ДЕШИФРАТОР КОМАНД ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ
REMOTE CONTROL COMMAND DECODER

Изобретение относится к технике дистанционного управления моделями и может быть использовано в многоканальных системах пропорционального телеуправления авиа-, авто- и судомоделями.
В современных многоканальных системах пропорционального телеуправления моделями применяется, как правило, метод импульсной передачи команд с временным разделением каналов. При этом методе сигналы, содержащие информацию об угловом положении исполнительного органа сервоприводов, формируются изменением длительности канальных импульсов, вырабатываемых шифратором команд в зависимости от углового положения рукояток управления передатчика. Для передачи информации по каналу связи эти импульсы преобразуются шифратором команд в короткие синхроимпульсы фиксированной длительности, образующие канальные посылки, разделенные более продолжительной синхропаузой, при этом информация о передаваемой величине в соответствующем канале телеуправления содержится во временном интервале между синхроимпульсами канальной посылки, а количество импульсов в ней зависит от числа каналов телеуправления. В приемнике системы телеуправления дешифратор команд распределяет импульсы этой последовательности по каналам, восстанавливает ширину канальных импульсов и передает их на соответствующие сервоприводы модели.
Известны дешифраторы команд многоканальных систем пропорционального телеуправления моделями (см., например, 1. Войцеховский Я. Дистанционное управление моделями. Пособие моделиста и радиолюбителя. Пер с польск. Под ред. А.П. Павлова и Η.Н. Путятина. - М.: Связь, 1977, с. 180-186, 341-362; 2. Васильченко Μ.Е., Дьяков А.В. Радиолюбительская телемеханика. - М.: Энергия, 1979, с. 14, 61-64, 84, 85; 3. Миль Г. Электронное дистанционное управление моделями. Пер. с нем. В.Н. Пальянова. - М.: ДОСААФ, 1980, с. 61-77), в которых для дешифрации команд используются счетчики-распределители канальных импульсов, работающие по следующему циклу: каждый поступающий синхроимпульс канальной посылки дешифрируемого сигнала изменяет состояние счетчика-распределителя канальных импульсов, которое сохраняется до прихода следующего синхроимпульса, а после прохождения всей последовательности синхроимпульсов канальной посылки счетчик-распределитель канальных импульсов возвращается в исходное состояние сформированным дешифратором команд телеуправления импульсом сброса.
Недостаток указанных аналогов - низкая помехозащищенность. В этих аналогах при наличии на тактовом входе счетчика-распределителя канальных импульсов помех, источником которых могут быть, например, электродвигатели сервоприводов, регуляторы напряжения, электромагнитные реле и другие устройства, установленные на модели, не исключена возможность нарушения этими помехами цикла работы счетчика-распределителя канальных импульсов и формирование вследствие этого дешифратором команд телеуправления ложных сигналов управления сервоприводами модели, что может привести к ее аварии.
В качестве прототипа выбран дешифратор команд телеуправления (Днищенко В.А. 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями. - СПб.: Наука и техника, 2007, с. 353-355, рис. 6.11), содержащий формирователь прямоугольных импульсов, вход которого соединен с входной шиной дешифратора команд телеуправления, счетчик-распределитель канальных импульсов, N выходов которого соединены соответственно с N выходными шинами дешифратора команд телеуправления, где N - число каналов телеуправления, амплитудный детектор, пороговое устройство, формирователь коротких импульсов и фильтрующий элемент, представляющий собой параллельную RC-цепь, подключенную между тактовым входом счетчика-распределителя канальных импульсов и шиной нулевого потенциала дешифратора команд телеуправления, при этом тактовый вход счетчика-распределителя канальных импульсов подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов и к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к входу порогового устройства, соединенного выходом с входом формирователя коротких импульсов, выход которого подключен к входу установки в нулевое состояние счетчика-распределителя канальных импульсов.
