No me ha dado tiempo a acabarlo
Cómo funciona un equipo de R.C.
By Fuco.
Supongo que el que se interese en este artículo tiene algunos conocimientos de electrónica, porque si no, se va a liar un poco. De todas formas, las explicaciones intentan ser lo mas claras posible.
EL TRANSMISOR
La codificación, PWM, PPM, PCM.
La modulación, AM y FM.
La señal en el aire, interferencias.
El receptor, o como darle la vuelta a la tortilla.
Los servos, nuestras manos a distancia.
La idea del radiocontrol es pilotar un avión, coche o barco, sin estar metido dentro, y sin partirnos la crisma si cometemos un error. (También es posible que te caiga el modelo en la cabeza, pero normalmente cuando te la das, el dolor es en el pecho, justo a la altura del bolsillo de la cartera) Necesitamos por tanto dos cosas, poder controlar el modelo sin cables ni nada por el estilo, y que los movimientos que nosotros efectuamos en los controles se reproduzcan fielmente en el cacharro. Lo primero se consigue con nuestra muy amada radiofrecuencia (ondas de radio para los profanos) y lo segundo con los sistemas "digitales-proporcionales".
Veamos el aspecto técnico:
El transmisor es el encargado de identificar los movimientos que efectuamos sobre los mandos, codificar esa información y mandarla al aire. Básicamente se compone de los bloques que veis en la figura 1. El mando o estick mueve un potenciómetro que está sometido a una tensión de referencia fija e independiente de la carga de las baterías. De esta manera, en el cursor del potenciometro obtendremos una tensión que varía desde 0 V. hasta la de referencia según la posición del stick. Esto es lo que se llama una señal analógica, la información es el valor de la tensión. Pero esta señal analógica no es la mas adecuada para transmitir la información de varios canales, por eso se codifica en una señal digital. Despues del potenciómetro se coloca el conmutador de inversión que varía la polaridad de la señal.
La codificación. Todas las señales de todos los canales llegan simultaneamente al codificador, que es uno de los elementos fundamentales del equipo, y condiciona en gran parte su calidad. La misión del codificador es doble, por un lado tranforma la señal analógica en pulsos modulados (ya veremos que es esto), y`por el otro va alternanado las señales de todos los canales en una sola linea, es decir, codifica y transmite la señal del canal 1, despues la del 2, etc. hasta haber transmitido todos los canales para volver a empezar. Esto es lo que se llama seriar la información, varios datos circulan por un solo cable en fila india y bien ordenaditos.
En cuanto a la codificación, esto ya tiene mas tela. Los primeros equipos de radiocontrol proporcional que aparecieron fueron los PWM, que traducido quiere decir modulación por ancho de pulso. En estos equipos el codificador actua de la siguiente forma: lee la tensión que proporciona el canal 1 y genera un pulso de duración variable (ver figura 2). Si el potenciómetro está todo abajo, el pulso dura 1 ms. , si está en el centro, la duaración es de 1.5 ms. y si está todo arriba, lógicamente el pulso es de 2 ms. A continuación hace lo propio con el canal 2 y sucesivos, y repite la secuencia cada 20 ms. Los sistemas PWM no se fabrican actualmente ya que son mas sensibles a las interferencias que los PPM y no ofrecen ninguna ventaja respecto a estos.
El siguiente sistema en aparecer fué el sistema PPM (modulación por posición del pulso) que funcionan de forma similar. Aquí no se mide la duración del pulso, ya que todos los pulsos duran lo mismo, 0.5 ms., sino el tiempo que transcurre entre el comienzo del pulso de un canal y el siguiente, (ver figura 2) lo que elctrónicamente es mas fiable y resistente a las interferencias, y no resulta mas caro. Los tiempos son similares, 2 ms. para un extremo, 1 ms. para el contrario y 1.5 ms. para posición neutra.
