazení desek s plošnými spoji

Obr. 6 a 7. Deska s plošnými spoji ovládacího panelu v mìøítku 1:1 a rozmístìní souèástek na desce

Obr. 8. Zadní èelo krabièky KP 10

44

Øídicí èást pozicionéru je postavena na jednostranné desce s plošnými spoji o rozmìru 137 x 103 mm (obr. 3) a je navržena pro umístìní do krabièky typu KP 10. Podle osazovacího výkresu na obr. 4 nejdøíve zapájíme ze strany souèástek 6 drátových propojek (pøemostìní), potom peèlivì osadíme a zapájíme pøíslušné souèástky, kromì stínicí krabièky a konektorù J7 „LNB“ a J8 „RECEIVER“ – viz dále. Pro mikrokontrolér (IC1) a EEPROM (IC2) osadíme objímky, aby je bylo možno v pøípadì potøeby z desky vyjmout. V místì desky, ve kterém má být stínicí krabièka z pocínovaného plechu (obr. 5), zapájíme do dìr v desce po obvodu krabièky kousky drátù (zbyly po odstøižení dlouhých vývodù osazených souèástek) tak, aby vyènívaly nad desku ze strany souèástek asi 10 mm. Ze stínicí krabièky odkryjeme obì víèka a podle obr. 5 vyvrtáme díry pro konektory J5 a J6 v jejím zadním èele. Tìlo krabièky nasadíme na

Obr. 9. Pøední èelo krabièky KP 10

Electus

2006

Obr. 10. Umístìní distanèních sloupkù na èele krabièky vyènívající dráty na DPS a dráty zevnitø pøipájíme ke krabièce. Našroubujeme konektory J5 a J6 na stínicí krabièku a støední vodièe konektorù spojíme opìt kousky drátù do desky podle osazovacího výkresu na obr. 4. Krabièku nyní již mùžeme zakrýt jedním víèkem (druhé se nepoužije). Pokud bude v pozicionéru použit transformátor se støídavým napìtím sekundárního vinutí pro napájení øídicí èásti vìtším než 8 V (nejvýše 18 V!), je tøeba stabilizátor doplnit vhodným chladièem a pro napìtí vìtší než 10 V použít kondenzátor C1 pro napìtí 25 V. Dále by bylo nutné použít obì relé RE1 a RE2 s vinutím vhodným pro takové napìtí. Lze také omezit proud vinutími relé zámìnou rezistorù R8 a R9 za rezistory s vìtším odporem a úmìrnì vìtším tepelným výkonem. Z toho vyplývá, že použití transformátoru s vìtším výstupním napìtím pro øídicí èást má za následek i mnohem vìtší celkový pøíkon (spotøebu) pozicionéru z elektrické sítì. Tím by se prodražil jeho stálý provoz. Deska s plošnými spoji ovládacího panelu je na obr. 6. Její rozmìr je 99 x 38 mm a umístí se spolu s modulem alfanumerického displeje LCD 2 x 16 znakù na pøední èelo krabièky pozicionéru. Na obr. 7 je osazovací výkres desky ovládacího panelu. Nejdøíve do desky zapájíme 8 drátových propojek (pøemostìní) ze strany souèástek. Potom osadíme kondenzátory C2 a C3 pouzdrem rovnobìžnì k desce (naležato) tak, aby nepøekážely pøi osazování dalších souèástek a pozdìji pøi uchycení desky k èelu krabièky. Dále zapájíme svítivé diody D1 až D4 na delších vývodech tak, aby délka jejich vývodù nad DPS byla mezi 6 a 7 mm. IR snímaè (IC1) je možné osadit se zahnutými vývody ve svislé nebo vodorovné poloze. Pøi použití krabièky typu KP 10 zapájíme IR snímaè ve vodorovné poloze, jak naznaèují šipky, na delších vývodech tak, aby støed èoèky IR pøijímaèe byl ve vzdálenosti 8 až 9 mm od pravého okraje DPS. Nakonec osadíme všechny zbylé souèástky.

Kompletace Pozicionéru XT POZOR! V zapojení pozicionéru jsou nìkteré souèástky pøímo spojeny se síovým napìtím 230 V/50 Hz, proto je nutno dbát na dostateènou izolaci a dodržení pøíslušných pøedpisù!

Obr. 11. Pøipojení pozicionéru do satelní sestavy

K celkovému sestavení pozicionéru si nejdøíve pøipravíme èela krabièky typu KP 10. Otvory zadního èela zhotovíme podle výkresu na obr. 8 (vnìjší pohled) a k èelu pøišroubujeme konektor pro napájení z elektrické sítì 230 V (bìžnì používaný ve spotøební elektronice). V pøedním èelu krabièky zhotovíme otvory pro tlaèítka, svítivé diody a IR pøijímaè podle výkresu na obr. 9 (vnìjší pohled). Dále pøilepíme zevnitø na èelní panel krabièky 4 plastové distanèní sloupky o délce 8 mm s vnitøním závitem M3 pro desku ovládacího panelu podle výkresu na obr. 10 (vnitøní pohled). Modul displeje LCD lze k pøednímu èelu krabièky uchytit nìkolika zpùsoby. Nejjednodušší je použít oboustrannì lepící pásku, kterou nalepíme po obvodu kovového krytu displeje a následnì se modul LCD pøilepí k pøipravenému otvoru z vnitøní strany pøedního èela (bez distanèních sloupkù). Další zpùsob je zvìtšení prùmìru stávajících dìr v modulu LCD z 2,5 na 3 mm a pøilepení dalších 4 distanèních sloupkù o délce 8 mm podle výkresu na obr. 10 (pøi použití typu LCD uvedeného v seznamu souèástek). Nyní propojíme modul LCD s deskou ovládacího panelu. Do samoøezného konektoru J2 na desce ovládacího panelu zaøízneme plochý 16žilový kabel o délce 7 cm a druhý konec zapájíme podle èíslování vývodù do modulu LCD. Pøípadnì mùžeme modul LCD opatøit vhodnými konektory, napø. PSH02-xxPG + PFH02-xxP (GME). Potom pøipojíme 14žilový plochý kabel o délce 20 cm do samoøezného konektoru J1 na desce ovládacího panelu a na druhém konci kabel osadíme samoøezným konektorem na kabel (PFL14). Pøipevníme modul LCD a desku ovládacího panelu k pøednímu èelu krabièky a pøihneme èoèku IR pøijímaèe do nachystané díry. Tímto jsou èela krabièky pøipravena pro zkompletování do pozicionéru. K desce øídicí èásti pøišroubujeme 2 distanèní sloupky o délce 10 mm do dìr u zadních konektorù, potøeme sloupky lepidlem a vložíme do horní èásti krabièky tak, aby vìtrací otvory krabièky smìøovaly dozadu (ke konektorùm desky), pøišroubujeme desku s plošnými spoji dvìma vruty a v místì s distanèními sloupky desku zatížíme. Po zaschnutí lepidla odšroubujeme šrouby a vruty. Desku øídicí èásti nasuneme do pøipravených otvorù v zadním èelu, vložíme a zašroubujeme do horní èásti krabièky.

Electus

2006

Obr. 12. Zapojení kabelu k rotátoru Do støedu dolní èásti krabièky vyvrtáme díru o prùmìru 5 mm a šroubem M5 x 50 mm upevníme toroidní transformátor. Matici utáhneme pouze malou silou, jinak by mohl prasknout plastový díl krabièky. Dvoužilovým kabelem s izolací vhodnou pro napìtí 230 V propojíme napájecí konektor zadního èela se svorkou J1 „IN AC 230 V“ na desku øídicí èásti. Podle schématu zapojení øídicí èásti na obr. 1 pøipojíme primární vinutí transformátoru ke svorce J2 „OUT AC 230 V“, sekundární vinutí 6 V ke svorce J3 „AC 6 V“ a druhé sekundární vinutí 24 V ke svorce J4 „AC 24 V“. Plochý kabel od pøedního èela (ovládacího panelu) zakonèený samoøezným konektorem spojíme s konektorem J10 „PANEL“ na desku øídicí èásti a krabièku složíme prozatím bez zašroubování. Pøipojíme propojovací kabel k elektrické síti 230 V a zkontrolujeme, zda displej zobrazuje úvodní text, pøípadnì doladíme kontrast displeje odporovým trimrem R6 na desce ovládacího panelu. Pokud se nic nezobrazí, je nutno závadu dohledat (špatné spoje, zkraty, nesprávné souèástky atd.). Na pøedním a zadním èele krabièky oznaèíme konektory, tlaèítka a LED vhodnými popiskami, napø.: - zadní èelo: MOTOR, 0/12 V, LNB, RECEIVER, RS-232, AC 230 V, - pøední èelo: STATUS, MENU, EAST, „šipka vlevo“, „šipka nahoru“, „šipka dolù“, „šipka vpravo“, WEST, STORE, POWER.

Pøipojení pozicionéru Pozicionér mùžeme vøadit kdekoli v cestì mezi pøijímaèem a konvertorem (viz obr. 11) v suchém prostøedí, pro využití komfortu obsluhy nejlépe v blízkosti satelitního pøijímaèe.

45

Na jeden konektor „F“ pøipojíme koaxiální kabel smìrem k pøijímaèi a na druhý konektor kabel ke konvertoru LNB. Konec kabelu k rotátoru paraboly opatøíme 8kolíkovou zásuvkou DIN, kterou zapojíme podle obr. 12. Snímaè továrních natáèecích mechanismù mùže být tvoøen buï optoèleny (podobnì jako u poèítaèových myší), nebo kontaktem jazýèkového relé, který se spíná pøiblížením permanentního magnetu, jenž je upevnìn na rotující høídeli (tyè se závitem) mechanismu posuvu rotátoru. Optický snímaè je nutno propojit 3 vodièi (+5 V, GND, impulsy), oproti „jazýèkovému“ snímaèi, kde k propojení staèí pouze 2 vodièe (GND, impulsy). Budeme-li využívat pro øízení pozicionéru i doplòující signál 0/12 V (pøi použití DiSEqC 1.0), tak jej propojíme s pøijímaèem kabelem opatøeným konektorem CINCH. Dále pøipojíme napájení z elektrické sítì 230 V propojovacím síovým kabelem, který se používá ve spotøební elektronice. Pøípadnì mùžeme propojit pozicionér s PC nekøíženým kabelem RS-232 (prodlužovací kabel RS-232). Tím je pozicionér nachystán k èinnosti.

