codeur multi-switch pour radiocommande futaba skysport 4

CODEUR MULTI-SWITCH
POUR RADIOCOMMANDE
FUTABA SKYSPORT 4
I.
PRESENTATION:
La radio-commande « Skysport » de Robbe-Futaba est une radio 4 voies
proportionnelles en Modulation de Fréquence. Cet ensemble est livré avec un
récepteur 5 voies dont seulement 4 sont utilisées.
Pratiquant le modélisme naval, et désirant animer au maximum mes modèles
réduits, il m’est nécessaire de disposer de sorties « Tout-Ou-Rien » pour activer
ou désactiver les différentes animations.
Pour piloter un modèle réduit de bateau, seules 2 voies proportionnelles sont
nécessaires :
• 1 voie proportionnelle pour la propulsion
• 1 voie proportionnelle pour la direction
En utilisant la radio-commande « Skysport », il reste 2 voies proportionnelles
de disponibles sur le récepteur associées à leur potentiomètre (manche) sur
l’émetteur. La cinquième voie étant un peu spéciale, elle restera inutilisée.
L’idée consiste donc à remplacer un des potentiomètres de l’émetteur par un
système qui analysera la position de 15 interrupteurs (Codeur MultiInterrupteurs ou Multi-Switch en anglais).
Au niveau du récepteur, sur la voie utilisée, sera connecté un décodeur MultiSwitch qui activera ou désactivera les 15 sorties « Tout-Ou-Rien » selon la
position des interrupteurs situés sur l’émetteur.
I.1. Remplacement du potentiomètre par le codeur Multi-Switch
+5V
+5V
A
INTER1
A
INTER2
Vers codeur PPM
C
de l'émetteur
INTER3
Codeur
INTER4
Multi
...
INTER15
C
Vers codeur PPM
de l'émetteur
Switch
B
B
0V
0V
1
Auteur : P.LOUSSOUARN
II. SIGNAL DE MODULATION CLASSIQUE:
Analysons à l’oscilloscope le signal qui module la porteuse à 41 MHz de notre
émetteur « Skysport 4 » d’origine.
Ce signal PPM (Modulation de Position par imPulsion) est disponible sur la
prise écolage situé au dos de l’émetteur.
20 ms
20 ms
+5V
V1
V2
V3
V4
V5
V1
V2
V3
V4
V5
0
t
1 à 2 ms
300 us
• Nous voyons que le signal de modulation est une succession de
trains d’impulsions qui se répètent toutes les 20 ms environ.
• La largeur de l’impulsion V1 (de 1 ms à 2 ms) est fonction de la
position du manche du potentiomètre associée à la voie 1.
• L’impulsion V1 correspond à la voie 1, V2 à la voie 2, V3 à la voie
3, V4 à la voie 4 et V5 à la voie 5 (qui est transmise mais non
inutilisée).
• Chaque impulsion de voie est séparée de la suivante par un
« blanc » de 300 us (micro secondes).
• On voit donc que les manches sont scannés les uns après les autres
et ceci toutes les 20 ms, c’est-à-dire 50 fois par seconde.
• L’impulsion de chaque voie est donc confirmée 50 fois par
seconde.
2
Auteur : P.LOUSSOUARN
III. SIGNAL DE MODULATION AVEC CODEUR MULTI-SWITCH
Nous allons remplacer le potentiomètre associé à la voie 3 (par exemple) par
notre codeur Multi-Switch qui gérera 15 interrupteurs :
• Un interrupteur ouvert induira une largeur d’impulsion de 1.5 ms et
un interrupteur fermé induira une largeur d’impulsion de 1 ms.
• Ces impulsions reflétant l’état des interrupteurs seront transmises
dans les impulsions allouées à la voie 3 (Une à chaque train
d’impulsions).
• Cela s’appelle du multiplexage temporel.
• Comme les 15 impulsions apparaîtront dans l’impulsion réservée à
la voie 3 les unes à la suite des autres, il est impossible de savoir
laquelle arrivera en premier lors de la réception au niveau du
récepteur.
• Il est donc nécessaire d’introduire une 16e impulsion de largeur
particulière (2 ms) : l’impulsion de synchronisation notée « Sy »
dans la figure ci-dessous.
