Изготовление вариометра своими руками
Автор схемы: Селиванов Вадим. Е-mail: vvs(at)vvs(dot)tomsk(dot)ru
Статья про изготовление: Дмитрий Петров, Санкт-Петербург, КДС «Сокол».
Вопросы и комментарии присылайте по адресу vroven(at)mail(dot)ru
Так же рекомендуем посетить тему про бюджетные вариометры на форуме КДС "Сокол"
Интро
Одним из долгих зимних вечеров…
Наткнувшись на данную статью, посвященную созданию вариометра-пищалки…
Родил идею повторить данную схему…
Итак, приведу вначале текст самой статьи.
Вариометр c бюджетом менее 1000р
Эта несложная схема предназначена для тех, кто жалеет денег на фирменный вариометр и в состоянии собрать такой прибор самостоятельно. Удобный прибор в случае применения совместно с GPS т.к. он может пищать и показывать скороподъемность настоящей аналоговой стрелкой. Итак, схема (больно не пинать, взято прямо из моделировщика схем):
В готовом виде это может быть малогабаритный прибор 80Х50Х25 мм со стрелочным индикатором (А1) скороподъемности и пьезоизлучателем тонового сигнала (BZ1) скороподъемности.
Весь монтаж выполняется на SMD элементах. Допустимо применение стандартных элементов, но про малогабаритность придется забыть. Емкости С2 и С3 должны быть обязательно чип-танталовыми на напряжение не менее 16В. Ток утечки этих емкостей должен быть по возможности минимальным, иначе установка нуля в измерителе будет невозможной. Резистором R5 определяется чувствительность прибора по скороподъемности, нужно подобрать этот резистор таким, чтобы показания стрелки были близки к реальности. Самое простое, проехаться в лифте с фирменным вариометром и сравнить показания.
Переменным резистором выставляется «нуль» измерителя, определяющий точку срабатывания генератора тонового сигнала Генератор собран на таймере NE555 и плавно реагирует на напряжение измерителя, меняя свой тон в зависимости от скороподъемности (чем выше скороподъемность, тем выше тон, если минуса то генератор замолкает), этот звук слегка отличается от привычного вариометра, т.к. он непрерывен. Емкость С4 определяет степень сглаживания сигнала измерителя поступающего на тон-генератор. Чем больше эта емкость, тем медленнее реагирует тон-генератор, но плавне на слух сам тоновый сигнал. Если емкость слишком мала то окружающие шумы будут излишне проникать в тоновый канал, что снизит разборчивость тона, но ускорит время реакции. Аналогично и со стрелочным прибором, емкость С7 сглаживает шумы, чтобы стрелка двигалась плавно. В качестве стрелочного миллиамперметра удобно применить децибельник от магнитофона, выставив ему стрелку в середину шкалы, и откалибровав его шкалу от -4 до +4 м/с. (в режиме вольтметра). При монтаже нужно выбрать достаточно плотно закрывающийся корпус чтобы скрыть датчик от прямого ветра. Для обмена давлением и не чувствительности к скорости движения в корпусе прибора нужно сделать отверстия диаметром 0,5-1 мм со всех 4 сторон.
Ключ Reset предназначен для первоначального обнуления дифференцирующего устройства, после включения прибора следует удерживать этот ключ замкнутым в течении 10-20 секунд, чтобы емкости С2 и С3 зарядились и стрелка индикатора вышла в ноль. Без этого ключа выход в ноль может длиться 5-10 минут.
Спасибо за внимание. Селиванов Вадим. Все вопросы на vvs(собака)vvs.tomsk.ru
Процесс изготовления вариометра
Итак, для начала я решил сократить схему путем выкидывания из оной стрелочного индикатора.
Из-за неопытности в вопросах создания плат решил создавать схему на простых элементах (не SMD). Далее согласно рекомендациям автора и наличию в продаже произвел подбор комплектующих частей схемы:
- 78L05 - вскоре его пришлось заменить (см. в окончании)
- C7 -отсутствует
- R4 - 1 кОм
- R5 - 2 МОм
- R7 - 5,1 кОм
- R8 - 1 кОм
- R9 - 33 кОм
- R10 - 10 кОм
Далее необходимо было разработать и реализовать печатную плату. Я выбрал способ изготовления печатной платы с помощью лазерного принтера.
