Сервопривод мешает радиочастоте 433 МГц

Я использую Atmega328P, работающий на частоте 16 МГц (аналогично Arduino UNO). для управления супергетеродинным радиоприемником 433 МГц ( WL101-541 ) и двумя аналоговыми сервоприводами TowerPro SG90 .

Все работает, кроме ситуации, которую я описываю здесь. В случае, если сервопривод находится под нагрузкой, так что он остается активным, пытаясь удерживать положение, RF не может быть получен. Я считаю, что двигательная активность вызывает какие-то помехи. Я не смог отследить его или обойти его, и я ищу идеи.

Некоторые детали:

  1. Один импульсный регулятор мощности, рассчитанный на 3 А (намного больше, чем
    используется).
  2. Питание и земля разделены на регуляторе мощности, при этом один путь идет к сервоприводам и от них, а другой идет к микроконтроллеру и радиочастотному приемнику и от них. Насколько я понимаю, это сведет к минимуму любые контуры заземления.
  3. Сервоприводы в настоящее время находятся за 3 конденсаторами по 220 мкФ для удовлетворения потребностей в пусковом токе (их 3, потому что у меня не было более крупных).
  4. Я пробовал множество других конденсаторов по питанию и земле, чтобы попытаться отфильтровать любую обратную связь, но безрезультатно.
  5. Я пробовал скрутить кабель сервопривода. Это не имело никакого эффекта.
  6. Я попытался поместить феррит вокруг кабеля сервопривода (как прямо, так и с 3 петлями). Это не имело никакого эффекта.

Я не уверен, как продолжить выявление проблемы или ее устранение. Спасибо.

Обновление: 23.01.18:

Забегая на тему, что это, скорее всего, мощность, вот еще несколько выводов.