• Chaque impulsion associée à chaque interrupteur sera donc
confirmée 1550+1=3,125 fois par seconde ou encore toutes les
20 x ( 15 + 1 ) = 320 ms.
• Le système mettra donc au maximum 320/1000 = 1/3 de seconde à
prendre en compte le changement d’état d’un interrupteur.
3
Auteur : P.LOUSSOUARN
20 ms
V1
V2
0
Sy
V4
20 ms
V5
V1
V2
Train 0
S1
V4
Train 1
t
20 ms
V1
0
V2
S2
V4
20 ms
V5
V1
V2
Train 2
S3
V4
V2
0
t
S13 V4
20 ms
V5
V1
V2
Train 13
S14 V4
0
V2
S15 V4
V5
Train 14
20 ms
V1
V5
Train 3
20 ms
V1
V5
t
20 ms
V5
V1
Train 15
V2
Sy
Train 0
4
V4
V5
t
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IV. POTENTIOMETRE DE VOIE :
Dans l’émetteur « Skysport 4 », comme dans la plupart des émetteurs d’ailleurs,
les potentiomètres sont câblés de la manière suivante :
+5V
Vers codeur PPM
de l'émetteur
0V
Le codeur PPM de l’émetteur convertit la tension lue sur le curseur du
potentiomètre en une impulsion dépendant de la position du curseur.
+5V
+5V
+5V
+5V
2.5V
Codeur PPM
de l'émetteur
Codeur PPM
de l'émetteur
1.5 ms
0V
1 ms
0V
Curseur au Milieu
Codeur PPM
de l'émetteur
2 ms
Curseur au Maximum
Curseur au Minimum
0V
0V
5
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V. SCHEMA DU CODEUR MULTI-SWITCH POUR PILOTER 15
SORTIES TOR A PARTIR D’UNE VOIE PROPORTIONNELLE :
+V
R15-R1
15 x 10K
INTER1
INTER2
INTER3
INTER4
INTER5
INTER6
INTER7
INTER8
INTER9
INTER10
INTER11
INTER12
INTER13
C2 +V
100nF
+V
Signal PPM
R16
100K
+V
T1
BC337
R17 10K
R19
R18
10K
C1
220nF
INTER14
14
VDD
INTER15
10K
T2
BC337
1
2
CLOCK
Q1
Q2
IC1 Q3
Q4
4024
Q5
Q6
Q7
+V
C3
24
R0
100nF
0
VDD
Synchro
X0
9
X1
8
X2
7
X3
6
X4
5
IC2
X5
4
X6
3
3
X7
2
X
1
X8 CD 4067
23
X9
22
X10
21
X11
20
X12
19
X13
18
X14
17
X15
16
+V
R21
Non Câblée
Voie
R20
10K
A
10
B
11
C
14
D
13
12
11
9
6
5
4
3
15
INHIBIT
GND
12
RESET
GND
7
V.1. Fonctionnement du Codeur Multi-Switch
V.1.1. Le multiplexeur/démultiplexeur
Le CD4067 est un multiplexeur/démultiplexeur analogique. En fonction du code
présent sur ses entrées A,B,C et D, il relie en interne l’entrée Xn à la sortie X
avec n = N° de l’entrée (0 à 15). Il faut imaginer qu’il s’agit ni plus ni moins
qu’un aiguillage. La sortie X ne peut être reliée qu’à une seule entrée à la fois.
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Auteur : P.LOUSSOUARN
Exemple 1:
Considérons le cas où le code en A, B, C et D est 0000, c’est-à-dire qu’il y a 0V
sur toutes les entrées A, B, C et D.
Dans ce cas, l’entrée X0 est reliée (en interne) à la sortie X.
On a alors le schéma suivant :
+V
R0
0 Synchro
X0
+V
R21
Non Câblée
Voie
X
R20
10K
Ce schéma est équivalent à celui-ci :
+V
Synchro R0
0
R21
Voie
X0
X
R20
10K
On a R0 nulle, la sortie Voie est donc directement reliée au +5V.
Si la sortie Voie est connectée au codeur PPM de l’émetteur, on obtient une
impulsion de sortie d’environ 2 ms.
Il s’agit du cas de la génération de l’impulsion de synchronisation.
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Auteur : P.LOUSSOUARN
Exemple 2:
Considérons le cas où le code en A, B, C et D est 0001, c’est-à-dire qu’il y a 5V
sur l’entrée A et 0V sur toutes les entrées B, C et D.
