В общем случае системы радиоуправления делятся на две группы по типу передаваемых команд: дискретное и пропорциональное. Дискретные системы предназначены для включения и выключения различных устройств (например, освещения). Органами управления в таких системах обычно служат всевозможные тумблеры и кнопки. На сегодняшний день их возможностей для управления моделью явно недостаточно. Потому они используются только в детских игрушках и как составная часть более сложных систем. Вторая группа систем предполагают возможность плавного изменения какого-либо параметра модели пропорционально отклонению управляющего органа от нулевого (базового) состояния. Например, можно задать любые обороты двигателя (от нуля до максимальных) передвигая стик газа из нижнего положения в верхнее.
В общем случае схема управления моделью выглядит следующим образом:
Человек, при помощи органов управления (джойстики, кнопки, тумблеры и пр.), формирует команды управления. Эти команды в виде электрических сигналов поступают на вход шифратора. Дискретные команды обычно представляются логическими 0 и 1. Напряжение, близкое к напряжению питания, на соответствующем входе шифратора обозначается логической единицей, а близкое к нулю – логическим нулем соответственно. Для пропорциональных каналов обычно применяются аналоговые датчики. Так двухосевые джойстики управления чаще всего представляют собой пару переменных резисторов, каждый из которых отвечает за соответствующую ось и представляет отдельный канал управления. Резистор подключается к шифратору по схеме делителя напряжения. При этом изменение положения джойстика вдоль некоторой оси приводит к пропорциональному изменению уровня напряжения в канале управления.
Основными задачами шифратора является преобразование и уплотнение сигналов со всех каналов управления в один единственный канал. Для этих целей в современной аппаратуре используется принцип дискретизации непрерывного сигнала. Последний представляется в виде последовательности дискретных значений, полученных из канала через равные промежутки времени. При условии, что временные промежутки будут стремиться к нулю, последовательность таких дискретных величин будет стремиться к первоначальному непрерывному сигналу.
Полученные таким образом точки кодируются при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM в английском переводе). Т.е. уровень в каждый момент времени преобразуется в ширину импульса. Так в общем случае нулевой уровень соответствует ширине импульса в 1000мкс, а максимальный – 2000мкс.
Преобразовав так все каналы, шифратор уплотняет их в один канал. Импульсы каждого канала выстраиваются друг за другом в порядке следования каналов. За импульсом последнего канала идет синхропауза, обозначающая конец пакета и начало следующего. Такой способ кодирования называется PPM и является стандартным для большинства выпускаемых сегодня аппаратур. При длине пакета в 20мс он позволяет передать 8 каналов. Частота дискретизации при этом будет равна 50Гц, т.е. информация о каждом канале будет передана 50 раз в секунду.
Далее PPM-сигнал поступает на вход ВЧ-модуля. Главной задачей последнего является передача сигнала на приемник. Его основными характеристиками является несущая частота и выходная мощность. Обе эти характеристики напрямую влияют на дальность действия аппаратуры. Повышение несущей частоты позволяет модулю передавать больше информации за промежуток времени, что дает возможность использовать различные алгоритмы помехозащищенности и увеличивать максимально возможное число каналов аппаратуры. На сегодня самыми многообещающими являются модули с частотой 2.4гГц. Использование столь высокой частоты позволило передавать с пакетом идентификационный код. Это в свою очередь дало возможность снять ограничения на использование нескольких аппаратур одновременно разными моделистами в одном месте. Для соединения передатчика и приемника производится операция привязки (binding). В рамках этой операции идентификационный код передатчика запоминается приемником. После этого приемник принимает только пакеты, подписанные этим кодом. Таким образом исключается сама возможность взаимного влияния двух аппаратур, работающих в одном диапазоне частот.
Так же были разработаны различные системы кодирования PCM – pulse code modulation. Но это уже тема отдельной статьи. Очень хорошо все плюсы и минусы PCM рассмотрены в этой статье.
Но у повышения несущей частоты есть и свои минусы. И заключаются они в основном в свойствах волны. Дело в том, что чем выше частота, тем хуже она преодолевает препятствия. Поэтому для дальнобойных систем(LRS – long range system) чаще всего используются вч-модули с несущей частотой 433 и 868 мГц.
На стороне модели сигнал аппаратуры принимается вч-модулем, превращается обратно в PPM и передается дешифратору. Дешифратор разделяет суммарный сигнал на канальные ШИМ-сигналы. Именно эти сигналы передаются на исполнительные устройства, где они преобразуются в механическое действие. Принимающий вч-модуль и дешифратор обычно выполняются в виде одного неделимого модуля приемника. Делается это с целью уменьшения размера и веса аппаратуры на стороне модели.
С той же целью различные настройки модели, микширование и прочие функции выполняются на стороне передатчика в пульте управления. Но с развитием микроконтроллеров это становится все менее актуально.
Дальнейшим развитием аппаратуры управления стало использование двунаправленных вч-модулей (трансиверов) и передача со стороны модели на аппаратуру управления информации о состоянии элементов, текущих характеристиках, географическом положении и пр. – телеметрии.
Фактически в системе появляется дублирующий набор таких же блоков с той разницей, что находятся они на противоположной стороне. Роль органов управления на стороне модели выполняют различные датчики – напряжения, гироскоп, барометр, компас, ускорения, оборотов двигателя и пр. На стороне аппаратуры управления роль исполнительного устройства обычно выполняет дисплей, который отображает показания датчиков модели.
Так же на стороне модели стали применяться специальные контроллеры, которые объединяют информацию с каналов управления с показаниями датчиков внутри модели и выдают на исполняющие устройства уже измененный сигнал. Так строятся, например, различные стабилизаторы полета, которые позволяют в реальном времени без участия человека компенсировать порывы ветра на авиамоделях. Передача же телеметрии на пульт управления позволяет, например, своевременно отследить разрядку бортового аккумулятора модели и вернуть ее в точку старта до отключения питания.