Ya comenté que la codificación analógica PPM utilizada en muchos equipos de radiocontrol, presenta en su versión más común, que es la de polaridad invertida, una serie de impulsos de duración variable, de entre 1 y 2 milisegundos (mS), separados por espacios de duración fija de 0,4 mS, todo ello formando una serie con tantos impulsos como canales tenga el radiocontrol. Dicha serie se cierra con un impulso mucho más largo que los demás (normalmente sobre los 10 mS llamado "Impulso de Sincronismo", cuya misión es de marca que nos indica que el siguiente impulso normal de 1-2 mS. será el primero de la serie, es decir, que corresponderá al canal Nº 1.
Secuencia de impulsos PPM, observar las tres duraciones distintas del impulso correspondiente al canal 2
En una emisora de radiocontrol la duración concreta de los impulsos "normales" dependerá de la posición que adopten los sticks o diversos interruptores, como los que controlan los flaps u otras funciones auxiliares. La secuencia de impulsos la crea el circuito codificador de la emisora y lo envía al módulo de transmisión, o de radiofrecuencia, como se denomina actualmente en el argot aeromodelístico (y como se ha denominado siempre en electrónica). Por su parte, el receptor captará esta señal de radio y tras detectarla y amplificarla la pasará a un decodificador, cuya misión es la de separar los impulsos modulados en duración y enviarlos a sus respectivas salidas hacia los servos, así el impulso Nº 1 aparecerá en el conector Nº 1 donde normalmente conectaremos el servo de alerones, el Nº 2 irá al conector Nº 2, donde conectamos el servo de profundidad, etc. Naturalmente, cuando nosotros movamos alguno de estos dos sticks en la emisora, cambiará la duración del impulso concreto en la salida del receptor, con lo cual el servo (cuyo circuito interno está preparado para responder a esta duración) se moverá hacia uno u otro lado de forma proporcional, siguiendo el cambio del stick.
Diagrama de bloques de un sistema de codificación analógica PPM para control remoto
Mi circuito agregador de canales se basa en un integrado tipo CMOS contador de décadas muy popular en el diseño electrónico desde hace más de 30 años y conocido como el 4017. Este integrado tiene diez salidas, numeradas de Q0 a Q9, de las que sólo una de ellas está en un momento determinado a nivel alto de tensión, mientras que las demás permanecen a cero. A la vez tiene una entrada llamada CLOCK (que a veces se reume como CLK) y que es la entrada de impulsos de "reloj", es decir, de los impulsos que el integrado va a contar. Tiene también una entrada denominada RESET, o puesta a cero del contador, que si colocamos a nivel alto, aunque sólo sea por un breve momento, hará que se active la primera salida, la Q0 y se ponga a cero cualquier otra que estuviera activada previamente. El 4017 tiene otras entradas como la DISABLE, que debee star puesta cero para que el contador esté activo, y salidas como la CARRY OUT que, en caso de querer contar más de 10 llevaría e "llevamos una" al siguiente contador, función que en este caso no vamos a utilizar.
Tras esta breve introducción echemos una ojeada al circuito definitivo de mi "Agregador de Canales". En primer lugar, para realizar cualquier función en que intervenga el contador, éste ha de estar sincronizado con la secuencia PPM generada inicialmente por el codificador de la emisora. Para sincronizarlo debemos detectar el impulso largo de sincronismo y poner a cero el contador. Acción que se realiza con el "Detector de Sincronismo" mostrado en la parte superior izquierda del esquema y formado por el diodo D1, la resistencia de 56K, el condensador de 150 nF y dos puertas NAND del 4093 con sus dos entradas unidas y puestas en serie.
Esquema definitivo de mi "Agregador de Canales", que convierte una radio de 4 en una de 8
En un mensaje anterior ya expliqué como funcionaba este detector: la resistencia de 56K y el condensador de 150 nF forman un filtro paso bajo, que a partir de la señal PPM crea una señal en forma de secuencia de dientes de sierra, cuya amplitud resulta ser casi proporcional a su duración. Los impulsos normales de entre 1 y 2 mS apenas generarán dientes de sierra de 1 ó 1,5 Volts, insuficientes para activar la estrada de la primera puerta NAND, cuyo umbral de entrada está establecido a algo más de 3 Volts por tener la característica Schmitt-Trigger. Pero el impulso de sincronismo sí superará este punto a los 6 ó 7 mS, generándose en la salida de la segunda NAND un impulso positivo que se conduce hasta la pata RESET del contador 4017, con lo cual éste realizará una puesta a cero (activándose Q0). La función del diodo D1 es solamente la de descarga del condensador a cada final de impulso, y así evitar que vaya acumulando un valor medio de tensión al recibir los impulsos en cadena, lo cual falsearía su función.
La señal PPM pasa a su vez a través del diodo D2 y la resistencia de 2,7K y alcanza la entrada CLOCK del integrado, con lo cual, cuando éste reciba el impulso correspondiente al canal Nº 1, lo "contará", pondrá a cero la Q0 y a uno (o nivel alto de tensión, que es lo mismo) la salida Q1. Y lo mismo ocurrirá con el segundo impulso PPM, en tercero y el cuarto. Aquí no cambia nada y la misma secuencia PPM de entrada aparecerá en la salida PPM a través de un pequeño amplificador de dos transistores BC548, situado en la parte izquierda-central del esquema.
