Пиротехнические пульты своими руками

Устройство многокомандного ДУ для проведения пиротехнических шоу

Предлагаемое вниманию устройство многокомандного дистанционного управления разрабатывалось для проведения пиротехнических шоу с использованием электровоспламенителей.
Обладая несомненными преимуществами по сравнению с громоздкими проводными пультами оно, тем не менее, не уступает им в надежности, благодаря использованию современной элементной базы и цифрового кодирования сигнала. Очевидно, что область применения подобного рода устройств весьма широка.

Дистанционное управление состоит из передающей части и восьми приемных частей (по 30 команд в каждой). Управление фейерверком осуществляется со стандартной клавиатуры персонального компьютера, подключенной к передающей части пульта. Передающая часть снабжена дисплеем для отображения текущего режима работы и номеров исполняемых команд. На передней панели передатчика расположены светодиоды (2 шт). Один- индикатор включения усилителя мощности передатчика, второй- индикатор разряда батареи питания.
Если дальность между приемниками и передатчиком не превышает 20-30м, работать возможно с выключенным усилителем мощности. При этом потребляемый передающей частью ток составит 50 мА. Если требуется большая дальность , необходимо включить усилитель мощности ( на клавиатуре это F12). В этом режиме потребляемый ток составит 150мА. Уверенная работа наблюдалась во время испытаний на удалении около 1 км по открытой местности.

Радиоканалы устройства работают на относительно высоких частотах — 166,7 мГц ( 0 канал). Удобство этих частот налицо: при малых размерах антенн (40 см) и небольшой мощности передатчика (0,3 Вт) достигается «приличная» дальность уверенной работы. В устройстве реализованы 10 частотных каналов связи , как в радиотелефоне или радиостанции. Переход с канала на канал осуществляется нажатием клавиши F11. При переключении на следующий частотный канал приемники реагируют «бегущим огнем» на нижнем ряду светодиодов, для наглядности исполнения команды.
Для стабилизации частот гетеродина и задающего генератора передатчика применены синтезаторы сетки частот, реализованные на микросхемах фирмы «Sanyo» LM 7001, хорошо зарекомендовавшие себя во многих конструкциях на частоты даже выше паспортных для этой микросхемы.
В каждом из приемников предусмотрен НЧ монитор ( на схеме не показан) для оценки на слух помеховой обстановки в конкретном месте применения устройства.

Режимы работы

Начало работы с 1 по 50 команду ( используются кнопки алфавита); на дисплее высвечиваются «0 0 0»

Работа с 50 по 100 команду ( используются те же кнопки алфавита); на дисплее высвечиваются «0 5 0»

Работа с100 по 150

Работа с 150 по 200

Работа с 200 по 255

«Синхронная работа». Все приемники исполняют с первой по тридцатую команду. В этом режиме задействованы только 30 клавиш, а остальные отключаются ( в предпоследнем знакоместе дисплея появляется «Р» ) .

Работа в реальном времени согласно нажатой клавиши номера команды. В этом режиме разрешено напряжение на выходе исполнительных ключей ( происходит реальное срабатывание электровоспламенителей), в последнем знакоместе дисплея появляется «Р» и изменяется тон озвучивания нажатой клавиши. Если режим F6 выключен, выстрела не произойдет. Это удобно для проверки уверенности связи и прохождения команд между приемником и передатчиком ( тренировочный режим).

Режим –«автомат». В первом знакоместе дисплея возникает «F». При нажатии любой клавиши номера команды следующие, вплоть до последней, будут срабатывать автоматически с интервалом 1 сек. По достижению последней команды, устройство вернется в начало и остановиться ( на дисплее «0 0 0»). Остановить процесс можно нажатием клавиш «F1-F12» или « enter». Возобновить дальнейшую работу можно « пробелом». «Пробел» при выключенном автомате (если его удерживать) включает команды по очереди, вплоть до 255-й с интервалом 0,5 сек.

Установка интервала ( доступна только в режиме «автомат»). От 1 до 5 сек, 10 позиций.

Выключение озвучивания клавиш ( по умолчанию звук есть).

