DE10017736A1 - Empfänger für den funkferngesteuerten Funktionsmodellbau mit frei wählbarer Zuordnung der Ausgangskanäle - Google Patents

Abstract

Funkfernsteuerungen zur Fernsteuerung von Funktionsmodellen bestehen in der Regel aus einem Sender, einem Empfänger und mehreren Zusatzmodulen wie Servos, Reglern o. ä. Jeder zu steuernden Funktion ist dabei sender- wie empfängerseitig ein Kanal zugeordnet. Eine frei wahlbare Zuordnung der Kanäle zu den zu steuernden Funktionen ist bislang nur durch freie Programmierung senderseitg oder durch mechanische Veränderungen empfängerseitig möglich. DOLLAR A Um eine möglichst flexible Nutzung der einzelnen Kanäle der Funkfernsteuerung zu ermöglichen, ist eine frei wählbare Zuordnung der Kanäle durch Programmierung des Empfängers wünschenswert. Dieses wird durch den Empfänger nach Anspruch 1 gelöst. DOLLAR A Bei dem beispielhaft beschriebenen Empfänger mit der Bezeichnung "Micro-Scan 4+1" können die Ausgangsknäle frei programmierbar zugeordnet werden. Die Programmierung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über einen im Empfänger integrierten Mikcoprozessor, der darüber hinaus auch noch andere Aufgaben wie die Regelung des integrierten Motorstellers und die Einstellung der Betriebsfrequenz mit übernehmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Bereich des Funktionsmodellbaus werden überwiegend Funkfernsteuerungen zur Steuerung der Modelle verwendet. Dabei können Modelle unterschiedlichster Art ferngesteuert werden. Dies sind z. B. Flugmodelle, Schiffsmodelle oder Automodelle in vielen Variationen bezüglich Ausführung und Antriebsart. Mit Hilfe einer Funkfernsteuerung lassen sich diese Modelle in Ihren Grundfunktionen wie Lenkung, Geschwindigkeit usw. steuern. Weiterhin ist in vielen Fällen eine Steuerung von Sonderfunktionen, wie Beleuchtung, Signalgeber o. ä., möglich.

Ein Funkfernsteuersystem besteht aus mehreren Komponenten. Dies ist zum Einen der Fernsteuersender, mit dem der Bediener das Modell steuert. Im Model befindet sich der Empfänger, welcher die vom Sender gesendeten Signale empfängt und aufbereitet. Am Empfänger können verschiedene Komponenten angeschlossen werden. Dies sind z. B. Stellglieder (Servos) zum stellen von Ruderklappen in Flugmodellen oder zur Betätigung der Lenkung in Automodellen. Weiterhin können Regler zum regeln von Elektromotoren oder andere Schalt- oder Dimmbausteine zur Fernsteuerung verschiedenster Funktionen angeschlossen werden. Zur Stromversorgung dient in der Regel ein am Empfänger angeschlossener Akku.

Für den funkferngesteuerten Funktionsmodellbau sind in Deutschland verschiedene Frequenzbereiche vom Gesetzgeber vorgegeben. Dies sind z. B. für den Flugmodellbau die Frequenzbereiche 35,010-35,200 MHz und 35,820-35,910 MHz. Für den Schiffs- bzw. Automodellbau sind entsprechende Frequenzen im Bereich von 27 MHz und 40 MHz vorgesehen. Um den Betrieb von mehreren Modellen gleichzeitig sicherzustellen ist ein Kanalabstand von 10 KHz zwischen den einzelnen Sendefrequenzen vorgeschrieben. Zum Wechsel der Betriebsfrequenz werden überwiegend Steckquarze verwendet; seit einiger Zeit kommen aber auch PLL-Frequenzsyntheziser zum Einsatz, welche eine komfortable Frequenzeinstellung ermöglichen.

Ein Fernsteuersender hat bis zu 12 Steuerkanäle (je nach Typ), die zu einer Impulskette zusammengefasst werden. Diese Impulskette wird zur Modulation des HF-Signals verwendet. Der Empfänger demoduliert das empfangene HF-Signal, wertet die Impulskette und stellt für die angeschlossen Komponenten verwertbare Signale an den Ausgängen zur Verfügung. Dabei wird bisher jedem Steuerkanal des Senders ein Ausgangskanal des Empfängers zugeordnet. D. h. das z. B. Steuerkanal 1 des Senders der Ausgangskanal 1 des Empfängers, Steuerkanal 2 des Senders der Ausgangskanal 2 des Empfängers, usw. zugeordnet wird. Diese Abhängigkeit ist bei bisherigen Fernsteuerempfängern ohne mechanische Veränderungen nicht veränderbar. Eine Änderung des Zusammenhangs zwischen Steuerkanal und Ausgangskanal ist bisher nur senderseitig bei hochwertigen und damit teuren Fersteuersendern möglich.

