W poprzednim artykule "KFC32 eLeReS I KDS K7X" opisałem modyfikację 6 kanałowej aparatury KDS K7X, polegającą na dodaniu na linii PPM dodatkowego modułu radiowego eLeReS 435MHz (wersja Polska). Powyższa modyfikacja zwiększyła zasięg działania linku RC do około 6km, jednak ilość obsługiwanych kanałów pozostała bez zmian. Co zatem zrobić jeżeli nasza aparatura posiada tylko 6 kanałów a pilnie potrzebujemy dodatkowych kanałów do obsługi np. aktywowania funkcji w FC KFC32 (ACC, GPS HOLD, BARO itp..) lub uruchamiania klap, podwozia itp. ? Nie musimy wymieniać aparatury, wystarczy że nasza aparatura komunikuje się z modułem nadajnika RC za pomocą sygnału PPM.
Zwiększenie liczby kanałów wykonamy za pomocą modułu PPM Expander projektu Kolegi Miś z forum www.rc-fpv.pl

Trochę teorii.......

Każda aparatura posiada tzw. koder czyli moduł elektroniczny kodera, który zamienia sygnały elektryczne odpowiadajce położeniom przełączników i drążków aparatury w jeden sygnał przesyłany następnie do odbiornika za pomocą modułu radiowego. Większość prostych aparatur posiada kodery z wyjściem analogowym generując na wyjściu sygnał PPM (opis poniżej). Bardziej zaawansowane nadajniki (Futaba, Spectrum itp.) umożliwiają kodowanie PCM (opis poniżej), jednak każdy z producentów używa własnego standardu. Dla tego nadajniki/odbiorniki PCM jednej firmy niekoniecznie będą potrafiły komunikować się z nadajnikiem/odbiornikiem innej firmy. Problemy mogą wystąpić również w przypadku zmiany modelu nadajnika/odbiornika tego samego producenta.

PPM - pulse position modulation
Analogowy prosty i skuteczny system kodowania. W systemie PPM tworzona jest Ramka - Pakiet, skłądający się z szeregowo wysyłanej, zakodowanej informacji proporcjonalnej (np. wychylenie drążka, lub pozycja przełącznika) w postaci impulsów o zmiennej szerokości dla każdego z kanałów pokolei. Ramki- pakiet są przedzielone przerwami o stałym czasie trwania. Czas trwania impulsu i przerwy wynosi łącznie standardowo od 1ms do 2ms, przy czym na odstęp przypada ok. 0,5ms. Jest to więc ciąg zwykle 7 lub 9-ciu impulsów o zmiennej długości i stałych odstępach. Ponieważ czas trwania każdego z impulsów może się zmieniać (2-krotnie), czas trwania całej "paczki" informacyjnej jest równie zmienny. Paczki są wysyłane z czstotliwością 20-50Hz.
Aktualnie nie stosuje się PPM przesyłanego radiowo (tak było za czasów torów 35MHz), a tylko jako medium transmisyjne pomiędzy koderem w aparaturze a modułem RF. PPM jest uniwersalny i taki sam w każdej aparaturze, a więc taki tor radiowy (jak np. eleres) może współpracować z każdą aparaturą. Wewnątrz eleresa PPM jest dekodowany na dane kanałów, po czym są one transmitowane przez radio w formacie PCM zrozumiałym tylko dla innego eleresa - każdy producent linku RC ma własny format PCM i tak też jest w eleresie - ma swój protokół danych. Odbiornik dekoduje sygnał i wysyła jako PWM dla serw, lub spowrotem koduje do PPM aby jednym kabelkiem wysyłać wszystkie kanały do np. FC KFC32 w multirotorze.

Poniżej rysunek poglądowy z ramką PPM aparatury KDS K7X 6 kanałowej.

PCM - pulse code modulation
PCM - Modulacja impulsowo-kodowa, a więc cyfrowa. Sygnał każdego kanału zamieniany jest w słowo cyfrowe i w tej postaci wysyłany jest do odbiornika. Współpracujący odbiornik musi "rozumieć" kod używany przez nadajnik. Dlatego należy stosować dedykowane odbiorniki producenta nadajnika. W modulacji PCM można łatwo przenieść dodatkowe informacje, jak np. bity parzystości i słowa kontrolne umożliwiajce odrzucenie przez odbiornik zakłóconej informacji. Można też wysyłać do odbiornika rozkazy sterujące specjalne, służące do programowania funkcji specjalnych, np. zachowania odbiornika w obecności zakłóceń uniemożliwiajcych poprawny odbiór.

Co w takim razie wykonuje PPM Expander ?
Expander odczytuje z wejścia PPM IN sygnał PPM, dekoduje ramkę i zapamiętuje czas trwania impulsu dla każdego z kanałów (Ch1,Ch2,.....Ch-n). Jak już wiemy czas trwania impulus odpowiada wartosci proporcjonalnej np. wychylenia drążka na danym kanale. Następnie w zależnosci od konfiguracji może:
- zmieniać kolejność kanałów
- odczytać wartości proporcjonalne z wejść dla dodatkowych kanałów w expanderze .
W kolejnym etapie tworzy ramkę PPM składającą się z:
- zapamiętanych danych wejściowych z PPM IN dla każdego kanału
- odczytanych nastaw proporcjonalnych dla dodatkowych kanałów obsługiwanych z wejść expandera
- umieszcza dane w/w w odpowiedniej kolejności, przypisując każdemu kanałowi czas trwania impulsu odpowiadający jegow artości proporcjonalnej
i wysyła ramkę do nadajnika... :)

Opis techniczny zredagowany na podstawie opisu Misia za jego zgodą :).

