Dálkový akustický ovladač

Popis zapojení

Tuto již historickou verzi tady nechávám snad jako inspiraci...

Pokud chceme používat akustický signál k ovládání, musíme si vymyslet takový tvar signálu, který se běžně nevyskytuje. V ovladači je použit nosný kmitočet 2,5 KHz frekvenčně modulovaný kmitočtem 50 Hz (zapnutí relé) nebo 33 Hz(vypnutí). Tento signál je těžko zaměnitelný s jinými zvuky a ani ptáci, kteří napodobují různé zvuky, tohle (zatím) nezvládli.

Vysílač je složen ze dvou časovačů. První vytváří modulační kmitočet a mění pomocí změny kapacity nosný kmitočet vytvářený druhým časovačem. Piezo pískátko je připojené mezi výstup časovače a výstup invertoru z tranzistorů T1 a T2. Tlačítkem S3 lze přidat výkon, kdyby nás náhodou přijímač neslyšel.

Přijímač je poněkud složitější. Signál je zesílen obvodem AN7312, což je stereo záznamový zesilovač pro magnetofony. V PS jsem tehdy kupoval poslední, ale prý ho umí objednat. Oba zesilovače jsou v kaskádě a mají ve zpětné vazbě přemostěný T článek naladěný přibližně na nosný kmitočet. Obvod má i ALC, které zabraňuje přebuzení zesilovače. Na výstupu je signál s přibližně konstantní úrovní.

Signál je zpracován nejprve fázovým závěsem (U2, LM567) naladěným na nosný kmitočet. Změny ladícího napětí způsobené frekvenční modulací jsou zavedeny do U3 naladěného na jeden z modulačních kmitočtů. Kmitočty se přepínají tranzistorem T4 v závislosti na stavu výstupu. PLL pro vyhodnocení modulace je tak naladěn vždy na kmitočet, který se pro přepnutí očekává. U tohoto PLL nesmí na výstupu problikávat indikace zasynchnizování vlivem šumu. Proto musí mít PLL dostatečně úzké pásmo, zde je cca 4 Hz. Indikace zasynchronizování byla zpožděna kondenzátorem C20 o vteřinu a protože to ještě nestačilo, přídavnou hysterezi a posun rozhodovací úrovně výstupu zajišťuje R21, R22 a C24.

Pro natvarování hran výstupního signálu je použit časovač a signál dále ovládá klopný obvod.

Kompletní dokumentace je zde. Samosřejmě by se to samé dalo naprogramovat do jednočipu a zapojení by bylo mnohem jednodušší. Pokud jde pouze o ověření principu bez perspektivy dalšího využití, dá analogová verze méně práce.

Zkušenosti s provozem ovladače jsou zajímavé. Při oživování byl problém s šířkou pásma PLL na nosný kmitočet. Synchronizace se trhala a v signálu se občas objevovala silná AM v závislosti na umístění vysílače. Zjistil jsem, že problémem jsou mnohočetné odrazy signálu v místnosti a záleží na fázovém posunu mezi přímým a odraženým signálem. Frekvenční modulace zde pracuje tak, že přepíná dva kmitočty a odrazy mohou jeden proti druhému silně potlačit. Nakonec pomohlo snížení frekvenčního zdvihu a modulačního kmitočtu, tím však prodloužila odezva ovladače.

Venku byla situace úplně jiná. Ovladač pracuje až do 20m spolehlivě a to i v hlučnějším prostředí (míchačka na stavbě). Původně byla nastavená filtrace výstupu modulačního PLL na cca 0,3 vteřiny a občas se stalo, že se čerpadlo ve studni ovládané právě tímto ovladačem nečekaně spustilo. Po prodloužení odezvy na 1 vteřinu k tomu už nedocházelo. Pokud narostla hladina okolního hluku (např. přelet stíhačky), bylo nutné na vysílači přidat hlasitost. Ale při tomto hluku ve vzdálenosti 10m není signál vysílače rozeznatelný ani sluchem.

Akustický ovladač je hezká hračka, dobře funguje, ale kdo k nám příjde, pískající krabičce se dost diví :-) Odezva 1 vteřina a "nedoslýchavý" přijímač při překrytí signálu jiným silným hlukem už víckrát způsobil, že jsem do betonu nalil víc vody, než bych chtěl. Proto přecházím na rádio, snad to bude lepší.

Už to JE lepší :-) Rádiový ovladač už je hotový, vyšel v PE. Ovladač (vysílač) kapesního formátu s vestavěnou smyčkovou anténkou a přijímač (ten nejblbější superreakční z GESu) s vestavěnou spirálovou anténkou udělá spojení na 100m. S lepším přijímačem a s nezkráceným dipólem by to mělo chodit snad i na kilometr.

Princip je v tom, že tento přijímač má vyvedený analogový výstup a na vstup PLL se tak dostává signál, i když je pod úrovní šumu. PLL ze signálu vyfiltruje jen úzké pásmo okolo rezonančního kmitočtu.

Nakonec jsem to po pár letech stejně udělal s procesorem a je to o dost lepší. Princip je stejný, jeden modulační kmitočet pro zapnutí relé a druhý pro vypnutí. Jenže digitální PLL může mít při řízení obou procesorů krystalem mnohem menší šířku pásma, ta je omezená jen akceptovatelným zpožděním reakce na tlačítka. Šířka pásma i prahová úroveň, aby se spínač neaktivoval šumem, se dá nastavit konstantama v programu. Současné přijímače s IQ směšovačem a s nízkou mezifrekvencí (zrcadlový kmitočet superhetu se nepotlačuje filtrací, ale jedno postranní pásmo potlačí po sečtení složek I a Q z obou směšovačů) mají také mnohem lepší parametry a dokonce při jednodušším zapojení a nižší ceně. Ani jsem nepotřeboval řešit analogový výstup, protože tvarovací obvod na výstupu přijímače se ovládá i šumem přijímače, takže se výstup chová trochu jako analogový. Dokumentace i s programem pro Silabs je zde.