Hobby-Elektronik: R/C - Funkferngesteuerte Elektro-Spielzeugautos

Auf Flohmärkten sehe ich öfters funkferngesteuerte Spielzeugautos mit Batterieantrieb. Häufig fehlt allerdings die zugehörige Fernbedienung, aber auch davon fand ich einige. Bei Spottpreisen zwischen 0,50 und 2,50 Euro dachte ich, da nimmst du einige mit und schaust dir mal deren Innenleben an.
Erstaunlich: Von 8 Autos hatten 6 Exemplare (natürlich alle Made in China) im Prinzip die gleiche Funkfernsteuerung, bei der eine IC-Kombination mit der Bezeichnung TX2 für den Sender und RX2 für den Empfänger mit 5 Funktionen: vorwärts-, rückwärtsfahren, links-, rechtslenken und turbo.
Da sie augenscheinlich relativ häufig sind, lohnt es sich, hier typische Schaltungen für den Sender bzw. Empfänger zu zeigen, die sich ja auch für andere funkferngesteuerte Zwecke verwenden lassen.
Fünf meiner Flohmarkt-Schätzchen sind oben abgebildet (Marken : Tyco, Da Chang, Huang Qi, Echo-toys). Den schönen Ferrari-Formel I-Rennwagen, Bild unten, (Schnäppchenpreis 0,50 € !) sah ich auch öfters als Standmodell (ohne Motor und Funkfernsteuerung), neu, in verschiedenen Farbvarianten, in Bliesterverpackung für 8,50 €. Auf einen Kauf habe ich verzichtet.

 
 