Включение/выключение режима прозвонки на приемных блоках ( для снижения энергопотребления). При этом гаснет средний ряд светодиодов, индицирующий подключенные воспламенители ( по умолчанию режим прозвонки включен). Когда все 30 воспламенителей включены в устройство и все 30 светодиодов светятся, потребляемый ток в режиме ожидания приемной части – 150мА. В «эконом – режиме» — 50мА.

Переключение частотных каналов. По включению все устройства , и приемники, и передатчик устанавливаются на нулевой канал ( на дисплее не отображается). Отображаются каналы 1-9. Команда передатчиком передается троекратно. Рекомендуется переключение каналов производить только при уверенной связи, ибо в условиях сильных помех некоторые из приемников могут « не услышать» команду и остаться на предыдущем канале связи.

Включение/ выключение усилителя мощности передатчика. Индикатор-светодиод.

Настройка

Когда все платы безошибочно собраны и еще не впаяны на свои места в «материнке», целесообразно произвести приблизительную настройку задающего генератора передатчика и гетеродина приемника. Подав +5V на ножку 4 МС3361, подключают УНЧ к ее девятой ноге и убеждаются в наличии шума частотного детектора. Покрутив сердечник фазосдвигающего контура, добиваются максимального значения шума. Причем, диапазон регулировки сердечника должен позволять получать максимум шума приблизительно в среднем его положении.

Далее измеряют частоту гетеродина приемника. Пока синтезатор не «прошит» контроллером, частота будет весьма нестабильна. Подбором емкостей, помеченных на схеме *, добиваются приблизительного значения показаний частотомера на уровне около 155 МГц. Во время грубой настройки не следует трогать витки катушки гетеродина, а можно временно впаять параллельно емкость 1-7 пф. Затем впаивают платы контроллера, фильтра и индикации в «материнку». Ели все правильно собрано и «прошит» процессор, на плате индикации инициируется команда «бегущий огонь». Это тестовая команда будет выполняться каждый раз по включению питания на приемной части.

Следующий шаг. Аккуратно, на длинных проводах, подпаивают к «материнке» плату приемника с СЧ. Измеряют напряжение в контрольной точке (2,5+/- 0,5V).Еще раз подстраивают гетеродин, подбирая более точно емкости 68 и 39 пф до появления нужного напряжения. Окончательная подстройка достигается раздвиганием витков контура. При этом нежелательно параллельно ему оставлять подстроечный конденсатор, т. к. при малейшем изменении его емкости ( температура, удар) гетеродин выйдет из области захвата ФАПЧ. Экранировать контур обязательно.
Повторяем те же процедуры с СЧ передатчика с той лишь разницей, что показателем нормальной работы контроллера и остальных узлов «материнки» передатчика будут «0 0 0» на дисплее и звук из пьезоизлучателя. Включаем клавиатуру в гнездо и убеждаемся, что при нажатии на клавиши, на дисплее отображаются их номера. Питание дисплея составляет около 1,3V ( подбирается по отсутствию засветки лишних сегментов).

Когда СЧ передающей части настроен ( в контрольной точке 2,5V +/- 0.5V), устанавливаем его частоту 166,7 МГц точно подбором емкостей возле кварца 7,2МГц , помеченных *.
Включаем приемную часть и настраиваемся точно на сигнал передатчика ( подбором тех же емкостей, только на СЧ приемника), контролируя с вывода 9 МС 3361 пропадание шума. Уносим передатчик от приемника, пока приемник не зашумит. Настраиваем согласующий контур связи гетеродина со смесителем по максимально возможному пропаданию шума.

Нажимаем любую из клавиш алфавита на клавиатуре. В приемнике слышим код. Настраиваем фазосдвигающий контур до пропадания искажений звука, одновременно уменьшая в передатчике амплитуду модуляции. Затем устанавливаем уровень модуляции до нормального, неискаженного звука из приемника на 9 ноге МС3361. Окончательная настройка приемника производится регулировкой витков катушек УРЧ по максимальной чувствительности с включенной антенной ( четверть волны ). Во время этого этапа настроек, усилитель мощности передатчика все время выключен и к нему не подключена антенна.
Следующий этап. Контролируем звук на выводе 7 LM358 ( выход фильтра второго порядка с резонансной частотой 1,5 кГц). Это частота пилот-тона, генерируемая передатчиком. Фильтр в настройке не нуждается. На 7-й ноге фильтра обязательно должно присутствовать половинное напряжение питания ( 2,5V) во время отсутствия сигнала.