Aktualizace firmware Aktuální zdrojový kód firmware do mikrokontroléru je možné zdarma získat z internetové stránky pozicionéru DiSEqC XT [4] a do pozicionéru pøenést z PC pøes sériový port RS-232. Po stažení souboru s aktualizací a „rozbalení“ z komprimovaného formátu ZIP získáme aktualizaèní soubor s pøíponou hex. K pøenosu firmware je tøeba z internetu [3] stáhnout program „PIC downloader“ (je volnì k použití – freeware), kterým aktualizaci pøeneseme do mikrokontroléru v pozicionéru. Program pracuje pod operaèními systémy Windows 95/98/ME/ 2000/XP. Pro pøenos aktualizace firmware musí být v mikrokontroléru naprogramován „bootloader“ (zavadìè), který pøenos pøes RS-232 a zároveò zápis do FLASH-pamìti programu v mikrokontroléru umožòuje. Bootloader mùže zapisovat i do datové EEPROM uvnitø mikrokontroléru a vnìjší EEPROM 24LC64 (IC2) pøes sbìrnici I2C. Bootloader má dále naprogramovánu ochranu, aby nemohl pøepsat sám sebe. Tato ochrana dává jistotu, že pøi naprogramování nesprávným (vadným) zdrojovým kódem nebo pøi chybì bìhem pøenosu je možné mikrokontrolér naprogramovat znovu správným zdrojovým kódem (i pøedchozí verzí firmware). UPOZORNÌNÍ: Aktualizaèní zdrojový kód stažený z internetu je šifrovaný, proto jej nelze do mikrokontroléru naprogramovat programátorem. Naprogramovat ho je možné pouze pomocí „PIC downloaderu“ (pøenáší šifrovaný zdrojový kód) a mikrokontroléru v pozicionéru s naprogramovaným dešifrovacím bootloaderem urèeným pro pozicionér (zdrojový kód se dešifruje uvnitø mikrokontroléru). Mikrokontrolér s naprogramovaným bootloaderem pro pozicionér je možno objednat na internetu [4]. Aktualizace z internetu jsou bezplatné.

46

Postup pøi aktualizaci firmware: 1. Odpojit pozicionér od el. sítì. 2. Propojit pozicionér s PC nekøíženým kabelem RS-232. 3. Spustit „PIC downloader“ a zvolit sériový port RS-232 (COM1 až 6), ke kterému je pøipojen kabel k pozicionéru a nastavit rychlost pøenosu na 9600 Bd. 4. Pøes volbu „Search (F2)“ najít a zvolit aktualizaèní soubor s pøíponou „hex“ a klepnout na volbu „Write (F4)“. 5. Pøipojit pozicionér k elektrické síti. Tím se spustí pøenos dat a zápis do mikrokontroléru. 6. Po ukonèení pøenosu odpojit pozicionér na dobu asi 5 s od el. sítì a znovu pøipojit. Nyní se pozicionér rozbìhne s aktualizovaným firmware.

Seznam souèástek Øídicí èást: R1, R2, R8, R9, R19 R3, R13, R21 R4, R5, R23 R6, R7, R22 R10, R16, R17, R20, R24 R11 R12 R14, R18 R15 C1 C2, C5 C3, C4 C6 C7 C8 C9 C10 D1 D2 D4, D5, D8, D11, D12 D6, D7 D9 D3, D10 T1, T2, T3, T4 IC1 IC2 IC3 IC4 IC5 X1 L1 RE1, RE2 J1, J2, J3, J4 J5 J6 J7, J8 J9 J10 J11

47 Ω 1 kΩ 10 kΩ 680 Ω 2,2 kΩ 150 kΩ 22 kΩ 330 Ω 100 kΩ 1000 µF/16 V 100 nF 100 µF/10 V 220 nF/100 V (GME: CF2-220N/J) 220 nF 22 nF/100 V (GME: CF2-22N/J) 100 pF 47 µF/16 V KBU4J (B250C4000) B250C1000, DIL 1N4148 1N4007 BZX85-22V BZX85-5V1 BC337 PIC16F877A/P (s bootloaderem (zavadìèem) od autora [4] 24LC64 EEPROM 4N35 6N137 LM2940CT-5 krystal 4 MHz SMCC 1 mH (GME: TL.1000uH) H500S06 (GME: RELEH500SD06) svorkovnice ARK RM 5 mm (pøíp. WAGO) do DPS DIN 8 do DPS (GME: DIN 8P ZP90) CINCH do DPS (GME: SCJ-0358) zásuvka „F“ na panel (GME: KFZ) Canon 9F do DPS (GME: CAN 9 Z90) vidlice 14 vývodù do DPS (GME: MLW14G) vidlice 26 vývodù do

Electus

2006

DPS (GME: MLW26G) PO1 pojistka T 400 mA PO2 pojistka T 500 mA PO3 pojistka T 2,5 A Pojistkový držák do DPS s krytem - 3 ks Objímka 40 vývodù pro IC1 Objímka 8 vývodù pro IC2 Stínicí krabièka AH100 (pocínovaný plech) Ovládací panel: RN1 R1, R2, R3, R4, R5, R8 R6

4x 680 Ω (GME: RR4x680R)

1 kΩ 2,5 kΩ, trimr ležatý 5 x 10 mm R7 10 kΩ R9 47 Ω C1 100 nF C2, C3 47 µF/16 V D1, D2 LED 3 mm, žlutá D3 LED 3 mm, èervená D4 LED 3 mm, zelená T1 BC337 IC1 SFH5110-36 S1 až S6 tlaèítko – výška hmatníku 13 mm (P-B1720G) J1 samoøezný konektor, 14 vývodù, do DPS (GME: LPV-14) J2 samoøezný konektor, 16 vývodù do DPS (GME: LPV-16) Konektor samoøezný, 14 vývodù na kabel (GME: PFL14) Kabel 14žilový plochý - 20 cm Kabel 16žilový plochý - 7 cm Displej LCD 16x2 STN, transreflexní s LED (GME: MC1602E-SYL/H) Další souèástky: Transformátor toroidní 230 V/24 V/6 V, 50 VA - viz text (PS) Krabièka KP 10 (GME: U-KP10) Distanèní sloupky 10 mm, závit M3, plast (GME: KDI6M3X10W) – 2 ks Distanèní sloupky 8 mm, závit M3, plast (GME: KDI6M3X08W) – 4 ks (8 ks) Šroub M3 x 5 – 7 ks (11 ks) Šroub M3 x 12 – 2 ks Šroub vrut 3 x 10 – 2 ks Šroub M5 x 50 + matice M5 + podložka (pro transformátor) Matice M3 – 3 ks Podložka plochá s dírou 3 mm – 4 ks Konektor el. sítì na panel (GME: LW-FS) Konektor rotátoru DIN 8 na kabel (GME: DIN 8P VK) Použité zkratky: GME – GM electronic, tel: 224 816 049 – zásilková služba, http://www.gme.cz PS - PS electronic, Praha, tel: 222 541 475, http://www.pselectronic.cz

Literatura [1] Katalogové listy MICROCHIP, http://www.microchip.com [2] DiSEqC - Bus Functional Specification (February 25, 1998), http://www.eutelsat.com [3] PIC downloader + bootloader pro PIC16F87x, EHL elektronika, Petr Kolomazník, http://www.ehl.cz/pic [4] Aktuálnì o pozicionéru DiSEqC na Internetu: http://www.holman.cz/hg

Amatérský radioteleskop Ing. Jiøí Polívka, CSc. Mnoho amatérù astronomù sleduje hvìzdnou oblohu, poøizuje fotografie ve viditelném a díky CCD kamerám i infraèerveném oboru. Amatérù radioastronomù je jen málo. Zatímco optické dalekohledy se nabízejí ve velikém výbìru a za dostupné ceny, pøístroje pro pozorování v rádiovém oboru si musí každý udìlat sám. Nebylo to snadné ještì pøed dvaceti lety. Dnes však díky rozvoji družicové televize jsou nízkošumové mikrovlnné pøijímaèe v pásmech 4 a 11 až 12 GHz dostupné všem. Dokonce mnozí mají malý radioteleskop doma, aniž o tom vìdí. Pøijímají totiž televizi z družic! Dnes jsou dostupné výborné pøijímaèe i antény a staèí pøidat jen jednoduché doplòky, aby zájemce mohl pøijímat rádiový šum Slunce.

Základní problémy V optickém a infraèerveném oboru je Slunce dominantním zdrojem záøení. Dokonce vìtšina energie, kterou na Zemi využíváme, byla èi je dodávána Sluncem. V rádiovém spektru je Slunce výraznì slabším záøièem. Navíc potøebná anténka se musí navrhnout tak, aby její velikost (pøesnìji velikost hlavního laloku vyzaøovacího diagramu) byla „pøizpùsobenᓠúhlovému rozmìru zdroje (obr. 1, 2). V pøípadì Slunce je jeho úhlový rozmìr 0,5 x 0,5 °. Velikost pøizpùsobené antény vyjádøená ve vlnových délkách pak urèuje šíøku hlavního laloku podle vztahu Φ = 70λ/D

[1],

Obr. 1. Definice šíøky hlavního svazku (laloku) mikrovlnné antény. Používá se u všech antén s jednoduchým vyzaøovacím diagramem (soustavy antén mívají složitìjší diagram) Φ

Φ

Φ

Obr. 2. Jak radiometrický systém mìøí teplotu objektu na dálku: Objekt s teplotou T a emisivitou E vyzaøuje do prostoru (šumový) výkon úmìrný teplotì T. Èást tohoto výkonu je zachycena naší anténou se svazkem o úhlovém rozmìru ΦA.ΦB. Na výstupu antény zmìøíme šumovou teplotu podle vztahu v obrázku. Neplatí-li A ≥ Φ, pak Tx = E .T . A2/(ΦA.ΦB)

kde Φ je šíøka hlavního laloku vyzaøovacího diagramu antény ve stupních, λ je vlnová délka v metrech, D je rozmìr ústí antény v rovinì E nebo H, též v metrech. Tentýž vzorec urèuje rozlišovací schopnost radioteleskopu s takovou anténou. Dosadíme-li velikost antény, napø. D = 1,0 m, vlnovou délku napø. 0,1 m (odpovídá kmitoètu 3000 MHz), zjistíme, že šíøka svazku naší antény je 7 °. Vzhledem k tomu, že úhlový prùmìr Slunce je 0,5 °, do pøijímaèe pøipojeného k takové anténì se dostane šumová teplota Ta=(Φs2/Φa2) Ts