In vielen Fällen ist das bisherige System ausreichend. Probleme treten dann auf, wenn in dem Empfänger Zusatzfunktionen, wie z. B. ein Regler zum regeln von Elektromotoren integriert sind. Diese Zusatzfunktion muß einem Steuerkanal des Senders zugeordnet werden. Da diese Zuordnung von der Anwendung und von der Steuerkanalbelegung des Senders abhängig ist, ist es sinnvoll dies Programmierbar zu gestalten.

Weiterhin ist es bei bisherigen Empfängern nicht möglich, z. B. bei einem Empfänger mit 4 Ausgangskanälen andere als die ersten 4 Steuerkanäle des Senders Zuzuordnen. Eine frei programmierbare Zuordnung währe wünschenswert, wenn z. B. zur Steuerung eines Flugmodells die Steuerkanäle 1, 2, 3 und 6 des Senders benötigt werden und der vorhandene Empfänger nur 4 Ausgangskanäle besitzt und somit nach heutigem Stand der Technik die Steuerkanäle 1-4 des Senders den Ausgangskanälen 1-4 des Empfängers zuordnet.

Die Lösung dieser Probleme wird durch ein Empfänger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Zur Realisierung dieser Erfindung ist der Einsatz eines im Empfänger integrierten Microprozessors sinnvoll, welcher die demodulierte Impulskette des Senders aufbereitet und die entsprechenden Signale den Ausgängen des Empfängers zur Verfügung stellt. Weiterhin sollte ein nichtflüchtiger Speicher (EEProm) enthalten sein, um die vom Benutzer vorgenommenen Einstellungen zu speichern. Die Programmierung kann auf unterschiedliche Art erfolgen.

Bei einem Empfänger mit integrierter Zusatzfunktion kann die entsprechende Zuordnung anhand der Stellung der Steuerkanäle am Sender erkannt werden, und die folgende Programmierung automatisch erfolgen (siehe Beispiel unter B). Wenn eine freie Zuordnung von mehreren Kanälen erwünscht ist, ist eine Schnittstelle zu einem Programmiergerät sinnvoll. Dies kann z. B. ein PC sein, welcher mittels einer speziellen Software eine komfortable Programmierung des Empfängers ermöglicht.

Der Vorteil von Empfängern mit den Merkmalen nach Anspruch 1 ist die freie Zuordnung von Steuerkanal des Senders zu Ausgangskanal des Empfängers. Damit kann der Empfänger den Bedürfnissen des Benutzers und den Anforderungen verschiedener Sender entsprechend individuell programmiert werden, was bei bisherigen Systemen in diesem Maße bisher nicht möglich war. Weiterhin sind jetzt Empfänger mit integrierten Sonderfunktionen realisierbar, die sich problemlos den Sendern verschiedener Hersteller anpassen lassen. Durch die Verwendung eines Microprozessors entfallen mechanische Lösungen des Problems, wie z. B. Steckbrücken oder Schalter, was die Anzahl von möglichen Fehlerquellen minimiert.

Die Ausführung der Erfindung soll Anhand des Produkts "Micro-Scan 4+1" erläutert werden. Hierbei handelt es sich um einen Empfänger mit integriertem Regler zum Betrieb von Elektromotoren. Des weiteren dient zur Frequenzeinstellung ein PLL- Frequenzsynthesizer. In diesem Fall kann die integrierte Reglerfunktion vom Benutzer einem frei wählbarem Steuerkanal des Senders zugeordnet werden, wobei die Zuordnung der restlichen Kanäle in diesem Beispiel automatisch erfolgt. Eine umfangreichere Möglichkeit der Programmierung (vollständige freie Zuordnung von Steuerkanal zu Ausgangskanal) ist z. B. durch Anschluß eines Programmiergerätes realisierbar.

Eine mögliche Anschlußbelegung am Beispiel des Micro-Scan 4+1 zeigt Fig. 1.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels wird im Folgenden erläutert:
Die Betriebsfrequenz kann per Steckquarz oder wie in diesem Beispiel mit Hilfe eines hochpräzisen PLL-Bausteins eingestellt werden. In der PLL-Ausführung arbeitet der Empfänger auf der optimalen Frequenz, und ein Steckquarz wird nicht mehr benötigt. Die Frequenz kann dann auf Wunsch eingescannt und in einem nichtflüchtigen Speicher (EEPROM) gespeichert werden. Der Inhalt des Speichers sollte sinnvollerweise solange erhalten (auch wenn kein Akku angeschlossen ist) bis der Empfänger erneut in den Programmiermodus gebracht wird und einen neuen Kanal einscannt.

