СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Предлагаемая система дистанционного управления (ДУ) выполняется в виде приставки к радиотелефону промышленного изготовления. Она позволяет управлять десятью различными нагрузками благодаря восьми фиксируемым каналам (первое нажатие кнопки — включение, второе — отключение) и двум нефиксируемым (функционирование возможно только при нажатой кнопке).

Базовый радиотелефон может применяться по своему прямому назначению: для связи с абонентами в обычном режиме (с импульсным набором номера), тогда как с дистанционным управлением работает тоновый. В принципе, не возбраняется тоновый набор номера и при абонентской связи, если временно не используется кнопка повтора (с изображением «звездочки»).

Реальный радиус действия системы ДУ определяется дальностью устойчивой радиосвязи между базовым блоком и носимой телефонной трубкой.

Данная система может применяться людьми с ограниченной подвижностью, инвалидами для включения и выключения источников света, электробытовых приборов (обогревателей, вентиляторов и т. д.), для отпирания электрифицированного дверного замка (при этом используется нефиксируемый канал ДУ). Ну а при наличии базового радиотелефона большого радиуса действия легко создавать эффект присутствия хозяина в квартире, отпугивая злоумышленников.

В современных радиотелефонах передающий тракт, как правило, выполнен на высоком уровне — с использованием частотной модуляции (она обеспечивает высокую помехозащищенность) и двойного частотного преобразования. Основное усиление сигнала в нем происходит на второй промежуточной частоте, а первая промежуточная выбрана достаточно высокой, обеспечивающей повышенную избирательность по зеркальному каналу.

Как правило, в приемном и передающем трактах используются синтезаторы частот с кварцевой стабилизацией или подстройка аппаратуры осуществляется с помощью так называемой ФАПЧ. Более сложные и дорогие модели радиотелефонов сканируют все каналы связи и позволяют автоматически настраиваться на свободный или на устойчивый канал с меньшим уровнем помех.

Все современные модели радиотелефонов снабжены системой кодирования соответствия компактной трубки и базового блока (ID-код). Это довольно сильная защита. Суть ее в том, что с возложением трубки на базовый блок обе части аппаратуры совместно выбирают один из заранее предусмотренных ID-кодов, и дальнейшая связь возможна только между носителями одного пароля. Число таких телефонных ID-кодов варьируется от нескольких десятков до миллиона.

Обычно при небольшом числе ID-кодов в базовом блоке устанавливается конкретный для данного радиотелефона вариант кода с помощью набора перемычек или двухпозиционных переключателей. Их положение считывается встроенным контроллером. Когда трубка кладется на базовый блок, то ID-код передается в трубку, после чего автоматически устанавливается их взаимное соответствие.

В дорогих радиотелефонах предусматривается большое количество ID-кодов, хранящихся в ПЗУ трубки и базового блока. По сравнению с другими моделями, это неоспоримое преимущество. При каждом опускании трубки на базовый блок выбирается новый ID-код идентификации трубки. Вероятность использования здесь чужой переносной трубки практически сводится к нулю.

Принципиальная электрическая схема системы дистанционного управления (а) на базе «фирменного» радиотелефона с возможным использованием самодельных симисторных электронных ключей (б) и расширителя импульсов (в)

Теперь немного о телефонии. Для установления связи с абонентом может использоваться импульсный или тоновый набор номера. Вызывающий телефонный аппарат при импульсном наборе закорачивает телефонную линию механически (подвижными контактами) или электронным ключом. То есть в АТС формируются импульсы напряжения, число которых соответствует набранной цифре.

При тоновом (тональном) наборе вызывающий телефонный аппарат генерирует звуковые частоты. Весьма важно, что они не выходят за пределы звукового спектра. Увеличивается помехоустойчивость, сокращается время набора, к тому же предоставляются дополнительные удобства.

В аппаратах с тоновым набором номера используют две группы частот: нижняя (697, 770, 852 и 941 Гц) и верхняя (1209, 1336, 1477 и 1633 Гц). Каждой цифре или служебному символу соответствует одна частота из нижней группы и одна— из верхней (всего здесь возможны 16 комбинаций). Так что при нажатии на наборном поле любой из кнопок возникает генерация двухчастотного (двухтонального) сигнала — так называемый DTMF-код.

Основой рассматриваемой системы ДУ (рис.а) служит приемник DTMF-сигналов — микросхема КР1008ВЖ18 (ее аналог — MV8870). Выполняемая по КМОП-технологии, она содержит в себе входной дифференциальный усилитель, фильтры нижней и верхней групп частот на переключаемых конденсаторах, тактовый генератор, схему цифровой обработки сигнала, декодер и интерфейс шины на регистрах-защелках с тремя состояниями.

Входы IN+, IN- (выводы 1, 2) микросхемы КР1008ВЖ18 являются входами дифференциального усилителя. Вывод GS (3) есть не что иное, как выход дифференциального усилителя(используется для установки коэффициента усиления), а вывод VRE (4) — выход внутреннего источника опорного напряжения. Вход SEL («ножка» 5) служит выбору кодовой таблицы (для MV8870 возможны два варианта соответствия DTMF-посылки и выходного кода), а вход PND (6) — переводу в режим пониженной мощности (для MV8870).