  1. Проблема не возникает при питании 5 В от моего регулируемого линейного источника питания Tekpower TP3005T.
  2. Проблема возникает при питании от регулятора напряжения L7805CV для подачи 5 В с конденсаторами 10 мкФ как на входных, так и на выходных линиях.
  3. Проблема возникает при питании от понижающего преобразователя на базе LM2596 .
  4. Мне нужно подтвердить это еще раз, но я считаю, что проблема возникает при использовании L7805CV и LM2596 независимо от того, питаются ли они от батареи или от Tekpower.
  5. Использование двух регуляторов L7805CV, одного для приемника, а другого для сервоприводов, от одного и того же источника питания, по-видимому, значительно уменьшает, если не решает проблему.
RF cannot be received... откуда вы знаете?
@jsotola Я думаю, что «не может быть получен» немного расплывчато. У меня есть светодиод, который мигает, но у меня также есть последовательное соединение. Я не получаю корректных реконструированных сообщений из библиотеки программного обеспечения. Я не уверен, что на самом деле "видит" антенна.
Грубо говоря, у вас неподходящий источник питания и неподходящее радио. Если вам нужно что-то, что действительно работает, используйте батареи и чип FSK 2,4 ГГц, такой как nRF24, или же используйте традиционный узкополосный набор FM/PPM, но найти его будет намного сложнее, чем перейти на 2,4 ГГц.
@ChrisStratton Я не верю, что источник питания связан с проблемой, проблема сохраняется либо с батареей, либо с настольным источником питания. Напряжение радиочастотного приемника, по-видимому, имеет минимальные колебания из-за двигательной активности.
Обычная отладка для определения кондуктивных или излучаемых помех путем изоляции. Можно ли измерить кондуктивные пульсации с нагрузкой 50 Ом, подключенной по переменному току? У вас есть спецификации Rx Ripple? Использует ли Rx общие провода питания сервопривода постоянного тока от источника питания? (плохо) Импеданс серводвигателей? 5~25 Ом??, Cap gp или сверхнизкое ESR?
@denver, даже гораздо лучшие приемники с частотой 433 МГц, чем у вас, очень чувствительны к шуму импульсного источника питания. Добавьте загруженный сервопривод, и станет только хуже. Для сравнения, радио, которое вы хотите использовать, действительно ужасно - чипы 2,4 ГГц являются лучшими радио, используют лучшую модуляцию, работают на частотах, где больше локально генерируемых собственных помех, и к тому же дешевле.
@TonyStewart.EEsince'75 Я не могу ответить на большинство ваших вопросов, мы расширяем мой лимит опыта. Я не верю, что у меня есть способ измерить пульсацию. Силовые и заземляющие вилки на источнике питания, одна вилка идет к сервоприводам, одна к RF. Спецификации на Rx и Servo кратки, не указаны пульсации или импеданс. В настоящее время использую электролитические колпачки, но я пробовал и керамические колпачки.
@ChrisStratton Изначально я использовал линейный регулятор мощности. Была такая же проблема. Не могу переключиться на 2,4 ГГц, для совместимости нужна частота 433 МГц. Проблема не в дальности, а в помехах двигателя... откуда бы они ни исходили...
Вы можете сойти с ума от ферритовых колец на всех слаботочных сигналах и радиочастотных дросселях на источниках питания, и это, вероятно, будет иметь значение, но поймите, что вы выбираете трудный путь.
Нельзя ли проверить с отдельными источниками питания?
@denver - я создаю потребительский продукт, используя аналогичную микросхему. Я подозреваю, что могу даже знать азиатскую компанию, создающую эту микросхему. Я бы не стал слушать всю эту болтовню о необходимости нового радио. Цель не в том, чтобы выбросить ваш дизайн, верно? У вас есть анализатор спектра? Вы видите демодулированный сигнал, выходящий из микросхемы, когда система выходит из строя? Пойдите на Amazon и купите другую плату источника питания (у меня есть несколько дешевых плат регулятора LDO), попробуйте с некоторыми батареями? Как говорит Тони, это звучит как сила. Тони хороший EE, он много раз мне помогал.
@ Тони - и да, иногда мне хотелось бы, чтобы ты мог помочь мне больше с точки зрения непрофессионала для нас, не EE. ;)
Я заметил, что на дешевой микросхеме приемника, используя адаптер питания через дешевый LDO (обратите внимание на тенденцию ...?), я мог бы увидеть некоторые действительно шаткие демодулированные сигналы. У вас может быть усилитель в микросхеме приемника, который подает всевозможный мусор, который манипулирует принятым сигналом. Извините, это не отличный ответ EE, но мой голос тоже за силу. Когда я говорю проверить демодулированный сигнал, например, куда сигнал от приемника попадает на ваш микроконтроллер? Проверяйте эту линию осциллографом, когда раскручиваете сервопривод. Что происходит, как выглядит этот сигнал по сравнению с нормальной работой?
Попробуйте эти доски от Amazon. Я использую их для создания прототипов. Вроде нормально: amazon.com/UCEC-Breadboard-Supply-Arduino-Solderless/dp/…
Некоторые пары радиопередачи/приема предлагают два метода модуляции: двухпозиционная манипуляция и FM. Возможно, вам будет лучше с FM. Устранение неполадок с шумом на этом приемнике, вероятно, требует знания того, какой чип он использует (может быть очень трудно найти).
