Призначення дистанційного керування
Дистанційне керування (ДК) – передача керуючого впливу (сигналу) від оператора до об’єкту керування, який знаходиться на відстані, через неможливість передати сигнал напряму, якщо об’єкт рухається, знаходиться на значній відстані або в агресивному середовищі и т.п.
Застосування: авіація, космічна техніка, зв’язок, системи охорони (керування воротами, шлагбаумами, зовнішнім і внутрішнім освітленням, відеоспостереженням тощо), комп’ютерна, фото- і відеотехніка, військове діло, транспорт, дослідні лабораторії, промислове виробництво та будівництво, електроенергетика (керування об’єктами енерго- і електромеханічних систем).
Методи дистанційного керування
В залежності від методу організації ДК різняться за типом каналу зв’язку:
• механічний;
• електричний (провідний, безпровідний – радіоканал та інфрачервоний канал.
Механічний канал застосовується в тому випадку, якщо об’єкти віддалені друг від друга на порівняно невелику відстань або потребується забезпечити миттєву неспотворену реакцію.
Електричний провідний канал застосовується в тому разі, якщо відсутня можливість застосувати безпровідні канали (наприклад, через відсутність прямої видимості, наявності екранування і т.п.), або з огляду на вартість та завадозахищенність. Такий канал використовується головним чином для керування обладнанням виробничих об’єктів тощо.
Радіоканал застосовується головним чином для керування рухомими об’єктами, безпілотними літальними апаратами (БПЛА), або в ситуаціях, коли передатчик і приймач не спроможні знаходитись в зоні прямої видимості (системи освітлення або опалення, підіймачі вантажів і т.п.).
Інфрачервоний канал застосовується, як правило, для керування електронними пристроями.
Незалежно від методу організації каналу ДК складається з: передатчика (пульта ДК), приймача і виконуючих механізмів (реле і т.п.).
Дистанційне керування електромеханічними системами за допомогою радіоканалу
Радіоканал являє собою канал зв'язку, в якому передача інформації здійснюється за допомогою радіохвиль. Включає середовище поширення радіохвиль і пристрою перетворення електричних сигналів в електромагнітне випромінювання (передавач) і електромагнітне випромінювання в електричні сигнали (приймач). Технічні характеристики радіоканалу залежать від його функціонального призначення і вигляду сигналів, які передаються: обслуговувана зона, дальність передачі визначають вживані частоти, вид антен, потужність передавача і чутливість приймача; вигляд сигналів (телефонія або телеграфія, звукове або телевізійне мовлення і т.п.) визначає пропускну спроможність каналу (смуга частот передачі, динамічний діапазон і лінійність амплітудної характеристики каналу).
До основних показників радіопередавача відносяться: діапазон хвиль, потужність, к.к.д., вид і якість сигналу передачі. Відповідно до класифікації радіохвиль розрізняють передавачі кілометрових, гектометрових, декаметрових і інших хвиль. Передавач може працювати на одній або декількох виділених для нього фіксованих хвилях, або він може настроюватися на будь-яку довжину хвилі в безперервному діапазоні хвиль.
Структура передавача (рис. 1) визначається його основними загальними функціональними можливостями, до яких відносяться:
• отримання високочастотних коливань необхідної частоти і потужності;
• модуляція високочастотних коливань сигналом, який передається;
• фільтрація гармонік і інших коливань, частоти яких виходять за межі необхідної смуги випромінювання;
• випромінювання коливань через антену.
Рис. 1. Структурна схема передавача
Генератор високої частоти, або так званий задавальний (опорний) генератор, служить для отримання високочастотних коливань однієї частоти. Синтезатор перетворює частоту коливань опорного генератора в будь-яку іншу частоту, яка необхідна для радіозв'язку. У окремих випадках синтезатор частоти не потрібний, наприклад, якщо генератор безпосередньо створює коливання потрібної частоти.
Підсилювач проміжної високої частоти, необхідний для підсилення сигналу синтезатора, крім того він ослаблює вплив на генератор і синтезатор можливих регулювань в потужних каскадах передавача і в антені.
Підсилювач потужності збільшує потужність радіосигналу до необхідного рівня, який визначається вимогами системи радіозв'язку.
Вихідне коло служить для передачі посилених коливань в антенну, для фільтрації високочастотних коливань і для сполучення виходу підсилювача потужності з антеною, тобто для забезпечення максимальної потужності випромінювання в антенні.
Модулятор служить для модуляції високочастотних коливань передавача, сигналом, який передається (рис. 2). Для цього модулятор впливає в залежності від особливостей передавача і вигляду модуляції (амплітудна, частотна і ін.) на один або декілька блоків з числа обведених пунктиром на рис. 1.
