Как устроены радиоуправляемые модели

Содержание:

• Разновидности игрушек на радиоуправлении.
• Основные элементы игрушек.
• Радиоуправляемый передатчик.
• Принцип работы игрушек на примере радиоуправляемого грузовика.

По телевидению часто показывают рекламу, в которой идет речь о необычных способностях радиоуправляемых игрушек. Они привлекают как детей, так и взрослых. Нередко любители радиомоделей встречаются в городских парках и других местах отдыха, где увлеченно пилотируют самолет в воздухе или небольшое судно в водоеме.

В данной статье мы подробно расскажем о радиоуправлении. Вы узнаете, из каких основных компонентов состоят такие игрушки, на каких радиочастотах работают, а также — в чём разница между дистанционным и радиоуправлением.

Разновидности игрушек на радиоуправлении

На рынке представлено множество видов радиоуправляемых игрушек. В числе наиболее популярных можно выделить следующие:

• грузовики и легковые автомобили;
• автобусы, тракторы и другую спецтехнику;
• необычные транспортные средства, не имеющие аналогов в реальной жизни;
• воздушные суда (вертолеты, самолеты, дирижабли);
• моторные и подводные лодки, парусные корабли;
• животные, роботы и др.

Несмотря на внешние, конструктивные и функциональные различия, принцип действия всех радиоуправляемых игрушек одинаков. Каждая из них состоит из четырех основных элементов:

• передатчика. Это компактное устройство в руках пользователя, с помощью которого он посылает команды в виде радиоволн и тем самым управляет игрушкой;
• приемника. Это антенна с печатной платой, которые находятся на игрушке. Они принимают команды от передатчика и приводят в действие соответствующие исполнительные устройства;
• двигателя. Игрушка может оснащаться одним или несколькими моторами. Они вращают колёса, пропеллеры, управляют рулевыми механизмами и т. д.;
• источника питания. Это аккумулятор или батарейки, обеспечивающие автономное электроснабжение бортовых потребителей.

После того как с передатчика на приемник поступила команда, начинает работать двигатель. Его функции зависят от типа игрушки. Например, на автомобиле или тракторе он вращает колеса, у вертолета приводит в действие пропеллер, а у самолета регулирует закрылки.

Многие игрушки оснащены комбинированными (гибридными) источниками энергии. Например, один мотор обеспечивает передвижение, другой отвечает за управление. Вот несколько распространенных ситуаций:

• у самолета калильный двигатель на нитрометане приводит в действие пропеллер, а радиоуправляемый мотор отвечает за работу закрылков;
• парусник приводится в движение ветром, а радиоуправляемый двигатель управляет рулевым механизмом;
• дирижабль поднимается за счет горячего воздуха или гелия, а маленькие пропеллеры приводятся в действие мотором с радиоуправлением.

Далее рассмотрим основные элементы игрушек подробнее.

Радиоуправляемый передатчик

Данный элемент представляет собой устройство, с которым непосредственно контактирует пользователь. Оно необходимо для того, чтобы игрушка «понимала» своего хозяина. Передатчик, получив команду от пользователя, передает соответствующий сигнал приемнику, который находится непосредственно на игрушке. Радиоволны транслируются на частоте, определенной заводом-изготовителем. Она указана в технических характеристиках изделия или непосредственно на его корпусе (например, в виде наклейки). Источником питания для передатчика является батарея (обычно 9 Вольт). Принципиальная разница между вариантами на радио- и дистанционном управлении заключается в том, что в первом случае используется беспроводное соединение, во втором — кабельное (контроллер соединен с игрушкой посредством гибкого кабеля).

Большинство моделей на радиоуправлении работает на частотах 27 или 49 МГц, поскольку именно они предназначены для использования на потребительских товарах. Кроме игрушек, к ним относятся портативные рации, устройства для открывания/закрывания ворот и т. п. Более мощные и функциональные радиоуправляемые модели используют частоты 72 и 72 МГц.