При выключенном передатчике шум ЧД после фильтра еле слышен, а 1,5кГц проходят с амплитудой 0,5V.Далее проверяем звук на порту «контрольный». Это цифровой выход внутреннего компаратора процессора. Звук должен быть четким даже если с ЧД слышен вместе с кодом приблизительно 50-ти процентный шум. На плате индикации в это время должны зажигаться светодиоды, согласно командам с клавиатуры передающей части. Компаратор процессора настроен програмно на 2,55V. Опорное напряжение берется с шины питания внутри микросхемы. Следовательно, если КРЕН 5А допустит дрейф напряжения в любую сторону, опорное напряжение также изменится. Главное условие – чтобы фильтр и контроллер питались по одной шине, тогда и «дрейфовать» они будут вместе, что не скажется на пороге реакции компаратора. Следует уделить особое внимание резисторам 22к, формирующим искусственную среднюю точку для LM358, они должны быть идентичны.

Подбором сопротивления 120к, соединяющего 9- ю ногу МС3361 и вход фильтра, добиваются максимального отклика компаратора при прохождении сигнала в условиях шума. Однако, слишком уменьшать сопротивление не стоит. Разумным компромиссом можно считать периодическое возникновение «единиц» на контрольном порту ( приблизительно 1 раз в 3 сек )из-за шума ЧД , когда передатчик выключен.

Усилитель мощности.
Прежде чем настраивать УМ , следует регулировкой витков контуров полосового фильтра на входе добиться максимума ВЧ напряжения на нагрузке 50 Ом,подключенной к затвору ПТ и общему проводу. Это напряжение должно составлять 100 мV.Подбором делителя напряжения, подключенному к затвору, устанавливают ток покоя оконечного каскада в пределах 100 мА . Подключают эквивалент нагрузки на выход и, главным образом регулируя последовательный контур между ПТ и ФНЧ, добиваются максимума напряжения на нагрузке . Подключив антенну, следует побороться с « возбуждением », если оно возникнет . На практике его не наблюдалось , но если УМ собран на биполярном СВЧ транзисторе ( был вариант на BFG 135 ) оно было . В этом случае шунтируют коллекторный дроссель резистором около 100 Ом .
Необходимо также обратить внимание на качество сигнала с выключенным УМ и при его включении . При включении УМ качество сигнала ( нч с выхода приемника ) не должно ухудшаться . Это также касается сложенной или развернутой телескопической антенны при включенном УМ.

Цифровая часть состоит из контроллера и сдвиговых регистров .Код ,принятый микроконтроллером , преобразуется в данные и стробы
для сдвигающих регистров , устанавливающих лог 1 на ножках, соответствующих полученным командам.

Силовая часть состоит из мощных ключей управляемых сдвиговыми регистрами . Схема исполнительного силового устройства на 23-ю команду очерчена пунктиром . Остальные каналы идентичны .Нижний на схеме полевой транзистор ( разрешение режима реальной стрельбы )общий для всех 30 силовых ключей. Сдвиговые регистры питаются отдельно от 6-вольтового стабилизатора для того, чтобы на их выходах , нагруженных на светодиоды было достаточное напряжение для обеспечения ключевого режима работы мощных ПТ.

Детали.
В основном устройство собрано на зарубежных СМД элементах . Транзисторы инвертора СЧ могут быть буквально любыми кремниевыми малой мощности с коэффициентом усиления не менее 100 ( например зарубежный аналог КТ315 в СМД исполнении ).