Dans ce cas, l’entrée X1 est reliée (en interne) à la sortie X. C’est le traitement
de l’interrupteur 1 (INTER1).
+V
R1
10K
X1
+V
INTER1
R21
Non Câblée
Voie
X
R20
0V
10K
0V
Deux cas se présentent alors :
• Interrupteur INTER1 ouvert :
Le pont diviseur n’est alors constitué que de R1 et R20.
La tension sur le curseur est Vc = + V . R20 / (R20 + R1)
Comme R1=R20=10K, on obtient Vc = 2.5V.
Si la sortie est connectée au codeur PPM de l’émetteur, on obtient une
impulsion de sortie d’environ 1,5 ms.
Il s’agit du cas de la génération de l’impulsion correspondant à un
interrupteur ouvert.
• Interrupteur INTER1 fermé :
L’interrupteur ramène le point Voie directement à la masse.
La tension sur le curseur est Vc = 0 V .
Si la sortie est connectée au codeur PPM de l’émetteur, on obtient une
impulsion de sortie d’environ 1 ms.
Il s’agit du cas de la génération de l’impulsion correspondant à un
interrupteur fermé.
Pour les autres codes sur les entrées A, B, C et D, ce sont les entrées 2 à 15 qui
sont traitées exactement de la même manière.
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V.1.2. Le compteur binaire
Le CD4024 est un simple compteur binaire.
A chaque front descendant sur son entré horloge (CLOCK), la valeur binaire de
sortie du compteur (codée sur Q1 à Q7) s’incrémente de 1.
Nous utiliserons uniquement les 4 premières sorties (Q1 à Q4) qui nous
permettrons de compter de 0 à 15, ce qui fait 16 valeurs.
Il nous sert à «adresser» les interrupteurs (passer d’une entrée interrupteur à
l’autre).
Il faut donc générer un front négatif sur l’entrée horloge du CD4024 à chaque
train d’impulsions généré par le codeur PPM de l’émetteur (toutes les 20 ms).
V.1.3. Circuit de récupération d’horloge du codeur PPM de l’émetteur
+V
Signal PPM
R16
100K
R17
+V
T1
BC337
R19
R18
10K
C1
220nF
10K
10K
CLOCK
T2
BC337
• Lorsque le signal PPM passe à 0 (pendant le « blanc » de 300 us), T1
conduit et charge C1 jusqu’à 5V. T2 conduit et sa sortie est forcée à 0V,
ce qui crée un front descendant sur l’entrée CLOCK du compteur binaire :
l’entrée suivante (interrupteur) est sélectionnée.
• Lorsque le signal PPM passe à 5V (pendant le temps de l’impulsion
associée à la voie 1: de 1 à 2 ms), T1 se bloque (ne conduit plus). C1 qui
était chargé à 5V, se décharge alors lentement à travers R17. Si une
impulsion de voie arrive dans les 3 ms qui suivent, C1 se recharge à 5V,
sinon, il agissait de la dernière impulsion de voie et C1 va se décharger
jusqu’à 0V. Quand la tension aux bornes de C1 passe sous 0,6V, le
courant de base de T2 disparaît et T2 se bloque. Sa tension collecteur
passe donc à 5V, ce qui ramène l’entrée CLOCK du compteur binaire à
5V. Le cycle recommencera au prochain train d’impulsions.
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V.1.3.1 Chronogramme du récupérateur d’horloge
SIGNAL
PPM
20 ms
20 ms
+5V
V1
V2
V3
V4
V5
V1
V2
V3
V4
V5
0
t
1 à 2 ms
BORNES
DE C1
300 us
20 ms
20 ms
+5V
0.6V
0
t
20 ms
CLOCK
20 ms
+5V
0
SELECTION
ENTREE
SUIVANTE
t
SELECTION
ENTREE
SUIVANTE
Le montage se connecte donc en seulement 4 points sur l’émetteur :
• Les 3 points du potentiomètre d’origine qui incluent le +5V et la
masse (0V),
• Le signal PPM qu’on peut trouver sur la prise écolage.
Rappel:
Le signal PPM se trouve déporté sur la prise écolage au dos de l’émetteur.
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Auteur : P.LOUSSOUARN