Рис. 2. Модуляція сигналу опорної частоти модулюючим сигналом
Блок живлення забезпечує підведення до всіх блоків необхідної для нормальної роботи напруги.
В приймачі здійснюється зворотне перетворення сигналу. Структурна схема приймача наводиться на рис. 3.
Рис. 3. Структурна схема приймача
У приймачі вхідний сигнал перетворюється в сигнал звукової частоти. Перед змішувачем цього приймача має бути включена вхідне коло, що забезпечує оптимальне узгодження з антеною, підсилювач сигналів, які поступають від антени.
Приймач містить перетворювач частоти, який складається із змішувача і гетеродину. Гетеродин являє собою генератор високої частоти, близької до сигналу, що приймається антеною. Після змішення прийнятого антеною сигналу з сигналом гетеродину, їх корисна (низькочастотна) частина виділяється фільтром, яка далі подається до підсилювача низької частоти.
Вихідний сигнал приймача може впливати на виконуючий орган, в якості якого, наприклад, може бути застосовано реле постійного струму. Контакти цього реле можуть керувати подачею живлення на навантаження.
На подібному принципі побудовані різноманітні системи безпровідної передачі даних, робота яких регламентована відповідним стандартом, наприклад, IEEE 802.11, більш відоміший за назвою Wi-Fi.
Промисловість виробляє багато пристроїв дистанційного керування побудованих за безпровідної технологією передачі даних. Один з таких пристроїв - радіомодуль РМ-04 (рис. 4), призначений для використання в системах віддаленого керування і збору даних. До входів модуля підключаються датчики, а до виходів – виконавчі пристрої. Радіомодуль може працювати в режимі Slave і Master. У режимі Slave радіомодуль виконує отримані по радіо команди. У режимі Master він сам формує і відправляє по радіо команди, управляючи віддаленими радіомодулями, що працюють в режимі Slave.
Рис. 4. Радіомодуль РМ-04
Дистанційне керування електромеханічними системами за допомогою інфрачервоного каналу
Інфрачервоний канал – канал передачі даних, що не вимагає для свого функціонування дротяних з'єднань. На відміну від радіоканалу, інфрачервоний канал нечутливий до електромагнітних завад, і це дозволяє використовувати його у виробничих умовах. Крім того, використання цього методу дистанційного керування не потребується ліцензування в інспекції електрозв'язку.
Інфрачервоне (ІЧ), або теплове випромінювання – це електромагнітне випромінювання, яке випускає будь-яке нагріте до певної температури тіло. Джерелом інфрачервоного випромінювання в техніці є твердотілі випромінювачі – інфрачервоні світлодіоди, лазери, а для реєстрації застосовуються фотодіоди, фоторезистори тощо.
Деякі особливості інфрачервоного випромінювання роблять його зручним для використання в пристроях передачі даних:
• твердотілі випромінювачі (ІЧ-світлодіоди) компактні, практично безінерційні, економічні і мають невелику вартість;
• ІЧ-приймачі малогабаритні і також мають невелику вартість;
• ІЧ-випромінювання не відволікають увагу людини через свою невидимість;
• незважаючи на поширеність ІЧ-променів і високий рівень "фону", джерел імпульсних перешкод в ІЧ області мало;
• ІЧ випромінювання низької потужності не позначається на здоров'ї людини;
• ІЧ промені добре відбиваються від більшості матеріалів (стенів, меблів);
• ІЧ випромінювання не проникає крізь стіни і не заважає роботі інших аналогічних пристроїв.
Все це дозволяє з успіхом використовувати ІЧ спосіб передачі інформації в багатьох пристроях. Розглянемо детальніше роботу ІЧ систем.
Пульт ІЧ керування при натисненні кнопки випромінює кодовану посилку, а приймач, встановлений в керованому пристрої, приймає її і виконує необхідні дії. Для того, щоб передати логічну послідовність, пульт формує імпульсний пакет ІЧ променів, інформація в якому модулюється або кодується тривалістю або фазою складових пакет імпульсів (рис. 5).
Рис. 5. Передача інформації за допомого ІЧ випромінювання
ІЧ приймач приймає таку послідовність і виконує демодулювання із отриманням вихідного сигналу.
Для прийому ІЧ сигналу зазвичай застосовується спеціальна мікросхема, об'єднуюча фотоприймач, підсилювач із смуговим фільтром, налаштованим на певну частоту, підсилювач і детектор для демодуляції сигналу.
Контрольні питання
- Назвіть призначення дистанційного керування електромеханічними системами.
- Назвіть методи дистанційного керування.
- У яких випадках застосовується дистанційне керування за допомогою радіоканалу?
- У яких випадках застосовується дистанційне керування за допомогою інфрачервоного каналу?