Tanto en los PWM como en los PPM esta función la ´realiza un único chip, que a demás, suele incorporar 7 u 8 canales de fábrica, aúnque después el equipo R.C. solo tenga cuatro o cinco. Si, has leido bien, tu emisora de 4 ch. puede tener más fácilmente, mira en mi artículo
Finalmente han aparecido esas maravillas que son los equipos PCM, (modulación por código de pulsos) aquí el codificador consta de un multiplexor, que secuencia las señales de los canales, y de un conversor analógico-digital , así, cada canal produce un número de bits en código binario, igual que los datos de un ordenador. El número de bits depende de la resolución del convertidor, y determina la longitud de palabra, cuanto mayor es la palabra, mas calidad. Finalmente, la información es recogidaa por un microprocesador que la transmite a través de una salida serie muy similar a la del modem de nuestro PC. O sea, en la figura 1, el bloque codificador correspondiente a un PCM sería un pequeño ordenador.
A diferencia de los sistemas anteriores que podían tomar cualquier valor intermedio entre el máximo y el mínimo, y por tanto su resolución es infinita en teoría, los sistemas PCM solo pueden dar un número maximo de posiciones en función de la longitud de palabra, así, para una palabra de 10 bits, su número máximo de posiciones es de 1024, claro que si dividimos los 90º que gira un servo entre 1024 posiciones, nos da un valor tan pequeño que ni siquiera podremos apreciar esa fracción. Los equipos PCM ofrecen la gran ventaja de la incorporación de los microprocesadores, que solo pueden trabajar con datos en este formato, pero que permiten operar y memorizar cualquier función de mezcla, inversión, trimado, etc... y simplemente por medio de unos pocos botones y una pantalla de cristal líquido. Vamos, como quien pone en hora un CASIO. A demás, los aparatos PCM ofrecen una alta inmunidad a interferencias.
La modulación La señal seriada y codoficada, sea PWM, PPM, o PCM, no es válida para ser emitida al aire, es necesario montar esa información en un vehiculo adecuado que llamamos onda portadora o simplemente portadora. La portadora se genera en el módulo de radiofrecuencia del equipo por medio del famoso cristal de cuarzo, y es una onda sinusoidal constante de la frecuencia que indica el cristal, de ahí que baste con cambiar este para cambiar el canal. Prácticamente todos los equipos actuales traen el cristal accesible para poder cambiarlo rápidamente si en el campo de vuelo hay alguien con nuestro mismo canal.
Otra parte importante del equipo es el modulador, que mezcla la información codificada con la señal de portadora, variando (modulando) las características de esta última. Existen dos tipos de modulación, AM y FM.
La modulación por el sistema de AM, modulación en amplitud, consiste en variar la tensión de pico de la portadora el tiempo que dura el pulso, volviendo a su amplitud normal en ausencia de pulso.(Ver figura 3) Este método es muy sencillo de realizar con componentes electrónicos, pero se está abandonando y solo se emplea en los equipos más económicos. El caso es que las interferencias pueden variar fácilmente la amplitud de la portadora sumandose a esta en la antena del receptor y engañandolo. No quiero decir que esto sea frecuente en los sitemas AM y que si tienes uno lo tires, solamente que es una tecnología mas sencilla y algo menos fiable.
Los transmisores de FM, modulación en frecuencia, varían ligeramente la frecuencia de la portadora mientras dura el pulso, no importando en este caso la amplitud.(figura 3) El modulador es más complicado de diseñar y fabricar, por eso estos equipos son algo más caros, pero la fiabilidad aumenta ya que las interferencias raramente pueden afectar a la frecuencia hasta que prácticamente se pierda la señal.
Lógicamente el método de modulación es independiente del de codificación, pero si tenemos en cuenta que los equipos PCM son de alta tecnología (y alto precio), tener por seguro que no se fabrican en AM.
