Ракеты... БРЭО: Светодиодный датчик апогея

Светодиодный фотодатчик датчик апогея ДАК-1


схема компоненты монтаж модификация заключение

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:
светодиодный датчик апогея Датчики апогея применяются в любительском ракетостроении, в-основном, для выброса парашюта системы спасения в момент прохождения ракетой наивысшей точки траектории полета. В отличие от таймерных систем это позволяет не зависеть от возможностей конкретной ракеты и конкретного двигателя. К сожалению, не так много физических факторов, на основе которых можно определить апогей траектории. Болгарский ракетчик VMK в 2006 г.впервые высказал идею и предложил схему фотодатчика апогея, работающего на сравнении разницы яркости неба и земли. Заменить дорогие фотоэлементы на легкодоступные светодиоды предложил ракетчик Serge77. Этот момент можно считать рождением простого и доступного светодиодного датчика апогея. Исследования многих любителей, в том числе Serge77 и VMK, показали, что для датчика подходят только синие и ультрафиолетовые светодиоды, которые позволяют абсолютно четко разделить световые потоки от неба и земли, имеющие заметную разницу интенсивности в области синего и ультра-фиолетового участков спектра.

Проведя собственное небольшое исследование имеющихся в наличие светодиодов, я получил очень приличные значения фотоэдс всех кандидатов на использование в датчике. Стало понятно, что с точки зрения выбора светодиодов, проблем нет. Главное подобрать пару с приблизительно одинаковым значением фотоэдс.

Схема

принципиальная схема светодиодного датчика апогея Светодиодные датчики на данный момент приобрели настоящую популярность. Существует много схем их реализации. Из конструкционных соображений я выбрал "минималистскую" многократно проверенную в деле схему ракетчика VMK, слегка доработав ее, рис.1. Я просто очень некомфортно чувствую себя при подготовке к старту, если нет индикации работы электроники. Поэтому всегда добавляю цепь световой индикации наличия напряжения и целостности воспламенителя. Это светодиод последовательно с сопротивлением 1кОм в цепи воспламенителя.

Компоненты

Цоколевка деталей датчика апогея Все компоненты и номиналы показаны на схеме. Цоколевка основных компонентов на рис.2.

При создании датчика поставил перед собой небольшую компоновочную сверхзадачу - минимальные размеры, в ширину и особенно в высоту. Без учета выносных деталей, по высоте удалось уложиться в 3,7 мм! Такая тонкая сборка прочно крепится к стенке корпуса ракеты, занимает мало места и позволяет легко вывести все элементы управления на борт ракеты. Условно обозвал этот метод "слайс" (от англ. slice - тонкий слой). Выполнение такой задачи потребовало применения SMD компонентов (кроме светодиодов) и освоения ЛУТ - технологии изготовления печатных плат.

В схеме применен современный усилитель LMC6061 (корпус SO-8) с великолепными параметрами. Его не так просто достать, но вполне можно заменить другим, с подходящими параметрами. Главное, чтобы входной ток не превышал 100 пикоампер и напряжение питания было не менее 10В (лучше 15-16). Вполне подойдут следующие ОС: LMC660, LMC6484, LMC6772, AD8663, LMC7101, TLV2370, TLV2371, AD8638, CA3130, CA3140. Операционник LMC6061 заказывал через "Чип и дип". Там же до кучи заказал и все остальное.
   Сопротивления и конденсатор в корпусе 1206.
   Полевой транзистор IRLR2905 в корпусе D-Pak TO-252AA.
   Какой-то заметной зависимости фотоэдс от размеров светодиодов я не заметил. Поэтому из соображений минимизации взял 3-х миллиметровые круглые ультрафиолетовые светодиоды BL-L314VC.
   Найти мелкий выключатель оказалось тоже не так-то просто. Всякие кнопки и движки не вписываются по габаритам. Остановился на очень маленьком роторном SMD переключателе 7814G-1-051E. Не скажу, что это очень удачное решение, по многим причинам. При модернизации датчика (см.ниже) перешел к обычному штыревому разъему.
   В качестве индикаторного можно брать любой светодиод видимого спектра. Лучше взять маленький 3-х миллиметровый, например, из серии BL-L314. Если взять для индикации синий диод для синей рабочей пары, то его надо одеть в кембрик, чтобы он не засвечивал нижний рабочий диод.
   Хочу обратить особое внимание, что светодиод BL-L314VC не является в чистом виде "ультрафиолетовым" и в некоторых источниках носит название "ультрасинего". Тем не менее, лучше не использовать его для индикации. Ультрафиолет, даже "ближний", может представлять опасность для сетчатки глаза.

Монтаж

Собирать на макетной плате SMD компоненты занятие сомнительное. К тому же, чтобы ошибиться в такой несложной схеме, надо очень постараться. Сделал сразу на чистовую. И правильно сделал - все прекрасно работает. Только обращу ваше внимание на то, что вход микросхемы очень чувствителен, светодиоды надо сразу паять качественно. Не надо использовать временных разъемов и хвататься за ножки диодов. Иначе работа датчика будет отличаться от нормальной.

