Малогабаритный звуковой маяк для модели ракеты

Назначение и описание работы
     Звуковой маяк предназначен для облегчения поиска модели ракеты после приземления. Однако, можно использовать звуковой маяк и во время пуска, подъёма и спуска модели ракеты. Это упростит задачу отслеживания модели ракеты ещё на этапе полёта.
     При разработке маяка нужно было решить несколько задач. Маяк должен быть небольшим по размерам, иметь малую массу, быть малопотребляющим, иметь малую цену, быть легко повторяем для неспециалистов в электронике, иметь простое управление, быть надёжным, иметь возможность к изменению и усовершенствованию в процессе наработки опыта при его эксплуатации.
     В итоге, чтобы решить все эти задачи я решил изготовить звуковой маяк на основе простейшего микроконтроллера ATtiny15L фирмы Atmel. Почему именно этот микроконтроллер? Во первых, микроконтроллеры фирмы Atmel достаточно распространены и недороги. Во вторых, этот микроконтроллер имеет небольшое количество выводов. В третьих, этот микроконтроллер имеет исполнение в корпусе DIP (обычные выводы), что позволит без труда его припаять или запрограммировать неспециалисту. В четвёртых, у данного микроконтроллера есть встроенный генератор тактовой частоты, что упрощает, удешевляет и уменьшает схему. В пятых, у данного микроконтроллера есть возможность включить внутреннюю схему сброса и контроля напряжения питания, что также упрощает и облегчает схему.
     Питание удобней всего осуществлять от миниатюрных цилиндрических батарей напряжением 9 или 12 В. Можно найти батареи, которые имеют небольшие размеры и малый вес. Каким образом сделать надёжное соединение между контактами батареи и схемой звукового маяка придётся решать самостоятельно. Например, можно купить готовый контейнер для батареи, можно аккуратно не перегревая батарею припаять к её контактам провода, либо просто прикрепить провода с помощью какого-либо клея или замотать изоляционной лентой. Лично я припаиваю провода и затем обматываю места пайки нитью залитой клеем. Выглядит это, может и не очень красиво, но имеет минимальную массу, а это очень важно для модели ракеты.
     Итак, питание включено. Работает звуковой маяк следующим образом. После включения питания маяк ожидает нажатия на кнопку установки задержки. Теперь нужно установить время в минутах до начала подачи маяком периодических звуковых сигналов. Для этого нужно нажать и удерживать кнопку. Прибавление к общему времени задержки каждой минуты будет сигнализироваться с помощью мигания светодиода. Светодиод мигает с периодичностью около одной секунды. Например, для установки задержки в три минуты нужно после включения питания маяка нажать и удерживать кнопку в течение примерно трёх секунд, при этом светодиод должен мигнуть три раза. Во время или сразу же после третьего мигания светодиода кнопку следует отпустить. Через три минуты маяк начнёт подавать периодические звуковые сигналы и будет так работать до отключения питания, либо до того момента пока батарея не разрядится. Если, например, время задержки было выставлено неправильно, то можно поступить двумя способами, в зависимости то того в сторону уменьшения или в сторону увеличения нужно изменить текущую задержку. Если задержку надо уменьшить, то нужно выключить и снова включить напряжение питания и провести процесс установки задержки заново. Если к текущей задержке нужно просто прибавить ещё минут, то питание можно не отключать, а просто нажать и удерживать кнопку ещё раз столько сколько нужно. Светодиод снова будет моргать и показывать добавляемые минуты, но момент начала отсчёта минут останется прежним - с момента первой установки задержки.

Принципиальная электрическая схема



Перечень элементов
BZ1 - НРМ14А
C1 - 0805 0,1 мкФ
C2 - D-type 220 мкФ
DA1 - TDA3664
DD1 - ATtiny15L
R1-R3 - 0805 100 Ом
SB1 - TS-A6PG-90
VD1 - 0805 KA-3020SGC
VT1 - BC817-40 (можно заменить на 2SC2712)