[2],

Kde TS je šumová (pøibližnì fyzická) teplota zdroje v Kelvinech, Ta je šumová teplota na výstupu antény, v Kelvinech, Φs2 je ètverec zorného úhlu objektu, sterad, Φa2 je ètverec šíøky hlavního svazku antény, sterad. Pro pøípad naší metrové antény na vlnové délce 10 cm a Slunce s Ta ~6000 K na výstupu této antény po namíøení na Slunce dostaneme: Ta = 6000 . 0,25/49 = 30,6 K. Detekovat zmìnu šumové teploty ~30 K není snadné. Potøebujeme jednak nízkošumový pøijímaè, jehož vlastní šum je menší než ~1000 K, jednak tento pøijímaè musí být pøi velkém zesílení velmi stabilní, aby se zmìna šumové teploty dala rozeznat. Obr. 4 ukazuje, jak se rozlišení teploty mìøí. Pøicházíme k další dùležité èásti radioteleskopu, a to je pøijímaè. Tento pøijímaè zpracovává nikoli signál, ale šum: vìtšina pøírodních zdrojù vyzaøuje tepelný šum. Pøírodní zdroje relativnì koherentního záøení vyzaøují šumu podobné signály. Pøijímaè radioteleskopu se èasto nazývá radiometr. Jak se zjistilo, k pøíjmu a detekci šumu na pozadí vlastního šumu pøijímaèe je potøeba zesilovat šum v širokém pásmu. Nᚠpøijímaè musí být širo-

Autor èlánku se svým radioteleskopem kopásmový a pøitom nesmí pøijímat umìlé signály, které vytváøejí lidé. Potøebujeme tedy vstupní pásmový filtr, který propustí jen žádoucí šum (obr. 3). Viditelné a infraèervené záøení pøenášejí fotony s velkou energií; proto k detekci svìtelného a IR záøení postaèí vhodný detektor (èasto polovodièová fotonka apod.). V rádiovém a mikrovlnném oboru pøenášejí energii fotony s velmi malou vlastní energií. Detektor, napø. polovodièová dioda, je vlastnì usmìròovaè. Na jeho výstupu obdržíme zpracovatelné napìtí až tehdy, „kdy je co detekovat“, tedy minimální detekovatelný výkon je ~ -40 dBm nebo 0,1 μW. Pak mùžeme oèekávat výstupní napìtí pod 1 mV. Úroveò rádiového šumu mùžeme také posoudit z Nyquistova vztahu Pn = k.T.B

[3],

kde Pn je výkon šumu v wattech, k je Boltzmannova konstanta (k = 1,38 . 10-23J/K), T je teplota v Kelvinech, B je šíøka pásma v Hertzech.

Obr. 4. Jak se definuje rozlišovací schopnost teploty. Na zapisovaèi registrujeme vlastní šum systému (stopa dole). Pak zvýšíme vstupní teplotu, až je odlišitelná od pøedchozí

Obr. 3. Základní schéma radiometru. Ke vstupu pøipojíme vhodnou anténu: vznikne radiometrický systém

Electus

2006

47

ñ

ñ

Praktiètìjší k výpoètu šumu na vstupu pøijímaèe je vyjádøení úrovnì v dBm (decibely v pomìru k 1 mW): Pn (dBm) = -174 + NF + 10 log B [4], Kde „-174“ je logaritmovaná Boltzmannova konstanta násobená okolní teplotou v Kelvinech, NF je šumové èíslo pøijímaèe v dB a 10 log B je logaritmus šíøky pásma. Máme-li tedy pøijímaè se šíøkou pásma 10 MHz a šumovým èíslem 10 dB, bude takový pøijímaè mít na svém vstupu „šumové pozadí“ o úrovni Pn (dBm) = -174 + 10 + 70 = -94 dBm. Na výstupu pøijímaèe pak bude úroveò šumu vyšší o zisk zesilovaèe. Zmínili jsme, že typický vf detektor potøebuje k fungování vstupní úroveò výkonu (signálu èi šumu) aspoò -40 dBm. Chybìjících 54 dB musíme tedy zajistit zesilovaèem. Nyní ke zpùsobu, jak odlišit šum z antény od vlastního šumu pøijímaèe. Zjistilo se, že využitím širokého vf pásma pøed detektorem a ohlazením detekovaného napìtí podle obr. 4 je možné rozlišit zmìnu šumové úrovnì na vstupu pøijímaèe od jeho vlastního šumu (typicky šumové èíslo plus vf zesílení). Platí totiž vztah dT = Tsn /(√Bvf.τ)

[5],

kde Tsn je šumová teplota celého systému antén plus pøijímaèe v Kelvinech (K), dT je minimální rozlišitelná zmìna šumové teploty z antény (K),

Bvf je šíøka pásma pøijímaèe pøed detektorem (Hz), τ je èasová konstanta ohlazovacího obvodu (integrátoru) (sekundy, s). Èasovou konstantu τ známe: je to souèin R x C ohlazovacího èlánku v ohmech a faradech, obr. 5. Šumové èíslo a šumová teplota pøijímaèe souvisí vztahem N = 1 + Tsn/To

[6],

kde Tsn už známe a To je teplota okolí, obvykle 300 K. NF = 10 log N.

[7]

Nᚠpøijímaè se šumovým èíslem ~10 dB bude mít odpovídající Tsn: Tsn = To(N-1)

[8],

tedy Tsn = 300 . (10 - 1) = 2700 K. To je oproti oèekávaným 30 K pøíliš. Nyní použijme vztah pro dT a zkusme ohladit výstupní šum RC èlánkem s konstantou τ =1 s. Pro B = 10 MHz pak dostaneme: dT = 2700/(√10 000 000 x 1) = 2700/ /3162 = 0,85 K. Nyní mùžeme vidìt, že použitím širokopásmového pøijímaèe a øádného ohlazení výstupního šumu mùžeme dosáhnout velmi dobrého rozlišení teploty. Teï ovšem pøijde varování: rozlišení se mìøí na zápisu výstupního napìtí v èase podle obr. 4. Kdo to nìkdy zkusil, ví, že ss napìtí, zvláštì øádovì v oboru milivoltù, èasto driftuje z rùzných dùvodù. Hlavní pùvod ss driftu je v našem zesilovaèi se ziskem 54 dB èi více. Napájecí napìtí mùžeme stabilizovat. Obtížnìjší je stabilizovat teplotu. Je tøeba

Obr. 8. Zamíøení antény pøijímaèe na „èisté“ nebe s teplotou 5 až 10 K (obr. A) a zamíøení na stìnu domu s teplotou 300 K (obr. B) si uvìdomit, že radioteleskop (anténa s pøijímaèem) je vlastnì teplotomìr, který mìøí teplotu na dálku. Pøejeme-li si rozlišit 1 Kelvin v rozsahu 0 až 30 Kelvinù, musíme se postarat, aby nᚠpøijímaè, zejména jeho vstupní èást, mìl teplotu se stálostí lepší než 1 K. To se v praxi tìžko dosahuje. Podobnì jako v ss zesilovaèích malých ss signálù se s oblibou používá vstupních modulátorù (èoprù) a synchronních detektorù, metoda modulace vstupního šumu se používá ve vìtšinì radioteleskopù podle obr. 6. Nìkteré zkušenosti uvedu pozdìji. Závìrem tohoto složitého vyprávìní s nároènou matematikou: Úhlové rozlišení radioteleskopu mùžeme posoudit ze vztahu [1]. Teplotní rozlišení radioteleskopu mùžeme posoudit ze vztahu [5].

Jak postavit radioteleskop Nyní popíšu, jak jsem jednoduchý radioteleskop „na Slunce“ postavil sám. Kdo má zájem, mùže pokusy napodobit. Kdo

Obr. 5. Ohlazovací (integraèní) èlánek RC

Obr. 6. Modulaèní radiometr (podle Dickeho) dovoluje odlišit vstupní šum od šumu systému

Obr. 9. Jednoduchý doplnìk k LNB: mf zesilovaè ~10 dB a mf detektor. Napájí se spoleènì s LNB ze ss zdroje +12 až +15 V. Potenciometrem 1 kΩ nastavte zdola proud do IC asi 15 mA

Obr. 7. Blokové zapojení družicového TV pøijímaèe. LNB se napájí po mf kabelu. Detektor AVC mùže poskytnout výstupní napìtí k použití systému jako radioteleskopu

48

Electus

2006

Obr. 10. Jednoduché míøidlo na Slunce, vhodné pro ofsetové antény (viz obr. 20)

Obr. 11. Schéma procesoru šumu s modulací na 1. mf kmitoètu

je zkušenìjší, mùže se vydat vlastní cestou. Uvítám odezvu ètenáøù, možná nìkdo vytvoøí lepší pøístroj, než se povedl mnì.

