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Erweiterung einer Funk-Fernsteuerung von 4 auf 7 Kanäle

Das Modell des Büssing 8000 wurde mit einer Reihe von Funktionen ausgestattet, die von der vorhandenen 4-Kanal-Fernsteuerung mit 2 Kreuzknüppeln nicht mehr bedient werden konnten. Deshalb war entweder eine neue Fernsteuerung mit mehr Kanälen zu beschaffen - oder aber eine Erweiterung der vorhandenen Anlage durchzuführen.
Der Blick in das Innere des Senders ATTACK-4 Typ FP-T4NBL von Robbe Futaba fiel auf den programmierbaren 7-Kanal-Encoder NE5044. Dieser Chip kann bis zu 7 Kanäle kodieren, von denen im vorliegenden Sender aber nur 4 benutzt wurden. Die Erweiterung war somit grundsätzlich möglich, und da sie in der Praxis auch hervorragend funktioniert hat, soll sie an dieser Stelle kurz beschrieben werden.
Ob sich der zeitliche Aufwand für den Umbau eines so alten Modells lohnt, darf angezweifelt werden, auf jeden Fall ist es für einen Elektroniker aber eine interessante Herausforderung.


Zur Erläuterung des Prinzips sei erwähnt, dass bei den herkömmlichen Fernsteuerungen die Signalübertragung durch Impulse erfolgt, deren Länge die Information enthält und von den Betätigungselementen des Senders entsprechend verändert wird (Pulsweitenmodulation).
Im Ruhezustand der Steuerknüppel beträgt die Pulsweite ca. 1,5ms (Millisekunden), und die empfängerseitigen Stell-Elemente erkennen daraus ihre Neutral-Position.
Bei Betätigung der Steuerknüppel wird die Pulsweite zwischen minimal 1ms und maximal 2ms variiert mit der Folge, dass die Stell-Elemente entsprechend reagieren: Servos drehen nach rechts oder links, Fahrtregler schalten auf vorwärts oder rückwärts usw.

Die Impulse aller Kanäle werden vom Kodier-Chip lückenlos aneinander gehängt, aber nicht in dieser Form ausgesendet. Da das Ende eines Impulses gleichermaßen auch dem Anfang des Nächsten entspricht, werden nur die Übergänge mit Hilfe kurzer, etwa 0,3ms breiter Impulse markiert (siehe auch Impulsdiagramm in Wikipedia). Mit diesem Impulspaket wird der HF-Träger (hier 40MHz) moduliert, wobei die Wahl der Modulationsart Frequenzmodulation (FM) oder Amplitudenmodulation (AM) unerheblich ist.

Bei 7 Kanälen und einer max. Pulsweite von jeweils 2ms beträgt die Länge des Impulspaketes max. 14ms, welches mit einer Wiederholrate von ca. 20ms (50Hz) ausgesendet wird.
Während der restlichen 6ms findet keine Impulsübertragung statt; diese Lücke ist notwendig, um den Empfänger auf die im Sender erzeugte Impulsfolge zu synchronisieren. Wird die Lücke zu klein, dann funktioniert die Synchronisierung nicht mehr und die Stell-Elemente im Modell erhalten die falschen Informationen. Aus diesem Grund ist die Anzahl der Kanäle bei diesem Prinzip auf 7 oder allerhöchstens 8 begrenzt.


Der Umbau des Senders

Nach der Beschaffung des Datenblattes aus dem Internet wurde zunächst die Eingangsbeschaltung des NE5044 analysiert, die für alle Kanäle identisch ist.


