Сегодня мы начнём подробно рассматривать несколько вариантов дешёвых комплектов дистанционного управления с Aliexpress. Каждый состоит из двух плат — приёмника и передатчика.

Это широко распространённые системы на 2, 4 и 5 каналов, которые можно встретить во многих готовых игрушках. Мы изучим схемы и опытным путём выясним, реагирует ли приёмник одной системы на сигнал передатчика другой.

Также попробуем оценить спектр возможных нестандартных применений этих китайских плат и рассмотрим альтернативные варианты, которые можно собрать с нуля своими руками.

Законно ли это?

Радиопередатчики — дело нешуточное. Вот уже несколько десятилетий от радиосвязи напрямую зависит жизнь людей по всему миру. Поэтому любое излучение электромагнитных волн, как намеренное для передачи информации, так и побочное, возникающее при работе электрических приборов, строго регламентируется законодательными и нормативными документами.

Сегодня сотовые телефоны и иные устройства, использующие их технологию, достигли высочайшего уровня развития. Они позволяют не только разговаривать с собеседником, находящимся за тысячи километров, но и полноценно пользоваться высокоскоростным интернетом со всеми предоставляемыми им возможностями.

При помощи смартфона мы можем оплачивать покупки, заказывать еду и такси, открывать двери и дверцы постаматов, учиться, развлекаться, работать, знакомиться, узнавать новости, и это только малая часть из возможностей многоядерного суперкомпьютера с высокоскоростной беспроводной связью, помещающегося в кармане и способного к автономной работе без подзарядки в течение, как минимум, целого дня.

Однако при отсутствии сигнала базовой станции смартфон становится просто карманным компьютером без функции связи. Поэтому классические портативные рации, непосредственно передающие друг другу радиосигнал без участия сторонних служб, не теряют своей актуальности, особенно для автомобилистов и людей, находящихся на природе.


Егерь-скалолаз в Национальном парк Денали (Аляска). Общественное достояние

Диапазон 11-метровых волн с частотами от 26960 до 27410 килогерц и шагом, кратным 10 кГц, носит название «гражданского», или Си-Би (англ. СВ, Сivil band). В США его стали выделять с 1957, а в СССР — с 1989 года.

Сегодня в Российской Федерации без радиолюбительской лицензии и регистрации оборудования разрешено использовать станции сухопутной подвижной связи личного пользования с мощностью передачи вплоть до 4 ватт, а в Беларуси — до 5 ватт.

Это серьёзная мощность, обеспечивающая уверенную связь на расстоянии от одного до пяти километров, а если радиостанция собеседника автомобильная или стационарная, то и вдвое дальше.


Автомобильная рация гражданского диапазона Uniden PRO505XL. Общественное достояние

11-метровая длина волны хороша тем, что прекрасно огибает деревья. С другой стороны, она плоха для персональной портативной рации, в отличие от автомобильной, по причине того, что четвертьволновой антенный штырь должен иметь длину 2.7 метра. Более короткие антенны менее эффективны.

Кроме портативных устройств для радиотелефонных переговоров, в 11-метровом диапазоне Приложение к Постановлению Правительства РФ №1800 от 20 октября 2021 года разрешает использование без регистрации и лицензирования ещё нескольких разновидностей радиопередатчиков.

Во-первых, это устройства охранной радиосигнализации. Для автомобильных сигнализаций выделена частота 26945 кГц в полосе 26.939 — 26.951 МГц, а для стационарных — 26960 кГц при полосе от 26.954 до 26.966 МГц. Мощность излучения передатчика может достигать двух ватт, а коэффициент усиления антенны — 3 дБ.

Для серьёзных спортивных радиоуправляемых моделей отведены частотные полосы 28.0 — 28.2, а также 40.66 — 40.70 МГц (7.37 метров). Разрешены передатчики мощностью вплоть до одного ватта.


Радиоуправляемая модель вертолёта VARIO Robinson R22. Общественное достояние

Всё лучшее — детям

А что касается детских игрушек, то им выделены пять каналов в полосе частот от 26957 до 27283 кГц с ограничением мощности передатчика на уровне 10 милливатт:

• 26.995 МГц;
• 27.045 МГц;
• 27.095 МГц;
• 27.145 МГц;
• 27.195 МГц.

Чтобы серьёзные взрослые радиопереговоры не мешали весёлым детским играм, вышеупомянутые пять частот запрещены для безлицензионных бытовых раций Си-Би диапазона.


Игрушечный катамаран-амфибия с радиоуправлением. Общественное достояние

И наконец, пункт 23 Приложения к Постановлению №1800 разрешает использование «неспециализированных (любого назначения) оконечных устройств» в полосе радиочастот 26.957 — 27.283 МГц с эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью не более минус 17 дБВт, что соответствует двадцати милливаттам.