В прототипе формирователь прямоугольных импульсов преобразует искаженные шумами синхроимпульсы канальной посылки сигнала телеуправления, поступающего на входную шину дешифратора команд телеуправления с выхода приемника системы телеуправления, в нормированные по амплитуде синхроимпульсы напряжения прямоугольной формы, длительность которых определяется длительностью принятых синхроимпульсов командной посылки. Счетчик-распределитель канальных импульсов подсчитывает синхроимпульсы прямоугольной формы, поступающие на его тактовый вход, и в зависимости от их числа формирует на своем N-ом выходе прямоугольные импульсы напряжения, длительность которых равна длительности канальных импульсов шифратора передатчика в N-ом канале телеуправления. С N-го выхода счетчика-распределителя эти импульсы подаются на соответствующую N-ую выходную шину дешифратора команд телеуправления.
В прототипе амплитудный детектор при появлении на его входе прямоугольных синхроимпульсов канальной посылки формирует на своем выходе напряжение, близкое по величине к их амплитудному значению. После окончания действия этих синхроимпульсов выходное напряжение амплитудного детектора понижается со скоростью, заданной постоянной времени его RC-цепи, при этом постоянная времени этой цепи такова, что превышает длительность самого широкого канального импульса сигнала телеуправления. При достижении выходным напряжением амплитудного детектора заданной величины пороговое устройство формирует на своем выходе импульсный перепад напряжения с низкого на высокий уровень, при этом на выходе формирователя коротких импульсов образуется кратковременный импульсный перепад напряжения, устанавливающий счетчик-распределитель канальных импульсов в нулевое состояние, подготавливая его к подсчету синхроимпульсов следующей канальной посылки.
Недостаток прототипа - низкая помехозащищенность. В прототипе длительность импульса, устанавливающего счетчик-распределитель канальных импульсов в нулевое состояние, существенно меньше, чем длительность синхропаузы между канальными посылками сигнала телеуправления, а интервал времени между окончанием последнего синхроимпульса канальной посылки и появлением импульса, устанавливающего счетчик-распределитель канальных импульсов в нулевое состояние, превышает соответствующий самому широкому канальному импульсу временной интервал между синхроимпульсами канальной посылки. Поэтому в случае наличия помех, поступивших на тактовый вход счетчика-распределителя канальных импульсов во время синхропаузы дешифрируемого сигнала, не исключена возможность переключения ими счетчика-распределителя канальных импульсов, что может происходить как до момента формирования импульса, устанавливающего счетчик-распределитель канальных импульсов в нулевое состояние, так и после окончания действия этого импульса, в результате чего нарушается цикл работы счетчика-распределителя канальных импульсов и нормальное функционирование дешифратора команд телеуправления в целом. Из-за относительно малого значения постоянной времени подключенной между тактовым входом счетчика-распределителя канальных импульсов и шиной нулевого потенциала дешифратора команд телеуправления параллельной RC-цепи, максимальная величина постоянной времени которой ограничена длительностью синхроимпульсов канальной посылки сигнала телеуправления, прототип имеет низкую помехозащищенность от импульсов помех, длительность которых превышает постоянную времени этой RC-цепи.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехозащищенности дешифратора команд телеуправления.
Поставленная задача решается тем, что в дешифраторе команд телеуправления, содержащем формирователь прямоугольных импульсов, вход которого соединен с входной шиной дешифратора команд телеуправления, первый формирователь коротких импульсов, счетчик-распределитель канальных импульсов, N выходов которого соединены соответственно с N выходными шинами дешифратора команд телеуправления, где N - число каналов телеуправления, предусмотрены следующие отличия: в него введены RS-триггер, логический элемент И, второй формирователь коротких импульсов, (N+1)-разрядный регистр сдвига и формирователь напряжения высокого логического уровня, при этом прямой выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом установки RS-триггера в единичное состояние и с первым входом логического элемента И, выход которого подключен к тактовому входу счетчика-распределителя канальных импульсов, инверсный выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом регистра сдвига, информационный вход которого подключен к выходу формирователя напряжения высокого логического уровня, а вход установки в нулевое состояние - к выходу первого формирователя коротких импульсов, вход которого соединен с подключенным к второму входу логического элемента И выходом RS-триггера, выход старшего разряда регистра сдвига соединен с входом второго формирователя коротких импульсов и с входом установки в нулевое состояние счетчика-распределителя канальных импульсов, выход второго формирователя коротких импульсов подключен к входу установки в нулевое состояние RS-триггера.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: по сравнению с прототипом повышается помехозащищенность дешифратора команд телеуправления.