Варикапы выпаяны из радиотелефона «Харвест» , их марка , согласно схеме 1SV215 ( с другими эксперименты не проводились ) .
Катушки все , кроме гетеродинной и фазосдвигающего контура приемника , имеют по 4 витка провода диаметром 0,6 мм, полный диаметр катушки-5мм. Контур гетеродина приемника имеет 5 витков того же провода, диаметр катушки тот же. Фазосдвигающий контур взят , опять же, с «Харвеста» и имеет 140 витков провода, диаметром 0,07 мм. Этот контур можно изготовить самостоятельно, намотав 140 витков провода на контуре ( например, от импортных УКВ приемников). При 140 витках всегда удавалось попасть в резонанс путем подбора емкости, параллельно этому контуру.

Файлы печатных плат ниже(не в зеркальном отображении). Печатные платы могут немного не соответствовать схеме ( на уровне лишнего резистора в цепях питания, или лишней блокировочной емкости). Плат передатчиков 2 (существенных отличий нет),поскольку было собрано 2 варианта.

Следует отметить, что при разработке этого устройства приняты особые меры, как программные, так и «железные», по борьбе с ложными срабатываниями.

Демо-версии прошивок контроллеров передатчика и одного приемника можно получить бесплатно у автора

Источник

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Пульт управления запуска фейерверками своими руками часть 1

Пульт управления запуска фейерверками своими руками часть 1

Любые праздники заканчиваются запуском фейерверков, а они, как известно, источники потенциальной опасности . Если ещё учесть, что на большинстве запусков присутствуют дети, то процесс создания праздничного настроение превращается в « бомбу замедленного действия ». Поэтому предлагаю сделать своими руками переносную поделку, которая сможет «управлять» не только запуском фейерверков, но и поможет разместить детей на безопасной расстоянии от места пуска.

Модуль разрабатывался на Arduino по нескольким причинам:

• Нужно было работать над повышением навыков программирования.
• Хотелось иметь временной контроль над корректировкой импульсов.
• Хотелось сделать большой пользовательский интерфейс, который был бы забавой для взрослых и детей.

Полный комплект состоит из двух частей, которые позволяют спокойно наслаждаться пуском фейерверков на расстояния 15 м.

Шаг 1: Продумываем конструкцию

Хотелось бы, чтобы модуль управления фейерверками имел следующие элементы конструкции:

• Физический ключ, который бы замыкал электрическую цепь;
• Информационный дисплей, который можно было бы считывать с расстояния в 10+ метров;
• 8 отдельных пусковых рычагов для запуска фейерверков;
• Возможность управления с помощью пульта дистанционного управления.

Кроме того, было необходимо расположить все модули в компактном чемоданчике. Из-за того, что самоделка должна была эксплуатироваться в полевых условиях нужно предусмотреть возможность простого ремонта с заменой комплектующих. Поскольку фейерверки несут потенциальную опасность в системе предусмотрена функция самоконтроля — определение неработающих запалов.

Для того, чтобы выполнить всё запланированное, нужно тщательно спланировать и продумать процесс изготовления, учитывая уровень навыков работы с электроникой.

На картинке, показана общая компоновка схемы, которая собирается с помощью макетной платы.

Учитывая, что в проекте используются большие токи для воспламенения запалов, необходимо произвести надежную изоляцию контактов.

Шаг 2: Список деталей

Список деталей достаточно широк. Однако если вы планируете изготавливать самоделку своей собственной конструкции, то этот список можно уменьшить или же увеличить.

• Зарядное устройство 12В;
• Батарейная сборка из 6 батареек типа AA;

• Оптопары;
• резисторы 560 Ом мощностью ½ Вт;

• резисторы 10K Ом мощностью ¼ Вт;
• резисторы 1.2K Ом мощностью ¼ Вт;

• Интернет кабель – 15 м;
• Гнездо под разъем RJ45;

• Внешняя крышка для телефонных розеток (на три отверстия);
• Корпус для модуля управления и воспламенителя;

• Ручка для потенциометра;
• Светодиодная подсветка кнопок;

• DIP Sockets — 16 контактов;

• Селекторный ключ – 4 позиции;

• Подпружиненные штекеры;
• Гнёзда для подпружиненных штекеров;

• Модуль дистанционного управления;

• Ленточный кабель Terminator;

• 3 мм акрил – 30 см x 60 см;

• Оконная самоклеющаяся пленка;

• Обжимные лепестковые разъемы;

Шаг 3: Выбираем кейс

В проекте используется два кейса. В одном из них размещаются Arduino и 90% схемы. В другом – реле, аккумуляторы и схема высокого напряжения (12 В).