Вообще тот, кто впервые сталкивается с SMD монтажом, должен понимать - это другой уровень. К пайке надо подойти со всей серьезностью. Обязателен не слишком мощный паяльник с тонким жалом и питанием от 12V. Хороший флюс, например, жидкий ФКТ - он легко наносится кисточкой, не имеет остаточного сопротивления и коррозионной активности. Припой в виде 0,5 мм проволочки - для аккуратной пайки тонких ножек в плотном рисунке разводки. Пинцет, зажим (можно прищепку), тонкий стержень для удержания SMD корпусов. Все это - залог успешной пайки. Все время надо держать в уме, что переделка SMD монтажа крайне проблематична.

монтажная схема датчика апогея Схема разводки показана на рис.3. Картинка несет мало информации, поэтому предлагаю файл формата .lay. Его можно открыть в программе Sprint Layout, которую я давал в статье про ЛУТ, и распечатать для перевода на плату по лазерно-утюжной технологии. По этой технологии и выполнена плата датчика.

Далее навеска деталей на плату - задача несложная. Главное соблюдать аккуратность, не перегревать детали. Очевидно, две больших контактных площадки сделаны для установки гаек крепления М3. Отверстия в этих площадках 3 мм. Гайки сажаются на припой с применением паяльной кислоты в качестве флюса. При другой схеме крепления датчика можно их не делать. После навески деталей не требуется никакой отладки. Надо только сориентировать светодиоды в нужном направлении, согласно будущему положению в ракете. Подключаем питание, батарея типа "Крона", временно подсоединяем лампочку к выходу на запал и проверяем работу, поворачивая датчик к источнику света (небо) то одним, то другим диодом. При повороте нижним диодом должна зажигаться лампа. Осечка маловероятна. Единственное это можно перепутать полюсность верхнего и нижнего светодиодов. Просто перепаять или отогнуть в другую сторону. Индикаторный светодиод паяется также из установочных соображений. В моем случае это просто плотная посадка в естественном положении. Проверка работы возможна даже в ночное время суток (обычно именно ночью заканчиваются работы самодельщиков :) ). Датчик реагирует на яркие лампы освещения, по крайней мере, у меня так. Если не отреагирует, не расстраивайтесь, проверьте днем. Главное, чтобы он работал в естественных условиях полета.

Об установке на ракету я расскажу в соответствующей статье, хотя и догадаться не сложно.

Модификация

Модификация датчика ДАК-1М делалась с целью увеличения компактности и надежности в эксплуатации.

Применение роторного переключателя в датчике ДАК-1 было вызвано желанием иметь штатный удобный выключатель небольшого размера. Но, как показала практика, он имеет много недостатков. Поэтому главное, что было сделано в модифицированной версии, так это замена переключателя на обычный штыревой разъем. Точнее два штыря с перемычкой, которые знакомы компьютерщикам. Собственно я и отковырял его из старой платы компьютера. Два позолоченных штырька впаиваем на соответствующие контактные площадки, соединяем штатной пластмассовой муфточкой и замыкаем-размыкаем стандартной перемычкой с позолоченными контактами. Маленькие размеры разъемчика удовлетворяют задаче минимализации, а алгоритм работы прост и надежен, что для ракетной техники важнее всего. Есть перемычка - работает, нет - выключен.

монтажная схема модифицированного датчика апогея Поработав над монтажной схемой датчика, выявил заметные резервы в плане компактности размещения деталей. Удалось сократить размеры платы на 10 мм по длине, т.е. до 59х14.
   Для индикации поставил красный светодиод BL-L314URC и перпенес его подальше от рабочей пары.
   Кроме того, значительно нарастил "мясо" контактных площадок и дорожек для прочности. Особенно под гайки крепления.
   В результате, получил такую монтажную схему, как показано на рис.4, также даю файл формата .lay для распечатки из программы Sprint Layout.

Заключение
Большинство новичков, сталкиваясь со светодиодным датчиком, относятся к нему недоверчиво. Рассуждают приблизительно так: ну хорошо, когда день и погода солнечная, а если облачность, а если вечер? Так поначалу было и у меня. Но со временем стало ясно, что летать вечером или в плохую погоду любителю нет смысла и чревато потерей ракеты. Кроме того, как выяснилось, правильно сделанный светодиодный датчик обладает прекрасной чувствительностью и позволяет летать и в облачность, и ранним вечером, и ранним утром (видео). Схематическая простота понятный принцип, наряду с великолепной фоточувствительностью современных светодиодов, делает его очень несложным в изготовлении и надежным в использовании. Есть у него еще одно очень полезное свойство - очень трудно случайно запустить датчик при подготовке к старту, если только не крутить ракету вверх ногами.

С учетом возможности замены ОС на более дешевый, датчик может быть вполне бюджетным и легкодоступным в плане компонентов. /15.07.2010 kia-soft/

PS

Для воспроизведения рекомендую модифицированный вариант ДАК-1М. Он компактнее, прочнее, надежнее и проще в эксплуатации.

***