СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2013

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2013 Магнитный автопилот для судомоделизма Рис. 1. Функциональная схема магнитного автопилота В статье описан простой и недорогой автопилот для моделей судов, использующий магнитное поле Земли для поддержания заданного курса. Татьяна Колесникова (Украина, г. Хмельницкий) Автоматическое управление в техни- ке – это совокупность действий, направ- ленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объ- екта в соответствии с заданной целью управления без непосредственного уча- стия человека. Автоматическое управ- ление широко применяется во многих технических системах для выполнения операций, требующих точности регу- лирования, и для освобождения челове- ка от управления системами, функцио- нирующими в условиях относительной недоступности. Кроме того, многие системы автоматического управления (регулирования) обеспечивают рабо- тоспособность объектов. Автопилот представляет собой уст- ройство, ведущее транспортное сред- ство по определённой траектории. Наиболее часто автопилоты приме- няются для управления летательными аппаратами и морскими судами, в свя- зи с тем что перемещение таких транс- портных средств обычно происходит в пространстве, не содержащем боль- шого количества препятствий. Авто- пилоты применяют и для управления транспортными средствами, движущи- мися по рельсовым путям. Задачей автопилота является поддер- жание траектории движения согласно заданному курсу. Автопилот представ- ляет собой совокупность нескольких устройств, совместная работа кото- рых даёт возможность автоматиче- ски, без участия человека, управлять транспортным средством, в которое он вмонтирован. При включении авто- пилота режим движения управляемого устройства должен сохраняться таким же, каким он был в момент включения автопилота. Автопилот является электромехани- ческим роботом, автоматически управ- ляющим узлами транспортного сред- ства при прямолинейном перемеще- нии. Такой робот, в отличие от пилота, машиниста или рулевого, не ограни- чен временем реакции, – он действу- ет немедленно. Ему не присущи такие человеческие факторы, как усталость и невнимательность – он обнаруживает отклонения от курса в тот момент, ког- да они происходят, и незамедлительно корректирует ошибки. Автопилот состоит из различных блоков, электрически соединённых и работающих как единая система. Предлагаемое вашему вниманию устройство является магнитным автопилотом. Принцип работы этого устройства основан на магнитоуправ- ляемых элементах и микросхемах (дат- чиках Холла). Основная часть магнитного автопи- лота – мультивибратор (М, см. рис. 1). Генерируемые им импульсы управляют двумя генераторами тока (ГТ), которые питают реле РР1 и РР2, расположенные перпендикулярно друг к другу. Контак- ты реле управляют электродвигателя- ми ЭД1 и ЭД2 через электронные клю- чи ЭК1 и ЭК2. В отсутствие магнитного поля реле находится на границе сраба- тывания (это достигается настройкой генератора тока). Устройство необхо- димо сориентировать таким образом, чтобы реле находились под равны- ми углами 45 градусов в направлении север–юг (см. рис. 1). В таком случае магнитное поле Земли воздейству- ет в равной степени на оба реле. Реле приводятся в действие периодически и через электронные ключи ЭК1 и ЭК2 запускают электродвигатели ЭД1 и ЭД2. Модель движется по заданному курсу (с севера на юг, см. рис. 1). Необходимо предвидеть, что модель может сбиваться с курса. Причиной может быть разница в частоте вращения электродвигателей, разница в диаметре ведущих колёс (гребных винтов), нали- чие бокового ветра. Если модель откло- няется вправо, магнитное поле Земли воздействует меньше на реле РР1. Левый электродвигатель ЭД1 отключается, и модель возвращается влево. Таким образом, восстанавливается заданный курс. Аналогичные действия произво- дятся и при отклонении модели влево. В качестве РР1, РР2 используются гер- коновые реле типа РМК11105 (5 В). Для обнаружения магнитного поля мож- но использовать и магнитоуправляе- мые логические микросхемы (датчи- ки Холла) – униполярные микросхе- мы К1116КП1, К1116КПЗ, К1116КП9, К1116КП10 [1], представляющие собой электронные ключи, управляемые маг- нитным полем. Эти микросхемы име- ют прямой выход, сигнал на котором в отсутствие магнитного поля соот- ветствует уровню лог. 1. При повыше- нии индукции внешнего магнитного поля до значения В > В СРАБАТЫВАНИЯ , про- исходит переключение микросхемы, и уровень сигнала на её выходе скач- ком изменяется на лог. 0. Микросхема К1116КП2 имеет инверсный выход, на котором уро- вень лог. 1 появляется при воздействии магнитного поля. Можно использовать датчик TLE4942 [1], который является дифференциальным (двухканальным) и самостоятельно определяет направ- ление приращения магнитного поля (т.е. <лево> – <право>). Нулевым счи- тается положение датчика, когда сило- вые линии магнитного поля направле- ны перпендикулярно плоскости корпу- са датчика. Принципиальная схема магнитно- го автопилота представлена на рисун- ке 2. Мультивибратор (М) реализован на транзисторах Т1 и Т2. Генераторы тока (ГТ) выполнены на транзисторах Т3 и Т4, электронные ключи (ЭК) – на © СТА-ПРЕСС