Empfängersignal und Servo

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1 1. Grundlagen der Signalübertragung 2. Senderseitige Beeinflussung des Servosignals 3. Servosignal und Signalverarbeitung bei ElMod Modulen 4. Servosignal und der PC Konfigurator 5. Fehlersuche Die ElMod GbR übernimmt keine Haftung für die in diesem Dokument dargestellten Informationen. 1. Grundlagen der Signalübertragung Die Signale vom Funksender zum Empfänger werden über unterschiedliche Verfahren und Frequenzen übertragen. Aktuell sind digitale 2,4 GHz Übertragungsverfahren gängig. Zuvor wurden Schmalband- Systeme mit zumeist 27, 35 oder 40 MHz Trägerfrequenz verwendet. Unabhängig von der Übertragungsart ist es die Aufgabe des Empfängers, aus dem Funksignal die Positionsinformationen der Bedienelemente auszulesen und diese an die entsprechenden Anschlüsse des Empfängers bereitzustellen. Ursprünglich waren diese Anschlüsse dafür gedacht, Servomotoren anzusteuern, die direkt mit dem jeweiligen Ausgang verbunden waren. Hierzu wurden drei Leitungen benötigt und folgende Farbkodierung hat sich eingebürgert: Masse (schwarz oder braun) Stromversorgung +5V (rot) und Positionssignal (orange). Diese Einteilung ist bis heute so geblieben und das Protokoll, d.h. wie das Signal, das die Position des Servoarms bestimmt, auszusehen hat, wird weiterhin als "Servosignal" bezeichnet. Das Servosignal jedes Kanals besteht aus sich alle 20 ms (0,02 s) wiederholenden Spannungsimpulsen. Diese Spannungsimpulse dauern zwischen 1ms und 2 ms (0,001 s bis 0,002 s). Die Dauer des Impulses bestimmt die Position des an dem Kanal angeschlossenen Servos. 1ms dreht den Servoarm um 90 Grad nach links. Bei einer Impulsdauer von 2 ms dreht der Arm nach 90 Grad rechts, bei 1,5 ms befindet sich der Arm in der neutralen, mittleren Position (siehe Abbildung 1). Somit kann der Arm um 180 Grad gedreht werden. Abbildung 1: Servosignal Die Dauer des Impulses hängt natürlichab von der Position des entsprechenden Steuerelementes des

2 Senders. In den meisten Fällen gilt (beispielhaft): 1 ms 1,5 ms 2 ms Lenkung (Kanal 2) nach links Mittelstellung nach rechts Gashebel (Kanal 1) nach Mittelstellung nach Dreh/Schieberegler nach links Mittelstellung nach rechts Leider ist das nicht bei allen Funkanlagen der Fall. Von Hersteller zu Hersteller bzw. sogar von Produkt zu Produkt kann das Verhalten von dem beschriebenen abweichen. Insbesondere bei einfachen Ein-Aus- Schaltern ergeben sich viele Möglichkeiten: Schalter Servoposition Servoposition Servoposition Servoposition Servoposition Servoposition ein aus Mittelstellung Mittelstellung Mittelstellung Mittelstellung Die Kanäle 1 bis 4 können ebenfalls ein "auf den Kopf" gestelltes Verhalten zeigen. Den Herstellern ist das Problem gut bekannt und so erlauben die meisten Funkanlagen, die "Richtung" des Servosignals an einem Kanal umzudrehen. Erschwerend kommt aber hinzu, dass sich viele Funkanlagen zusätzlich nicht strikt an die Vorgaben zur Signaldauer halten. Gemessen wurden Servosignale, welche anstatt eines Impulses mit der Dauer 1,0 ms bis 2,0 ms für links und rechts die Dauer von 1,2 ms bis 1,8 ms erzeugt haben. Die Folge ist, dass der angeschlossene Servo oder der Motorentreiber dies nicht als solches interpretieren, obwohl der Benutzer den Hebel auf vollen Ausschlag hält. Dadurch fährt das Modell beispielsweise nicht mit 100% Geschwindigkeit oder fährt nicht die engst mögliche Kurve. Andere Funkanlagen erzeugen Signale zwischen 0,8 ms und 2,2 ms. Das bedeutet, dass bereits bei ca. 80% des möglichen Ausschlags 100% des Servowegs erreicht ist. Damit wird Genauigkeit eingebüßt (kleinerer Regelbereich) oder die Servomotoren werden überlastet, da die Mechanik des Servos am Anschlag blockiert.