То есть экспериментальные и бытовые беспроводные устройства 11-метрового диапазона с мощностью передатчика до 20 мВт, включая игрушечные и радиопереговорные, не обязаны точно настраиваться на один из пяти «детских» каналов.

Однако данные каналы гарантированно свободны от помех со стороны гораздо более мощных Си-Би радиостанций. В местах широкого применения таких раций это является значительным преимуществом.

Итак, 27-мегагерцовые системы дистанционного управления игрушками можно смело покупать и приспосабливать для своих целей, если не повышать мощность излучения с помощью оконечного усилителя или продвинутой антенны.

Двухканальная система GS-683

Первый из трёх наборов радиоуправления игрушками, рассматриваемых в данной серии статей — самый простой. Он предусматривает два канала, обозначенные буквами F и B, что расшифровывается как «вперёд» (forward) и «назад» (backwards).


Внешний вид комплекта GS-683 с лицевой стороны

Модуль передатчика промаркирован кодом «GS-683T», а плата приёмника — «GS-683R», от английских слов «transmitter» и «receiver».

С лицевой стороны платы передатчика находятся две кнопки и контурная катушка с подстроечным сердечником из ферритовой керамики, а с обратной стороны — микросхема, транзистор, резистор и три конденсатора, установленные посредством поверхностного (SMD) монтажа.


Задняя сторона платы передатчика GS-683T

Транзистор в корпусе SOT-23 имеет маркировку «CR», что означает 2SC945. Его граничная частота коэффициента передачи тока составляет 150 МГц, что вполне достаточно, так как пятикратно превышает рабочую частоту передатчика.

Микросхема в корпусе SOT-23-6 промаркирована как «TX-3». Что интересно, её пятый вывод не припаян к плате, а лежит на слое шелкографии, используемом в качестве изолятора.


Инновационная трассировка платы

Отыскать документацию к именно этой микросхеме мне не удалось. Зато нашёлся даташит микросхемы TX3E, производимой SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD и отличающейся только количеством выводов и способом подключения кнопок.

Передатчик из комплекта радиоуправления QF-1692-3, имеющий точно такие же габариты 40x28 мм и расположение кнопок, как у GS-683, построен как раз на базе этой трёхвыводной микросхемы.


Платы приёмника и передатчика из набора QF-1692-3. Aliexpress

На транзисторе Q1 собран автогенератор незатухающих колебаний, частота которого определяется параметрами колебательного контура L2C5. Смещение базы транзистора подаётся через резистор R1.


Типовая схема передатчика команд на основе микросхемы TX3E

Внутри микросхемы имеется высокоомный резистор между выводами TX и GND, благодаря которому, при отсутствии питания TX3E транзистор закрыт, схема не потребляет ток и не расходует ресурс батареи.

Нажатие любой из кнопок подаёт питание на микросхему через резистор R3. Между выводами VDD и GND предусмотрен стабилитрон с рабочим напряжением 4 вольта.

Получается шунтирующий параметрический стабилизатор напряжения с RC-фильтром питания, функцию которого выполняет конденсатор С1 вместе с резистором R3.

Следует отметить, что микросхема работоспособна в диапазоне напряжений питания от двух до двенадцати вольт, то есть встроенный стабилитрон служит скорее для ограничения напряжения, чем для его стабилизации.

Что можно запитать от полутора вольт?

Для сравнения, восьмитранзисторный супергетеродин из конструктора ZX921 рассчитан на питание от одного полуторавольтового элемента типоразмера D (R20, 373, UM 1).


Приёмники из конструкторов ZX921 и HX-6B

Это весьма чувствительный радиоприёмник с хорошим звучанием, позволяющий слушать далёкую китайскую радиостанцию, правда, не в помещении.

ZX921 не может похвастаться инновационными пьезокерамическими фильтрами, зато у него есть система автоматической регулировки усиления, петля обратной связи которой замыкается интегратором R5C4.


Схема транзисторного супергетеродина из конструктора ZX921

Такая же система АРУ предусмотрена и у приёмника из конструктора HX-6B, снабжённого активным эмиттерным детектором, тогда как транзистор детектора ZX921 применён просто в качестве диода путём соединения базы с коллектором.


Схема радиоприёмника HX-6B

Такая практика берёт начало с тех давних времён, когда транзисторы стоили дорого, и при этом среди них попадались неудачные экземпляры с параметрами, непригодными для использования по прямому назначению.

Применение транзистора в качестве диода позволяло не только сэкономить диод и хотя бы частично скомпенсировать затраты, но и гордо написать в рекламе радиоприёмника число транзисторов на один больше, что повышало престижность изделия.

