As facilidades oferecidas pela possibilidade de se ter muitos componentes num único invólucro permitem que os sistemas de rádio controle atinjam um grau de sofisticação nunca antes imaginado, sem entretanto sacrificar o espaço disponível tanto no modelo como no transmissor. Neste artigo, de maneira simples explicaremos como as técnicas digitais são utilizadas nos circuitos de rádio controle.
Até a utilização dos circuitos integrados digitais, com exceção dos circuitos que operam em onda portadora pura, todos os sistemas de rádio controle tinham por base uma modulação a qual transportada pela portadora de alta-frequência permitia a realização de todas as funções desejadas. (figura 1).
Com a utilização do circuito integrado digital foi possível a introdução de um novo tipo de modulação formada por impulsos codificados.
Essa modulação pode ser da duração do pulso, do número de pulsos ou ainda de sua separação, conforme veremos.
CIRCUITOS ANALÓGICOS DE SERVOS
Nos sistemas convencionais de servos, temos um motor de corrente contínua que, dotado de engrenagens redutoras permitem a atuação sobre o mecanismo do modelo levando a uma posição ou outra conforme a corrente aplicada no motor o obrigue a girar num sentido ou em outro.
Normalmente, a posição do motor num comando se equilibra por meio de um circuito comparador, conforme mostra a figura 2.
Neste circuito comparador temos de um lado o sinal transmitido pelo equipamento externo, e do outro um sinal de referência que por sua vez depende da posição do controle.
No circuito da figura 2, por exemplo, a tensão VC que aparece na saída do receptor é aplicada ao amplificador comparador, enquanto que a outra entrada do mesmo amplificador recebe do potenciômetro divisor de tensão conjugado ao eixo do comando uma parte da tensão de referência E.
Podem ocorrer então três possibilidades para o circuito:
a) Se as tensões das duas entradas forem iguais Vc = Vr, nenhuma corrente circulará pelo circuito de saída S1 e S2 e o motor do serve permanecerá imóvel. O controle permanecerá então na posição em que ele se encontra. (figura 3).
b) Se a tensão Vc for maior que a tensão de comparação Vr, a saída do amplificador será tal que a corrente circulará no sentido da saída S1 para a saída S2, e o motor girará alterando a posição do controle ao mesmo tempo em que, conjugado ao seu eixo, o potenciômetro irá gradativamente levando a tensão de referência ao valor da tensão de entrada Vc. Quando a tensão de referência Vr se iguala a tensão V cessa a circulação da corrente pelo motor e ele para nesta nova posição.
c) Se a tensão VC for inferior à tensão de comparação Vr, a saída do amplificador será tal que a corrente circulará no sentido da saída S2 para a saída S1 e o motor girará então em sentido contrário ao caso anterior. Novamente, devido a sua ação sobre o potenciômetro seu movimento só ocorrerá até o instante em que as duas tensões se igualarem. (figura 4).
Conforme o leitor pode perceber, a posição de repouso do motor depende do valor da tensão de saída do receptor o qual por sua vez é determinada no transmissor.
Esta técnica de radio controle proporcional apresenta dois inconvenientes:
O amplificador comparador operando em regime contínuo e bastante sensível as condições ambientes, principalmente à temperatura.
Não se pode transmitir simultaneamente mais de duas informações neste tipo de sistema.
OS CIRCUITOS DIGITAIS DE SERVOS
Na figura 5 temos um diagrama que nos permite entender como funciona um circuito digital de acionamento de servo.
Neste circuito, o amplificador opera com pulsos de amplitude constante mas de duração variável. Na entrada Tc são aplicados pulsos cuja duração é determinada pelo transmissor, e na entrada Tr são aplicados pulsos cuja duração é determinada por multivibrador o qual é conectado ao motor do servo mecanismo.
A duração do período do monoestável é, portanto, proporcional à resistência do potenciômetro P, o qual possui seu cursor acoplado ao servo.
Também neste caso temos três possibilidades:
- As durações dos pulsos Tc e Tr são iguais. O instante em que esses dois pulsos são aplicados ao amplificador é o mesmo pois o mono estável e sincronizado ao receptor, o que quer dizer que em nenhum instante temos o aparecimento em apenas uma das entradas de pulsos já que eles também terminam ao mesmo tempo. O resultado é que não há tensão de saída e o motor do servo permanece na posição em que se encontra. (figura 6)
- A duração do pulso Tc é maior que a do pulso Tr. Como os dois pulsos começam no mesmo instante, quando Tr terminar, teremos tensão em apenas uma entrada do circuito do amplificador comparador. O resultado será uma saída cuja corrente circulará durante a diferença de tempo dos dois pulsos em determinado sentido pelo motor. Como os pulsos do transmissor se repetem, o motor, operando com corrente pulsante vai se movimentando no sentido de também girar o potenciômetro até que se obtenha uma posição em que Tc seja igual à Tr. Nestas condições o servo para numa posição de equilíbrio (figura 7).
- Se a duração de Tc é inferior a duração de Tr., como os dois pulsos começam ao mesmo tempo, Tc termina antes de Tr de modo que, por uma fração de segundo permanece na entrada do amplificador comparador apenas o sinal Tr o que causa agora, pelo mesmo intervalo, o aparecimento de uma corrente de saída sobre o servo, porém sem sentido contrário ao da situação anterior. Como os pulsos do emissor normalmente se repetem, por meio de pulsos de correntes o servo é levado até sua posição de equilíbrio que corresponde ao ponto em que por meio da ação do potenciômetro se obtém a mesma duração para Tc e Tr.