Über eine intern erzeugte Referenzspannung VRef = 5V und einen Spannungsteiler erhält der Eingang im Ruhezustand des Steuerknüppels eine Spannung von 2,5V, entsprechend der Neutral-Impulsweite von ca. 1,5ms.
Bei Betätigung des Steuerknüppels variiert die Spannung zwischen 2V und 3V, was eine Pulsweitenänderung zwischen 1ms und 2ms zur Folge hat.
Die Kombination 10k/22pF dient vermutlich der HF-Unterdrückung, um Störungen des NE5044 zu vermeiden.
Die Eingänge der nicht aktivierten Kanäle 5, 6 und 7 (Pins 5, 6 und 7 des NE5044) liegen auf dem Bezugspotenzial der Schaltung (Masse) und treten dadurch nach außen nicht in Erscheinung.
Die vorhandene Eingangsbeschaltung des NE5044
Die vorhandene Eingangsbeschaltung
des NE5044


Im nächsten Schritt wurde eine entsprechende Eingangsbeschaltung für jeden der 3 neuen Kanäle aufgebaut.
Durch die Verwendung von SMD-Widerständen (Surface Mountable Device, oberflächenmontierbares Bauteil) und einem Stück Lochraster-Platte entstand eine kleine Huckepack-Platine, die problemlos auf der vorhanden Leiterplatte Platz fand.
Anschließend wurden die Pins 5, 6 und 7 des NE5044 durch Unterbrechung der Leiterbahnen vom Bezugspotenzial getrennt und mit feinen Drähten mit den entsprechenden Punkten der Huckepack-Platine verbunden. Es ist selbstverständlich, dass diese Aktion nur mit einem passenden Lötkolben und etwas Übung zum Erfolg führen wird; andernfalls ist eine Zerstörung des NE5044 nicht auszuschließen.


Jetzt fehlten noch die zusätzlichen Betätigungselemente.
Der Eingang von Kanal 5 sollte einen 3-Stufen-Schalter erhalten, um das Getriebe des Modells schalten zu können. Kanal 6 sollte stufenlos mit einem zusätzlichen Potentiometer die Bremse betätigen, und für Kanal 7 war eine Besonderheit vorgesehen:
Da durch den Umbau schon insgesamt 6 Proportional-Kanäle zur Verfügung standen, sollte der letzte Proportional-Kanal mit Hilfe eines Multiswitch-Moduls zu einem Schaltkanal mit weiteren 6 Funktionen aufgerüstet werden.

Zuerst wurden jedoch die neuen Betätigungselemente in das Sender-Gehäuse eingebaut, und hierfür stand leider nur sehr wenig Platz zur Verfügung. Trotz der Verwendung von Miniatur-Bauteilen war an einigen Stellen im Innenbereich der oberen Gehäuseschale etwas Kunststoff abzufräsen, was dem Aussehen und der Stabilität jedoch nicht weiter schadet.


Die Eingangsbeschaltung der Kanäle 5 bis 7
Die Eingangsbeschaltung der Kanäle 5 bis 7
Bei der Verdrahtung der neuen Betätigungselemente mit der Huckepack-Platine war zu beachten, dass bei den ursprünglich vorhandenen Steuerknüppeln konstruktionsbedingt nur ein Teil des Widerstandsbereiches der Potentiometer genutzt wird, die zusätzlichen Elemente den Widerstandsbereich jedoch voll ausschöpfen.
Aus diesem Grunde war in die Eingänge der neuen Kanäle ein zusätzlicher Widerstand einzufügen, der experimetell zu 82k bestimmt wurde und dafür sorgt, dass der NE5044 die erforderliche Eingangsspannung zwischen 2V und 3V erhält.

Auf eine Trimm-Möglichkeit und/oder einen Reverse-Schalter musste bei den 3 neuen Kanälen aus Platzgründen verzichtet werden.


Der letzte Schritt bei der Erweiterung war die Aufrüstung mit einem Multiswitch-Modul, welches aus einem in den Sender einzubauenden Kodierer sowie dem zugehörigen Dekodierer auf der Empfängerseite besteht.
Zur prinzipiellen Funktion sei bemerkt, dass bei einem solchen System die Zustände der angeschlossenen Schalter zyklisch der Reihe nach abgefragt und übertragen werden (Zeitmultiplex). Der Dekodierer rekonstruiert daraus den entsprechenden Schaltzustand, wobei auch hier eine Synchronisierung zwischen Kodierer und Dekodierer erforderlich ist.