Два каскада и три фильтра промежуточной частоты полуторавольтового ZX921 против одного каскада и двух фильтров у трёхвольтового HX-6B создают серьёзное преимущество.


Радиоприёмники ZX921 и HX-6B со снятыми задними крышками

Добавим к этому магнитную антенну на ферритовом стержне большего размера, и становится очевидно, что при адекватной регулировке избирательность и чувствительность ZX921 просто обязаны быть выше, чем у HX-6B.

Многокомандное радиоуправление

Чтобы приёмник дистанционно управляемой модели мог различать команды, достаточно одной несущей частоты, сигнал которой модулируется определённым образом.

Микросхема TX3E реализует амплитудную модуляцию, включая и выключая смещение транзистора Q1 250 или 1000 раз в секунду. Частота 1 килогерц соответствует движению модели вперёд, а 250 герц — назад.



Перед тем, как включать смещение транзистора, микросхема проверяет, не подтянут ли её вывод TX к плюсу питания через резистор R2.

Если нажата кнопка SW1, то микросхема запитана через диод D1, а на TX будет присутствовать высокий логический уровень. Соответственно, несущая частота радиопередатчика будет модулирована 250-герцовым сигналом реверса.

А если нажать SW2, то питание микросхемы поступает через резистор R3, минуя диод. Последний окажется обратно смещённым и не пропустит ток через резистор R2. Низкий логический уровень на TX заставит TX3E вырабатывать 1000-герцовый сигнал движения вперёд.

Такие схемотехнические ухищрения позволяют подавать две разные команды, используя микросхему в корпусе со всего-навсего тремя выводами: выход с добавочной функцией управляющего входа, земля и питания.

Благодаря шестивыводному корпусу микросхемы TX-3 можно сэкономить место на плате, обойдясь без диода D1 и резистора R2.

Токоограничивающий резистор R3 также становится ненужным, так как шунтирующий параллельный стабилизатор напряжения на стабилитроне получил апгрейд до последовательного стабилизатора, подобного микросхеме 7805. Однако диапазон допустимых питающих напряжений теперь сузился до 3 — 6 вольт.

Плюс питания шестивыводной TX-3, в отличие от трёхвыводной TX3E, присоединён к батарее напрямую, а не через кнопки. Каждая из последних подключена между землёй и отдельным входом, снабжённым внутренним резистором подтяжки.

Декодер команд

Итак, для распознавания команды с дистанционного пульта необходимо принять высокочастотный радиосигнал, демодулировать его и определить модулирующую частоту.

Плата приёмника QF-1692R содержит сверхрегенеративный приёмник на одном транзисторе, подобный используемому в детской рации из конструктора Yi Xin YX986.


Приёмник дистанционного управления с микросхемой RX-3E

Нажатие на тангенту повышает напряжение питания и усиливает положительную обратную связь, превращая приёмник в передатчик и позволяя обойтись одним транзистором для построения всего высокочастотного тракта. Получается приёмопередатчик — трансивер с малым числом компонентов.


Комплект детских раций YX986

Такие схемотехнические решения зародились на заре радиолюбительства, в эпоху ранних электронных ламп, которые были дорогими, недолговечными и неэкономичными в плане потребления электроэнергии.

Чтобы сэкономить ресурс громоздкой и дорогостоящей анодной батареи, не предоставлявшей возможности перезарядки, радиолюбители конструировали приёмники и даже приёмопередатчики, в которых одна и та же лампа совмещала выполнение нескольких функций.


Сухие анодные батареи разных производителей. Из коллекции museumoftechnology.org.uk

Спустя столетие наработки энтузиастов первой половины прошлого века продолжают быть актуальными и массово используются при переходе на полупроводниковую элементную базу.

Чувствительность и избирательность однотранзисторного рефлексного регенератора «My little radio» не уступает вышеупомянутому супергетеродину ZX921, хотя у последнего более высокое качество звучания.

Системе дистанционного управления игрушкой не требуется воспроизводить качественный аудиосигнал с минимумом искажений. Нужно просто отличить одну модулирующую частоту от другой, для чего к выходу простого сверхрегенеративного приёмника на одном транзисторе подключена микросхема декодера команд RX-3E.



Внутри микросхемы содержится несколько функциональных модулей.

К седьмому выводу подключён инвертирующий вход, а к восьмому — выход входного операционного усилителя, что позволяет задать коэффициент передачи и подключить необходимые цепи коррекции амплитудно-частотной характеристики.