3 2. Senderseitige Beeinflussung des Servosignals Moderne Funkanlagen verfügen über vielfältige Möglichkeiten, das Servosignal zu beeinflussen. Sie sind jedoch für den Betrieb mit einem Fahrzeug wie Panzer oder LKW meist hinderlich und kontraproduktiv. Dazu gehören: Mixer ermöglichen die Steuerung mehrere Kanäle über ein Bedienelement. Sie finden in ElMod Modulen senderseitig keine Anwendung. Senderseitig aktivierte Mixer führen zu scheinbar unerklärlichem Verhalten des Fahrzeugs, z.b. zu einem ungewollten Auslösen eines Sounds zusammen mit einer anderen Funktion. Expo. Normalerweise ist die Auslenkung eines Hebels proportional zum Drehwinkel eines Servos. Bei halber Hebelauslenkung erwartet man, dass der Servoarm um 45 bewegt wird. Mit der Aktivierung der Expo-Funktion ist der Zusammenhang nicht mehr linear. Bei kleinen Hebelauslenkungen bewegt sich der Servoarm deutlich weniger als ohne Expo, bei weiten Ausschlägen deutlich mehr. Das ist bei Flugmodellen von Vorteil, da damit kleine Auslenkungen präziseres Steuern ermöglichen. Bei Boden- oder Schiffsmodellen macht diese Funktion sehr oft keinen Sinn. Double Rate halbiert die Bewegung des Hebelarms. Erneut eine Funktion, die bei Flugmodellen Vorteile bringt. So bringt ein aktiviertes Double Rate beim Landeanflug ein vereinfachtes Steuerverhalten, verhindert bei Boden- und Schiffsfahrzeugen jedoch die Nutzung des gesamten Regelbereiches. Funktionen, welche durch ausgelöst werden, können so nicht mehr aktiviert werden. So werden beispielsweise die Geschwindigkeit und der Lenkeinschlag halbiert. Verschiebung des Neutralbereichs. Es gibt Situationen, bei denen es wünschenswert ist, dass der Regelbereich in eine Richtung größer ist als in die andere, z.b. wenn das Modell sich vorwärts schneller bewegen soll als rückwärts. Bei Systemen von ElMod sollte der Neutralbereich nicht versch werden, da dadurch das Servosignal als nicht gültig erachtet wird. Die Unterscheidung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung wird bei ElMod Modulen über die Konfiguration der Software erreicht.

4 3. Servosignal und Signalverarbeitung bei ElMod Modulen ElMod Module werten je nach Ausführung bis zu acht Servosignale gleichzeitig aus. Aufgrund der Unterschiede in der Auslegung des Servosignals, wie sie herstellerseitig bei den unterschiedlichen Funkanlagen anzutreffen sind, wurde ein Kompromiss gefunden, um ein möglichst breites Spektrum der Anlagen abzudecken: 1. Der Neutralbereich, d.h. Mittelstellung des Hebels oder Schiebe/Drehregler ist erreicht, wenn das Servosignal eine Länge von 1,45 ms bis 1,55 ms hat 1. Das bedeutet, dass 10% der gesamten Signalbreite ein so genannter "toter Bereich" in der Mitte ist. Einerseits ist daher ein gewisser Spielraum gegeben, der mechanische und elektrische Toleranzen am Sender abfängt. Andererseits ist jedoch noch genug Hebelweg vorhanden, um eine exakte Steuerung des Modells zu gewährleisten. Es bedeutet jedoch auch, dass das Servosignal nur dann als gültig erachtet wird, wenn sich nach dem Einschalten des ElMod Moduls das Signal in diesem Bereich bewegt. Ist dies nicht der Fall, muss gegebenenfalls mit der Trimmung am Sender dieser Zustand hergestellt werden. 2. Der wird bei 1,1 ms bzw. 1,9 ms Impulslänge angenommen. Damit wird sichergestellt, dass auch mit Funkanlagen, welche nicht die volle Signallänge ausnutzen, ein gutes Lenkverhalten erreicht wird bzw. Funktionen, die durch den ausgelöst werden (z.b. Licht, Motorstarten o.ä.) sicher bedient werden können. Liegt die Impulsdauer darüber oder darunter, wird sie weiterhin als 100% bzw. -100% interpretiert. 1 Diese Werte können je nach Modul und Firmwareversion abweichen.