Die Schaltung des Kodierers besteht im Wesentlichen aus dem 12-Bit-Binärzähler 4040 und dem Analog-Multiplexer 4051 (beide in CMOS-Technologie).


Der Binärzähler wird vom 50Hz-Clockpuls (Pin 9 des NE5044) getaktet und zählt in den 3 niedrigsten Dualstellen (Pins 9, 7 und 6) ständig von 0 bis 7; die oberen Stellen sind hierbei nicht relevant und sind deshalb nicht beschaltet.
Der Zähler steuert den Multiplexer, welcher in Abhängigkeit des jeweiligen Binärwertes jeden seiner Eingänge der Reihe nach auf den Ausgang (Pin 3) schaltet.
Da sich der Binärwert im Takt des Clockpulses alle 20ms ändert, dauert eine komplette Abfrage aller 8 Eingänge 160ms. Die Verzögerung zwischen der Betätigung eines Schalters im Sender und der Reaktion im Empfänger kann demnach max. 160ms betragen.
Die Schaltung des Multiswitch-Kodierers
Die Schaltung des
Multiswitch-Kodierers

Die Eingangszustände des Multiplexers werden von der Position der angeschlossenen Schalter vorgegeben.
Bei offenem Schalter beträgt die Ausgangsspannung 2,5V und der NE5044 erzeugt die Neutral-Pulsweite von 1,5ms, welche vom Multiswitch-Dekodierer als "Schalter aus" interpretiert wird.
Bei geschlossenem Schalter liegt am Ausgang des Multiplexers eine Spannung von 5V, die einen 2ms-Impuls generiert; dieser Wert bedeutet für den Dekodierer "Schalter ein".
Pins 2 und 4 des Multiplexers liegen auf Bezugspotenzial und liefern eine Ausgangsspannung von 0V. Die zugehörige Pulsweite beträgt 1ms, und diese beiden hintereinander eintreffenden kurzen Impulse dienen der Synchronisierung zwischen Kodierer und Dekodierer.

Den komplett umgebauten Sender zeigen die folgenden Abbildungen:


Der umgebaute Sender...
Der umgebaute Sender...
 
...und der Blick ins Innere
...und der Blick ins Innere



Der Umbau des Empfängers

Der Fernsteuer-Empfänger war natürlich ebenso von 4 auf 7 Kanäle zu erweitern, im Vergleich zur Bearbeitung des Senders war dies jedoch bedeutend einfacher.


Der Empfänger besteht im Wesentlichen aus dem HF-Teil, der Impuls-Regenerierung und einem Schieberegister, welches die einzelnen Steuerimpulse den zugehörigen Kanälen zuordnet.


Das Schieberegister für 7 Kanäle
Das Schieberegister
für 7 Kanäle
Im vorliegenden Empfänger wird das Zweifach-4-Bit-Schieberegister 4015 eingesetzt, von dem nur eine Hälfte benutzt wurde.
Die Erweiterung bestand lediglich aus der Kaskadierung der beiden 4-Bit-Schieberegister zu einem 7-Bit-Schieberegister und dem Einbau der erforderlichen Steckplätze.
Hierzu wurde die obere Gehäuseschale des Empfängers mit weiteren Öffnungen versehen, und aus Platzgründen mussten auch einige Bauteile auf der Leiterplatte verschoben werden. Der Aufwand hielt sich aber in Grenzen und muss deshalb nicht weiter erörtert werden.


Auf einen verkleinerten Nachbau des Multiswitch-Dekodierers wurde verzichtet, da in großen Modellen meist ausreichend Platz vorhanden ist.
Stattdessen wurde ein Multi-Switch-Decoder mit der Bestell-Nr. 8884 von Robbe als Gebrauchtware im Internet erworben, welcher problemlos mit der umgebauten Fernsteuerung funktioniert.


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