Základní pokusy Kdo má starší družicový pøijímaè, mùže zkusit „vytáhnout“ šum na mezifrekvenci. Nìkteré pøijímaèe mají detektor úrovnì signálu, na jehož výstupu se mùže mìøit ss napìtí, odpovídající vstupnímu šumu. Obr. 7 ukazuje schéma typického pøijímaèe. Prosím, než se pustíte do vašeho družicového pøijímaèe, uvìdomte si, že jeho anténka je pøesnì zamìøená na vybranou družici. Dobøe zapište úhly nastavení, abyste se s anténou dokázali vrátit zpìt. Bez schématu nedoporuèuji otevírat skøíòku pøijímaèe. Po-

škodíte- li malièkost, nebude pøijímaè pracovat. Starší vyøazené pøijímaèe jsou vhodnìjší – také proto, že jejich struktura dovolovala sledovat signál od vstupu k výstupu. Moderní pøijímaèe demodulují FM signál již v pouzdru „tuneru“, a protože ladìní i jiné funkce øídí poèítaè, nedají se použít k pokusùm. Pokud chcete použít družicový pøijímaè, najdìte ss signál detektoru AVC. Kýváte-li anténou, toto napìtí se mìní. Ujistìte se, že nepøijímáte signál z družice: Na obloze jich vysílá nìkolik. Sám doporuèuji použít kontrast „studené nebe/ / stìna domu“ podle obr. 8. Odpovídající napìtí se mìní hladèeji, než pokud pøijímáte signál z družice. Najdete-li výstupní ss signál a máte-li vhodný kontrast (napø. napìtí se mìní do

Obr. 12. Mf doplnìk se ss a zvukovým výstupem. Zesilovaè Zinwell je levný 20 dB mf kabelový zesilovaè. LM386 je zvukový zesilovaè 0,5 W. Vše se napájí napìtím +12 až 15 V  ze ss zdroje.

Obr. 13. Napájecí zdroj, stabilizátor a operaèní zesilovaè, vhodné k pøedchozím popsaným mf obvodùm. Indikátor dovoluje plnou výchylku ~5 V, ze vstupního ss napìtí kolem 5 až 10 mV

Electus

2006

Obr. 14. Anténa a LNB 10 do 100 mV), zkuste ještì pøed anténu vložit ruku. Pøi zamíøení na stìnu (vyšší napìtí) má ss napìtí ještì stoupnout (vaše ruka je teplejší), pøi zamíøení na nebe má napìtí stoupnout ještì o poznání víc. Pokud vᚠdružicový systém reaguje, jak výše popsáno, máte doma radioteleskop. Nyní zamìøte anténu na Slunce a pozorujte ss napìtí: má být vyšší než pøi zamíøení na stìnu èi na ruku. K mým pokusùm jsem radìji používal pouze anténu s LNB (konvertorem), na jeho mf výstup jsem pøipojil mf zesilovaè ~10 dB a detektor podle obr. 9. Výstupní ss napìtí obvykle kolísalo od ~10 mV pøi anténì hledící na nebe do ~300 mV pøi zamíøení na stìnu. Pak postaèí doplnit ss operaèní zesilovaè a zdroj jako na obr. 13 a radioteleskop je pøipraven k mìøení teploty Slunce. Nejvhodnìjší anténa pro podobné pokusy je rotaèní parabolické zrcadlo, jako na obr. 14. Ofsetové antény „vynikají“ tím, že nepoznáte, kam jsou zamíøeny. Budete muset najít Slunce a na anténu doplnit míøidlo, tøebas takové, jako používám já, obr. 10 a 20. S malou anténou („kapesní“ radioteleskop) z obr. 14 se sotva dá najít na nebi víc než Slunce. Systém ovšem mùžete použít k dálkovému prùzkumu: uvidíte, že šum mrakù a deštì v pásmu 12 GHz je velmi výrazný, že mùžete mìøit svou tìlesnou teplotu, rozlišit suchou a vlhkou pùdu èi vegetaci…

49

ñ

V [UDC]

d)

a)

c)

b)

e)

f)

Obr. 15. a) Sluneèní šum na kmitoètu 12 MHz (15. 4. 2000 od 14. do 14.20 UTC), záznam získán s použitím paraboly o ∅ 30 cm; b) sluneèní šum na kmitoètu 12 GHz; c), d) a e) sluneèní šum na kmitoètu 4 GHz; výsledky na obr b) až e) získány s ofsetovou anténou 60 x 80 cm); obr. 15 f) šum Mìsíce na kmitoètu 12 GHz, mìøeno s ofsetovou anténou 60 x 80 cm 3. 12. 2000

Obr. 17. (dole) Novoroèní sluneèní bouøe v pásmu 18 až 1000 MHz (nejzajímavìjší èást je 18 až 180 MHz), zaznamenaná v Austrálii

ñ

Když jsem si opatøil vìtší anténu (ofset 60 x 80 cm), pokusil jsem se na nebi„najít“ Mìsíc. V pásmu 12 GHz se mi to podaøilo. Musel jsem ponìkud zvýšit zesílení pøijímaèe a použitím mf modulace podle obr. 11 byl mùj systém dostateènì stabilní: asi pùl hodiny po zapnutí byl ss posuv menší než ~3 mV pøi špici šumu z Mìsíce asi 20 mV velké, obr. 15 f. Detekce jiných kosmických objektù než Slunce a Mìsíce vyžaduje vìtší anténu. Místo velkoplošné antény mùžete

50

Obr. 16. Pøipojení dataloggeru LVOLT816 (B & B Electronics) k výstupu indikátoru radioteleskopu. Nedoporuèuji trvalé pøipojení dataloggeru k poèítaèi, protože rušení z PC mùže ovlivnit èinnost radioteleskopu

zkusit postavit interferometr. Nìkteøí amatéøi dokázali detekovat rádiový šum naší galaxie, jiní tvrdí, že zamìøili pulsary. Èasto se mne pøi pøedvádìní zájemci ptali, „co je slyšet“ ze sluneèního šumu? Proto jsem v jedné verzi upravil ss výstup z mf detektoru tak, aby k nìmu bylo možné pøipojit nf zesilovaè a reproduktor jako na obr. 12. Sluneèní šum je obvykle jen stálý sykot, který mùže být doprovázen praskotem èi jinými projevy sluneèní aktivity.

Electus

2006

Pøi pokusech jsem ovšem spíš nabyl dojmu, že mùj pøijímaè je rušen umìlými signály z okolí. Èasto se také podaøí zamíøit anténu na nìjakou družici. To se pozná tím, že ss výstupní napìtí bývá podstatnì vìtší, než ze Slunce. Ve „zvukovém kanálu“ bývá pak slyšet vrèení vlivem vertikální synchronizace TV signálu (50 až 60 Hz) nebo disperzálem (25 Hz).

Zpracování dat Máme tedy fungující radioteleskop, kterým lze detekovat sluneèní èi dokonce mìsíèní šum. Pøíklad hotového zaøízení ukazují obrázky 14 a 18 až 21. Výstupní signál je pomalu se mìnící ss napìtí. Nejobvyklejším výstupním zaøízením byl obvykle zapisovaè na papírovou pásku. Dnes se dají podobné pøístroje stále poøídit ve výprodeji. Inkoustová stopa na kalibrovaném pásu dovoluje pohledem rozpoznat správný zápis od rušení nebo jiných vad. Odborné posouzení zápisu bylo vždy „umìním èíst z trávy“. Výhodou analogového záznamu je vždy to, že obsahuje veškerá data. Nic se neztrácí, jen zpracování vyžaduje lidskou úèast. Moderní metody používají vzorkování signálu a digitální zpracování. Tím lze v záznamu i bez lidské úèasti rozpoznat zajímavé vìci, ale má to háèek: vzorkováním ztrácíme všechno, k èemu dochází mezi vzorky! Co jednou ztratíme, je ztraceno nenahraditelnì. Pøes všechny výhody se mne osobnì právì tohle velmi dotýká. Nejde se prostì vrátit ke starému záznamu a najít v nìm cosi, co jsme døíve neoèekávali. Nicménì použití moderního vzorkování a digitalizace je pohodlné – každý poèítaè to umí a záznam lze upravit tak, aby se líbil. Zkusil jsem pøipojit malý „datalogger“, do nìhož se vejde 16 tisíc vzorkù. Pøístrojek obsahuje A/D konvertor a pamì a lze naprogramovat interval vzorkování i dobu odbìru vzorkù. Pøipojí se podle obr. 16. K pøístrojku se dodává i software pro Windows a obsluha je prostinká. Obvyklý interval vzorkù byl 1x za 20 sekund; pøíklad poøízených grafù ukazuje obr. 15. Radioteleskop na 12 GHz s anténou o ∅ 30 cm má šíøku svazku asi 6 °. Jeden stupeò otáèení Zemì trvá ètyøi minuty; podle toho mùžeme odhadnout šíøku svazku antény, obr. a). Tentýž pøijímaè s vìtší anténou (60 x 80 cm offset) poskytl záznam na obr. b). Na 4 GHz bývá

Obr. 19. Mf blok s klíèováním (viz schéma na obr. 11)

Obr. 18. Indikátor s TLV2224

Obr. 20. Detail zamìøovaèe Slunce (viz obr. 10) aktivita Slunce èastìjší, jak ukazují záznamy c) a d), opìt s vìtší anténou. Grafy neukazují nic víc, než „pøejetí“ svazku naší antény Sluncem díky otáèení Zemì. Kdo má zájem o sledování aktivity Slunce, musí anténou otáèet proti rotaci Zemì (hodinový stroj èi odvozený pohon polární osy) a získá tak èasový záznam sluneèního šumu. Kmitoèty pod 4 GHz jsou ke sledování sluneèní èinnosti nejlepší. Pod 1 GHz lze detekovat sluneèní rádiové „bouøe“. Potøebujete ovšem slušnì rozmìrnou širokopásmovou anténu na polární ose, pøeladitelný pøijímaè (napø. TV UHF tuner) a k záznamu dat poèítaè, na kterém zobrazíte kmitoèet napø. na ose Y, èas na ose X a intenzitu na ose Z, podobnì, jako to dìlají profesionální astronomové, obr.17. Výhoda sluneèních bouøí pod 1 GHz je v tom, že šumová teplota dosahuje milionù Kelvinù, takže netøeba vyvíjet nízkošumové pøijímaèe. Podobný projekt je myslím nad síly jednotlivce, týmová spolupráce bude

Obr. 21. Celý radioteleskop na stojanu

vhodnìjší. Mnozí radioamatéøi se zabývají spojením pomocí odrazu od Mìsíce v pásmech 432 a 1296 MHz a vyznají se v anténách i mechanismech. Jejich zaøízení jsou ovšem úzkopásmová, což je nutné k odlišení slabého umìlého signálu od šumu. Zkušenosti tìchto radioamatérù se ovšem mohou hodit radioastronomùm. Pøeji mnoho zdaru a uvítám pøipomínky ètenáøù!