     Несколько пояснений относительно выбора радиоэлементов. Пьезоизлучатель выбран по соображению минимального размера и минимума дополнительных элементов, поэтому он такой, что имеет встроенный генератор звуковой частоты. Конденсатор C2 должен быть достаточно большой ёмкости для того, чтобы при кратковременном пропадании контакта с батареей питания что, например, может случиться из-за ненадёжности самого контакта или при дребезге контактов при ударе приземлившейся модели ракеты об землю, не сбросился микроконтроллер. Если микроконтроллер сбросится, то он окажется в начальном режиме работы, то есть будет ожидать установки задержки и никаких звуковых сигналов не выдаст. Резисторы имеют типоразмер 0805, но могут быть в принципе любыми. Резисторы с меньшими типоразмерами сложней паять для неспециалистов, но если вам это не будет сложно, то можете применить их.

Файл с программой для микроконтроллера:Majak.hex

Установки программирования "Fuse" битов:
CKSEL0 = 1 (не программируется)
CKSEL1 = 1 (не программируется)
RSTDISBL = 0 (программируется)
SPIEN = 0 (программируется)
BODEN = 0 (программируется)
BODLEVEL = 0 (программируется)

     Программировать нужно параллельным способом, так как нужно отключить функцию сброса (Reset) у соответствующего вывода микроконтроллера, иначе - при последовательном программировании вы при отключении функции сброса уже не сможете перепрограммировать микроконтроллер, если вам это понадобится в будущем или, если вы просто ошиблись при программировании. Если всё же вы решите программировать последовательным способом, то нужно будет во первых не программировать биты RSTDISBL и SPIEN, а также добавить в схему цепочку сброса на вывод RESET микроконтроллера, например, в простейшем варианте это может быть подтягивающий резистор на 10 кОм к напряжению +5 В и конденсатор 0,1 мкФ на общий провод, но , по моему опыту, эта схема не всегда надёжно работает и лучше применить специальную микросхему супервизора питания, например ADM803.
     Для большей объективности нужно сказать, что у данного микроконтроллера есть один недостаток, который сложно обойти неспециалисту. Есть такое понятие - калибровочный байт. Его значение должно быть равно числу, записанному в специальной области памяти недоступной из программы. Это число определяется для каждого микроконтроллера при его производстве и необходимо для точной подстройки встроенного тактового генератора на частоту 1,6 МГц. В прилагаемой программе я оставил то калибровочное число, которое было записано в моём микроконтроллере, оно равно 6Eh. В принципе, если частота встроенного тактового генератора будет отличаться от номинальной, то это не так уж и страшно. Просто каждая минута будет отсчитываться немного быстрей или медленней, а это не так уж и важно в большинстве случаев применения звукового маяка.
     Для специалистов же пишу где можно "подкрутить" калибровочное значение в файле программы. Считать его вы сможете с помощью программатора. После чего в файле программы найдите следующую сточку:
:1000100000C01895F8940EE601BF0E001BD9C
     Символы обозначенные красным цветом, это калибровочное значение, записанное в обратном порядке. После изменения значения, если только вы его не меняли в окне программы для работы с программатором, а меняли в самом файле, то не забудьте пересчитать контрольную сумму строки, которая в исходном варианте равна 9Ch и находится в её конце. Как считать контрольную сумму рассказывать здесь не буду, специалисты и так знают.

Таймер со звуковым маяком

Мной была разработана простейшая схема на PIC микроконтроллере которая выполняет функции таймера системы спасения и позволяет подавать электрический импульс с заданной задержкой на электровоспламенитель вышибного заряда. Второй функцией данной схемы является подача управляющих импульсов на устройство звукового оповещения представляющего собой пьезоизлучатель со встроенным генератором. Алгоритм работы схемы следующий. После замыкания цепи питания микроконтроллер начинает периодически запитывать пьезоизлучатель со встроенным генератором. Потребление излучателя невелико, поэтому он вполне пропитывается портом. При данной программе после 10-го звукового сигнала( по времени около 5 секунд при данной частоте кварцевого генератора) выдаётся команда на запуск воспламенителя пиропатрона длительностью около 0,5 сек. После этого схема продолжает выдавать звуковые сигналы, что позволяет легче обнаружить ракету во время и после спуска.
Здесь схема таймера, прошивка и текст программы:Timer.zip 26,9 Kb

Аппаратура для измерения ускорения