@ Leroy105 Спасибо за предложения. Я обновил вопрос с недавними результатами испытаний. К сожалению, у меня нет анализатора спектра. Я могу, но на осциллографе на линии, но мой одолжен до следующей недели. Если проблема не исчезнет, ​​я подключу ее в это время и дам вам знать, что я вижу. У меня есть один из этих макетных плат, я попробую его, но я ожидаю, что он будет вести себя так же, как L7805CV, на котором я тестировал.
@TonyStewart.EEsince'75 Два расходных материала решают эту проблему, но для меня они не подходят для долгосрочного решения. Есть ли какие-либо предложения по поводу какой-либо развязки, которая может быть применена к решению с одним источником питания? Спасибо
В любом случае, вам не следует запускать сервопривод через обычный линейный регулятор, особенно тот, который питает это примитивное радио.
@glen_geek Мне не известно о возможности изменить метод модуляции в модулях, которые я использую.
Легко добавить RC-фильтр для радио с падением напряжения менее 0,1 В в качестве ФНЧ. Это был тест, чтобы увидеть, решит ли проблему кондуктивный шум, изолированный от двух источников питания.
Сервопривод должен быть на собственном регуляторе напряжения, чтобы большие нагрузки не приводили к провисанию питания MCU и RX. серворегулятор должен быть настроен так, чтобы он ограничивал некоторый контролируемый ток, который ниже, чем ограничение тока на вашем основном источнике питания. Если сервопривод остановится и перегрузит регулятор, то он разрушит собственный регулятор напряжения, а не основной источник питания, MCU или напряжения RX.
Тони здесь с этим фильтром. Я могу говорить о том, что если я подключу несколько шатких источников питания, я уже видел странные штуки на подобных ресиверах. В не-EE, когда этот сервопривод вращается, он создает всевозможные шумы и странности в линии электропередач по всему миру, что может повлиять на вашу микросхему приемника. В конце концов, ваш приемник IC является этим генератором, и ему нужна хорошая и чистая мощность, иначе генератор не будет генерировать на нужной частоте, и ваш приемник перестанет работать (в IC ..). Когда вы проверите вывод данных IC с помощью сервопривода, вы поймете, о чем я говорю.
@VincePatron Как вы относитесь к ограничению тока базового регулятора?
В базовом стабилизаторе он встроен. LM7805 чуть больше 1 ампера. На более сложных регуляторах он обычно устанавливается с помощью резистора измерения тока и/или резистора настройки смещения. Все здесь волнуются из-за ВЧ-шума, но я бы определенно рассмотрел проблему с напряжением питания, потому что вы упомянули, что это происходит, когда сервопривод загружен. Поместите щуп осциллографа на шину напряжения и посмотрите, прыгает ли она, когда сервопривод загружен. Приложите усилие к рычагу сервопривода и посмотрите, скачет ли напряжение питания. Чем большее давление вы прикладываете, тем больший ток требуется для удержания положения рычага сервопривода.
@Vince - это тоже не сумасшедший совет. Хороший звонок.
FYI SG90 потребляет до 0,75 А с неприятными пиками даже без нагрузки: - bhabbott.net.nz/Servo/HXT-900.jpg
Что заставляет вас думать, что радио на самом деле проверено и разрешено для использования в любой точке мира? Судя только по картинке, радиомодуль сам по себе выглядит кошмаром EMC. А потом, вдобавок ко всему, вы подключаете дешевое дерьмовое радио к дешевой дерьмовой электромеханике... извините, но это настолько далеко от профессионального проектирования, насколько это вообще возможно.
Я знаю гиганта частного капитала стоимостью 400 миллионов долларов компании, которая использует микросхемы этой компании для радиопродуктов. Я просто смотрел на распиновку таблицы данных от Alibaba. Это модный приемник с выходом RSSI! Возможно, модуль может пройти или не пройти EMC, но это проблема компоновки. Но это не имеет никакого отношения к проблеме шума. Все следят за этими компонентами, но многие крупные компании используют эти типы деталей ... Я думаю, проблема в том, что многим американским инженерам неудобно из-за языковых и культурных барьеров поставлять эти детали. Поэтому они охотятся на них и просто идут в Digi и платят на 100% больше.
@ Leroy105 Это не просто макет, это характеристики радио. Каковы характеристики пропускной способности? Внеполосные выбросы? Чувствительность и блокирующие характеристики? Отклонение соседнего канала? Просто говорят "хорошо". Кроме того, он использует ASK или OOK, поэтому все остальные устройства в группе будут постоянно гадить. Я знаю крупные компании, которые используют аналогичные детали, и в результате их радиоприемники дерьмовые . Пример: автомобили многих производителей не могут быть заблокированы/разблокированы, если где-либо в диапазоне 434 МГц есть любое другое (легальное) радио.
@Lundin Немного отклоняюсь от темы. В использовании приемника/передатчика в США нет ничего незаконного. Это хобби/обучающий проект, поэтому меня не волнует прохождение каких-либо тестов EMC.

Ответы (3)

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Спасибо. Я проведу некоторые тесты и отчитаюсь. Нужно ли применять фильтр непосредственно перед приемником, или он может охватывать и MCU (всю ветвь без сервопривода)? Это фильтр нижних частот с частотой среза около 1575 Гц? Я использовал уравнение 1/(2*pi R C). Было ли это значение выбрано на основе опыта с некоторыми ожидаемыми значениями шума от сервоприводов?
HE использует 10 Ом в качестве отправной точки. 10 мА на приемник и 1 Ом вызывают падение на 0,1 В, что находится в пределах нормальных допусков для напряжения питания. Вы также можете использовать 100 мкФ вместо 10 мкФ, если проблемы с приемником все еще возникают.
Вместо резистора я бы использовал ферритовую бусину или катушку индуктивности.
И вам нужен феррит на сигнальной линии к сервоприводу.
@analogsystemrf Если у вас возникла такая проблема с шумом от сервопривода, не могли бы вы использовать анализатор спектра (например, коаксиальный кабель с открытым наконечником), чтобы исследовать дорожки и найти частоту шума, а затем построить фильтр по мере необходимости на основе этого частоту видишь? У меня никогда не было такой проблемы на плате RF.
Любой тест на шум питания постоянного тока должен выполняться с коаксиальным кабелем 50 Ом, нагруженным нагрузкой 50 Ом переменного тока. Это может быть осциллограф или анализатор спектра. Поскольку в большинстве случаев источник PS должен иметь сопротивление << 1 Ом, сопротивление 50 Ом подавляет паразитные ложные показания от длинных заземляющих проводов пробника и резонансов кабеля. Таким образом, пробник 10:1 со снятыми зажимами для открытого наконечника + кольцо для коротких тестовых контактов <1 см также приемлем для частот до 100 или 200 МГц.
Но у него явно есть функциональная проблема, и частота импульсов сервопривода может привести к текущему шуму прямо в полосе пропускания ПЧ 100 кГц.
Фильтр заработал. Я использовал резистор 10 Ом, С1 — электролитический конденсатор на 100 мкФ, а С2 — керамический конденсатор на 100 нФ. Использование меньшего 10 мкФ на C1 работало примерно в 70% случаев.

В работе над вопросом я пришел примерно к 3 решениям. Каждое решение само по себе решило проблему, но комбинированный подход, вероятно, является правильным. Я решил опубликовать их здесь, если они могут помочь кому-то еще.

  1. Примените фильтр нижних частот в линиях питания/земли к приемнику, как это было предложено Тони в принятом ответе. Использование 10 мкФ для C1 не совсем достаточно фильтрует, мне пришлось использовать 100 мкФ. Это приводит к частоте спада около 160 Гц.

  2. В моей конструкции выход регулятора был разветвлен: один 5V/Gnd шел на сервоприводы, а другой — на микроконтроллер и приемник. Я использовал понижающий преобразователь на базе LM2596. Заземление сервоприводов и подключение его к входной стороне регулятора также решило проблему.

  3. Использование TowerPro SG92R вместо SG90. SG92R является модификацией SG90. Сервоприводы почти идентичны, с тем же форм-фактором, однако SG92R имеет более высокий крутящий момент. Более высокий крутящий момент уменьшил количество действий, необходимых для удержания положения под нагрузкой. Это уменьшило помехи до такой степени, что это больше не было проблемой.

Проверьте анализаторы спектра USB на Ebay за 80 долларов. Я использую Rigol (около 1500 долларов), но USB-устройства (программные) действительно работают... Я измерил их с помощью генератора сигналов в сравнении с моим Rigol. Вы выведете свою игру RF на новый уровень. ;)
@ Leroy105 Я не знал о них. Спасибо, что указали на них.

Тони крикнул, измеряя пульсацию мощности, поступающую на приемник RX.

Я не хотел хоронить это в комментариях. Я провел некоторое время, изучая фактические гайки и болты измерения пульсаций мощности.

Здесь описывается, как выполнить это измерение с помощью осциллографа.

Здесь показано, как создать коаксиальный кабель 50 Ом для этого измерения.

Вот несколько инженеров, описывающих, как они создают свой тестовый кабель.

Важность сохранения измерения на уровне 50 Ом немного выходит за рамки моего понимания. Кроме того, почти все инженерные решения используют импеданс 50 Ом. (75 Ом тоже используется для некоторых вещей, но 50 Ом — это то, что я чаще всего вижу для проектов печатных плат).

Входы вашего осциллографа, ожидайте сигнал импеданса 50 Ом. Таким образом, вам нужно держать измерение на уровне 50 Ом, иначе измерение будет неточным.