La señal que sale del modulador es de pequeña amplitud, por lo que es amplificada por un transistor de poténcia, etapa que no he representado en el dibujo, y entregada a la antena. Esta es la encargada de que esa señal se propague por el aire, y tiene mucha importancia. 1º, nunca debemos encender el transmisor con la antena sin desplegar o rota, ya que esta viene ajustada de fábrica a la longitud de onda del equipo. Una antena con una longitud inadecuada produce ondas estacionarias, esto quiere decir que parte de la energía producida por el transistor de poténcia no sale al aire, sino que vuelve rebotada, produciendo una transmisión deficiente y un calentamiento innecesario de dicho transistor (podría quemarse). Otra cosa, la antena no "dispara" la señal por la punta, sino que la radia por toda su longitud. La manera mas adecuada de pilotar aviones es con la antena paralela al suelo (ver figura 4).
En cuanto a las interferencias, las hay de muchas clases, pero casi todas son debidas al hombre. Realmente uno de los mayores productores de ondas elctromagnéticas de todo tipo es el rayo, pero no creo que ningún aeromodelista medianamente cuerdo salga a volar en medio de una tormenta. Bien, por un lado tenemos las transmisiones de todo tipo. Cualquier aparato fabricado por el hombre y que emplee radiofrcuencia, trabaja en teoría en un canal fijo, pero por muy bien diseñado y fabricado que esté, siempre produce espureas y armónicos. las ondas espureas son interferencias que meten los transmisores en los canales próximos al suyo, mientras que los armónicos son interferencias que producen en frecuencias múltiplo de la principal. Así, si un compañero y tú teneis canales próximos entre sí, os podeis meter interferencias mutuas por espureas. También, si, por ejemplo, tienes un cristal de 36 Mhz, una emisora de radioaficcionado de 12 Mhz puede producirte interferencias por armónicos, ya que 12 x 3 = 36 (tercer armónico).
Por tanto, lo primero y principal, nunca encender la emisora en el campo de vuelo sin haber comprobado als frecuencias de los demás, esta es la causa de muchos accidentes. Tener cuidado si hay cerca repetidores de TV, telefonía móvil, emisoras de radioaficcionado y en general, casas o instalaciones con antenas que parezcan raritas. Todos estos aparatos deben cumplir unas normas de limitación de espureas y armónicos, pero la supresión total es imposible, por lo que puede afectar si el avión se acerca mucho a sus antenas, o las nuestras (tanto de emisor como de receptor) no están en buenas condiciones.
Otra fuente importante de interferencias son los tendidos eléctricos, mas si son de alta tensión. Estos tendidos funcionan como enormes antenas, y a pesar de que trabajan a 50 Hz., generan ondas en todo el espectro de radiofrecuencia. Como curiosidad, puedes contar los embudos de cristal que aislan los cables de la torre, al multiplicarlos por 5000 V obtienes aproximadamente la tensión de la linea, a más tensión, más interferencias. Ojito al hacer filigranas pasando cerca de los cables. Nuevamente decir que un buen equipo, en perfecto estado y con las baterías cargadas responde perfectamente ante estas interferencias, pero siempre existe el peligro de perder el control.
El receptor es el encargado de deshacer todo el trabajo que realiza el emisor. El primer paso es por tanto eliminar la onda portadora y quedarnos solo con la información. Esta operación se llama detección en los aparatos de AM, y discriminación en los de FM. Evidentemente, no podemos utilizar receptores que utilizen un sistema de modulación diferente al de la emisora, pero ambos sistemas tienen algo en común, el receptor lleva también un oscilador con un cristal de cuarzo que le sirve para producir una portadora que será restada a la que se recibe en la antena. En el receptor también se puede cambiar el cristal facilmente.
Unas cuantas aclaraciones: En principio, los cristales de emisor y receptor para el mismo canal son iguales, (a diferencia de las emisoras de radioaficcionado) sin embargo, los fabricantes los marcan con TX para el transmisor y RX para el receptor. Yo tengo una Sanwa de 4 Ch, trucada a 6, y se pueden cambiar, supongo que en las demás marcas también; Al igual que los transmisores, los receptores no son intercambiables entre los sistemas PWM, PPM, y PCM, sin embargo, estos últimos, al ser mas caros y sofisticados, suelen fabricarse con los dos sistemas actuales. Esto quiere decir que el microprocesador del transmisor es capaz de mandar la información al modulador en formato PPM ó PCM simplemente pulsando un botón, de esta manera, si te pasas de una emisora PPM a una PCM, no tendrás que desmontar el receptor de tu modelo.