В интернете можно найти описание других различных способов изготовления печатных плат. Первым этапом я спроектировал разводку будущей схемы в CorelDraw:
После чего, уточнив геометрические параметры деталей, нарисовал схему в Sprint Layout (рисовал просто, вручную расставлял контакты, проводил дорожки):
Условно контакты с обозначением jumper соединяются проводом. Соседние контакты с пометкой bridge являются перемычками.
Файл для программы Sprint Layout (я использовал 5 версию программы): http://www.fayloobmennik.net/605587 Следующим этапом распечатал схему на мелованной журнальной бумаге.
Далее производим перенос краски на обезжиренную металлизированную текстолитовую пластину посредством термического нагрева бытовым утюгом.
Следует отметить, что это самый сложный этап, так как сложно обеспечить равномерный прогреем всей поверхности, тем более не имея сведений о температуре прогрева и о том какая температура прогрева необходима.
Рекомендую запастись распечатками на мелованной бумаге, поскольку в ходе этапа я истратил 11 заготовок распечаток. И только на крайней 12 я получил удовлетворительный результат (в случае неудачи принтерная краска с платы неплохо смывается бензином, подозреваю, что можно использовать и другие жидкости).
После этого этапа наступает этап удаления бумаги (которая скатывается пальцами под струей воды). Здесь следует быть осторожным, не следует скатывать бумагу слишком резкими движениями пальцев, а также рекомендую пред удалением бумаги поместить плату в теплую воду и дать ей отмокнуть.
Далее производим травление медного покрытия платы в растворе хлорного железа. Когда медь сойдет обильно промываем плату в воде. После чего пора приступать к сверлению отверстий, получаем следующий результат:
Можно приступать к лужению дорожек:
И к установке элементов схемы:
Будьте осторожны, не допускайте сплавления близкорасположенных дорожек, а то получится вот такое
Видео
Пожалуй, плату можно оптимизировать, например, отодвинуть конденсаторы от датчика, для возможности загибания тела датчика к плате.
Тесты:
Под завершение столкнулся с проблемой сгорания стабилизатора напряжения, потерял два стабилизатора, третий пока функционирует. Но вместо 5В выдает 7,7В. Прибор в этом случае функционирует не правильно, вот видео как это выглядит:
После установки (по рекомендации автора) стабилизатора напряжения LM7805 проблема решилась, данный стабилизатор ощутимо (руками) не греется, прибор заработал:
Теперь осталось разместить прибор в летном снаряжении, может быть в шлеме и произвести тестирование непосредственно в полете.
Дополнительная информация по изготовлению вариометра
Комментарии автора схемы
Я отлетал на нем сезон, была проблема, что я запаял чип-керамику С2 и С3, а они жутко термо нестабильны. Это на корню губило воспроизводимость схемы. Недавно я экспериментально выяснил, что чип танталы обладают приемлимой утечкой и вполне неплохой стабильностью, что воскресило воспроизводимость и позволило снять много вопросов. Обсуждение было тут.
Из схемы можно выкинуть аналоговую стрелку и не разводить второй ОУ, будет просто дешевая пищалка.
Чтобы выкинуть стрелку, достаточно выкинуть стрелочный прибор и не разводить второй ОУ TL082(2). Не впаивать R3, R11, C7. Чтобы это все заработало просто покрутить резистор и установить порог пищалки.
Чтобы пищало прерывисто нужно усложнить генератор добавив второй 555 который будет модулировать основной тоновый сигнал. Но будет проблема в начале характеристики когда генератор только едва начинает срабатывать около ноликов (низкочастотное потрескивание), таким же медленным будет и модулирующий сигнал (до нескольких секунд) в итоге создается ложное запаздывание и от пищалки никакого толку. Чтобы устранить такой эффект и заставить генератор начинать цикл всегда с тона, а не с паузы, придется применить цифровые технологии или городить огород.
