Аналого-цифровой индикатор поворота антенны

При постройке и эксплуатации самодельных поворотных устройств для направленных антенн, в качестве датчика индикатора положения по азимуту применяют индукционные сельсины-датчики, герконы либо переменные резисторы, а в качестве индикаторов соответственно приемные сельсины, светодиоды и стрелочные приборы. В предлагаемой статье дано описание простого аналого-цифрового индикатора поворота направленной антенны, сочетающего точное отображение позиционирования антенны на цифровом дисплее с преимуществом аналоговой схемы - наглядную динамику в процессе работы и почти мгновенное определение азимута на стрелочном приборе.

Сельсины-датчики, используемые в антенных поворотных устройствах, как правило, требуют значительных переменных напряжений питания 100...127 В [1] и защиту от грозовых разрядов, а приемные, кроме того, имеют повышенный акустический уровень шума. Герконовые датчики неудобны, так как для получения на практике приемлемой точности (10-15 ^о) их требуется большое количество, что усложняют конструкцию узла датчиков и снижает его надежность.

Наиболее простым и надежным устройством индикации положения антенны является применение в нем в качестве датчика угла поворота переменного резистора, а в качестве индикатора обычного стрелочного прибора. Такие аналоговые устройства применяются в промышленных установках [2] и в зарубежных индикаторах поворотных антенн [3].Однако стрелочные приборы имеют ограниченный угол поворота стрелки и в отличии от кругового панорамного индикатора не обеспечивают необходимой точности и удобства в работе.

Электрическая принципиальная схема индикатора приведена на Fig1. Основой схемы является измерительный мост, состоящий из двух плеч одним из которых является переменный резистор R17 (датчик угла поворота, установленный на валу мотора редуктора) и резистор R10, вторым - построечный резистор R6, (балансировка моста) и резистор R7. Образцовое постоянное напряжение для питания моста снимается с отдельного стабилизированного источника, выполненного на интегральном стабилизаторе DA1. Подстроечный резистор R1 необходим для точной установки диапазона измеряемого напряжения, которое соответствует углу поворота антенны 0-360 ^о.

В диагональ моста включены параллельно два индикатора положения антенны - стрелочный РА1 и цифровой, выполненный на микросхеме ICL7106CPL (DA2) и жидкокристаллическом индикаторе ИЖЦ-4/7 (Н1). Микросхема ICL7106CPL (отечественный аналог - КР572ПВ5) со структурой КМОП является интегральным АЦП, работающая по принципу двойного интегрирования и рассчитана на подключение 3.5 разрядного цифрового жидкокристаллического индикатора. Жидкокристаллический индикатор типа ИЖЦ14-4/7 имеет 4 разряда, из которых в индикаторе используются только 3. Это индикатор имеет большую удобную шкалу с высотой цифр 16 мм и что немаловажно для данного устройства, в нем индицируется знак градусов - "С". Для активации этого знака вывод 25 жидкокристаллического индикатора подключен к 20 выводу микросхемы ICL7106CPL.

Измеряемый сигнал с диагонали моста подается на дифференциальные входы микросхемы DA2 выводы 31 и 30 через делитель R4, R3 и фильтр R2, C1. Коэффициент деления делителя составляет 100:1. Узел питания индикатора имеет два раздельных диодных моста VD1, VD2, нагруженных на стабилизаторы - DA1 (КР142ЕН8А)и VD3 (КС191А) с выходным напряжением 9 В каждый. Первый стабилизатор используется для питания измерительного моста, второй для питания микросхемы DA2 и жидкокристаллического индикатора Н1.Для переключения соответствующих обмоток редуктора МЭО-40 и получение реверса поворота антенны в устройстве установлен тумблер SА2.

В качестве аналогового индикатора в приборе применен стрелочный прибор типа М284К с током полного отклонения 100 мкА. Перед установкой, его необходимо аккуратно разобрать и установить шкалу, эскиз которой приведен на Fig2. Подойдут и другие типы стрелочных приборов с током полного отклонения от 50 до 500 мкА и соответствующими габаритами, но при этом потребуется коррекция градуировки шкалы и подбор резистора R5.

В качестве датчика угла поворота используют переменный резистор типа СП5-21а или СП5-21б. Эти прецизионные проволочные однооборотные резисторы с номинальной мощностью 0,5 Вт, обладают высокой линейностью (не хуже 1 %), герметичны и сохраняют свои параметры в диапазоне температур -60…+125 ^оС. Это весьма существенно при монтаже его в корпусе редуктора, работающего на открытом воздухе.

При установке однооборотных переменных резисторов датчиков непосредственно на вал редуктора следует иметь в виду, что их рабочие углы могут быть в пределах 270-330 градусов. Поэтому для перекрытия угла поворота антенной в 360 градусов коэффициент редукции от вала редуктора к валу антенны должен быть больше единицы и составлять величину 1,2:1…2:1. Рекомендуемый тип переменного резистора СП5-21б имеет рабочий угол 330± 3 градуса.