(Определенная эффективность с импедансом 50 Ом и сигналами переменного тока. Расчет импеданса начинает входить в более сложную математику...).

Суть в том, что вы можете выполнить это измерение с помощью коаксиального кабеля на 50 Ом, но он должен быть «терминирован» на одном конце, чтобы поддерживать импеданс на уровне 50 Ом.

Мы говорим о зачистке коаксиального кабеля на 50 Ом с одного конца и обнажении оголенного центрального проводника в качестве нового пробника осциллографа.

В статьях говорится, что вы можете использовать резистор на 50 Ом последовательно на этом открытом наконечнике, или вы можете просто использовать коаксиальный кабель на 50 Ом, на котором уже есть оконечная нагрузка на 50 Ом. (Я бы просто купил коаксиальный кабель на 50 Ом с двумя разъемами BNC, отрезал один, зачистил коаксиальный кабель и припаял этот колпачок, блокирующий постоянный ток. Вы можете использовать колпачок, блокирующий постоянный ток, в качестве нового наконечника пробника. Или, если у вас есть осциллограф с подключением по переменному току, вы можете именно это.Важная часть - держать кабель на 50 Ом!)

Вы хотели бы заблокировать постоянную составляющую сигнала питания, поэтому вы можете подключить конденсатор последовательно с коаксиальным кабелем (я видел X7R, 0,6 мкФ, рекомендованный для этого в Интернете). Или вы можете купить этот причудливый блокировщик DC за 500 долларов. Пойду с шапкой последовательно.

Итак, если вы не использовали загадочную микросхему, может быть опубликовано значение пульсации. В вашем случае, наверное, нет. Но здесь вы переходите к гайкам и болтам проведения измерений.

Несмотря на то, что он может видеть низкие частоты, нарушающие работу схемы, осциллограф является неподходящим инструментом для измерения более сложной проблемы радиочастотных помех, передаваемых вниз или излучаемых линиями питания и сигнальными линиями. Профессионально будет использоваться анализатор спектра (либо с пробником связи, приемной антенной, либо с очень прочным блоком постоянного тока), но для обнаружения компонентов в полосе, связанной с наблюдаемой проблемой, также будет работать приличный приемник на 433 МГц.
Снова просто гайки и болты: «зонд связи» может быть коаксиальным кабелем на 50 Ом с этим зачищенным и открытым центральным проводником, снова в этом случае вы используете анализатор спектра. Просто наведите этот кабель на 1 мм выше дорожек и пройдитесь по плате, используя наконечник в качестве «щупа». Итак, общий подход заключается в том, какой шум я вижу на анализаторе спектра до того, как я активирую сервопривод и приемник заработает? Когда вы активируете сервопривод, какой новый шум вы видите? Устранить новый шум = проблема решена. Это своего рода грязный способ выполнить работу.
@ Leroy105 Спасибо за все дополнительные подробности. Я обновлю пост после того, как впитаю все это и проведу некоторое тестирование. Скорее всего, это будет несколько дней.
@ Leroy105 Проблема решена, так что просто поиграйтесь. У меня нет рекомендуемых настроек, поэтому не уверен, насколько это влияет на то, что я вижу. У меня есть прицел DYI со встроенным 1МОм/20пФ. Я подключил свой прицел DYI к линии электропередач перед приемником, и сигнал был довольно постоянным, независимо от того, что делают сервоприводы (похоже, что сервоприводы вызывают очень незначительный фазовый сдвиг). Однако, когда я помещаю датчик на линию заземления, я вижу дрожание около 0,2 В, когда сервоприводы активны.
Что интересно, если я помещу пробник на сигнальную линию от приемника, я получу что-то похожее на шум (ожидаемый), но когда сервопривод работает, я получу хороший прямоугольный сигнал (который, я полагаю, является частью моих помех). В любом случае спасибо за помощь. Многому еще предстоит научиться :)
@denver - да, я не эксперт по взаимодействию с сервоприводами. Я бы точно не знал, чего ожидать. Я предполагаю, что прямоугольная волна - это шум от сервопривода. Я просто знаю, что эти микросхемы RX очень чувствительны к шуму и чистой мощности. Я видел это.