Die verschiedenen IC-Bezeichnungen und und die wichtigsten Betriebsdaten
Ich fand folgende Bezeichnungsvarianten (verschiedene Hersteller ?) für die Sender-/Empfänger-IC-Kombination, die pinkompatibel und austauschbar sind und offenbar die gleiche Funktionen haben: TX2 / RX2 ; TX2C / RX2C; SCTX2B/RX2FS.
Die wichtigsten Betriebsdaten: Maximale Betriebsspannung TX2 und RX2: max. 5 Volt.
Sender-IC TX2: typische Betriebsspannung 3 V...4,5 V, maximaler Ausgangsstrom (Pins 7, 8, 10): ca. 8 mA.
Typische Oszillatorfrequenz 128 kHz (R1 ca. 180 kOhm, siehe Text zu Bild 1)
Empfänger-IC RX2: typische Betriebsspannung: 2,7 V...3 V, maximaler Azusgangsstrom (Pins 6, 7, 10, 11, 12): ca. 3 mA. Typische Oszillatorfrequenz wie Sender (R9 ca. 180k bis 245k je nach IC-Typ, s. Bild 2)
Die Angaben stammen aus dem Internet und weichen z.T. etwas voneinander ab. Hersteller: Highland (Shenzen) Electronics Co., Internet: www.hlec.com.cn. Ein weiterer Hersteller (?): Taiwan Realtek Semiconductor
Neben diesen pinkompatiblen ICs mit jeweils 5 Funktionen (vorwärts, rückwärts, links, rechts, turbo) fand ich in einem ferngesteuerten Spielzeug-Roboter ähnliche, nicht pinkompatible IC-Kombinationen: TX6C/RX6C mit 7 Funktionen und TX5C/RX5C mit 9 Funktionen.
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Bild 1 Typische Schaltung eines Senders mit TX2C
T1 bildet einen Quarzoszillator für die durch den Quarz bestimmten Trägerfrequenz des Senders. Die Hochfrequenz wird über C4 kapazitiv an die Basis von T2 der Senderendstufe angekoppelt. Zusätzlich wird der Basis von T2 das Modulationssignal des TX2C über R7 galvanisch zugeführt. L1, L2 sind zwei Festinduktivitäten, sie bilden die Arbeitswiderstände von T1 bzw. T2. . Das modulierte HF-Signal gelangt über C11 und ein sogenanntes Pi-Filter (C7, C8, L3) an die Antenne. C7, C8, L3 bilden einen Resonanzkreis, der auf die Quarzfrequenz abzustimmen ist. Das Pi-Filter dient zur Anpassung des Ausgangswiderstandes der Senderendstufe an den Antennenwiderstand, der von L4 (dient zur künstliche Vergrößerung des Antennenwiderstandes) und einer kurzen Stabantenne gebildet wird. L3, L4 sind kleineWickelkörper mit ca. 8 bzw. 12 Windungen und einem verstellbaren Ferritkern. L3 und L4 sind auf optimale Antennen-Abstrahlung einzustellen, (was u.U. ohne geeignete Meßgeräte wie bei mir nach Gefühl auf größte Reichweite etwas mühsam ist.)
Die Betriebsspannung von 9 Volt (Blockbatterie) wird für das IC TX 2 C mittels R4 und der Zenerdiode D1 auf 3 Volt herabgesetzt. Mit den Tastern T1 und T2, bzw. T3 und T4 (bei käuflichen Geräten meist zwei Knebelschalter (links/rechts bzw. auf/ab)) werden die entsprechenden Funktionen am Fahrzeug (Links-/Rechtslenkung, Vorwärts-/Rückwärtsfahrt) ausgelöst. Ein entsprechendes Modulationssignal (siehe unten !) erscheint an Pin 8 und wird über R7 der Senderendstufe zugeführt. Die Taste T5 "turbo" wird meist nicht verwendet, mit ihr kann eine rasantere Fahrt des Autos ausgelöst werden, wenn die Empfängerschaltung entsprechend ausgelegt ist.
Mit dem Trimmer R1 ist die interne Oszillatorfrequenz (100 kHz bis 200 kHz, typisch 128 kHz) des ICs einzustellen. Sie muß mit der Oszillatorfrequenz des Empfänger-ICs innerhalb 20 %, besser genauer (!), übereinstimmen. Wenn Sie auf dem Flohmarkt nicht zusammengehörige Geräte (Sender und Fahrzeug) mit TX2 und RX2 oder deren Varianten (s.o.) erwerben und das Fahrzeug nicht auf den Sender reagiert, liegt das an nicht übereinstimmenden Oszillatorfrequenzen.
Pin 10 geht bei jedem Tastendruck von GND (0 Volt) auf die Betriebsspannung des ICs. Damit kann über T3 eine LED angesteuert werden, die die Funktion des Senders anzeigt.
Als Nachteil dieser Schaltung kann angesehen werden, daß der Sender immer, d.h. auch bei nicht gedrückten Tasten, die Hochfrequenz abstrahlt, da der Quarzoszillator immer eingeschaltet ist. Indem man R5 statt mit der Batteriespannung mit Pin 10 des ICs verbindet, wird der Oszillator nur bei Tastendruck eingeschaltet. R5 ist dann ggf zu verkleinern, daß der Oszillator sicher anschwingt (ca. 47 kOhm).
Bei andere Schaltungsvarianten fand ich eine Modulation von T1 und T2 über Pin 8 und damit auch eine vollständige Abschaltung des HF-Sendeteils bei nicht gedrückten Tasten, was Batteriestrom spart, da auch das TX2 eine "Auto Power Off"-Funktion hat.
Pin 7 wird benötigt, wenn das IC in Kombination mit einem Infrarotsender betrieben wird.
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Bild 1a Einfache Version des Senders
Auf Flohmärkten und in Billig-Läden mit Chinaware findet man ferngesteuerte Miniaturautos für das Spiel im Wohnzimmer. Die Sender werden nur mit einer Betriebsspannung von 3 Volt (zwei Mignonbatterien) betrieben. Dadurch ergeben sich gegenüber Bild 1 deutliche Vereinfachungen. In Bild 1 entfällt die Spannungsherabsetzung mit D1, R4 (die maximale Betriebsspannung des TX2C beträgt 5 Volt), die Arbeitspunkt-Stabilisierung der Senderendstufe mit R8, R9. Es werden nur Festinduktivitäten verwendet, wodurch ein Abgleich beim Nachbau entfällt. Außerdem wird der Quarzoszillator durch Anschalten der Basis über R5 an Pin 10 des ICs nur bei einem Tastendruck eingeschaltet, was die Batterien schont. Die Kondensatoren C7 und C8 (Bild 1a) fehlen meist. Die Sendeleistung istzum Spielen im Wohnzimmer völlig ausreichend, sie dürfte etwa ein Drittel des Senders nach Bild 1 betragen.


Bild 1b Einfaches Feldstärke-Meßgerät
Zum Testen der Sender kann man sich gemäß nebenstehendem Bild ein einfaches Feldstärke-Meßgerät bauen. Die Antenne besteht aus einem einfachen Stück Draht (ca. 30 cm). Die Dioden sind Germaniumdioden, wobei die zweite weggelassen werden kann. Für die Anzeige wird ein hochohmiges Digitalvoltmeter in einem niedrigen Gleichspannungs-Meßbereich verwendet.