Шаг 4: Приступаем к изготовлению

Рекомендую использовать систему модульной установки. Все платы будут соединяться вместе разъёмами (при необходимости это позволит быстро заменить «сгоревший» элемент).

Как вы можете видеть на исходной схеме, устройство разделено на составные части. Каждая плата выполняет специфическую роль.

Основная плата разбита на:

• «Кнопки чтения» — показывают какие кнопки находятся в нажатом положении;
• «Кнопки освещения» — подсветка кнопок на основе сигнала, поступающего от Arduino.
• Пульт дистанционного управления;
• «Отчеты по узлам» – отчет о воспламенителях, которые подключены и готовы к действию.
• Регулирование мощности — плата преобразовывает напряжение батарейной сборки из 6 батареек (9В) в 5В для запуска Neopixels (WS2812B светодиодов).
• Распределение питания — почти каждой плате необходимо V+ и GND. Эта плата содержит выводы, которые подключаются к общей земле и 5В питания, поступающего из Arduino.

Шаг 5:

На плате расположены дорожки, которые содержат резисторы и подключены к цифровым контактам Arduino (для каждой кнопки).

Резистор между землей и выводом Arduino гарантирует, что сигнал будет считываться Arduino в момент , когда кнопка не нажата. Резисторы имеют номинал 10K Ом, 1/4 Вт резисторы.

Шаг 6:

Набор резисторов с соответствующими выводами с Arduino. Были использованы резисторы 220 Ом 1/4 Вт. Их значения зависят от падения напряжения и величины тока, которая будет проходить через светодиоды.

Шаг 7: Плата регулировки питания

Дисплей разрабатывался под NeoPixel (WS2812B светодиоды), которые работают от 5В. Однако, они слишком прожорливые, чтобы запитываться от бортового регулятора Arduino, таким образом, нужно изготовить отдельную схему регулирования напряжения для работы в параллельном режиме.

RGB светодиоды имеют 3 цвета, которые в общем потребляют 60 мА тока. В проекте используются 34 пикселя, поэтому максимальное общее потребление тока 34 * 60 мА = 2,040 мА. Яркость светодиодов не будет выставляться на максимум, и кроме того будет использоваться только один цвет. Как вы увидите позже в коде я использовал только зеленые и красные цвета, и поскольку они не будут смешиваться во время работы можем предположить, что каждый светодиод будет потребляет примерно 20 мА. Кроме того максимальная яркость будет составлять 150 из 255. Поскольку потребление не является линейным, при яркости в 150 единиц, как правило, они потребляют около 70% от максимальной величины. Так что теперь 20 мА * 0,70 = 14 мА потребляет один светодиод.

В итоге для питание 34 светодиодов необходимо 476 мА. Для запитки воспользуемся LM7805 – линейным регулятором напряжения без дополнительного теплоотвода. LM7805 может смело рассеивать 2 Вт при нормальных условиях окружающей среды. Расчет проводим по следующей формуле.

(Входное напряжение — регулируемое напряжение) * Ток в амперах = Ватт, что будет рассеивать. Таким образом, в нашем случае мы имеем запас 9В, регулируемые 5В с 476 мА. Так что … (9В — 5В) * 0,476 = 1.9Вт.

Остальные электронные компоненты потребляют минимальное значение тока и будут запитываться по 5В шине Arduino.

Есть три комплекта выводов. Первый в левом нижнем углу – простой вход Vbat и GND, на которые подают входное напряжение (9В) и GND к LM7805. Следующий комплект средний и единичный контакт – принимает сигнал (данные) из 22 контактов Arduino и просто транспортирует его на следующий набор выводов. Третий набор (верхний-средний) 5В (от LM7805), GND (общий) и данные (единичный контактный описанный выше) – служат для установки трех контактного разъёма, с помощью которого подключается дисплей.