Poslední pøipomínka: NIKDY nehleïte pøímo do Slunce! Anténu smìøujte podle stínu LNB ve vrcholu paraboly nebo podle zamìøovaèe, který jsem popsal – tam se na plechový pásek promítá prasátko. Když jsou mraky a Slunce není vidìt, udìlejte si detektor s infraèervenou fotonkou v èerné trubce, s indikátorem 0,1 mA (mìøidlo). e-mail: [email protected]

Literatura [1] Polívka, J.: Sluneèní radioteleskop. Sdìlovací Technika, è. 6, 1992, s. 212213. [2] Lonc, W.: Radio Astronomy Projects. Radio-Sky Publishing, 1996 (adresa: P. O. Box 3552, Louisville, Kentucky, KY 40201-3552), ISBN: 1-889076-00-7. (Doporuèuji vážným zájemcùm!) [3] Kraus, J. D.: Radio Astronomy. McGraw-Hill Co, New York 1967. (Výborná uèebnice, doporuèuji všem.)

Electus

2006

Jarní radioamatérské a CB setkání se uskuteèní v pátek a v sobotu 12. a 13. kvìtna 2006 v areálu Radost v Horním Jelení u Holic. Podrobnosti viz www.ok1khl.com

51

Radioamatérská událost roku - „HOLICE“ Atmosféru Mezinárodního setkání radioamatérù v Holicích vám pøibližujeme sérií obrázkù z loòského, XVI. roèníku (konal se 26. až 27. 8. 2005).

Mezinárodní ráz holických setkání dokreslují oficiální informaèní stánky zahranièních radioamatérských organizací. Vloni se touto formou zúèastnilo Polsko, Slovensko (na snímcích) a Chorvatsko

Stále vìtší oblibì se tìší historické pøístroje. Úctyhodnou sbírku sovìtské vojenské radiotechniky a elektroniky shromáždil a v Holicích vystavil Vašek, OK1MWA (druhý zleva)

Areál radioamatérského setkání se nachází v blízkosti muzea slavného holického rodáka, cestovatele a spisovatele Dr. Emila Holuba (1847 - 1902)

Pøi vojenském veterán klubu „Boskovický sedmizubec“ funguje radioklub OK2OFO. Na snímku Jarda, OK2BNP, který pøicestoval v sovìtském automobilu UAZ-452AE (rok výroby 1980), který v armádì sloužil jako topografický pøipojovaè. Pùvodní radiostanice RF-10 je zachována, ale jak vidíte, ke komunikaci v posteli Jarda používá YAESU FT-857D

Vlevo: Viktor, OK1XW, s malým adeptem radiotechniky v tradièní expozici „Jak jsme zaèínali“, tentokrát vìnované historii telegrafie. Nejstarší vystavený telegrafní klíè byl drážní z roku 1850. Další raritou tu byl italský kuføíkový vojenský telegraf z I. svìtové války Vpravo: Tento ovladaè elektronického telegrafního klíèe je ovšem zbrusu nový. Konstruktérem je Ital P. Begali a k návratu pák neslouží pružiny, jak bývá bìžné, nýbrž permanentní magnetické pole (www.i2rtf.com)

52

Electus

2006

- letos na shledanou 25. a 26. srpna 2006

Historická radiotechnika je krásná, ale pro souèasnou komunikaci je lépe používat nìco modernìjšího. Od toho je v Holicích prodejní hala s mnoha stánky, kde je možno zakoupit vše, co radioamatér potøebuje. Ve stánku ELIX jsme si napø. poøídili vynikající vertikální anténu Diamond CP-6 pro KV pásma

Stánek firmy GM Electronic. Ta se specializuje na dodávky elektronických souèástek a náøadí a pøístrojù pro elektroniku a radiotechniku. V Holicích byl mezi návštìvníky díky akèním cenám nejvìtší zájem o mìøicí techniku a radioamatérské stavebnice Velleman (www.gme.cz)

Ve stánku firmy GES ELECTRONICS nás zaujal úsmìv paní Alice a její náhlavní souprava HEIL typu QP-4 (Quiet Phone). Sluchátka mají aktivní snímaè hluku okolí, který tento hluk pøivádí do sluchátek v protifázi, takže operátor radiostanice neslyší hovor sousedních kolegù ani bublání nedalekého agregátu. Také sortiment GES je tak široký, že jej nelze vyjmenovat - viz 3. strana obálky. Ovšem nejvìtší radost mìli návštìvníci z „tajemných“ pytlíkù za symbolickou cenu, plných nejrùznìjších souèástek Vlevo: Nakladatelství BEN - technická literatura je každoroèním sponzorem a souèasnì vydavatelem brožury Sborník pøíspìvkù z holických setkání. Z toho loòského upozoròujeme na pøíspìvky: Stahujeme snímky z meteosatelitù (OK1MOW), Internet-Gateway System (OK2SLZ), Vf koncové stupnì vysílaèù PMR (OK1XVV), Dipólové antény pro KV (OK2BNG), pøehledy majákù, pøevadìèù, R a TV vysílaèù atd. Sborník 2005 (a stejnì tak i 2004) je možno si ještì za slevnìnou cenu objednat (www.ben.cz)

Vlevo: Pøedseda Èeského radioklubu Ing. J. Voleš, OK1VJV, pøedává podìkování za dlouholetou spolupráci starostovi mìsta Holice Ing. L. Effenberkovi Vpravo: Nostalgický úsmìv nestora radioamatérských setkání Miloše, OK2BJR, u propagaèní vysílací stanice OK5H (antény zapùjèila firma DD-AMTEK)

Electus

2006

pfm

53

Procesorové øízení rotátoru s napìovou zpìtnou vazbou Radek Tábor, OK1TRP Pro úspìch v radioamatérském závodì je zapotøebí nejenom kvalitní transceiver a anténa, ale své místo má také kvalitní rotátor, který je schopen rychle a pøesnì otoèit anténu do žádoucího smìru. Otáèení mohutných anténních systémù vyžaduje také správné uvedení do pohybu a opìtovné plynulé zastavení. Rotátorù je mezi radioamatéry velké množství druhù. Každý používá jiný zpùsob mìøení polohy natoèení. Tato konstrukce vznikla pro rotátor domácí konstrukce, který má být umístìn na 40 m vysokém stožáru. Avšak lze použít i jako náhrada ke starému rotátoru nebo jako øídicí jednotka pro pøesné polohování azimutu a elevace.

Princip Zaøízení je konstruováno pro rotátor, kde je pohonnou jednotkou stejnosmìrný motor a jako èidlo polohy slouží potenciometr. Srdcem je mikroprocesor, který komunikuje s nadøazeným poèítaèem nebo terminálem, kde se zobrazují informace o poloze a zadávají pøíkazy pro otáèení. Komunikace (øízení rotování) probíhá digitálnì po rozhraní RS232 na krátkou vzdálenost nebo po RS422, pøípadnì po RS485 na vìtší vzdálenost. Poloha natoèení antény se odmìøuje jakýmkoliv potenciometrem, jehož osa je spojená s výstupní osou rotátoru. Já jsem použil drátový s elektrickým úhlem otoèení asi 240 ° s patøièným pøevodem ozubenými koly z rozebrané tiskárny. Samozøejmì je možné použít jakýkoliv dle mechanických a elektrických možností. Další dùležitou souèástí je optozávora pro urèení nulové polohy (0 ° a 360 °). Po pøipojení mechaniky rotátoru k elektronice a spuštìní zkalibruje procesor potenciometr a veškerá data uloží do vnitøní EEPROM. Pak už se pouze mìøí napìtí snímacího potenciometru a ze zmìøeného napìtí se urèuje poloha otoèení antény. Další dùležitou funkcí procesoru je PWM øízení rychlosti otáèení. Pomocí PWM je zajištìn plynulý rozjezd a dojezd antény na požadovanou polohu.

6. Nábojová pumpa IC4 pro výrobu dvojnásobného napájecího napìtí pro otevírání T1 a T3. Základem zapojení je jednoèipový mikroprocesor IC1 Atmel AT90S4433 v SMD provedeni TQFP32. Procesor má 4 kB In-System programmable Flash Program Memory, 160 byte SRAM, integrovaný 6kanálový, 10bitový AD pøevodník pro mìøení napìtí ze snímacího potenciometru, PWM výstup, vnitøní pamìt 256 byte EEPROM, používanou jako pamì konstant, a sériový kanál využívaný pro komunikaci. Monitoring napájecího napìtí procesoru a reset procesoru provádí obvod U2 V6309M. Tento obvod má tøi vývody, pouzdro SMD SOT23 a nepotøebuje žádné další souèástky. Je pouze pøipojen na napájecí napìtí 5 V a GND, jeho výstup RESET, pin 2 je propojen s mikroprocesorem. Obvod monitoruje napájecí napìtí a pøi poklesu pod hodnotu 4,38 V resetuje procesor. Stejnì tak i po zapnutí zajistí reset min. 140 ms. Protože procesor nemá integrováno referenèní napìtí pro AD pøevodník, je referenèní napìtí pro mìøení napìtí z potenciometru nastaveno napìovou referencí TL431. Referenèní napìtí je nastaveno na napìtí asi 4,2 V pomocí rezistorù R15, R16 a R17. Okolní kondenzátory slouží pouze jako filtraèní k odfiltrování pøípadné vf energie. Napìtí ze snímacího potenciometru natoèení rotátoru je pøipojeno na vstup AD pøevodníku ADC0, pin PC0. Zapojení AD vstupu je dle doporuèení výrobce pøes filtraèní RC èlánek tvoøený R49, C39, C33, C38. Referenèní napìtí, které napájí potenciometr, tvoøí U4 78L05 z napìtí 12 V.