Im genannten Ausführungsbeispiel ist ein vollständiger mikroprozessor gesteuerter Regler für Slowfly-Antriebe integriert. D. h. ein angeschlossener Motor kann stufenlos geregelt werden. Weiterhin enthält der Regler eine EMK-Bremse, welche den Motor zuverlässig bremst. Die Bremsfunktion kann bei Bedarf deaktiviert werden.

Da der senderseitige Kanal für die Motorsteuerung bei den unterschiedlichen verwendeten Sendern verschieden sein kann (z. B. Sender A = < Motorsteuerung Kanal 1 oder Sender B = < Motorsteuerung Kanal 3) ist in dem Ausführungsbeispiel eine automatische Reglerkanalerkennung integriert. D. h. der Empfänger erkennt anhand der Steuerknüppel-Stellung welcher Kanal zur Motorsteuerung verwendet werden soll und ordnet die Ausgangskanalbelegung des Empfängers automatisch zu.

Das Ausführungsbeispiel enthält ein leistungsfähiges BEC-System zur Stromversorgung des integrierten Empfängers und der angeschlossenen Servos. Es können bis zu 4 Microservos angeschlossen werden. Die Stromversorgung des integrierten Empfängers wird zusätzlich auf 3,3 V stabilisiert, so daß eventuelle Spannungseinbrüche keinen Einfluß auf die Empfangsqualität haben.

Der Reglerteil des Ausführungsbeispiels enthält eine Überstromabschaltung, welche den Motor abschaltet falls die Stromaufnahme einen bestimmten Wert überschreitet. Dies kann z. B. ein nach einer unsanften Landung blockierter Motor sein. Weiterhin ist in dem Regler eine Unterspannungserkennung integriert, die den Motor bei leer werdendem Akku rechtzeitig abschaltet, um eine ausreichende Stromversorgung des integriertem Empfängers und der angeschlossenen Servos gewährleistet. Bei Überlastung des integrierten Reglers und der damit einhergehenden Erwärmung des selben greift die Temperaturüberwachung und schaltet den Motor ebenfalls ab, um den Regler vor dem Hitzetod zu retten. Alle Abschaltungen können zurückgesetzt werden, in dem die Bremse betätigt wird. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Empfänger durch einen sehr leistungsfähigen und schnellen RISC-Prozessor überwacht und gesteuert. Der Mikroprozessor selbst wird wiederum mit einem speziellen Baustein überwacht, der im Fehlerfall einen Reset ausführt, ohne daß dies den Empfang stören würde.

Eine Rauschunterdrückung (Squelch) unterdrückt unerwünschte Störsignale die bei geringem Empfangssignal oder ausgeschaltetem Sender auftreten können. Es wird verhindert, daß die Servos unkontrolliert zittern oder ein E-Regler den Motor einschaltet.

Durch eine automatische Empfindlichkeitsregelung wird eine mögliche Übersteuerung der Empfangsstufe wirkungsvoll unterdrückt. Dadurch sind Störungen im Nahbereich von anderen Fernsteuersendern nahezu ausgeschlossen.

Der Motor wird per Steckverbindung, Lötung o. ä. mit dem Empfänger verbunden. Der Akku zur Stromversorgung des Empfängers und ggf. weiterer Geräte wird ebenfalls direkt oder indirekt mit dem Empfänger verbunden.

An den Empfänger können verschiedene, im Ausführungsbeispiel bis zu 4 weitere Bausteine wie z. B. Servos angeschlossen werden. Eine sinnvolle Platzierung verschiedener Komponenten in ein zu fernsteuernden Modell zeigt Fig. 2.

Zur Programmierung des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels wird zuerst der Sender eingeschaltet und dann der Empfänger durch Anstecken des Akkus in Betrieb genommen. Wenn die Sendefrequenz mit der gespeicherten Betriebsfrequenz des Empfängers übereinstimmt, arbeitet dieser im normalen Betriebsmodus, d. h. alle vorher eingelernten und gespeicherten Werte für Regler und Empfänger werden übernommen und der Empfänger arbeitet wie ein herkömmlicher Empfänger mit angeschlossenem Regler.