 

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Bild2 Typische Schaltung eines Empfängers mit RX2C
T1 mit den umgebenden Bauteilen bildet einen Hochfrequenz-Empfänger in der üblichen Basis-Schaltung, d.h. die Basis liegt hochfrequenzmäßig an Masse (= GND). L2 und C3 bilden eine Schwingkreis, der auf die Senderfrequenz (hier 27 MHz) abzustimmen ist. L1 ist eine kleine Festinduktivität. Die gleichgerichtete, von Hochfrequenz befreite Signalspannung gelangt über R4 und C7 an die mit den übrigen Widerständen und Kondensatoren (R5...R8, C8...C10) beschalteten Vorverstärkerstufen des RX2C. Mit dem Trimmer R9 wird die Frequenz (ca. 100 kHz...200 kHz) des internen Oszillators eingestellt. Sie ist möglichst genau auf die Oszillatorfrequenz des Senders abzugleichen (s.o.). R9 wird nach Abgleich zweckmäßigerweise durch einen entsprechenden Festwiderstand ersetzt. Das dekodierte Signal schaltet die Ausgänge des ICs Pins 6, 7, 10, 11 von Masse (= GND) auf die Betriebsspannung des ICs hoch, jenachdem welche Funktionstaste am Sender gedrückt wird. Die Ausgänge steuern die bekannte Brückenschaltung für die Fahrtrichtungsumschaltung eines Kleinmotors. Man macht sich leicht klar: Wird z.B.Vorwärtsfahrt am Sender gegeben (Taste T4 in Bild 1 gedrückt) geht Ausgang Pin 11 (Bild 2) für Vorwärtsfahrt hoch, T2 wird leitend und schaltet T5, T6 in den leitenden Zustand: der Motorstrom fließt jetzt von + Ub über T5, den Motor M1, T6 nach Masse. Wird Rückwärtsfahrt gewünscht, durchfließt der Strom in umgekehrter Richtung M1 über T4, T7. Die Transistoren T4...T7 sind japanische 1 Ampere-Typen, die durch jeden anderen Typ ersetzt werden können, der den Motorstrom verkraftet. Ein Kühlblech ist nicht erforderlich, da der Strom zwar hoch, die Spannung am Transistor im durchgeschalteten Zustand aber fast Null ist.
Die Betriebsspannung von ca. +6 Volt (4 Mignon-Batterien/Akkus) wird mit R10 und D1 auf die niedrigere Betriebsspannung des ICs herabgesetzt.
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Bild 3 zeigt die um T8, T9, R15, R16 erweiterte Brückenschaltung von Bild 2 für den sogenannten Turbo-Betrieb, d. h. schnellere Vorwärtsfahrt, wie bereits bei der Senderschaltung erwähnt.
Bei normaler Vorwärts-/Rückwärtsfahrbetrieb wird die Motorspannung durch den Spannungsabfall an der Diode D3 (es können mehrere Dioden in Reihe sein) herabgesetzt, der Motor läuft langsamer.
Wird am Sender die Taste "turbo" gedrückt geht die Spannung an Pin 12 des RX2 (Bild 3) hoch, T8 und damit T6 und T9 werden leitend und der Motorstrom fließt über T9 statt über D3 und T5, d.h. D3 wird überbrückt und der Motor erhält die volle Betriebsspannung und läuft schneller.
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Anmerkungen
Format des Steuer-Codes.
Der Steuercode des Senders besteht aus zwei Worten W1 und W2: Es wird zunächst ein Startcode W2, bestehend aus 4 Rechteckimpulsen, 500 Hz, 75 % duty cycle, gesendet; darauf folgt der Funktionscode, bestehend aus n Rechteckimpulsen, 1000 Hz, 50 % duty cycle, wobei die Anzahl n von der gedrückten bzw. den gleichzeitig gedrückten Tasten abhängt (Werte bereich n = 10 ... 64).
Infrarot-Betrieb: Die ICs sind auch für einen ferngesteuerten Betrieb über Infrarot-Licht geeignet, Auslegungsdaten hierzu finden sich im Internet.
   
Die vorstehenden Fotos zeigen zwei SMD-Versionen (Vorder- und Rückseite, vergrößert, vgl. Millimeterpapier) von R/C-Empfängern mit Empfänger-IC RX2C, links in Form eines SMD-ICs, rechts als "Klecks"-IC, direkt auf die Platine aufgebracht. Über den weißen Kabeln sieht man die SMD-Leistungs-Transistoren der Motorbrücken. Für meine Zwecke habe ich allerdings etwas "dickere" Typen dahintergehängt.
(4.7.2008)