Командуют… хлопки

Обычно движением электромеханических игрушек управляют с помощью переключателей, установленных либо на самой модели, либо на выносном пульте. Но это неудобно — в обоих случаях оператор постоянно «привязан» к движущемуся объекту, то есть должен всюду следовать за ним. Подобный недостаток отсутствует у телеуправляемых (например, с помощью звука) моделей. Правда, такое управление действует на сравнительно небольшой площади, но вполне достаточной для «руководства» движением игрушки.

Предлагаемое устройство акустического управления позволяет модели (например, танка) с двумя электромоторами двигаться прямо, направо или налево; а если у нее только один электродвигатель — то вперед или назад. Как же работает такая аппаратура?

Микрофон ВМ1 (рис. 1), являющийся датчиком устройства, преобразует акустический сигнал (хлопок) в электрический, который усиливается микрофонным усилителем на операционном усилителе (ОУ) DA1 и через конденсатор С2 поступает на неинвертирующий вход ОУ DA2. На DA2 построен компаратор с гистерезисными свойствами, что достигается введением положительной обратной связи. Напряжение положительной обратной связи, задаваемое резисторами R6 и R10, подается на неинвертирующий вход DA2. Благодаря действию положительной обратной связи компаратор имеет два устойчивых состояния, которые соответствуют положительной и отрицательной полярности выходного напряжения ОУ. Условие переключения компаратора определяется равенством Ux—Uпор±Uoc.

Пороговое напряжение Uпор подается на инвертирующий вход DA2 и определяется резисторами R7 и R9. Пороговое напряжение может изменяться с помощью R9. Введение гистерезисных свойств позволяет избежать ложных срабатываний компаратора. Ширина гистерезиса определяется резистором R6. Подстроечный резистор R1 является регулятором чувствительности микрофонного усилителя.

Выход компаратора подключен к ждущему мультивибратору на элементах DD1.2, DD1.4. Длительность выходного импульса ждущего мультивибратора определяется номиналами конденсатора С3 и резистора R18 и зависит от числа звуковых сигналов.

Поданный на вход ждущего мультивибратора запускающий импульс переключает элемент DD1.2 в «единичное» состояние. Появляющийся в этот момент скачок положительного напряжения на выходе DD1.2 передается через конденсатор С3 на вход элемента DD1.4, переводя его в «нулевое» состояние. Такое состояние элементов сохраняется и после окончания запускающего импульса. С появлением положительного импульса на выходе DD1.2 начинается зарядка конденсатора С3, в результате чего напряжение на входе DD1.4 уменьшается. При снижении его до порогового значения элемент DD1.4 переключится в «единичное» состояние, а DD1.2—в «нулевое». Конденсатор при этом разряжается через малое выходное сопротивление открытого элемента DD1.2, и в устройстве восстанавливается ждущий режим.

Счетчик импульсов построен на триггерах DD2.1 и DD2.2 и имеет коэффициент пересчета 4. Выходной сигнал компаратора поступает также на вход С элемента DD2.1, а выходной сигнал ждущего мультивибратора — на входы R обоих триггеров.

На триггерах DD3.1 и DD3.2 построен двухразрядный регистр нагрузок, выходы которого подключены к транзисторным ключам VT1 и VT2.

При наличии логической 1 на выходах регистра включается соответствующая нагрузка, при логическом 0 — соответствующая нагрузка выключена.

В исходном положении (и в состоянии, когда нет хлопка) звуковые и шумовые сигналы, поступающие на вход компаратора, не изменяют его состояния, так как амплитуда таких сигналов меньше порогового значения. При этом на выходе ОУ DA2 присутствует напряжение логической 1, импульсов на выходе компаратора нет, и, следовательно, работа счетчика запрещена (на входах R присутствует логическая 1, то есть триггеры принудительно обнулены).