На фиг.1 представлена структурная схема дешифратора команд телеуправления; на фиг.2 изображены временные диаграммы в характерных точках этой структурной схемы (для наглядности масштаб по осям абсцисс и ординат не соблюден), поясняющие работу дешифратора команд телеуправления.
Дешифратор команд телеуправления содержит (см. фиг.1): формирователь прямоугольных импульсов 1; входную шину 2; первый формирователь коротких импульсов 3; счетчик-распределитель канальных импульсов 4; N выходных шин 5, где N - число каналов телеуправления; RS-триггер 6; логический элемент И 7; второй формирователь коротких импульсов 8; (N+1)-разрядный регистр сдвига 9; формирователь напряжения высокого логического уровня 10.
Вход формирователя прямоугольных импульсов 1 соединен с входной шиной 2 дешифратора команд телеуправления. N выходов счетчика-распределителя канальных импульсов 4 соединены соответственно с N выходными шинами 5 дешифратора команд телеуправления. Прямой выход формирователя прямоугольных импульсов 1 соединен с входом установки RS-триггера 6 в единичное состояние и с первым входом логического элемента И 7. Выход логического элемента И 7 подключен к тактовому входу счетчика-распределителя канальных импульсов 4. Инверсный выход формирователя прямоугольных импульсов 1 соединен с тактовым входом регистра сдвига 9. Информационный вход регистра сдвига 9 подключен к выходу формирователя напряжения высокого логического уровня 10. Вход установки в нулевое состояние регистра сдвига 9 подключен к выходу первого формирователя коротких импульсов 3. Вход первого формирователя коротких импульсов 3 соединен с выходом RS-триггера 6. Выход RS-триггера 6 подключен к второму входу логического элемента И 7. Выход старшего разряда регистра сдвига 9 соединен с входом второго формирователя коротких импульсов 8 и с входом установки в нулевое состояние счетчика-распределителя канальных импульсов 4. Выход второго формирователя коротких импульсов 8 подключен к входу установки в нулевое состояние RS-триггера 6.
Дешифратор команд телеуправления работает следующим образом.
вх.
Для простоты описания ограничимся числом каналов телеуправления N, равным четырем. При таком числе N на входную шину 2 дешифратора команд телеуправления с выхода приемника системы телеуправления поступает последовательность из пяти искаженных шумами синхроимпульсов канальной посылки амплитудой U (см. фиг.2).
порог.
1
2
3
4
5
вых.1Фпи
вых.2фпи
вых.1фпи
вых.2Фпи
При превышении этими синхроимпульсами порогового напряжения U, установленного выше максимального уровня шумовых выбросов, формирователь прямоугольных импульсов 1 в моменты времени t, t, t, t, t формирует на своем прямом и инверсном выходах передний фронт нормированных по амплитуде прямоугольных импульсов напряжения U и задний фронт нормированных по амплитуде противофазных импульсов напряжения U соответственно, при этом длительность импульсов напряжения U определяется длительностью синхроимпульсов канальной посылки, а длительность импульсов напряжения U - длительностью временного интервала между соседними синхроимпульсами этой канальной посылки.
1
вых.T
В момент времени t с прямого выхода формирователя прямоугольных импульсов 1 на вход установки в единичное состояние RS-триггера 6 поступает первый нормированный по амплитуде синхроимпульс канальной посылки, в результате чего на выходе RS-триггера 6 формируется напряжение U высокого логического уровня. Это напряжение подается на второй вход логического элемента И 7, а также на вход первого формирователя коротких импульсов 3.
1
вых.Фки1
вых.(N+1)pc
В момент времени t первый формирователь коротких импульсов 3 формирует на своем выходе импульс напряжения U высокого логического уровня. Этот импульс поступает на вход установки в нулевое состояние регистра сдвига 9, при этом на выходе его старшего (N+1)-го разряда устанавливается напряжение U низкого логического уровня.
вых.т
вых.1Фпи
Поскольку логический элемент И 7 открыт напряжением U высокого логического уровня, поданным на его второй вход с выхода RS-триггера 6, на выход этого логического элемента проходят импульсы напряжения U, поступающие на его первый вход с выхода формирователя прямоугольных импульсов 1, которые подаются на тактовый вход счетчика-распределителя канальных импульсов 4.