Производители стараются выпускать версии радиоуправляемых игрушек для каждого доступного частотного диапазона (27 и 49 МГц). Это позволяет работать одновременно с двумя моделями, организуя гоночные соревнования или просто развлекаясь. При этом функционирующие на разных частотах передатчики не будут создавать помехи друг для друга. Ряд производителей дает пользователям более развернутые сведения о части диапазона частот для конкретной игрушки. Например, американский концерн Nikko поставляет гоночные комплекты в составе шести изделий, причем каждая модель настроена на определенную часть диапазона частот 27 МГц.

Передатчики выпускаются в разных вариантах исполнения: от простых однофункциональных устройств до многорежимных контроллеров, поддерживающих множество опций. В первом случае имеются в виду элементарные приборы, которые при нажатии кнопки заставляют игрушку двигаться, а при отпускании она останавливается. Фактически для прекращения движения нужно лишь выключить модель.

Что касается многофункциональных контроллеров, то они обычно оснащены шестью элементами управления — для движения:

• прямо (вперед);
• обратно;
• прямо и налево;
• прямо и направо;
• обратно и налево;
• обратно и направо.

В большинстве многорежимных контроллеров нет ручек или кнопок, при нажатии которых игрушка бы остановилась и ожидала дальнейших команд. Более продвинутые радиоуправляемые модели могут комплектоваться двойными джойстиками, поддерживающими несколько уровней реакции на команды. Это позволяет добиться более точного управления.

Принцип работы игрушек на примере радиоуправляемого грузовика

Рассмотрим, как функционируют радиоуправляемые модели на примере грузового автомобиля, поддерживающего частоту 27,9 МГц. При использовании передатчика последовательно происходят следующие события:

Пользователь нажимает на кнопку, чтобы игрушка начала движение вперед.

Соприкасаются электрические контакты, в результате чего замыкается цепь, соединенная с выводом интегральной схемы.

Под воздействием завершенной схемы передатчик начинает транслировать определенную последовательность электроимпульсов. В каждой такой последовательности имеется короткая группа синхронизирующих импульсов. За ними идет основная последовательность импульсов. Для рассматриваемой игрушки элемент синхронизации, информирующий приемник об отправленной команде, состоит из четырех импульсов. Длительность каждого из них составляет 2,1 миллисекунды, интервалы между ними — 700 микросекунд. Обратите внимание: в первом случае речь идет о тысячных, во втором — о миллионных долях секунды. Сегмент импульса, передающий антенне информацию, пользуется длительностью 700 микросекунд, с аналогичным интервалом между ними. Последовательности импульсов:

• прямо вперед — 16;
• прямо назад — 40;
• вперед влево — 28;
• вперед вправо — 34;
• назад влево — 52;
• назад вправо — 46.

Далее все происходит следующим образом:

1. Импульсы радиоволн транслируются передатчиком на частоте 27,9 МГц. Данное явление называется импульсной модуляцией.
2. Радиоуправляемая игрушка (в нашем случае грузовик) беспрерывно контролирует свою рабочую частоту на предмет появления сигнала. Когда приемник его получает, на специальный фильтр отправляется команда, блокирующая все сигналы от любых частот за исключением 27,9 МГц. Оставшийся сигнал автоматически трансформируется обратно в последовательность электроимпульсов.
3. Последовательность передается на микросхему, которая находится непосредственно в радиоуправляемом грузовике. После декодирования полученного сигнала дается команда на запуск двигателя. Если микросхема получила последовательность из 16 импульсов, она отправляет ток на двигатель для вращения колес в направлении «вперед». При получении последовательности из 40 импульсов тот же мотор получит команду на вращение колес в обратном направлении.
4. На валу двигателя установлена шестерня, от которой крутящий момент поступает на ведущие колёса. Механизм достаточно мощный для того, чтобы игрушка пришла в движение даже при использовании сравнительно небольшого электромотора.

Если изучить внутреннее устройство радиоуправляемого грузовика, то можно увидеть печатную плату, два электродвигателя, аккумулятор и антенну. Один мотор работает с передними колесами и поворачивает их направо или налево, выполняя функцию рулевого управления. Второй двигатель заставляет вращаться ведущие задние колёса. Что касается печатной платы, то в ней находятся приемник, усилитель и микросхема.

Получается, что сравнительно небольшой набор компонентов наделяет игрушку широкими функциональными возможностями.