U stabilizátoru jsou opìt zapojeny blokovací kondenzátory. Další èástí rotátoru jsou rùzná sériová rozhraní pro komunikaci s terminálem nebo PC. Sériová rozhraní jsou tvoøena obvody IO1, IO2 a IC2. Dle osazení obvodù a nastavení propojek se rotátor ovládá po daném rozhraní. Pro komunikaci s rotátorem po standardní sériové lince staèí osadit pouze IC2 MAX232. Toto rozhraní postaèuje pro vzdálenost do asi 15 m. Pro delší vzdálenosti mezi ovládacím terminálem a rotátorem je vhodné použít komunikaci po RS485/RS422. Pro tato rozhraní je použit transceiver MAX481. Pro ètyødrátovou komunikaci po sbìrnici RS422 se osadí IO1 a IO2; IC2 se neosazuje! Pak IO2 je použit pro RS422 TX a IO1 je RS422 RX. Procesorem se nastaví na vývodech pro øízení toku IO2, pin 2 a 3 logická 1 a na IO1, pin 2 a 3 logická 0. Pak je nutné ještì rozpojit jumper od IO2, pin 1 a IO1, pin 4. Pro ochranu pøed vysokým napìtí je vhodné osadit transily D100, 101, 7 a 8. Dále jsou ještì v zapojení sériového kanálu pøipojeny indikaèní LED REDE1, REDE2, RXD a TXD s rezistory R37 až R40. Tyto souèástky slouží pouze pro diagnostiku a jako pomùcka pøi programování a oživování zapojení, proto není nutné je osazovat. Vstup od èidla nuly je tvarován Schmittovým obvodem IC5 74HCT14. Signalizaèní LED D9 svítí pøi nulové poloze, to znamená, že je optozávora otevøena a svìtlo z infradiody svítí na fototranzistor, který je otevøen a pøizemòuje vstup hradla IC5A, pin 13. Výstup z tvarovacího obvodu je pøiveden na vstup pøerušení procesoru INT0 (PD1) (signál KONCAK0). Další èástí je obvod pro øízení rychlosti a smìru otáèení motoru rotátoru. Výkonový stupeò je tvoøen ètyømi tranzistory MOSFET zapojenými do H mùstku a okolní logiky. Výstupní signály procesoru RIGHT a LEFT slouží pro nastavení smìru otáèení a signálem PWM se nastavuje rychlost otáèení. Napìtí pro øídicí elektrody tranzistorù T1 a T3 (smìr otáèení) vyrábí nábojová pumpa z napìtí 12 V tvoøená obvodem IC4. Výsledné napìtí je dvojnásobek napájecího napìtí, èili 24 V. Toto napìtí je zavádìno podle nastaveného smìru do daného výkonového tranzistoru T1 nebo T3. Nastavený smìr pak uvolní log. jednièkou pøes dvouvstupové hradlo AND PWM do tranzistoru T2 nebo

Popis zapojení Funkci celého zaøízení lze rozdìlit do nìkolika samostatných funkèních celkù: 1. Základem celého zaøízení je jednoèipový mikroprocesor Atmel typu AT90S4433, který po sériové komunikaèní lince pøijímá povely a øídí motor. 2. Podpùrné obvody pro èinnost mikroprocesoru (reference AD pøevodníku TL431, obvod resetu V6309M). 3. Výkonová èást je tvoøena ètyømi tranzistory HOSFET BUZ10 a relé K1, které zajišuje napájení celého H mùstku. Souèástí je i obvod brždìní motoru do rezistoru R22 pøes relé K2. 4. Obvody pro buzení sériové linky IO1, IO2, IC2, které se osazují podle požadovaného rozhraní (RS232, RS422, RS485). 5. Blok napájecích obvodù.

54

Obr. 1. Pohled na krabièku s osazenou deskou ovladaèe, rotátor a pøíchytky

Electus

2006

ñ

Obr. 2. Schéma zapojení ovladaèe rotátoru

Electus

2006

55

ñ

Obr. 3. Deska s plošnými spoji ovladaèe rotátoru a rozložení souèástek z jedné strany (rozmìr 109 x 153 mm) T4. Jednoduše øeèeno, pro otáèení doprava se musí nastavit log. nula na signálu RIGHT, signál LEFT musí být nastaven do log. jedna a pak je na IC3B, pin 6 log. jednièka, èímž se stane hradlo IC3B propustné pro signál PWM a tranzistor T4 se zaène podle PWM otevírat a motor se zaène otáèet. Samozøejmì pøed uvedením motoru pod napìtí je nutné motor odbrzdit

56

vybuzením relé K2 signálem z procesoru BRZDA. Dále je po odbrzdìní potøeba zapnout napájecí napìtí pro H mùstek. To se provede pøivedením log. jednièky na signál POWER. Tím se sepne relé K1 a to pøivede napìtí do H mùstku. Po ukonèení pohybu rotátoru je vhodné odpojit napájecí napìtí, vypnout signály PWM, RIGHT, LEFT a zabrzdit motor zkratová-

Electus

2006

ním rotoru do rezistoru. Brzdicí rezistor je R22. Obvod napìového dìlièe s trimrem R43 a rezistorem R41 slouží pouze pro diagnostiku napájecího napìtí v elektronice rotátoru a není potøeba osazovat. Stejnì je tomu i u teplotního èidla U5 typu SMT160-30. To také není nutné osazovat. Stávající SW není pro spolupráci s tìmito prvky dokonèen.

Obr. 4. Deska s plošnými spoji ovladaèe rotátoru a rozložení souèástek z druhé strany

Mechanická konstrukce Celá elektronika je koncipovaná pro umístìní na stožár k rotátoru. Proto jsem zvolil krabici DIN 153 x 110 x 66 mm s vysokým IP krytím a kabelové prùchodky. Napájecí kabel musí odpovídat požado-

vanému odebíranému proudu a vzdálenosti. Pro komunikaèní kanál je vhodné použít kroucený kabel (twist). Umístìní potenciometru a optozávory ve vlastním rotátoru je patrné z náèrtku (obr. 6), avšak je možné pøizpùsobit je danému rotátoru. Plošné spoje jsou navrženy na oboustrannì plátovaném kuprextitu, kde

Electus

2006

ze strany souèástek je mìï fungující jako GND a pár drátových propojek. Rozmìr desky s plošnými spoji je 109 x 153 mm. Výkonové tranzistory H mùstku není potøeba pro bìžné malé rotátory chladit. Stabilizátory napìtí 7812 a 7805 je nutné pøipevnit na dostateèný chladiè.

57

ñ

Obr. 5. Pohled na osazenou desku ovladaèe rotátoru Obr. 6. Nákres mechanické sestavy rotátoru s ovladaèem (vpravo)

Postup pøi oživení

ñ

Osadíme celou desku s plošnými spoje kromì IC1 (mikroprocesoru). Pro integrované obvody IO1, IO2 a IC2 osadíme pouze objímky a obvody prozatím nevsazujeme! Dùkladnì opticky zkontrolujeme a pøipojíme z regulovatelného laboratorního zdroje DC napìtí asi 18 V. Multimetrem zaèneme kontrolovat funkci stabilizátorù napìtí U3 7812, U1 7805, dále pak referenèní napìtí pro napájení potenciometru U4 78L05 a referenèní napìtí IC1, vstup AREF, pin 20. Mùžeme ještì zkontrolovat logický stav na vývodu RESET. Dále pak pøivádìním napìtí +5 V na signál BRZDA odzkoušíme funkci relé K2 a spínacího tranzistoru Q6. Totéž platí pro signál POWER a relé K1 a Q5. Pokud je vše v poøádku, otestujeme funkci optozávory (èinnost je indikována svitem D9 a mùžeme ještì provìøit funkci H mùstku s pøipojeným motorem. Provìøení spoèívá v pøivedení napájecího napìtí +5 V na signál POWER (IC1, pin 12), GND pøivedeme na signál PWM (IC1, pin 13) a støídavì pøipojujeme GND na signály LEFT (IC1, pin 28) a RIGHT (IC1, pin 27). Tím se motor zaène otáèet buï doleva, nebo doprava. Pokud je vše v poøádku, mùžeme zapájet mikroprocesor IC1 a nahrát do jeho pamìti vhodný SW. Sestavíme mechaniku rotátoru a pøipojíme potenciometr, optozávoru a motor k elektronice. Zapneme napájecí napìtí. Doporuèuji opìt zkontrolovat stav napìtí a poté stiskneme tlaèítko S1 a rotátor provede autokalibraci. Pokud autokalibrace neprobíhá správnì, je nutné provìøit správné pøipojení plus a minus motoru a zapojení snímacího potenciometru. Tyto komponenty je nutné mít správnì sfázované podle mechaniky rotátoru, aby pøi povelu pro motor LEFT se zaèal rotátor otáèet opravdu doleva. Stejnì tak i potenciometr. Pokud je vše v poøádku, je rotátor pøipraven k používání.

Popis software Stávající verze SW pro Atmel je psána v jazyce C. Komunikuje pøes RS422 nebo RS232. Komunikaèní protokol je pøizpùsoben pro øízení z jakéhokoliv poèítaèe nebo jiného terminálu. Komunikaèní rychlost je 9600 Bd, 8 bitù, 1 stopbit. Po zkompletování celého rotátoru a pøipojení k PC tøeba pøes RS232 a stisknutí S1 zaène rotátor vyhledávat polohu 0 ° a polohu 360 °. Po nalezení obou poloh zmìøí napìtí a tyto hodnoty zapíše jako konstanty

58

do vnitøní pamìti EEPROM. Z tìchto konstant se pozdìji vypoèítává aktuální poloha naší antény. Stejnou akci je možno vyvolat napsáním pøíkazu INI do terminálu. Po kalibraci potenciometru a umístìní rotátoru s anténou na definitivní stanovištì se tlaèítky M a N natoèí anténa na sever a pøíkazem SET se nastaví relativní 0 °. Nyní je rotátor pøipraven k provozu a držením klávesy M lze otáèet anténu na jednu a klávesou N na druhou stranu. Pøi držení tìchto kláves se plynule rozjede otáèení na maximální rychlost, rotátor vrací do terminálu údaj o azimutu, po puštìní klávesy se anténa plynule zastaví. Lze také poukáváním na klávesy M a N anténou pohybovat pomaleji. Pøíkazem Gxxx (kde xxx je úhel) je možné zadat požadovaný azimut a rotátor sám nastaví anténu. V prùbìhu provádìní pøíkazu Gxxx rotátor vrací hodnotu azimutu a øeší plynulé rozjezdy a dojezdy na požadovaný smìr. Je možné pøerušit provádìní tohoto pøíkazu stiskem MEZERNÍKU na klávesnici a rotátor okamžitì prudce zastaví otáèení a zabrzdí motor. Pozor ale na tuto akci, protože prudké brždìni hmotného anténího systému musí být schopna vydržet mechanika rotátoru a stožár (setrvaèné síly jsou velké)!!! SW využívá PWM øízení motoru jak pro rozjezd, tak i pro plynulé zastavení otáèení anténního systému. Proto je možné dosáhnout velké rychlosti otáèení i pro velké anténní systémy. Procesor se programuje až po zapájení pøes konektor oznaèený ISP, napøíklad programátorem PonyProg. Stávající verze SW ještì není koneèná a postupem èasu se bude vylepšovat. Samozøejmì jsou vítány aktivity z øad radioamatérù, zájemcùm poskytnu zdrojový kód. Program pro procesor Atmel 90S4433 je volnì ke stažení na redakèních stránkách www.aradio.cz.