5 4. Servosignal und der PC Konfigurator 2 Mit dem PC Konfigurator (PCK) können detaillierte Informationen über den Zustand der einzelner Kanäle abgerufen werden. Der Status der Verbindung zum Empfänger und die Hebelpositionen aller verbundenen Kanäle werden im Reiter "Prop" angezeigt (siehe Abbildung 2). Die Anzeige "verbundene Kanäle" gibt an, an welchen Kanälen das Servosignal während der Initialisierung des ElMod Moduls im gültigen (neutralen) Bereich lag. Nur dann werden die Kanäle im Betrieb ausgewertet. In der Abbildung 2 sind offensichtlich die Kanäle 1 bis 4 angeschlossen. Der Verbindungsstatus gibt an, ob mit den vorliegenden Servosignalen der normale Betrieb möglich ist - je nach System müssen zumindest die Kanäle 1 und 2 bzw. 1 bis 4 ein gültiges Signal liefern. Die Anzeige entspricht in den meisten Fällen dem Zustand der Status-LED auf dem ElMod Modul. Abbildung 2: Prop-Reiter im PCK am Beispiel des Panzermodul ECO 1.11BL Darunter wird der Zustand jedes Kanals anhand einer waagrechten Anzeige dargestellt. Im Beispiel auf der Abbildung 2 ist der Kanal 1 (in dem Fall Gas) bei nach und der Kanal 2 (Lenkung) zu ca. der Hälfte nach Rechts. Im vorliegendem Beispiel können die Kanäle einen Wert zwischen -127 und 127 einnehmen, was einer Auslenkung von -100% bis 100% entspricht 3. Weitere Parameter, die die Interpretation des Servosignals betreffen, befinden sich im Reiter "System" und sind im PCK über die Hilfetexte ausführlich beschrieben. 2 Die Inhalte und Anzeigen in diesem Kapitel variieren von System zu System, Firmwareversion und Version des PCKs! Technische Änderungen sind vorbehalten. 3 Diese seltsam anmutende Bereich von -127 bis 127 ist darin begründet, dass die Auslenkung in einer 1 Byte großen Zahl gespeichert wird. Eine solche Zahl kann 256 unterschiedliche Werte tragen. 127 ist die Hälfte davon, die Null ist in der Mitte.

6 5. Fehlersuche Gibt es Probleme mit der Verbindung zwischen dem Empfänger und einem ElMod Modul und ist ein PCK nicht verfügbar bzw. aus den angezeigten Informationen des PCKs können keine Rückschlüsse auf die Ursache gezogen werden, bietet ElMod auf Anfrage einen "Proptester". Dieses Gerät zeigt anhand drei LEDs den aktuellen Zustand des Servosignals eines Empfängerkanals. Abbildung 3: ElMod Prop Tester Die drei LEDs entsprechen dem Ausschlag nach links (bzw. nach ), der Neutralstellung und dem Ausschlag nach rechts (bzw. nach ). Entsprechende Symbole sind auf der Platine eingezeichnet. Zusätzlich wird der durch Blinken der jeweiligen LED angezeigt. Ist kein Empfängersignal erkennbar, zeigt das Gerät dies durch Blinken aller LEDs. Der Proptester wird direkt an die einzelnen Kanalanschlüsse des Empfängers angeschlossen und benötigt keine zusätzliche Stromversorgung. Ein voller Funktionstest des Empfängers umfasst folgende Schritte: 1. Proptester anschließen. Wenn nun die grüne LED für den Neutralbereich nicht leuchtet, die Trimmung des Senders korrigieren, bis die grüne LED leuchtet. Blinken alle LEDs, liegt kein Servosignal an oder liegt außerhalb der Spezifikation. 2. Bedienelement nach links schieben/drehen (bzw. nach bei vertikalen Steuerhebeln). Die linke rote LED leuchtet auf. Wenn die rechte LED aufleuchtet, muss das Servosignal invertiert ("umgedreht") werden. Details hierzu findet man im Handbuch zur jeweiligen Senderanlage. 3. Bedienelement bis zum Anschlag bringen. Bei 100% Auslenkung muss die rote LED anfangen zu blinken. Dadurch wird mitgeteilt, dass der gesamte Servoweg vom Sender ausgenutzt wird. Wenn dies nicht der Fall ist, muss überprüft werden, ob der Servoweg verringert wurde oder Double Rate aktiviert ist. 4. Die Schritte 2 und 3 für die andere Ausschlagrichtung (rechts bzw. ) wiederholen. 5. Alle anderen Bedienelemente betätigen. Bei keinem anderen Hebel/Schalter darf sich die Anzeige ändern, ansonsten ist es ein Hinweis darauf, dass am Sender ein Mixer aktiviert ist. Ein weiteres Problem entstand mit dem Aufkommen der 2,4 GHz-Funkanlagen. Diese benötigen nach dem Einschalten häufig mehrere Sekunden, um die Verbindung zwischen Sender und Empfänger aufzubauen. Der Zustand am Empfänger kann in dieser Zeit nicht bestimmt werden und weicht von Hersteller zu Hersteller ab. Es ist denkbar, dass während dieses Vorgangs die Signalerkennung des ElMod Moduls abgeschlossen ist und gar keine oder die falschen Kanäle als verbunden angezeigt werden. Mit dem Proptester ist es einfach möglich zu prüfen, was in der Zeit des Verbindungsaufbaus geschieht und wie lange diese dauert. Im PCK unter dem "System"-Reiter kann daraufhin die Verzögerung der Signalerkennung entsprechend verlängert werden. ElMod Th. Kusch, M.Sc. & Jürgen K. Huber GbR info@elmod.eu