Входы OSC (выводы 7, 8) микросхемы КР1008ВЖ18 или ее зарубежного аналога предназначены для подключения внешнего кварцевого резонатора, VSS (9) является «общим проводом», а ТОЕ (10) — входом сигнала разрешения выхода данных. Ножки микросхемы, условно обозначенные как Q1— Q4 (выводы 11—14), служат выходами данных с тремя состояниями, STD (15) есть выход сигнала позднего обнаружения, EST (16)—выход сигнала раннего обнаружения, а выход ST/G (17) — двунаправленный вывод контроля длительности сигнала и паузы. Наконец, вход VDD (вывод 18) предназначается для подключения к «плюсу» линии питания.

Микросхема используется в стандартном включении, то есть ее внутренний дифференциальный усилитель работает в режиме единичного усиления, а напряжение, подаваемое с выхода VRE, смещает выход усилителя к уровню VDD/2.

С выхода усилителя сигнал поступает на блок полосовых фильтров, где происходит разделение верхней и нижней групп частот. Идущая после таких фильтров схема цифровой обработки определяет частоты составляющих и сравнивает их со стандартными частотами DTMF-сигнала.

Когда декодер реагирует на одновременное присутствие обеих разрешенных частот (состояние «сигнального режима»), выход раннего обнаружения EST переходит в активное состояние (лог.1). При отсутствии или внезапном исчезновении сигнального режима выход EST переходит в неактивное состояние.

После обнаружения DTMF-сигнала проверяется его присутствие в течение минимально разрешенного интервала времени. Осуществляется это с помощью внешней времязадающей RC-цепочки, подключенной к выводу EST. Появление высокого уровня (лог.1) на выходе EST вызывает нарастание напряжения на выводе ST/G за счет перезаряда конденсатора.

Если распознанный сигнал сохраняет свои параметры (на выходе EST удерживается лог. 1 ) в течение времени, заданного параметрами RC-цепочки, то на выводе ST/G достигается пороговый уровень управляющей логики. Затем фиксируется прием тональной пары и в выходные регистры-защелки записывается соответствующий 4-битный код.

После небольшой задержки, необходимой для установления значений выходных регистров, на выходе позднего обнаружения STD устанавливается высокий уровень, указывающий на то, что код новой принятой посылки DTMF-сигнала доступен для считывания. Вслед за этим при подаче на разрешающий вход ТОЕ логической единицы выдается содержимое выходных регистров на выходную шину (Q1-Q4).

При пропадании DTMF-сигнала на входе схема контроля проверяет наличие допустимой межсимвольной паузы, работая в обратном порядке. Таким образом, микросхема не принимает DTMF-сигналы короче допустимой длительности и не учитывает исчезновение сигнала на время, которое меньше допустимой межсимвольной паузы.

С выхода приемника DTMF-сигнала (микросхемы DD1) код принятой посылки направляется на входы дешифратора DD2, вводя соответствующий выход в активное состояние (лог.0). Выходы 1—10 (выводы 2—11) дешифратора используются для управления десятью каналами. В качестве элемента памяти для фиксируемых каналов используются триггеры DD6—DD9.

При нажатой кнопке фиксируемого канала (цифры 1—8 на клавиатуре трубки) на одном из выходов (1—8) дешифратора появляется активный уровень (лог.0), который будет присутствовать и на одном из верхних (по схеме) входов вентилей 2ИЛИ-НЕ (DD3.2—DD3.4, DD4, DD5.1). Другое дело, если нажатой оказывается кнопка нефиксируемого канала (цифры 9, 0 на клавиатуре трубки). В этом случае активный уровень будет на одном из выходов (9 или 10) дешифратора и на одном из верхних (по схеме) входов вентилей DD5.2, DD5.3. На нижние же входы всех вентилей приходит инвертированный и буферизированный сигнал STD с выхода вентиля DD3.1.

Таким образом, после приема DTMF-посылки на выходе DD3.1 устанавливается лог.1, открывая тот вентиль, на второй вход которого поступает активный уровень от дешифратора. На выходе открываемого элемента устанавливается лог.1. Положительный перепад, образующийся при этом, устанавливает на выходе одного из триггеров DD6—DD9 состояние лог.1, если нажата одна из кнопок фиксируемого канала. При повторном нажатии той же кнопки на выходе триггера оказывается лог.0.

Сигнал от триггеров (и логических элементов DD5.2, DD5.3) поступает на входы электронных ключей, выполненных на полупроводниковых триодах VT1—VT10 с электромагнитными реле, коммутирующими непосредственно нагрузку (или более мощные реле). В коллекторных цепях указанных транзисторов работают светодиоды VD15—VD25, индицирующие состояние каналов.