Seznam souèástek Rezistory R1, R9 R2, R10, R35, R36 R3, R11, R14 R4, R5, R25, R26 R6, R7, R8, R27, R28, R29 R12, R15, R18, R19, R24, R46, R50 R13, R21, R30, R42, R44, R45, R51, R54 R16 R17, R32, R52 R20 R22 R23, R37, R38, R39, R40, R41, R48 R31 R33 R34

Electus

5,6 Ω 1 kΩ 22 kΩ 10 Ω 330 Ω

R1206 R0805 R1206 R1206 R1206

10 kΩ

R1206

1 kΩ 15 kΩ 100 Ω 100 kΩ 5,6 Ω

R1206 R1206 R1206 R1206 0411/12

4,7 Ω 56 kΩ 680 Ω 2,2 kΩ

R1206 R1206 R1206 R0805

2006

hlavní høídel pro pøipojení antény optozávora šnekový pøevod od motoru pro otáèení antény

R43 R47 R49, R53 R55 R56, R57, R58, R59, R60 R61

kroužek pro optozávoru

potenciometr pøevod k potenciometru

1 kΩ trimr PT-10 470 Ω R1206 51 Ω R1206 2,7 kΩ R1206 0Ω R1206 2,2 Ω 0617V

Kondenzátory C1, C2 12 pF C0805 C3, C4 1 μF/16 V CT3216 C5, C13, C25, C26, C27, C28, C31, C32,C33, C53, C54, C55, C57, C58 100 nF C1206 C6, C34, C35 10 μF/16 V CT3528 C7, C10, C11, C12 1 μF/16 V CT3216 C8, C9, C16, C17, C36, C37, C38, C39, C41, C56, C30 100 pF C1206 C14 1000 μF/25 V, elektrolyt., rozteè 5 mm C15 1000 μF/15 V, elektrolyt., rozteè 5 mm C18, C52 100 nF C0805 C19 1,5 nF C1206 C20, C21, C22 10 μF/25 V CT6032 C23 1000 μF/6 V, elektrolyt., rozteè 5 mm C24 4700 μF, elektrolyt., rozteè 5 mm C29 10 μF/16 V CT3528 C40, C42 100 pF C0805 C43, C44, C45, C46, C47, C48, C49, C50, C51 47 μF, elektrolyt., rozteè 2,5 mm Polovodièové souèástky B1 B250C3000, diodový mùstek D1, D2 Zenerova dioda 12 V MLL-34 D3, D4, D5, D6 1N4007 MLL-41 D7, D8, D100, D101 transil 6V8 SMB D9, D24, D25, D14, D23 LED èervená, 3 mm D10, D11 LL101 MLL-34 D12 BZX85V24 DO35Z10 D13 1,5KE33A DO201T15 D15, D19, D21, D22 LED zelená, 3 mm D16, D17 LED zelená 1206 D18 1K4007 MLL-41 D20 1N4148 MLL-34 IC1 Atmel 90S4433 TQFP32 IC2 MAX232 DIL16 IC3 CMOS 4081 DIL14 IC4 CMOS 4093 SO14 IC5 74HCT14 DIL14 IO1, IO2 MAX481 DIL08 Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 BC846 SOT23 REDE1, REDE2, RXD, TXD LED èervená 1206 T1, T2, T3, T4 BUZ10 TO220V U1 7805 TO220V U2 V6309M SOT23 U3 7812 TO220V U4 78L05 TO92 U5 SMT160-30 TO92 ZD1 TL431 TO92 Ostatní souèástky CON1 Canon DB9F/90 D-09F F1 pojistka 2 A s držákem SH22,5 ISP ML10 konektor JP1, JP2 kolík. lišta PINHD-1X2 1X02 K1 relé G5L K2 RELE 351 relé L1 10 μH, axiální tlumivka Q1 3,6864 MHz HC49/S S1 P-B1720 tlaèítko X1, X5 ARK500/2 svorkovnice X2, X3  ARK500/3 svorkovnice X4, X7 AK500/3 svorkovnice X6  ARK500/2 svorkovnice

Mobilní spojovací prostøedky èeskoslovenské armády v letech 1945 až 1965 Alois Veselý Døíve než ze mì bude úplnì sklerotický staøík, tak bych se rád s vámi podìlil o svou technickou a generaèní pamì podpoøenou dobovým obrazovým materiálem. Protože klidnì mohu øíci: „Tenkrát jsem byl u toho“. A jak všichni dobøe víme, pamì je ošidná vìc, dalo by se také použít rèení „Sejde z oèí, sejde z mysli“. A tak vám zde chci povìdìt, jak to tenkrát vlastnì bylo, protože za dalších ètyøicet let už nikdo nebude vìdìt o vojenském rádiu z doby studené války uprostøed minulého století vùbec nic. Druhá svìtová válka se vyznaèovala zcela novým pojetím bojové èinnosti; rozsáhlá motorizace, pøesuny velkých bojových uskupení, souèinnost všech druhù vojsk a dynamické vedení boje by byly bez rádiového spojení zcela nemožné. A tak v prùbìhu II. svìtové války se setkáváme s celou øadou spojovacích prostøedkù na všech stupních velení. Pøesto, že rádiové spojení se již prosadilo i v prvním svìtovém konfliktu, o dvacet let pozdìji dostává zcela nový rozmìr. Témìø každý bojový prostøedek je radiofonizován. Zejména tankové vojsko si bez rádia jen tìžko dovedeme pøedstavit. Na poèáteèních úspìších wehrmachtu se velikou mìrou podílelo rádiové spojení. Zde bych chtìl jmenovat generála Heinze Guderiana, který objevil a uèinil z rádia mocnou zbraò a jako jeden z prvních úspìšnì velel z pojízdného velitelského stanovištì (PVS). Po druhé svìtové válce organizace, èinnost a materiální zajištìní nìmeckého spojovacího vojska byly vítìznými mocnostmi podrobeny dùkladné analýze. Pøi budování pováleèné èeskoslovenské armády a pozdìji pøi výstavbì armád Varšavské smlouvy sehrály tyto poznatky významnou úlohu. Po osvobození Èeskoslovenska zbylo na našem území velké množství spojovací techniky po wehrmachtu a luftwaffe. Tento materiál patøil Sovìtskému svazu, ten se ho vzdal ve prospìch našeho státu. Rusko èekala mnohem vìtší koøist v Nìmecku, kdy celé továrny vèetnì technologií, technikù a rozpracovaných pøístrojù pøevezli do Minska, kde vznikla obrovská rádiová zbrojnice SSSR. Jedno sto typù koøistní radiotechniky v pomìrnì velké èetnosti, které se nacházelo na osvobozeném území, posloužilo k poèáteènímu vyzbrojení ès. pozemního vojska a letectva. Spojovací prostøedky, kterými byla vyzbrojena naše východní a západní armáda, pøíliš neovlivnily výzbroj novì se formujícího spojovacího vojska. Velkou úlohu zde sehrála technika III. øíše. Pøi inventarizaci materiálního vybavení spojovacího vojska v roce 1949 bylo zjištìno 5800 kusù rùzných typù rádiových zaøízení, z nichž necelých 10 % pøipadlo na sovìtské a angloamerické pøístroje, které do ÈSR pøibyly s našimi zahranièními vojáky. Nìkteré èetnìjší skupiny inkurantních pøijímaèù a vysílaèù se podaøilo udržet v provozuschopném stavu ještì 15 let po skonèení války. Já sám jsem mìl možnost se s touto dokonalou technikou setkat jako radiomechanik u 14. spojovacího praporu 14. motomechanizované divize, kde jsem v letech 1958 až 1959 vykonával vojenskou základní službu. Ve výzbroji praporu bylo nìkolik radiovozù na podvozku vynikajícího terénního

„Babeta“ Radiovùz Škoda 973 byl vybaven vševojskovou radiostanicí RM-31. Interiér byl velmi stísnìný, radiostanice byla umístìna v držáku se silentbloky, který byl pøišroubován na pracovní stùl radisty. Celá stanice byla orientovaná ve smìru jízdy za pøepážkou øidièe. Babeta není krycí název radiovozu, ale toto jméno se dostalo Škodì 973 díky filmu „Kdyby tisíc klarinetù“, kde úèinkovala jako filmová hereèka

V zimì roku 1955 za úèasti komise MNO probìhly vojskové zkoušky malého radiovozu Škoda 973 na základnì v Hradci Králové. Automobil byl testován v terénu i v bìžném silnièním provozu, mìl SPZ „Zkouška 28-91-15“

Electus

2006

59

ñ

V „Babetì“ vedle pracovního stolu dole byla police na akumulátory a nad ní úložný prostor pro záložní souèásti radiostanice

V zadní èásti skøínì za sedadlem radisty byl nahoøe rozvadìè ZR-493 a pod ním nabíjecí soustrojí ZB6-G 52

„Ètvrtek“

Vnitøní uspoøádání radiovozu „Ètvrtek“: vlevo pøijímaè MwEc, vedle vysílaè 80 WSa. Vpravo nahoøe rozvadìè pro nabíjení akumulátorù a po obou stranách stolu jsou vidìt akumulátory. Pracovištì radisty bylo situováno ve smìru jízdy

Celkový pohled do radiovozu T 805 „Ètvrtek“. Veškeré pøíslušenství bylo koøistního pùvodu