Структура микросхемы декодера RX-3E

После трёх ступеней усиления входной сигнал поступает на декодер (Decoding Cirquit), подсчитывающий количество колебаний тактового генератора (Timing generator) за период входного сигнала.

Задающий RC-генератор (Oscillator) настроен на частоту 76 кГц при подключении между выводами 2 и 3 резистора номиналом 120 кОм.

Изменяя сопротивление этого резистора, можно настроить срабатывание декодера на другие частоты. Частота сигнала «вперёд» будет равна 1/76 частоты задающего генератора, а сигнала «назад» — одной четверти от частоты сигнала «вперёд».

Таким способом можно расширить число команд управления: каждая добавочная микросхема RX-3E предоставит два дополнительных канала при минимуме внешних компонентов.

Внутренняя логика этой микросхемы основана на счётчиках (Counter) и цифровых компараторах (реализованных посредством PLA — массива программируемой логики), позволяющих делить частоту на требуемые числа.

Выводы 4 и 5 — это выходы микросхемы, соответственно, «назад» (BACK) и «вперёд» (FORWARD). Всего возможны три состояния этих выходов:

1. BACK = 0, FORWARD = 0: двигатель игрушки выключен;
2. BACK = 0, FORWARD = 1: движение вперёд;
3. BACK = 1, FORWARD = 0: движение назад.

Прежде чем изменить состояние выходов, микросхеме нужно «убедиться», что декодер сработал не по ошибке, а под действием адекватного входного сигнала. Для этого должно пройти время, соответствующее нескольким периодам сигнала «назад».

Период 250-герцового сигнала равняется 4 миллисекундам. Срабатывание дистанционного управления за четыре таких периода, то есть 16 миллисекунд, означает возможность обработать шестьдесят две с половиной команды в секунду. Это просто прекрасное быстродействие даже для спортивных моделей.

Работа цифрового декодера команд имеет немало общего с фазовой автоматической подстройкой частоты, позволяющей достичь таких же результатов чисто аналоговым способом.

Микросхема декодера команд RX-3E имеет маломощные выходы. Для подключения коллекторного микроэлектродвигателя постоянного тока необходимы внешние транзисторные ключи.

Конденсатор ёмкостью 22 нанофарада применяется с целью подавления импульсов самоиндукции с обмоток ротора моторчика, создающих радиопомехи и способных пробить транзисторы.



H-мост, инвертирующий полярность и тем самым реверсирующий направление вращения электродвигателя, можно собрать с использованием шести транзисторов и четырёх резисторов.

На плате приёмника версии QF-1692R-4 вместо этих десяти радиодеталей применена одна специализированная микросхема LC117A в таком же корпусе SOIC-8, как и RX-3E.


Платы приёмника и передатчика из набора QF-1692-4. Aliexpress

Эти микросхемы иногда сгорают с пахучим дымом и светошумовыми эффектами, особенно если пренебрегать помехозащитными конденсаторами, подключать слишком мощные моторчики и форсировать их повышенным напряжением питания или чрезмерной нагрузкой на валу.


Скриншот отзыва на Aliexpress

Однако приёмник из комплекта дистанционного управления GS-683T содержит всего один транзистор радиоканала и одну восьмивыводную микросхему.


Плата приёмника радиокоманд GS-683T

Это FMRX3MS — продвинутая версия RX-3E, в которую встроен H-мост LC117A. У неё те же самые выходы «вперёд» и «назад», но они достаточно мощные, чтобы питать игрушечный электромоторчик.


Схема приёмника с декодером FMRX3MS

В таком же форм-факторе выпускаются и системы на 2.4 ГГц, которые легко отличить по присутствию кварцевых резонаторов и коротким антеннам, выполненным в виде спиралей из металлической ленты внутри прозрачных трубок из гибкого пластика.


Комплект радиоуправления GS-309T

Продавцы могут называть такие наборы 27-мегагерцовыми либо по ошибке, либо с целью подчеркнуть возможность заменить старые модули игрушки на новые.

Разумеется, в таком случае замене подлежит и приёмник, и передатчик. Они совместимы с корпусом пульта и моторчиком, но не между комплектами.

Приступаем к испытаниям

Осталось проверить работоспособность системы, для чего я подключу к предназначенным для моторчика выходам приёмника встречно-параллельные светодиоды с последовательным резистором на 510 Ом.



Красный светодиод подключен к выходу «вперёд» анодом, а зелёный — катодом. Как видим, они исправно загораются при нажатии на кнопки. Наша система радиоуправления вполне работоспособна.

Напишите в комментариях, как её можно применить, кроме встраивания в самодвижущиеся электромеханические игрушки.

В следующих статьях я расскажу о нескольких интересных опытах с подобными комплектами дистанционного управления.


НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS