Indicator de pozitie

Articol publicat in revista CONEX CLUB nr.6/2002

Montajul este destinat în principal indicării poziţiei unei antene sau grup de antene, pe baza unui traductor digital optoelectronic montat pe pilon (outdoor), şi a unui circuit de afişare cu LED-uri dispuse circular, care indică direcţiile de orientare (indoor). El poate avea şi alte aplicaţii care necesită traductoare de deplasare unghiulară.

În aplicaţia prezentată în cele ce urmează, un traductor optoelectronic unghi-număr generează codul numeric corespunzător unui anumit unghi. Acest traductor este realizat cu ajutorul unui disc codificator cu fante optice, care se roteşte o dată cu antena in spaţiul dintre un grup de LED-uri cu emisie in infraroşu şi un grup de fototranzistoare ce recepţioneaza radiaţia emisă.

Fig. 1

Ideea pe care se bazează utilizarea codului binar natural în locul unui cod specific traductoarelor unghiulare (de ex. Gray), în această aplicaţie, constă în blocarea afişării principale pe durata apariţiei posibilelor stări false de tranziţie, precum şi validarea unei afişări suplimentare care permite indicarea poziţiilor corespunzătoare acestor tranziţii. Astfel, dezavantajul general al utilizării directe a codului binar se poate transforma în acest caz, în avantaj. Practic, utilizând un cod de 3 biţi, se afişeaza 8 zone de câte 45 grade precum şi 4 poziţii corespunzătoare tranziţiilor menţionate, LED-urile fiind plasate corespunzător, aşa cum se vede în figura 1. În acest desen, LED-urile de culoare verde indică zonele de 45 grade, iar LED-ul roşu plasat în centru indică succesiv punctele cardinale în ordinea EST-NORD-VEST-SUD, atunci când antena se roteşte în sens antiorar.

Fig. 2

Pentru indicarea celor 8 zone de câte 45 grade, în care se poate afla antena, discul codificator, care este prezentat in figura 2, are 3 piste care permit generarea a 8 numere de 3 biţi (pistele D0, D1, D2). În general, oricât de îngrijit s-ar realiza sistemul optic, datorită imperfecţiunilor mecanice şi a dispersiei parametrilor dispozitivelor optoelectronice utilizate, este imposibil ca tranziţia tuturor biţilor care se schimbă între două valori consecutive să aibă loc simultan. Automat, în zonele de trecere, datorită dispersiei radiaţiei emise de LED-urile optocuploarelor, rezultă stări false, care, decodificate înseamnă indicarea unor poziţii false. Dacă nu se iau alte măsuri, erorile pot fi evitate numai dacă la o tranziţie de la o valoare la următoarea codul schimbă un singur bit, ceea ce nu este cazul codului binar natural, care este totuşi preferat datorită numărului mare de circuite logice existente in fabricaţie şi posibilităţii implementării mai simple. De aceea, pe discul codificator am prevăzut o pistă suplimentară (pista Z), pe care fantele sunt practicate acolo unde la numerele generate de pistele D0-D2 au loc tranziţii la care se schimbă mai mult decât un bit.

În tabelul 1 se prezintă cele 8 numere generate datorită pistelor D0-D2. Biţii care se schimbă la trecerea de la o valoare la următoarea sunt subliniaţi.

Tabel 1

Poziţia	0	1	2	3	4	5	6	7
Număr generat	0 0 0	0 0 1	0 1 0	0 1 1	1 0 0	1 0 1	1 1 0	1 1 1

Urmărind biţii subliniaţi in tabelul 1, se pot vedea uşor tranziţiile care ar putea provoca afişarea unor poziţii false, dacă pe durata acestora, cele 8 LED-uri de culoare verde nu s-ar menţine stinse. Cele 4 tranziţii sunt evidenţiate şi în tabelul 2, unde se poate vedea şi corespondenţa cu punctele cardinale indicate pe durata în care LED-ul roşu este aprins. Acest tabel este util şi la punerea în funcţiune a aparatului, arătând corespondenţa poziţiei discului codificator fixat pe pilonul antenei (outdoor), corelată cu panoul de afisaj din figura 1 (indoor).

Tabel 2

Tranziţia	001-010	011-100	101-110	111-000
Nr. biţi schimbaţi	2	3	2	3
Afişare	NORD	VEST	SUD	EST

Fig. 3

Schema de principiu a indicatorului este prezentată în figura 3, unde se poate vedea delimitarea a două module, traductorul de poziţie, respectiv blocul de afişare, interconectate cu un cablu cu 6 conductoare.

Partea de traductor utilizează 4 LED-uri cu emisie în infraroşu, înseriate, de tip MDE3123-05 (LED 1 – LED 4), polarizate prin R1, precum şi 4 fototranzistoare de tip MDR 4213-11 (FT 1 – FT4), montate pe intrările porţilor din circuitul integrat U1, urmat de tranzistoarele T1 – T4. Acesta este construit pe două plăcuţe imprimate amplasate pe braţele unui suport comun din textolit în forma de U, în care sunt practicate găuri pentru dispozitivele optoelectronice menţionate, formându-se astfel un ansamblu de 4 optocuploare, a căror stare depinde în fiecare moment de poziţia discului codificator.

Fig. 4

Fig. 5

Placa ce conţine LED-urile are dimensiunile 40,64 x 25,4 mm şi se execută conform desenelor din fig. 4 – 5 (schema de implantare, respectiv cablajul).

Placa cu fototranzistoarele are dimensiunile 40,64 x 73,66 mm. Ea conţine şi conectorul de ieşire al subansamblului traductor, care este constituit de un bloc terminal cu 6 borne. Desenele de echipare precum şi cablajul acestei plăci sunt date în fig. 6 – 7.

Fig. 6

Fig. 7

Prin liniile D0, D1, D2,Z, semnalele logice obţinute în colectoarele tranzistoarelor T1 – T4 sunt transmise la blocul de afişare, echipat la intrare cu un circuit SHARP de tipul PC847 (U2), având în componenţă 4 optocuploare. Protecţia acestuia la tensiuni inverse este asigurată de către diodele D1 – D4. O protecţie suplimentară la scurtcircuite pe linie, atât faţă de masă, cât şi faţă de plusul alimentării este asigurată de rezistenţele R14 – R21, care limitează curenţii de avarie la valori nepericuloase, atât pentru circuitul U2, cât şi pentru tranzistoarele T1 – T4.

Un decodificator binar – zecimal, folosit în acest caz ca demultiplexor 1 din 8 cu intrare de validare, circuitul U3 de tip 7442, permite aprinderea unuia din cele 8 LED – uri indicatoare LED 5 – LED 12 (de culoare verde), în funcţie de codul existent la intrările A, B, C, atunci când intrarea D este în zero logic. În acelaşi timp, tranzistorul T9 este blocat, iar LED – ul roşu LED 13 rămâne stins. La semnal corespunzător pe linia Z, intrarea D trece în unu logic, toate ieşirile circuitului U3 devin unu logic, LED – urile LED 5 – LED 12 vor fi stinse, tranzistorul T9 se deschide şi se aprinde LED 13. Fiind un circuit TTL, U3 se alimentează cu 5V de pe dioda zener D5, polarizată prin R28 – R29. Aceste rezistoare sunt de 0.5W, toate celelalte putând fi de putere mai mică. Schema se poate simplifica, eliminând tranzistoarele T5 – T8, dacă pentru U2 se selectează un exemplar cu CTR mai mare, ori se măreşte curentul în intrările acestuia.

Schema de implantare, respectiv cablajul circuitului de afişare sunt date în fig. 8 – 9.