60

Electus

2006

ñ

„Sobota“ Koncem roku 1955 zadávají OZ 064 (Opravárenské závody) ve Dvoøe Královém firmì Hartman výrobu snížené skøíòové nástavby pro radiovozy s krycími názvy „Sobota“, „Duha“ a pozdìji „Tøinec“: Vlevo: Pohled na pracovištì radistù, zleva koncový stupeò s GU50, anténní díl RM-31, radiostanice RM-31, pøijímaè R-3, anténní dil druhé RM-31 s pøídavkem pro VKV. Dole rozvadìè, nahoøe stanice A7b Vlevo uprostøed: Ve velitelském prostoru byl mapový stùl, uprostøed ovládací skøíòka interkomu Vpravo uprostøed: lavice, která se dala pøemìnit v lùžko Vlevo dole: Velitelský prostor byl vybaven odšupovací støechou Vpravo dole: Pohled na „Sobotu“ zezadu, prostor pro radisty byl opravdu velmi stísnìný

ñ Electus

2006

61

V tìchto skøíních v letech 1955-56 pøicházely ke spojovacím útvarùm radiovozy „Ètvrtek“ a „Pátek“

Novinkou byla snížená skøíò karoserie radiovozu „Sobota“

Úspìšnou sérii radiovozù na podvozku T 805 zakonèil radiovùz „Tøinec“

ñ

automobilu Tatra 805 s vysokou skøíòovou nástavbou. Vozy byly vybaveny inkurantními zpìtnovazebními pøijímaèi Torn Eb nebo 8elektronkovým superhetem s dvojitou krystalovou propustí MwEc. Vysílaè byl tøiceti- nebo osmdesátiwattový typu 30 WSa nebo 80 WSa. Tato souprava pøekryla frekvenèní pásmo od 0,83 do 3,0 MHz. Tyto radiovozy byly známy pod krycím názvem „Ètvrtek“ a „Pátek“. Do nìkterých radiovozù byl montován jako záložní pøijímaè R-3 v automobilní verzi vyvinutý ve Vojenském technickém ústa-

62

vu. Pøíslušenství stanic - mìnièe, anténní stožáry, výsuvné stožáry Magirus, kotevní lana a agregáty rovnìž pocházely z dìdictví po wehrmachtu. Zástavbu této komunikaèní techniky do vozidel provádìl Vojenský opravárenský závod 064 v Hradci Králové. Byla to nejvìtší armádní technická základna spojovacího vojska spolu s VÚ 060 v ÈSR. Na tìchto dvou pracovištích byl soustøedìn vývoj, poloprovozní výroba a pøíprava výroby pro závody TESLA, Elektrosignál a Radiospoj. Hradecká základna vznikla znárodnìním

Electus

2006

radiotechnické laboratoøe Antona Novotného na nìkdejší Mácha-Gasse v Hradci Králové. V øíjnu 1948 pøešel závod do pùsobnosti MNO - Spojovací vojsko. Dne 1. ledna 1949 se definitivním vlastníkem stalo MNO a závod dostal název „Posádková správa 71 HK“. Poèáteèní èinnost byla zamìøena na soustøeïování a úpravy koøistní radiotechniky pro potøeby spojovacího vojska. Po roce 1953 jako jeden z hlavních úkolù byly montáže a zástavby spojovacích zažízení do automobilní techniky pro potøeby ÈSLA. Od roku 1950 v OZ 064 probíhala také pøíprava sériové výroby vševojskové radiostanice RM-31 pro továrnu TESLA Pardubice. Do armády se dostávají stanice pro nižší stupnì velení èeskoslovenské výroby pod typovým oznaèením RF-11, RO-21, RM-31 a licenènì vyrábìný transceiver A7b. Od roku 1955 zaèíná pøicházet technika ze SSSR. Jako novinka po maïarských událostech (1956) zaèaly ke spojovacím útvarùm pøicházet radiovozy, jež nesly krycí název „Sobota“. „Sobota“ byla konstruována jako pojízdné velitelské stanovištì (PVS). Opìt na podvozku T 805, ovšem novinkou byla snížená skøíò, jakou známe ze smìrové stanice „Duha“. Rádiové vybavení bylo krátkovlnným 10wattovým transceiverem èeské výroby typu RM-31, který budil PA stupeò s dvìma elektronkami GU50, ty zvýšily vf výkon na 50 W. „Sobota“ byla urèena k pøímému velení vojákùm v boji a za pøesunu. Velitel ze svého prostoru mohl vstoupit do vlastních rádiových sítí, pøípadnì do rádiových sítí nadøízeného nebo sousedù. Frekvenèní spektrum PVS Sobota, stanice-RM 31: 2 až 6 MHz. RM-31-50 pro velení tankùm: 75 až 78 MHz. RO-22 (A7b): 24 až 28 MHz. Záložní pøijímaè R-3: 0,16 až 0,3 a 0,48 až 7,0 MHz. Ještì pøedstavím radiovùz na podvozku rovnìž vynikajícího terénního automobilu Škoda 973 („Babeta“), který byl rovnìž osazen vševojskovou radiostanicí RM-31, ten se však už do výzbroje ÈSLA nedostal. Jako unifikovaný automobil v této kategorii byl urèen pro armády Varšavské smlouvy ruský GAZ 69; ten byl také vyzbrojován jako malý radiovùz radiostanicí RM-31 s urèením jako osobní stanice velitele. Pro paradesantní vojsko se do GAZ 69 montovaly také radiostanice R-105 s PA vf stupnìm a RM-33, která byla speciálnì konstruovaná pro výsadkáøe. Labutí píseò národního radiovozu zazpíval „Tøinec“ z podniku TESLA Pardubice, opìt vystavìný na podvozku T 805 se sníženou skøíní. Úèast na tomto projektu mìl rovnìž OZ 064. Tyto spojovací prostøedky vìtšinou byly urèeny jako záložní a uloženy v NZ skladech. Od 70. let øešil hradecký závod individuální požadavky spojovacího vojska, speciální nástavby, soupravy pro rádiový prùzkum, pøijímací pracovištì, podací stanice aj. Odtud vycházely nástavby rádiových prostøedkù vždy dokonale dílensky zpacovány. Po vstupu ÈSR do Varšavského uskupení v roce 1955 je dodržována dùsledná unifikace všech zbraní. Tak se dostává do výzbroje ÈSLA kvalitní a spolehlivá spojovací technika ze SSSR. Byly to vševojskové radiostanice typové øady „Astra“ (R-105), radiostanice

Rádiový GAZ 69 vybavený stojanem s RM-31. Urèení stanice bylo jako osobní radiostanice pro jednotlivé velitele divize, vìtšinou však byly uloženy v NZ skladech spojovacích praporù pro záložní spojení. Jelikož okolo šedesátého roku ještì nebyl civilní sektor vybaven rádiovými prostøedky, sehrály tyto radiostanice velkou úlohu pøi živelních katastrofách a hlavnì pak v každoroèních bitvách o zrno. Spojaøi ÈSLA v tìch letech zajišovali dispeèerskou službu mezi kombajny a pojízdnými dílnami STS (Státní traktorová stanice). O toto zamìstnání byl mezi vojáky vždy veliký zájem, nebo bylo dobøe naturálnì ohodnoceno velkým množstvím 10stupòového piva ...

Sovìtské radiostanice R-112 a R-113 pro velení motomechanizovaným sborùm se montovaly do velitelských tankù, obrnìných transportérù OT 810, pozdìji do OT 62 a OT 64. Byla to obdoba nìmeckých PVS Kfz 250 a 251. OT 810 byly vybaveny krátkovlnnou radiostanicí s AM modulací R-112, pro vyšší stupeò velení a spojení s tankovým vojskem zajišovala FM radiostanice R-113

Stojan pro RM-31 do radiovozu GAZ 69 vznikl jako zlepšovací návrh R-113 s frekvenèní modulací pro spojení mezi tanky, krátkovlnná radiostanice tankových velitelù R-112. Radiostanice R-113 a R-112 byly instalovány do PVS a rádiových obrnìných transportérù OT 810, pozdìji do OT 62 a OT 64. Krátkovlnná 50wattová velitelská radiostanice R-103 byla na podvozku ZIS151, rozsah 1 až 8 MHz, provoz A1, A3 a F1 se špièkovým pøijímaèem „Amur“. Tìmito stanicemi byly vyzbrojovány spojovací útvary v letech 1955 až 1970. Je možno hovoøit o první generaci spojovací techniky Varšavské smlouvy. Nedostatky spojovací služby, pøedevším nedostateèné poèty spojovací techniky a špatné personální zajištìní v ruské armádì v prùbìhu Velké vlastenecké války byly obrovským ponauèením. Proto pøi budování Varšavského uskupení byla vìnována technickému vybavení a kádrovému zajištìní spojovacího vojska mimoøádná pozornost. A tak spojovací prostøedky z Minského radiotechnického závodu pøedevším v mechanických konstrukcích pøedèily používané prostøedky v armádách NATO a i po obvodové stránce udržely s nimi krok až do konce osmdesátých let.

27. kvìtna letošního roku bude již po jedenáctou sezónu opìt otevøeno

Vojenské technické muzeum v Lešanech u Prahy.

Radiovùz GAZ 69 v úpravì pro paradesantní vojsko. Zleva: RM-33, PA stupeò a 2x R-105

Electus

2006

Radiovozy „Babeta“ a „Tøinec“ je možno spatøit v V. hale, která je vìnována ÈSLA v období studené války.

63

ñ

ñ

„Pátek“ Rekonstrukce radiovozu „Pátek“. Zleva: pøijímaè Torn Eb, záložní pøijímaè R-3 a vysílaè 80 WSa:

„Tøinec“ Posledním z èeskoslovenské produkce radiovozù byl „Tøinec“, kde stanice RM-31 byla zakomponována s PA stupnìm do jedné skøínì a napájená ze síového zdroje. Pøijímaè byl vyvinut ve Vojenském výzkumném ústavu 060 pod typovým oznaèením R-4. Nìkteré radiovozy byly ještì dovybavovány záložními pøijímaèi typu R-5 z produkce NDR. Výroba tìchto vozù byla zadána podniku TESLA Pardubice:

64

Electus

2006