Устройство собрано на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. . В корпусе плату крепят с помощью опорных стоек вертикально к передней панели таким образом, чтобы выступающая задняя часть корпуса измерительного прибора (микроамперметра) входила в вырез платы. Жидкокристаллический индикатор Н1 устанавливают с противоположной, от всех остальных элементов, стороны платы.

Наладку устройства начинают с АЦП. Перед этим необходимо с платы снять навесные перемычки JP1 и JP2, а левый (по схеме) вывод резистора R2 соединить с выводами 30, 32, 35 микросхемы DA2. Это исключит попадание на входы микросхемы различных наводок и напряжений, способных вывести микросхему из строя в процессе наладки.

Сначала настраивают встроенный в микросхему тактовый генератор, частота которого задается элементами R14,R15 и C12. Для его настройки к выводу 38 микросхемы DA2 подключают к высокоомный вход частотомера, а его корпусной провод к выводу 1 микросхемы (или к плюсовой шине питания). Вращая ротор подстроечного резистора R14, устанавливают частоту генератора равную 50 кГц, при которой происходит максимальное подавление сетевой помехи 50 Гц и ее гармоник. При необходимости частоту генератора можно установить равной 40 кГц (уменьшив номинал резистора R15), при которой будут одновременно подавляться гармоники сети 60 Гц, а также частоты 400 и 440 Гц.

Калибровку измерительного канала микросхемы производят путем подачи на выводы 30, 31 микросхемы DA2 (при снятых перемычках JP1 и JP2) постоянного напряжения 100 мВ, контролируемого точным милливольтметром. Вращением ротора подстроечного резистора R9 добиваются, чтобы на экране ЖКИ Н1 индицировалась цифра “100”.

При установке резисторов R4, R3 с допуском 0,1 %, входной делитель наладки не требует. После отладки АЦП схему устройства приводят в исходный вид и переходят к сопряжению блока индикатора с поворотным устройством.

На вал редуктора поворотного устройства устанавливают датчик - переменный резистор R17 с таким расчетом, чтобы при положении антенны на 180 градусов движок резистора датчика находился в среднем положении, что будет соответствовать середине его рабочей зоны. В авторском варианте описываемый индикатор использован совместно с редуктором типа МЭО-40, предназначенного для работы в системах автоматического регулирования. С целью увеличения скорости вращения антенны (полный оборот вала редуктора 63 секунды) и уменьшения силовой нагрузки на выходной вал редуктора последний связан с осью антенны шестереночной передачей 1.5:1.

После этого устанавливают вал антенны в положение 0 градусов и с помощью подстроечного резистора R6 балансируют мост до получения нулевых показаний цифрового дисплея и стрелочного прибора одновременно. Затем переводят вал антенны в положение 360 градусов и подстроечным резистором R1 устанавливают на цифровом дисплее значение 360 градусов. Стрелочный прибор с помощью подстроечного резистора R8 устанавливают на последнюю риску шкалы, также соответствующую 360 градусам.В заключении проверяют точность индикации при полных поворотах вала антенны и, в случае необходимости, производят подстройку.

Во входном делителе R1, R4, чтобы исключить подбор, рекомендую применить резисторы типа С2-29в с мощностью рассеяния 0,125 Вт, имеющие допуск 0,1 %. При использовании других типов резисторов, их перед установкой следует подобрать. Все остальные постоянные резисторы применены типа С2-23, С2-33 или аналогичные с мощностью 0,125 Вт. Их монтаж для компактности проводится в вертикальном положении. Конденсатор С9 должен иметь диэлектрик с малыми потерями, например К10-43а с десятипроцентным допуском Такой же допуск должны иметь конденсаторы С5, С8 и С12. Все электролитические конденсаторы С50-35 или аналогичные импортные. Подстроечные резисторы R1, R6, R8 - многооборотные типа СП5-2, а подстроечные резисторы R9, R14, типа СП3-19а.Диодный мост КЦ407А можно заменить четырьмя диодами КД510А.

Для лучшей помехозащищенности измерительного канала индикатора провода, соединяющие датчик резистор R17 с индикаторным блоком должны быть экранированы, а минусовой провод стабилизатора VD3 должен быть подключен к корпусу индикатора в ближайшей точке. В качестве силового трансформатора использован трансформатор типа ТПП215-220-50 с мощностью 3.25вт. Вместо него может применен любой другой тип с мощностью от 3 Вт и выше, имеющий две отдельные вторичные обмотки с напряжением 12-18 В.

Индикатор заключен в металлический корпус с размерами 150х110х130 мм на задней панели которого установлены разъем Х1 для подключения кабеля датчика и мотора редуктора, сетевые предохранители (FU1-FU3) и тумблер включения (SА1)

ЛИТЕРАТУРА

1. Савинов С. Коротко о сельсинах - "Радио", № 10, 2003 г., с. 65-66

2. Механизмы исполнительные электрические однооборотные МЭО. Паспорт. 1988 г.

3. Антенно-поворотное устройство G-5400В - YAESU. Описание 2003 г.

4. Хмарцев В. С. Аналого-цифровой индикатор направления антенны. Радио №11, стр. 63,64,65.

Валерий ХМАРЦЕВ (RW3AIV), г. Москва