Шестнадцатикомандное управление по электросети

Журнал Радиоконструктор, ноябрь 2015

Максимов А.Н.

В статье «Многокомандное управление по электросети» (РК 06-2014, стр. 35-38) автор предложил простую схему состоящую из передатчика и приемника для передачи по электросети нескольких команд. Схема кодера и декодера была выполнена на микросхемах LM567CN. Для каждой команды на приемном узле в той схеме нужно было устанавливать по отдельному декодеру на LM567CN, таким образом, при значительном числе команд схема получалась весьма громоздкой.

Поэтому использовать её для числа команд более 4-5-ти вряд ли имеет смысл. К тому же микросхемы LM567CN не слишком доступны, а используемый в них
метод однотонального кодирования команды не обеспечивает достаточной помехозащищенности, особенно в многокомандном варианте.

Здесь приводится усовершенствованный вариант схемы, который, благодаря использованию метода двухтонального кодирования (DTMF) и соответствующих
микросхем, позволяет осуществить управление на 16 команд, при значительно лучшей помехозащищенности и доступности элементной базы, меньшим количеством микросхем.

Схема 16-командного передающего узла показана на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Каналом передачи сигнала является электросеть, сигнал передается на отно- сительно невысокой частоте, где-то 120-140 кГц. Данный сигнал не будет никому мешать, но с помощью специального приемника его можно будет принять из любой электророзетки в этом доме, а может быть даже и в соседнем доме. Правда, необходимо чтобы приемник и передатчик были подключены к одной и той же фазе.

На транзисторах VT1 и VT2 выполнен LC-генератор. Транзисторы включены по схеме Дарлингтона (составного транзистора). Это позволяет получить наибольший выходной сигнал. Частота определяется контуром L2-C2, настроенным на частоту около 135 кГц. Данный сигнал через конденсатор С1 подается на фазный провод (обязательно на фазный). При этом с общим проводом передатчика соединяется нулевой провод сети.

Ток на генератор проходит через амплитудный модулятор на транзисторе VT3. Этот транзистор почти открыт (сопротивление R3 выбирают таким, чтобы напряжение на его коллекторе не было более 2-3 В). А его нагрузкой является генератор на VT1 и VT2. Если на базу VT3 через конденсатор С5 подавать НЧ-сигнал, то возникнет амплитудная модуляция.

Схема кодера выполнена на микросхеме D1 типа UM95089, содержащей DTMF кодер 16-ти команд. Клавиатура состоит из 16-ти кнопок, включенных по координатной схеме. Кнопки подписаны, соответственно номерам комаанд, от «0» до «15». Нажатие любой из кнопок приводит к формированию двухтонального сигнала на выходе микросхемы (вывод 16). С этого вывода через подстроечный резистор R6, которым можно регулировать уровень сигнала, поступающего на модулятор, DTMF сигнал поступает на базу VT3 через конденсатор С5.

Питание 5 В на микросхему D1 подается через стабилизатор на микросхеме А1.

Схема приемного устройства показана на Рисунке 2.). Сигнал с фазной линии электросети (обязательно именно с той же фазы, на которую подключен передатчик) поступает через конденсатор С7 на катушку связи L1 входного контура. Частота передачи 135 кГц значительно выше частоты электросети, поэтому конденсатор С7 в значительной мере подавляет 50 Гц оказывая на этой частоте сопротивление значительно большее, чем на 135 кГц. Вместе с полезным сигналом в электросети есть и масса помех, от сигналов радиостанций, электроприборов, импульсных источников питания и др. Контур L2-C8 выделяет нужный сигнал частотой 135 кГц. С отвода катушки L2 выделенный сигнал поступает на усилительный каскад на транзисторе VT2. Диоды VD1 и VD2 защищают базу транзистора от выбросов и импульсов повышенного напряжения.

Рисунок 2.

Усиленный сигнал с коллектора VT1 проходит на детектор на диодах VD3 и VD4. И на конденсаторе С10 выделяется демодулированный сигнал, который через резистор-регулятор чувствительности R8 поступает на декодер на микросхеме D1 типа MV8870.

После приема команды на выходе микросхемы D1 устанавливается двоичный четырехразрядный код, численно равный номеру нажатой на клавиатуре кодера
кнопки. При этом, установленный на выходе микросхемы код сохраняется до поступления следующей команды. А на выводе 15 логическая единица появляется каждый раз, как только идет прием команды и держится столько времени, сколько удерживают нажатой кнопку клавиатуры.

Для преобразования двоичного кода на выходе D1 в десятичный код используется дешифратор на двух мультиплексорах D2 и D3 типа К561КП2. В каждой микросхеме есть восемь каналов, соединенных с одной общей точкой «Y» (вывод 3). Выбор канала осуществляется двоичным кодом на входах «1-2-4». Подачей нуля на вывод 6 включаются мультиплексор, подачей единицы - блокируется. Два восьмиканальных мультиплексора объединены в один шестнадцатиканальный с помощью выводов 6. У микросхемы D2 вывод 6 подключен непосредственно к старшему выходу D1, поэтому при коде на выходе D1 от 0000 до 0111 работает мультиплексор D2, так как на его вывод 6 поступает логический ноль. А вывод 6 мультиплексора D3 подключен к старшему выходу D1 подключен через инвертор на транзисторе VT1, поэтому при коде на выходе D1 от 0000 до 0111 на вывод 6 D3 поступает единица и D3 заблокирован.

Выходные уровни можно подавать на входы КМОП микросхем, или через резисторы на базы транзисторных ключей, управляющих электромагнитными реле или оптопарами. При этом нужно учесть, что в состоянии логического нуля выход микросхемы К561КП2 находится в высокоомном состоянии, то есть, в некоторых случаях может потребоваться включение между выходами К561КП2 и общим минусом постоянных резисторов сопротивлением 5-100 кОм.

Максимально допустимый ток ключа микросхемы К561КП2 всего 5 мA, это нужно учитывать при разработке схемы, которой нужно будет управлять.

Катушки передатчика и приемника совершенно одинаковые. Они намотаны на стандартных четырехсекционных каркасах с ферритовыми подстроечными сердечниками диаметром 2.8 мм и длиной 14 мм. Сначала наматываются катушки L2 –по 260 витков провода ПЭВ 0.12 (по 65 витков в секцию). Отвод делается от 65-го витка. Затем на поверхность этой намотки в верхнюю секцию (ближайшую к подстроечнику) наматывается 25 витков такого же провода (это катушка L1).

Транзисторы ВС546 можно заменить на КТ3102 или КТ315. Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже напряжения питания. Диоды 1N4148 можно заменить на КД521, КД522.

Кварцевые резонаторы на 3.58 МГц для телефонных аппаратов с тональным набором. Их можно заменить резонаторами от видеотехники с НТСЦ 3,5.

Все микросхемы можно заменить другими отечественными и зарубежными аналогами.

Налаживание приемника и передатчика в основном сводится к сопряжению настрек их контуров.

Коэффициент усиления входного предварительного усилителя микросхемы D1 (Рисунок 2) зависит от соотношения резисторов R1 и R2. При необходимости его можно скорректировать подбором сопротивления R1.

Литература:

1. Максимов А. Н. «Многокомандное управление по электросети». ж.Радиоконструктор, №6, 2014, стр. 35-38.
2. Рыбин Л. Н. «Система дистанционного управления шестнадцатью объектами». ж. Радиоконструктор, №6, 2014, стр. 21-23.