Decíamos que el circuito no efectúa ningún cambio en la secuencia PPM mientras estén llegando los canales 1, 2, 3 y 4, pero en el instante en que llegue el canal 5 (recordemos que este radiocontrol de 4 canales emite además dos extraños canales 5 y 6 que no efectúan ninguna función concreta), y activarse por lo tanto la salida Q5 a nivel alto, la tensión de 5 Volts pasará a través del diodo D4 y se sumará a la señal PPM de entrada, anulando los impulsos de separación y por tanto nuevas entradas de impulso al CLOCK del propio contador, con lo cual (en teoría) dejaría de contar y la señal PPM desaparecería de la salida confundiéndose con un "Impulso de Sincronismo" virtualmente infinito.
...Está claro que aquí hace falta algo para continuar. Pues bien, regresad al circuito y observad que viniendo del integrado y junto al diodo D4 hay una conexión que baja y va a una resistencia de 12K más otra de 20K puesta en serie y acabando con un condensador de 39 nF. Este conjunto forma un temporizador que establecerá el tiempo del impulso del 5º canal que queremos añadir, y los valores están calculados para que ajustando la resistencia variable al mínimo dicho impulso dure 1 mS, con el interruptor cerrado la resistencia total será de 12K y la duración del impulso generado 1,5 mS. y con el interruptor abierto la resistencia total será de 32K y el impulso durará 2 mS.
Veréis que el canal 5 y el 7 tienen interruptores y por lo tanto actúan a "todo o nada", con lo cual el servo se moverá de un extremos a otro, sin adoptar giros intermedios. Los canales 6 y 8, en cambio, tiene una resistencia variable en forma de potenciómetro que permitirá según la posición de su mando, que los servos conectados a estos canales puedan aportar cualquier grado de giro entre ambos extremos.
El funcionamiento de este sistema es simple. Cuando la salida Q1 del integrado se ha activado, su valor ha pasado de cero voltios a 5, en este momento el condensador de 39 nF comienza a cargarse y a subir la tensión en sus bornes. Dicha tensión, a través del diodo D13, ataca la entrada Schmitt-Trigger de otra puerta NAND, y cuando este valor supera un poco los 3 Volts, activa dicha puerta, que forma parte de un tipo de circuito llamado monoestable, cuya característica es emitir un impulso de duración fijada por los valores de una resistencia y un condensador (en este caso de 47K y 10 nF). Estos valores establecen más o menos que el impulso de salida será de 0,4 mS, que es el tiempo entre los impulsos PPM originales de entrada, tiempo que yo había medido previamente con el osciloscopio.
A igual que ocurría con el detector de sincronismo, el diodo D9 que puentea las resistencias pero en sentido inverso a la corriente, es solamente para facilitar la descarga del condensador y que no acumule restos de tensión del ciclo anterior, lo cual falsearía el tiempo de las siguientes respuestas.
Detalle del detector de sincronismo, del amplificador de salida y de los temporizadores con el monoestable del impulso de separación
La salida de dicho impulso positivo ataca la base de un BC-548 a través de una resistencia de 10K, lo cual hace que la tensión en el colector del transistor caiga a casi cero por espacio de 0,4 mS, creando de hecho un impulso de separación de casi 0 Volts que establece el final de nuestro impulso PPM del canal Nº 5 (el nuevo que hemos añadido) y a la vez obliga al integrado contador 4017 a sumar uno más, con lo cual pone la salida Q5 a cero pero sube la Q6, en la cual se repite el ciclo a través de su propio temporizador, a igual que ocurrirá con la Q7 y la Q8.
Cuando finaliza el impulso del canal 8, el temporizador baja la salida Q8 y activa la Q9, la cual no afecta para nada porque no está conectada al resto del circuito, entonces, en el punto en donde se suman los canales originales y los añadidos, se mantendrá el valor alto (casi 5 Volts) del impulso de sincronismo de la señal PPM original, hasta que ésta acabe y comience un nuevo ciclo de canales con el Nº 1.
La consecuencia será que a la señal PPM original se le habrán anulado los dos canales fantasma 5 y 6, y añadido cuatro nuevos canales operativos 5, 6, 7 y 8, cuya duración será de 1 ó 2 mS dependiendo si el interruptor está cerrado o abierto, o bien proporcional a la posición de los mandos de los potenciómetros de los temporizadores.
Y poco más puedo decir sobre este tema, solamente añadir que estoy pensando en una pequeña variación de este circuito que nos daría un codificador PPM de 8-9 canales completo, que no necesitaría de ninguna otra placa para funcionar y podría comandar directamente un módulo de radiofrecuencia estandar. Así como otro circuito aún más sencillo, también basado en el integrado contador 4017, que actuaría de decodificador de 8-9 canales en conjunción con un módulo receptor estandar. Ambos circuitos creo que pueden ser de utilidad para cualquiera que le guste el cacharreo electrónico en aeromodelismo o en transmisión de datos analógicos mediante el sistema PPM, y por ello me gustaría construirlos y publicarlos en breve.
Un saludo a todos