Эта статья в помощь радиолюбителям, которые занимаются конструированием, но пока не готовы выделить из семейного бюджета значительную сумму денег на развитие своего хобби. Предлагается простой и доступный к повторению способ самодельного поворотного механизма для управления и контроля направления антенны, видеокамеры и т.п. устройств, требующих контроля положения в пространстве.
После того, как несколько лет я уже использовал направленные УКВ антенны для приёма радиосигналов со спутников, я решил всё-таки изготовить поворотное устройство с индикацией угла поворота. Ранее я устанавливал свои антенны разными способами, обеспечивающими ограниченную подвижность и управляемость поворотом антенн: на подоконнике, на поворотной раме лоджии, на отдельном поворотном кронштейне, подвешенном на углу балкона… И даже на дверном навесе, закреплённом на решётке балкона или на мачте КВ антенны. Всё это давало определённые возможности для изменения направления антенны, но с сильными ограничениями. Вопрос покупки фирменного поворотного устройства мною не рассматривался, как скучный и дорогостоящий ;-).
Для более комфортной работы в эфире решил собрать поворотную систему с индикацией азимута, HOME MADE «бюджетный вариант» из подручных материалов: Кусок трубы (более 2-х метров), оставшийся после каких то ремонтных работ, подобрал на техническом этаже моего дома. Редуктор поворотного механизма (механизм автомобильных дворников) был найден на свалке. Поворотную стойку для крепления антенны решил сделать из рамы велосипеда, точнее, его поворотной вилки переднего колеса. (Подходящий велосипед вскоре нашёлся у соседнего подъезда среди прочего хлама). На фото 1 основные железяки. Горизонтальный уголок длиной примерно 25 см установлен на перспективу установки двух антенн, для крепления на него более длинного несущего уголка. На самом верху находится уголок для крепления одной антенны хомутами за хвостовик.
Чтобы не выдумывать аналоговое устройство контроля угла поворота антенны, систему поворота и контроля задумал сделать на основе шаговых двигателей (ШД) от ранее разобранных старых принтеров. Дело оставалось за малым – собрать всё это в одну конструкцию. ;-)
Идея использования ШД для систем поворота антенн не нова, она обсуждается и реализуется радиолюбителями уже лет 15-20, с тех пор, как стали доступны шаговые двигатели и блоки управления к ним.
Для начала нужно было разобраться с работой ШД, которые будут отвечать за поворот антенны и указатель направления, иначе без них вся работа – впустую. Пришлось повозиться с драйверами для шаговых двигателей. Для управления драйверами лучший вариант –PIC контроллеры. Без них задача сильно усложнялась. Пришлось разбираться и с этими устройствами. Начал с простых устройств: PIC12F675 и PIC12F510, они оказались под рукой (в старых охранных и пожарных датчиках, в системах автоматики включения освещения). Убедился – такая схема вполне работоспособна, конструкция на PIC контроллерах позволяют выполнить все задумки максимально просто.
Редуктор для поворотного механизма взят от дворников стеклоочистителя какого-то советского авто (фото 2). Он комплектовался двигателем МЭ14-А. От э/двигателя я отказался, т.к. он не входил в мои планы.
А вот сам редуктор мне очень понравился: к нему хорошо подошёл шаговый двигатель M49SP-2K от старого принтера. Крепёжные отверстия точно совпали с размерами крепления советского электромотора. В качестве переходника от вала шаговика к валу «червяка» редуктора использовал кусочек пластиковой трубки (из подручных материалов) с соответствующими пропилами.
Дополнительно: пара отверстий в скобе крепления редуктора, хомут… и вот уже редуктор с ШД можно крепить на трубу-стойку антенны. (фото 3)
В январе 2024 г начал изучать контроллер PIC16F630 на предмет прошивки его под вращение поворотного устройства УКВ антенны. Изначально для этой цели планировал сочинить программу для имевшихся у меня в наличии PIC12F675 или PIC12F510, с которыми начал потихоньку разбираться ещё зимой прошлого года. Однако летом прошлого года мне случайно попала в руки плата управления ШД, предположительно от шлагбаума (на улице эту загадочную штуковину нашла жена, с вопросом «что это такое?»). На этой плате уже стоял драйвер управления ШД типа THB6064AH , контроллер PIC16F630 (управление драйвером) со всей необходимой развязкой входов (на оптопарах) и выходов на транзисторах. Разобравшись с коммутацией, подключил плату к 12 V питания (вместо 24V) … на моё удивление она оказалась рабочей, за исключением какого-то не исправного выхода индикации на полевом транзисторе. Я решил уже «не изобретать велосипед», а использовать плату целиком с небольшими переделками. Разумеется, можно собрать блок управления и в более простом варианте, без оптопар, поскольку и PIC-контроллер и драйвер ШД будут находиться внутри помещения, в одной коробке вместе с кнопками управления поворотом.