Um in den Programmiermodus zu gelangen wird der hier beispielhaft beschriebene Empfänger in Betrieb genommen bevor der Sender eingeschaltet wird. Bevor mit der Programmierung begonnen wird werden am Sender folgende Einstellungen vorgenommen:
Die Funktion, auf die der Regler oder ein oder mehrere bestimmte Kanäle gelegt werden sollen, werden senderseitig in eine oder mehrere bestimmte Positionen gebracht, die vom Empfänger entsprechend erkannt werden können. Weitere Funktionen, die z. B. andere Kanäle belegen werden z. B. in Mittelstellung gebracht. Im Ausführungsbeispiel erkennt der Empfänger den Kanal als Reglerkanal, der sich außerhalb der Mittelstellung befindet. Die Erkennung einzelner Programmierschritte kann dem Bediener durch Signalgabe z. B. optischer oder akustischer Art angezeigt werden.

Fig. 3 beschreibt den Ablauf der Programmierung für das hier dargestellte Ausführungsbeispiel:
Nach Einschalten des Empfängers piepst der Motor kurz und die gespeicherte Betriebsfrequenz wird geladen. Der Empfänger mißt die Feldstärke. Bei Erkennen einer ausreichenden Feldstärke wird der normale Betriebsmodus gewählt. Nach ca. 30 sek. ohne ausreichende Feldstärke wird in den Programmiermodus umgeschaltet. Durch andauerndes Piepsen (10 sek.) wird nun angezeigt, daß der Sender eingeschaltet werden soll, um die Betriebsfrequenz einzulernen. Anschließend wird durch kurzes aufeinanderfolgendes Piepsen wird angezeigt, daß mit dem Einlernen der Betriebsfrequenz begonnen wird. Wenn das kurz aufeinanderfolgende Motorpiepsen aufhört, startet der Empfänger die Reglerkanalerkennung.

Die erfolgreiche Reglerkanalerkennung und die Erkennung der Stopposition wird durch mehrmaliges länger andauerndes Motorpiepsen angezeigt, wobei im Ausführungsbeispiel die Anzahl der Motorpiepser mit dem ermittelten Kanal übereinstimmt. (z. B. 3mal Piepsen = < Reglerkanal = Senderkanal 3).

Der Steuerweg der eingelernten Funktion wird im Ausführungsbeispiel für die Reglerfunktion dadurch programmiert, dass innerhalb der nächsten 10 sek. Die Reglerfunktion am Sender in "Motor-Vollgas"-Position (bzw. "Motor-AUS"-Position) gebracht wird. Die erfolgreiche Programmierung wird im Ausführungsbeispiel durch erneutes mehrmaliges Piepsen angezeigt. Alle programmierten Werte werden im EEPROM gespeichert und der Empfänger schaltet in den normalen Betriebsmodus um.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen beispielhaft einige mögliche frei programmierbare Zuordnungen von Sender- zu Empfängerkanälen für das Ausführungsbeispiel:
Die Servoausgänge des Empfängers werden automatisch den Senderkanälen in Abhängigkeit vom Reglerkanal zugeordnet. Dabei wird der Reglerkanal ausgeblendet und ein zusätzlicher Kanal eingefügt.

D. h.: Wenn als Reglerkanal Kanal 3 ermittelt wurde, wird Kanal 5 des Senders am Servoausgang 3 des Micro-Scan 4+1 weitergegeben. Der Micro-Scan 4+1 beinhaltet also einen 5 Kanal-Empfänger, bei dem 4 Kanäle herausgeführt werden und einer als Reglerkanal benutzt wird.

Die Vorteile der beschriebenen Erfindung liegen darin, dass der Empfänger individuell den Anfordernissen bei der Kanalbelegung angepasst werden kann.

Insbesondere bei der Integration von Zusatzfunktionen wie z. B. der Reglerfunktion im Ausführungsbeispiel ist eine solche Zuordnung erforderlich, wenn diese Funktion senderseitig von einem bestimmten Kanal gesteuert werden soll. Bei der hier beschriebenen Erfindung ist eine Zuordnung über den Sender nicht erforderlich, da diese Zuordnung im Empfänger erfolgt. Damit können auch einfache, nicht frei programmierbare Sender individuell genutzt werden. Zudem ist diese Lösung im Vergleich zu einem frei programmierbaren Sender sehr kostengünstig.

Claims (7)

1. Empfänger für den funkferngesteuerten Funktionsmodellbau dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Ausgangskanäle des Empfängers den vom Sender übermittelten Steuerkanälen individuell durch freie Programmierung des Empfängers zugeordnet werden können.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine freie Programmierung ohne mechanische Veränderungen möglich ist.

3. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Schalt-, Regel- oder Dimmerfunktionen integriert sind.

4. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Stellglieder, wie z. B. Servos integriert sind.

5. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zur Funkfernsteuerung von Funktionen für industrielle Anwendungen oder in Konsumgütern verwendet wird.

6. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Betriebsfrequenz Steckquarze verwendet werden.

7. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung der Betriebsfrequenz mittels PLL-Synthesizer erfolgt.