Лучше бы кто-нибудь владеющий цифровухой написал бы под ATTiny15 программульку которая могла бы оцифровывать и дифференцировать + пищать как надо. Получилось бы не дороже явно.
Но даже так как есть хорошо. Непрерывный звук это достаточно удобно при обработке потока, слышно все тонкости и очень быстро. т.к. в начале характеристика генератора нелинейна, то в ноликах мы получаем не назойливое пищание, а легкое потрескивание генератора с низкой частотой, что на слух воспринимается ненавязчиво, но слышно хорошо. Заметный «вой» поднимается только при скороподъемности >1 м/с.
Во всяком случае в динамике меня такой звук не напрягал т.к. при молочных скороподъемностях пищания как такового нету. Зато в потоке такой звук только в радость.
дифф. устройство на ОУ TL082 + децибельник от магнитофона (выставлен в центр шкалы) + пищалко-генератор на NE555 + пьезоизлучатель = просто варик со стрелкой, ака «пищалка на ухо» Первую версию собирал с двумя измерительными панелями (цифровые вольтметры РМ428), показателями высоты и скороподъемности + пищалка.
Бюджет варика укладывается в 1 тыр. Но т.к. все аналоговое то есть плохо устранимые баги.
- Конденсатор в дифф. устройстве большой емкости, имеет плохую термостабильность и при резкой смене высоты (температуры окружающей среды) показания вариометра жгут.Однако в пределах малого диапазона температур и высот работать в потоке удобно, время реакции прибора можно сделать весьма маленьким.
- Если использовать показометр абсолютной высоты, то обнулять эту высоту придется неким переменным резистором смещения, крутить который весьма западло.Вместе с приобретением жопса я упростил варик, выкинув все цифровые показометры и поставив настоящую аналоговую стрелку на скороподьемность (весьма удобно и наглядно) и пищалку, но проблему с конденсатором устранить не получается, его емкость 47 мкф.
FAQ от автора схемы
Вопрос: по схеме. С4 и С7 электролитические?
Ответ: Да, по 100 мкф каждый. Их величина влияет на степень сглаживания.
Вопрос: Тож собираем по вашей схеме, в ноль никак не выставляется пока, надо менять ёмкости?
Ответ: Емкости, обязательно чип-танталы, хотя если хочется проверить на утечки и на выход в ноль, можно керамику такой же емкости. Только на керамике ноль от температуры плавать будет. Выход в честный ноль в течении 3-5 минут, выход до видимой работоспособности в течении 1 минуты. На крайняк можно выставить порог срабатывания а на стрелку подать доп. смещение.
Вопрос: Что за пьезоизлучатель такой FML25T? Чем можно заменить ? Пробовал безгенераторные, один 42 Ома - с ним 555 греться начинает и практически не слышно ничего, другой 142 Ома - не греется но очень тихо.
Ответ: Любой, это типа нашего русского 3-П3 Любой пъезодинамик! Внутреннее сопротивление сотни килоом. По сути это емкостная нагрузка, потребляет ток только при изменении напряжения. 555 холодная. Если поставить буфер на двух комплементарных транзисторах можно и обычный 8-омный динамик, но нет смысла, пъезу слышно прекрасно.
Вопрос: Питание 9 вольт? А какое потребление у данной схемы без стрелки?
Ответ: Датчик кушает 10 мА. остальная схема 0.6мА, так что не критично. Но схема для мирко пищалки вмонтированной в шлем просто идеальна, хотя ее слышно даже когда она в кармане валяется.
Вопрос: спаял, не могу настроить что-то. пищит, как резистор ни крути
Ответ: попробуйте разорвать выход датчика давления и крутите резистор, если тон будет меняться от полного отключения до высоких тонов, значит схема работает и причиной всему утечка входных конденсаторов(искать рабочие экземпляры). Либо удерживайте кнопку reset и делайте то же самое. Можно еще с разорванным входом поиграться, схема должна пищать если вход соединить с минусом питания банально пальцами рук, меняя силу прижима меняем сопротивление меняется тон.