Elektronika

PPM Expander potrafi do sygnału PPM'a pobranego z 4, 6 czy 8 kanałowej aparatury dołożyć dodatkowe kanały (do 12) i taki 12 kanałowy PPM podać dalej do dowolnego nadajnika radiowego RC (LRS'a Thomasa, Dragon Link'a, ChainLink'a, eLeReS'a) potrafiącego przenieść do 12 kanałów w PPM.

Kanały 7ch do 12ch obsługujemy za pomocą dodatkowych przełączników lub potencjometrów podpiętych do jednego z 6 wejść analogowych Expandera PPM, który odczytuje stan wejścia a następnie wpisuje go w sygnał PPM. Ponadto mamy możliwość dowolnego zmieniania kolejności kanałów, czyli np. kanały 1 i 3 - możemy zamienić miejscami. Wtedy w odbiorniku sygnał z kanału 1 odczytywany będzie na złączu knału 3, a sygnał kanału 3 odbierzemy na wyjściu kanału 1. Funkcja ta jest przydatna np. podczas konieczności zmiany kolejności kanałów na odbiorniku podpinanym do multiwii itp. Układ może być zasilany z wejścia lub wyjścia PPM (5-15V).

Do modułu PPM Expander, Miś opracował prostą aplikację umożliwiającą konfigurację funkcji modułu. Za pomocą konwertera RS232 TTL - USB podpinamy płytkę do komputera PC. Następnie w systemie Windows aplikacja komunikuje się poprzez wirtualny port COM pod jakim jest widoczny nasz konwerter USB-RS232TTL.
Najnowsza wersja oprogramowania dostępna jest na forum www.rc-fpv.pl, poniżej wersja 1.02 http://www.fpvdrones.pl/galerie/PPM-Expander/PPM_Station_v1_02.zip

Aktualne oprogramowanie wewnętrzne umożliwia:

• Generowanie od 4 do 12 kanałów wyjściowych PPM.
• Przyjmowanie od 4 do 12 kanałów PPM na wejściu aparatury.
• Przyjmowanie od 2 do 8 kanałów PPM na wejściu HT.
• Dokładanie lub przeplatanie od 0 do 6 kanałów wewnętrznych - analogowych
• Dokładanie lub przeplatanie od 0 do 8 kanałów z HeadTrackera.
• Jeśli nie ma podłączonego HT kanały wybrane do współpracy z HT mogą być automatycznie remapowane dowolnymi innymi kanałami.
• Możliwość pracy bez sygnału wejściowego (jako samodzielny modulator PPM z max 6 wejściami).
• Dowolna konfiguracja kanałów - można kanały wyjściowe dowolnie poukładać, nie koniecznie po kolei.
• Regulacja endpointów dla każdego z kanałów wewnętrznych
• Regulacja subtrim'ów dla każdego z kanałów wewnętrznych
• Regulacja zakresu i punktu zerowego sygnału z potencjometru dla każdego z kanałów wewnętrznych
• Możliwość zaprogramowania dual rate dla dowolnych kanałów wewnętrznych (jeden przełącznik załączający dual rate dla wybranych w konfiguracji kanałów).
• Programowane rewersy dla wybranych kanałów wewnętrznych.
• Możliwość spowolnienia pracy wybranych kanałów - przydatne przy powolnym wysuwaniu podwozia sterowanym z przełącznika ect. Możliwa jest regulacja prędkości pracy serw na spowolnionych kanałach.
• Dwa zestawy ustawień wybierane przełącznikiem.
• Łatwa aktualizacja oprogramowania z poziomu PC kablem USB.
• Milion innych opcji które jeszcze mi nie wpadły do głowy :-)

Opisany powyżej moduł PPM Expandera wpinamy w aparaturze na linię PPM pomiędzy aparaturę a moduł radiowy RC. W moim przypadku włączyłem expander pomiędzy wyjście PPM na płycie głównej aparatury a dodatkowy moduł radiowy RC eleres. Dodatkowe kanały 7 - 12, obsługują przełączniki i potencjometry zainstalowane w wolnym miejscu w obudowie aparatury.
W aparaturze KDS K7X trb pracy PPM wybieramy podczas uruchamiania aparatury: wciskamy klwaisze INC+DEC i równocześnie włączamy zasilanie.

Źródło własne oraz na podstawie:
- Miś z forum www.rc-fpv.pl
- Wikipedia
- Marcin Szczygieł PRACA DYPLOMOWA INYNIERSKA pt. Mikroprocesorowy dwukierunkowy regulator silnika elektrycznego, POLITECHNIKA KOSZALISKA 2005