Шаг 8: Воспламенители

Частью моего плана было использование контроллера, благодаря которому, можно определять, какие запалы подключены, а какие нет. Для того чтобы сделать это МК должен передать низкий ток через воспламенитель, при этом не зажечь его, но в то же время предупредить Arduino, что он подключен. Проблема в том, что к запалам подается 12В, а от Аrduino в систему 5В. Подключение 12В к Arduino не является хорошей идеей, поскольку всё это закончится выгоранием цифровых входов/выходов. Для этой проблемы воспользуемся оптроном.

Оптрон является средством для «перевода» сигнала от одного логического уровня на другой с полной изоляцией цепи. Это достигается с помощью инфракрасного светодиода и фото-транзистора, которые действуют по принципу ключа.

Когда воспламенитель не подключен (цепь открытая, поэтому ток не может протекать через светодиод и запитывать его). Когда это происходит, фото-транзистор остается в состоянии высокого импеданса (открытая цепь) и не позволяет току идти через себя. При отсутствии замкнутого контура нет падения напряжения на резисторе 10k Ом. Arduino считывает, что сигнал как ВЫСОКИЙ. Согласно коду «ВЫСОКИЙ сигнал» означает, что воспламенитель не подключен, таким образом, он не доступен для запуска.

Когда воспламенитель подключен, небольшой ток идет через ИК-светодиод, который светит на фото-транзистор (переходит в состояние низкого импеданса) и через резистор 10 кОм протекать ток от источника питания 5В, через фототранзистор на землю. Сопротивление 10К резистора гораздо выше, чем сопротивление фототранзистора и, по сути, создается мини делитель напряжения из которых 99% падения напряжения остается на резисторе, оставляя 0В для чтения Arduino. Платформа Arduino считывает это, как НИЗКИЙ сигнал и говорит системе что запал подключен.

Плата

Просто следуйте схеме и вы «не заблудитесь». Начните с пайки «DIP sockets 16 контактов».

Припаяем резисторы к ИК-светодиодам, а затем другой конец резисторов к выводам для легкого подключения модулей. Включим 1 дополнительный контакт для того, чтобы привести землю обратно в 12В аккумулятор. Не забывайте про изоляцию, не должно быть точек соприкосновения между источниками питания.

Шаг 9: Плата распределения питания

На плате распределены параллельные соединения для Vbat и 5В.

К верхним левым выводам (два контакта) подключается батарея питания. Красные и чёрные провода проходят через всю схему по направлению к вилке, что подает 9В в гнездо Arduino,где напряжение затем преобразуется до 5В для управления процессами.

Верхний правый и средние контакты 5В затем подключаются к ряду выводов, которые используются в дальнейшем при распределении питания на другие модули-платы. Чёрная вертикальная черта – это напоминание о том, что контакты не должны смешиваться.

Шаг 10:

Мы завершили все действия, что связаны с модулем управления. Если вы желаете сделать более простую настройку и просто использовать реле для зажигания и кнопки для запуска, то в интернете полно статей описывающих подобные схемы.

Шаг 11: Плата с сенсорными узлами и регулировкой мощности

Эта плата, прежде всего, играет роль сбора сенсорных узлов и передачи их на блок управления. Она также содержит регулятор для 5В, который запитывают цепь с реле. Два сегмента, которые иллюстрируют диаграммы выполняются на этой плате / модуле.

На схеме со светодиодами можно увидеть зеленые провода, выходящие из запалов. Это один зеленый провод, который фактически проходит весь путь к воспламенителю. На этой картине, воспламенитель представлен катушкой.

Зелёный провод связывает воспламенитель-нихром, а затем направляется к плате. Там он расщепляется на параллельные провода. Один проходит через резистор (560 Ом) и соединяется с красным светодиодом. Красный светодиод служит датчиком, который загорается, если текущий путь является завершенным. Это полезно при устранении неисправностей, когда вы находитесь далеко от блока управления. Катод светодиода крепится к GND источника 12В. Другой провод идет к ряду 8 контактов, которые позже пойдут вниз и будут подключаться к оптронной плате. Земля возвращается из оптронной платы на землю источника 12В.

Источник