Bueno, estabamos con el receptor. Una vez eliminada la portadora, el siguiente paso es separar los canales, cosa que se hace con un demultiplexor. El próximo paso es decodificar la señal, pero, sorpresa, este paso no se hace en el receptor. Cuando se creó el sistema PWM, los ingenieros pensaron, con razón, que los motores de los servos podrían perturbar la señal analógica que mandara el receptor, por lo que decidieron que la señal llegara codificada al servo e incorporar en este el decodificador. Esto aumenta la fiabilidad del equipo, pero eleva el precio de los servos, que son las parter de radiocontrol mas expuestas a desgaste y roturas, y nos complica un poco la vida a los electrónicos caseros. 
Con la aparición de los PPM, los fabricantes decidieron, con buen criterio, mantener la compatibilidad. (Señor Bill Gates, a ver si tomamos nota) De esta manera, los receptores PPM entregan a los servos una señal codificada por ancho de pulso, evitando que todos los aficcionados que cambiasen de sistema tubieran que tirar los servos. Esto implica que precisen un conversor en vez de un demultiplexor. Este es un chip, del mismo fabricante que los codificadores de los transmisores, y totalmente compatible en cuanto a tiempos. Esto no quiere decir que los receptores PPM no sean intercambiables entre marcas, pero tampoco se puede afirmar que el funcionamiento sea el correcto. Habría que probar marca por marca. Por supuesto, los modernos PCM no llevan ni demultiplexor ni conversor, sino un pequeño microprocesador que lee e interpreta los códigos binarios recibidos. Eso si, a los servos sigue llegando señal en PWM.
Los servos son los actuadores que mueven al modelo. Su electrónica es básicamente igual para todos, y consta de un decodificador que produce la señal analógica, de un comparador que determina la posición del eje del servo y la compara con la señal recibida, y una etapa de poténcia que hace girar el motor en un sentido o en el otro. A pesar de la compatibilidad entre marcas, los señores fabricantes no nos facilitan la tarea y cada uno tiene sus conectores propios. Los servos Futaba funcionan con receptores Sanwa, pero no los puedes enchufar, la clavija no entra, pero si eres un poco manitas , se pueden hacer adaptadores. Para más información mira aquí
Las partes mecánicas son un pequeño motor de corriente continua, unos engranajes desmultiplicadores y el eje de salida. Son estos elementos los que determinan el uso y la calidad del servo. Los mas económicos llevan un motor pequeño y los engranajes y el eje son plásticos. En los de calidad , los engranajes son de latón y el eje, también metálico, gira sobre rodamientos. A demás, la poténcia del motor varía según el uso para el que esté pensado el servo, ya que no hace la misma fuerza el servo de gases, que solo tiene que girar el barrilete del carburador, que el que tiene que mover el alerón de un modelo de gran escala.
Como decía antes, los servos son los elementos que más sufren. Deben de estar bien sujetos dentro del modelo para evitar fallos y holguras en el movimiento, por lo que, en modelos con motor de explosión, están sufriendo las vibraciones continuamente. El eje soporta, a demás, fuerzas de torsión y tracción, que tienden a desgastar sus puntos de apoyo, sobre todo si estos no llevan rodamientos o casquillos metálicos.
Finalmente, cualquier golpe en las superficies de mando se transmite directamente a los engranajes, a los que les puede romper algún diente, principalmente si son plásticos. El primer problema se palía parcialmente intercalando piezas de goma entre los soportes y los servos. El segundo, empleando servos adecuados al esfuerzo que deben realizar, o incluso, de poténcia y calidad superiores a la necesaria. El tercer problema es sencillo, evitar los golpes sobre las transmisiones y superficies de mando.
Si has leído este peñazo hasta aquí, es que lo has entendido, pero si no, no dudes en escribirme, en la página principal está mi dirección de correo electrónico
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