При соединении с минусом всем работает, но вот пальцевая методика у меня так и не реализовалась. Может быть у меня слишком низкая проводимость тока кожи пальцев рук? 
(комментарий Дмитрия Петрова)
При отпускании тон понижается или уходит в ноль (от положения резистора зависит) Вообще, при разорванном входе, напряжение на движке переменного резистора и обоих выходах усилителей должно быть равно, если это не так, значит операционник впаян перевернутым или есть иной брак. Потому что это по сути это два повторителя напряжения получаются и работать они просто обязаны. Если на вход генератора подать напряжение с движка переменного резистора, генератор должен регулироваться от затыкания до высоких тонов, проверьте, заодно выяснится все ли с ним в порядке. Если не нужна аналоговая стрелка а нужна только пищалка, можете вообще не распаивать второй операционник и все элементы рядом с ним. (R3 R11 C7). Тогда вырисовывается простейшая картина работы, усилитель и генератор. У меня это третья ревизия схемы, с тех пор она исправно работает, на проблемы с танталами не натыкался еще. В последнее время сознательно не беру варик на лебедку по двум причинам 1. тренирую жопометр (на ЖПС высотомер есть, хватает), 2.Батарейка села, менять лень.
Вопрос: Спасибо за схемку (: Может у кого есть разведенная платка, чтоб не изобретать велосипед, выложите плиз.
Ответ: Схема не чувствительна к правильности разводки земли, лишь бы соединения элементов были без ошибок, пространственная ориентация элементов и земляного проводника пофигу. Так что рисуйте печатку так же как нарисована схема и не заморачивайтесь.
Вопрос: Хочу собрать приведенный здесь варик, но возникли вопросы по компонентам. Собрать то собиру, но многого не знаю, вот например написано NE555, а в магазине смотрю: NE555D-MBR, NE555N-MBR, NE555NCMOS-MBR. То же самое со стабилизатором 78L05(взял UA78L05-MBR 5V 0.1A TO92 78L05), в магазине дофига разных моделей. Без разницы что брать? Цена может отличаться в 2-3 раза, хотя по сути копейки.
Еще написано что чуствительность подбирается R5, но подстроечный резистор обозначен R6. Сори, ступил, R6 для выставления нуля нужен. Тогда как выставить ноль если не делать шкалы? R5 подбирать как и в каких пределах? Может парралельно/последовательно маленький потенциометр поставить и потом клеем зафиксировать. Миллиамперметр какой надо? хотя его можно и потом допаять, сейчас хочу сделать штоб пищало, это главное. Пищалка какая нужна? 3.8kHz 3-12V 88dB вот такой вот выбрал сейчас берите NE555D
R5 - чувствительность общая(будут зависеть показания стрелки) R6 - порог срабатывания пищалки.
Ответ: Надо пьезодинамик без встроенного генератора!
Любой!!!
- Можно наш советский 3п-3
Стрелку любую! Выставляете «нуль» в центр шкалы и рисуете маркером циферки(в режиме вольтметра, лишь бы пропорциональная шкала была, сверяете с вольтметром, подобрав нужный токоограничительный резистор и приняв за максимум шкалы допустим +4В-4В).
Собирайте как по схеме. потом подгоните значение постоянного резистора по показаниям аналогичного заводского прибора.
Вопрос: 50мА, 100мА, 500мА, все равно? В январе начну собирать, детали пока еще не заказал. http://www.oomipood.ee/?t=k_ki&i=BZ-07 пойдет?
Ответ: вы даете пример динамика со встроенным генератором! Это не то! Берите те что я выложил! Если написаны миллиамперы, частота, вольтаж - это не то!
Надо просто сам динамик, а не готовую сирену на его основе!
А также читайте тему форума
Заключение
Спасибо за внимание, удачи, высоких полетов и творческих успехов ;)