В качестве ключей для управления, например, источниками света вполне приемлемы и симисторы (рис.б). С установкой их на радиаторы максимальный ток нагрузки может достигать 5 А.

В ранних моделях радиотелефонов длительность тоновой посылки определяется продолжительностью нажатия на кнопку набора. У современных же аппаратов (например, стандарта GSM-900) она фиксированная — 40 мс. При использовании таких (и более поздних) моделей в качестве базовых для системы ДУ не обойтись без расширителя импульсов (РИ) в нефиксируемых каналах.

В частности, стабильно высокие эксплуатационные качества показывает РИ, в основу принципиальной электрической схемы которого положен интегральный таймер КР1006ВИ1 (рис.в). Исходные импульсы на него поступают от логического элемента DD5.2 (DD5.3). Микросхема КР1006ВИ1 работает в стандартном варианте одно-вибратора без перезапуска. Цепочка R32R33C13 определяет длительность импульса на выходе таймера, для изменения которой в пределах 0,2—2 с служит переменный резистор R33. В качестве С13 лучше подходит оксидно-полупроводниковый, танталовый или им подобный, имеющий, по сравнению с алюминиевыми конденсаторами, более стабильные параметры. Транзисторы VT9 (VT10), VT12 — маломощные биполярные, имеющие структуру n-p-n.

Перед началом работы с системой ДУ надо перейти в режим тонального набора номера нажатием кнопки «*» или переводом переключателя PULSE-TONE в положение TONE. Затем надо надавить на «*». При этом на выходе 11 дешифратора будет активный уровень, который через диод VD4 устанавливает прямые выходы триггеров DD6—DD9 в исходное состояние. Так осуществляется сброс всех фиксируемых каналов.

Далее нажимается кнопка «#». При этом на выходе 12 дешифратора устанавливается активный уровень, который сопровождается переводом триггера DD10.1 в состояние с лог.1 на его выходе. Транзистор VT11 открывается, соединяя «общий провод» ключей каналов с одноименным проводом питания. При повторном нажатии на «#» это соединение перестает работать, то есть все каналы устанавливаются в исходное состояние, уменьшая вероятность случайного управления ими. Свечение диода VD24 свидетельствует о входе в режим ДУ. Цепочки R5C10 и R6C11 при включении питания переводят все триггеры в изначальное состояние.

Цепочка R29C12 обеспечивает задержку сигнала STD, что необходимо для правильной работы триггеров фиксированных каналов. Если бы такой цепочки не было, то после общего сброса конденсатор С10, разрядившись через диод VD4, не успел бы зарядиться до порога переключения ко времени прихода положительного перепада на тактовый вход выбираемого триггера.

Источник питания собран по традиционной схеме и имеет на выходе два напряжения: +5 В (для питания цифровой части схемы) и +15 В (для питания транзисторных ключей). В «общий провод» 9-вольтного стабилизатора DA1 установлен стабилитрон VD2, поднимающий напряжение на выходе до 15 В. Светодиод VDЗ предназначен для индикации включения устройства. Конденсаторы С6—С9 блокировочные, установлены в непосредственной близости от цифровых микросхем. Ну а трансформатор Т1 обеспечивает на концах вторичной обмотки 17—18 В.

DTMF-сигнал лучше всего снимать с выхода микросхемы базового блока (а не с телефонной линии). Нужный выход легко находится с помощью осциллографа: нажимая любую кнопку в тоновом режиме, надо лишь пройтись щупом по всем выводам микросхем. Тоновый сигнал имеет амплитуду 1—2 В и характерную форму, похожую на форму балансно-модулированного сигнала с малым разносом частот.

В устройстве желательно использовать интегральные микросхемы серии КР1533 ( DD2—DD10). Но их можно заменить аналогами типа КР555. Конденсаторы С3, С6—С10 керамические, например, КМ-6; С2, С5, С11 электролитические К50-35, а в качестве С13 подойдет К53-14. Резисторы — типа С2-33-0.25 (разумеется, можно использовать С2-22, МЛТ и другие малогабаритные аналоги).

Диоды VD4—VD14 серии КД521, но допустимы и другие кремниевые импульсные аналоги. Диодный мост VD1 — КЦ405А. Стабилитрон VD2 — КС162А. Светодиоды VD3, VD15—VD25 желательно иметь серии АЛ307.

Все транзисторы, указанные в принципиальной электрической схеме системы дистанционного управления, КТ3102Г, хотя вполне приемлемы также другие кремниевые с n-p-n структурой и коэффициентом усиления по току более 200. Симисторы — КУ208Г. Реле — РЭС49 (паспорт 3360290.0001) с рабочим напряжением 27 В (все экземпляры, имевшиеся у автора, срабатывали при 10,2 В, так что названный запас по напряжению достаточен для устойчивой работы системы ДУ). Кварцевый резонатор — с частотой 3 579 545 Гц (используется в декодерах NTSC-сигнала).

В. ВАСИЛЕНКО, г. Свердловск, Луганская обл., Украина