Uma das maiores vantagens que este sistema apresenta, é que o circuito de acionamento não permanece constantemente fornecendo tensão ao amplificador, o que significa que se evita a deriva que normalmente ocorre nos sistemas sensíveis à temperatura, enquanto que uma outra vantagem reside no fato de se poder transmitir diversas informações ao receptor ao mesmo tempo.
SISTEMAS DIGITAIS DE DIVERSOS CANAIS
Com um único sinal portador, não é possível enviar ao receptor diversos pulsos Tc simultaneamente, o que permitiria o controle de diversos servos no modelo controlado à distância.
Uma solução consiste em se enviar os impulsos em forma de "trens" cada um correspondente a uma informação, de modo que os servos tenham um funcionamento quase contínuo, em vista de sua inércia.
É claro que tais trens de impulsos devem ter uma duração tão pequena quanto exija a inércia dos motores dos servos. (figura 8).
Um dos problemas que aparecem com esta técnica é a necessidade de se separar os diversos trens de impulsos destinando-os aos servos correspondentes.
Na figura 9 temos um diagrama que nos permite entender como este problema é superado.
Na linha A temos o sinal que após ser detectado e amplificado é disponível na saída de baixa frequência do receptor. Esse sinal corresponde à modulação do transmissor.
O sinal da linha A é formado por uma sucessão de sequências as quais começam nos instantes marcados por T1, T2 e T3. Assim, no exemplo dado o circuito tem 3 servos, os quais devem ser acionados pelo impulsos Tc1, Tc2 e Tc3.
A duração média de cada impulso corresponde à posição neutra do servo, sendo aqui da ordem de 1 ms. As durações dos pulsos para os extremos das posições dos servos são de 0,5 e 1,5 ms. Os intervalos entre os impulsos normalmente são fixados em torno de 0,25 ms.
O circuito (A) recebe na sua entrada simultaneamente os sinais das linhas A e B trabalhando esses sinais de modo que:
O pulso de sincronismo da linha B abre a porta S1 de modo que o pulso de controle Tc1 passe a linha C, sendo então aplicado ao servo S1.Este servo tomará este sinal e procederá do mesmo modo segundo explicamos para o caso de um único servo.
O pulso Te sincronismo em t2 abre a linha D sendo então aplicado ao segundo servo.
O pulso t3. da linha B abre a saída S3 do circuito o qual permite que o pulso Tc3 seja aplicado ao terceiro servo.
Para que o sistema funcione convenientemente, é necessário que o circuito (A), que faz a distribuição de sinais entre os servos possa reconhecer o primeiro pulso de cada sequência. Para esta finalidade um dos métodos usados consiste em se deixar no final de cada sequência de pulsos em tempo de recuperação suficientemente longo para que possa haver uma diferenciação dos intervalos entre os pulsos do trem.
Para o caso de uma separação de 0,25 ms para os pulsos esse tempo de recuperação pode ser da ordem de 1 ms.
Nessas condições, a duração máxima de Tc reservada a cada via pode ser no exemplo dado de .1,75ms, o que permite que nos 19 ms livre da sequência sejam colocados 11 canais de controle.
CODIFICAÇÃO DA EMISSÃO
Na figura 10 temos uma representação do princípio de funcionamento do emissor que nos permite entender como é feito a codificação dos sinais para os diferentes canais.
O sinal representado na primeira linha da figura 7, conforme explicamos é a portadora irradiada pelo transmissor. Devemos então ver como este sinal é obtido no transmissor.
Se bem que os primeiros circuitos emissores apelavam para as técnicas dos transistores, com a disponibilidade de circuitos integrados para funções equivalentes estes passaram a ser usados.
Como no caso anterior, tomamos como exemplo um sistema de 3 canais.
Temos inicialmente um multivibrador astável fortemente assimétrico operando numa frequência de 50 Hz que serve de relógio (clock), produzindo o sinal de sincronismo (linha A ). Este circuito gera curtos pulsos negativos acompanhados por longos intervalos positivos.
Uma diferenciação é produzida nesses pulsos permitindo obter-se a forma de onda da figura 10, linha B. Esses pulsos determinam os instantes ti de separação de cada sequência.
Temos então um primeiro monoestável 1, que tem um período determinado pelo potenciômetro P1, o qual é regulado pelo operador. Este circuito logo que recebe o pulso da linha 8, produz um pulso retardado de tc1 + t na linha C.
Depois de uma série de diferenciações em cascata, produzidas pelos disparos dos multivibradores 2 e 3, obtém-se quatro séries de pulsos de curta duração, representados na figura pelas linhas B, D, F e H.
Estes pulsos são então levados à entrada de um circuito somador que então produzirá o sinal da linha I.
Os pulsos obtidos na saída deste circuito somador são então usados para disparar um último monoestável cujo período é ajustável pela resistência variável AJ o qual deve ser regulado para a duração de exatamente 0,25 ms., separando então dois impulsos sucessivos na linha A da figura 9.
Obtém-se, portanto, o trem de pulsos o qual modulará o sinal de alta frequência do transmissor, segundo mostra a figura 9.
Com relação aos projetos práticos que podem ser feitos segundo esta técnica, inicialmente não forneceremos aos nossos leitores, dada sua complexidade e a necessidade de se conhecer bem as técnicas de trabalho com circuitos integrados digitais.