Второй ШД, который используется в качестве указателя направления антенны, желательно взять меньшего размера, поскольку он будет размещён в «настольном» корпусе блока управления поворотом антенны. Угол шага двигателя значения не имеет, поскольку всё равно количество шагов для полного оборота каждого двигателя придётся подбирать экспериментально. У меня, в данном случае, применены разные ШД и разные драйверы, на которые за одинаковое время подаётся разное количество импульсов STEP от PIC-контроллера. Однако, желательно чтобы оба двигателя были хотя бы одного типа, например, биполярные двухфазные. В этом случае упростится задача по подбору драйверов ШД. Удобно использовать современные драйверы с управлением STEP/DIR от не очень старых моделей принтеров, или те, которые устанавливают сейчас на принтеры 3D печати. Они дешёвые, мощные, занимают мало места.
При такой комплектации блок-схема управления поворота антенны выглядит примерно так:
STEP1 и STEP2 - это подача шаговых импульсов на двигатели ШД1 и ШД 2 соответственно.
DIR1 и DIR2 - логический уровень цифрового сигнала (высокий или низкий), определяющий направление вращения ШД1 и ШД2 соответственно (по часовой или против). Сигнал DIR1 может быть одинаковым для обоих драйверов, но может и различаться, если поменяны местами провода питания шагового двигателя.
ENABLE 1 и ENABLE 2 - сигналы разрешающие вращение двигателей ШД1 и ШД2 соответственно. Сигнал ENABLE может быть одинаковым для обоих драйверов, но может и различаться, если, как в моём случае, использовать драйверы разного типа (какие попались под руку :).
При такой комбинации шаговых двигателей можно добиться синхронного вращения антенны (ШД1) и указателя направления антенны (ШД2). Отпадает надобность в применении азимутальных аналоговых датчиков направления антенны и преобразования его показаний в азимут.
Если вместо стрелочного указателя направления антенны Вам удобней использовать цифровой указатель градусов угла поворота, то такая схема тоже легко реализуется: В этом случае Драйвер2 и ШД2 можно убрать (или оставить, как дополнительный визуальный указатель), а с PIC контроллера нужно вывести ещё один сигнал для счётчика импульсов, пересчитанный из расчёта 360 импульсов на полный оборот антенны. Понятно, что счётчик импульсов должен быть реверсивным, т.е. уметь считать шаги (градусы поворота) как в одну, так и в другую сторону.
Корпус блока управления и индикации угла поворота сделал пластиковый, отрезал 18 см трубы вентиляции прямоугольного профиля с размерами 120 х 60 мм. Кнопки управления поворотом решил в корпус не устанавливать. Мне удобнее, когда манипулятор лежит рядом, на столе. Для этого использовал джойстик от детской радиоуправляемой машинки. Понадобился только корпус и кнопки управления влево/вправо. Кнопки вперёд/назад тоже оставил на перспективу управления элевацией антенны. В дальнейшем, в корпус можно встроить блок автоматического поворота, в соответствии с орбитой спутника. Тогда запуск всего цикла прохождения орбиты можно будет запускать нажатием одной кнопки. (фото 4)
На сегодняшний день собрана рабочая (но пока не окончательная) версия поворотного механизма. Я конечно не утерпел, наспех подключил необходимые провода, чтобы сравнить эту систему, удобство работы и качество приёма с теми антеннами, что были сделаны ранее. Провёл несколько связей через спутник RS-44, сделал наблюдения за другими маяками диапазона 435 МГц, установленных на других спутниках. Преимущество такой системы управления и контроля антенны перед применявшимися мною ранее, конечно очевидное.
Вот такая конструкция получилась у меня на сегодняшний день. Доработки ещё впереди. (Фото 5)
Для этой работы понадобились только обычные гаражные инструменты: молоток, болгарка, дрель, ножовка по металлу, отвёртки… Если бы в наличии был сварочный аппарат, то конструкция могла бы выглядеть значительно аккуратней и крепче, но я обошёлся без сварки. Ведь эта конструкция задумывалась всего лишь как эксперимент, идея для «бюджетника» или начинающего радиолюбителя, который не готов выделить из семейного бюджета значительную сумму на своё хобби.
Расходы (главная статья любой конструкции).
1. Купил один драйвер для ШД, около 150 руб.
Можно было использовать драйвер из разобранного принтера, но я его случайно спалил во время изучения и экспериментов.
Вот, наверно, и всё… Все остальные расходы это – личное время, благо у «предпенсионера» оно есть.
На фото 6 слева для сравнения блок управления поворотки YAESU G-450A. Собственно на неё я ориентировался, когда подбирал размеры корпуса для своей поделки.
P.S. Да, если Вам попадётся исправная вилка от взрослого велосипеда, а не от детского велика (как в моём случае) – не проходите мимо! На её основе можно собрать более серьёзную конструкцию поворотки, которая выдержит нагрузку даже от небольшой КВ антенны весом до 15-20 кг.
Было бы любопытно узнать, какие подобные простейшие конструкции используете Вы в своей радиолюбительской практике. Возможно у кого то возникнут новые мысли по улучшению этого изделия или какое-то новое, неожиданное решение для выполнения данной задачи. С удовольствием прочитаю это в комментариях. Я, в свою очередь, готов поделится подробностями этого бюджетного проекта с теми, кому это интересно.
Удачи!