При хлопке на вход ОУ DA2 поступает электрический сигнал, превышающий порог срабатывания компаратора (рис. .2). Компаратор вырабатывает импульс, который поступает на счетный вход триггера DD2.1. При этом с приходом первого импульса ждущий мультивибратор разрешает счетчику считать и запрещает запись в регистр.

По окончании хлопков (или хлопка) ждущий мультивибратор возвращается в начальное состояние, разрешая запись состояния счетчика в регистр нагрузок. После этого происходит включение или выключение соответствующей нагрузки.

Введение компаратора и элементов DD1.1 и DD1.3 повышает надежность работы устройства акустического управления. Компаратор, обладая гистерезисными свойствами, позволяет избежать ложных срабатываний (аналогичных «дребезгу контактов») всего устройства. Кроме того, на входе С триггера DD2.1 установлены инверторы DD1.1, DD1.3—для выравнивания задержек и улучшения формы импульсов.

О деталях устройства. В качестве ОУ могут быть использованы МС К140УД12, К140УД6, К140УД7, К140УД8, а вместо микросхем К176ЛА7, К176ТМ1 (К176ТМ2) допустимо применить аналогичные им по назначению МС серий К561, К564. Все указанные элементы потребляют незначительные токи, что имеет решающее значение при питании от автономного источника. Транзисторы — серии КТ312, КТ315, КТ325 со статическим коэффициентом передачи тока не менее 40. Диод — Д9, Д2. Все полупроводниковые приборы — с любыми буквенными индексами.

Постоянные резисторы — МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, подстроечные — СПО, СПЗ-1 а. Конденсаторы — КМ-5 или любые малогабаритные. Микрофон — капсюль ДЭМШ-1.

Источником питания могут служить две батареи «Корунд», аккумуляторы 7Д-0.1 или любые другие с напряжением 5—10 В. Выключатель питания — тумблер МТ-3.

Устройство акустического управления моделью смонтировано на печатной плате размером 110X75 мм, изготовленной из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1—1,5 мм (рис. 3).

Перед наладкой устройства необходимо убедиться в правильности монтажа и надежности соединений. Предварительно проверяют напряжение питания.

Движки подстроечных резисторов R1, R9 устанавливают в положение, при котором на каждый хлопок состояние выходов счетчика меняется, то есть на них последовательно возникают комбинации 00, 01, 10, 11, 00. Может, понадобится дополнительно подобрать величины резисторов R16 и R17 для получения требуемой частоты вращения электродвигателей или установки тока срабатывания реле (при использовании вместо моторчиков электромагнитных реле).

Возможен также вариант с использованием МС серии К155 или им подобных (рис. 4), однако в этом случае значительно возрастают потребляемые токи от блока питания (рис. 5), который целесообразно запитывать от сети переменного тока. Такое устройство лучше использовать для управления объектами стационарного типа. Работает оно аналогично первому (рис. 1).

Во втором варианте использованы счетчики К155ИЕ5 (К155ИЕ2, К155ИЕ4) и 4-разрядный регистр К155ИР1. Применение этих МС позволяет строить счетчики с различными коэффициентами пересчета, что может значительно расширить число выполняемых моделью функций или управляемых нагрузок. Возможно также и применение МС серии К176, аналогичных К155ИЕ2 и К155ИР1.

В выпрямителе используются диоды Д226, Д7 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы — К50-3, К50-6. Выключатель — ТВ2-1.

Транзисторы КТ208Б (рис. 4) можно заменить на КТ345 с индексами Б, В. Подойдет любой промышленный трансформатор с двумя вторичными обмотками с напряжением 6 В и мощностью 5—8 Вт. Самодельный трансформатор изготавливается из пластин Ш16Х20, первичная обмотка содержит 2800 витков провода ПЭВ-1 0,15, вторичная — 2Х100 витков ПЭВ-1 0,5. Напряжение на выходе блока питания не должно отличаться от номинального более чем на ±5%. Налаживание устройства аналогично первому, но нагрузки включаются в состоянии логического нуля.

С. ОСИПОВ, г. Казань