вых.1фпи
1
вых.1
2
2
вых.2
3
3
вых.3
4
4
вых.4
5
Счетчик-распределитель канальных импульсов 4 подсчитывает число синхроимпульсов напряжения U, поступающих на его тактовый вход, распределяет импульсы этой последовательности по каналам, восстанавливает ширину канальных импульсов и передает восстановленные канальные импульсы на соответствующие выходные шины 5 дешифратора команд телеуправления, при этом в момент времени t на первом выходе счетчика-распределителя канальных импульсов 4 формируется напряжение U высокого логического уровня, а в момент времени t - низкого логического уровня; в момент времени t на втором выходе счетчика-распределителя канальных импульсов 4 формируется напряжение U высокого логического уровня, а в момент времени t - низкого логического уровня; в момент времени t на третьем выходе счетчика-распределителя канальных импульсов 4 формируется напряжение U высокого логического уровня, а в момент времени t - низкого логического уровня; в момент времени t на четвертом выходе счетчика-распределителя канальных импульсов 4 формируется напряжение U высокого логического уровня, а в момент времени t - низкого логического уровня.
вых.2Фпи
Одновременно с этим на тактовый вход регистра сдвига 9 с инверсного выхода формирователя прямоугольных импульсов 1 поступает последовательность импульсов напряжения U. Поскольку на информационный вход регистра сдвига 9 подано напряжение высокого логического уровня, регистр сдвига 9 с приходом каждого импульса этой последовательности осуществляет сдвиг напряжения высокого логического уровня, сформированного на его соответствующем N-м выходе, от младшего к старшему разряду.
6
вых.1Фпи
вых.2фпи
выx.(N+1)pc
В момент времени t на выходе формирователя прямоугольных импульсов 1 формируется задний фронт последнего нормированного по амплитуде синхроимпульса напряжения U. В этот момент времени на инверсном выходе формирователя прямоугольных импульсов 1 появляется импульсный перепад напряжения U с низкого на высокий логический уровень. Под воздействием этого перепада напряжения на выходе старшего (N+1)-го разряда регистра сдвига 9 появляется напряжение U высокого логического уровня, которое поступает на вход второго формирователя коротких импульсов 8 и на вход установки в нулевое состояние счетчика-распределителя канальных импульсов 4, блокируя переключение счетчика-распределителя канальных импульсов 4 независимо от наличия каких-либо импульсов на его тактовом входе.
6
вых.ФКи2
выx.T
В момент времени t на выходе второго формирователя коротких импульсов 8 появляется импульс напряжения U высокого логического уровня. Этот импульс поступает на вход установки в нулевое состояние RS-триггера 6, в результате чего на выходе этого триггера формируется импульсный перепад напряжения U с высокого на низкий логический уровень.
вых.т
Напряжение U низкого логического уровня, поданное на второй вход логического элемента И 7 с выхода RS-триггера 6, блокирует прохождение на выход этого логического элемента импульсов, поступающих на его первый вход, при этом на выходе логического элемента И 7, а также на тактовом входе счетчика-распределителя 4 канальных импульсов формируется напряжение низкого логического уровня.
вх.
После окончания синхропаузы на входную шину 2 дешифратора команд телеуправления поступает следующая последовательность из N+1 синхроимпульсов канальной посылки амплитудой U, при этом вышеописанные процессы вновь повторяются с периодичностью следования канальных посылок сигнала телеуправления.
Таким образом, предлагаемый дешифратор команд телеуправления выгодно отличается от прототипа, поскольку имеет более высокую помехозащищенность, так как его счетчик-распределитель канальных импульсов блокирован от переключения на протяжении всей синхропаузы между канальными посылками дешифрируемого сигнала, в результате чего исключено нарушение цикла работы счетчика-распределителя канальных импульсов под воздействием помех, поступивших на его тактовый вход во время синхропаузы этого сигнала, и формирование дешифратором команд телеуправления ложных сигналов управления сервоприводами модели.
Применение предлагаемого дешифратора команд телеуправления в многоканальных системах дистанционного пропорционального управления авиа-, авто- и судомоделями повысит надежность функционирования этих систем за счет улучшения их помехозащищенности и позволит уменьшить вероятность аварии моделей, управляемых посредством этих систем.