Как я из электриков в разработчики электроники попал. Часть III
Парни из «дома связи ЖД» встретили меня осторожно. Я пояснил, какая у меня задача, и что я хочу её решить передачей сигналов управления частотным методом. Сообщил, что знаю о применении подобных методов в связи и автоматике железных дорог, и хотел бы глянуть схемотехнику: какие микросхемы, как выделяют частоты, дублирование и так далее…
И тут меня ждал очередной облом: те сообщили, что у них вообще нет электроники. Вообще никакой! По правилам безопасности у них только электротехнические решения. На мой тихий протест «а как же мигание тех же семафоров» ответили «простая пневматика крутит вал с диском, в котором прорези, воздух через которые давит на контакты».
— А как же выделение частот? Кстати, какие они у вас?
— На разных участках с разным типом питания от 25 до 125 Герц. А выделение – дроссели, трансформаторы и всё такое…
Описать своё состояние я могу так: челюсть упала до плинтуса! Ведь при столь низких частотах индуктивной заградительных фильтров должна быть просто аховой!!
— Парни, но при ваших токах их вес будет просто ого-го!
— Ну да, — закивали головами технари. — Так и есть: применяют дроссели по 140 и 230 килограмм…
Видя моё убитое состояние, один из них засмеялся: «Какие, нахрен, микросхемы! У нас всё надёжно! В микросхеме десятки, сотни, а то и тысячи элементов. Выход любого из них – авария! Нет, они, конечно, применяются, но на самом верху СЦБ. А нижний уровень всё же пока под контролем менее прогрессивных методов»
Я начал что-то лепетать про прогресс, цифровую обработку сигналов. Потом добавил: «А как же за рубежом-то? Может это только у нас всё древнее, а там — супер и навороченное?»
— Не, — ответил тёска. — Там тоже самое: дроссели, трансформаторы, реле. А реле – вещь надёжная. Слышал про крупные аварии на ЖД в Италии и Франции? Так вот: всё из-за сбоев нежной электроники… Сам понимаешь: у нас тут не амперы, а килоамперы, и не вольты, а киловольты! Помех — море: от контактов, от тиристорных регуляторов… Если показать осциллографом, что творится в шинах – охренеешь по-полной! Есть ситуации, когда иголки-помехи – в сотни вольт!
Короче, вышел я от них несолоно нахлебавшись.
Но думать не перестал! Стал читать литературу о технике прямого преобразования, о работе АРУ и ФАПЧ. Немного зацепил по теме генерации и стабилизации частоты передатчика.
В голове созрело еще решение, частично подсмотренное в каком-то журнале: брали микросхему пульта дистанционного управления, вместо родного генератора ставили свой, с низкой частотой. Так получали передатчик, который опрашивал матричную клавиатуру из 10-20 кнопок и пачками заданной генератором частоты передавал код нажатой кнопки. Я даже схватился за эту идею: вместо кнопок в матрицу поставлю оптроны, которые своим выходом будут замыкать выводы микросхемы. А на оптроны я буду подавать сигналы от датчиков состояния дверей подстанции последовательно. Этакий сканирующий последовательный опрос и передача. Но упёрся в приёмник: его размеры были весьма велики, так как содержали множество микросхем! От красивой компактной идеи пришлось отказаться.
Тут надо пояснить: в свободное время я занимался ремонтом бытовой электроники. Недалеко по улице жил «новый русский», у которого был дальнобойный радиотелефон Харвест: огромная трубка, симпатичная база и высоченная антенна на улице. И вот его телефон перестал принимать входящие вызовы: ему звонят, а он не знает про это. Но если поднять трубку – связь устанавливается. И он это чудо принёс мне. Пройдя семь кругов ада у знакомых их знакомых я получил доступ к интернету, и нашел куски схем телефона. Там было интересное решение с весьма неплохими параметрами на контуре и транзисторе. Именно такую схему я хотел применить для детектирования своих сигналов.
И тут мне повезло. Листая подшивки какого-то технического журнала, мне попалась статья с описанием цветомузыки на микросхемах LM567 (тоновый детектор) с полным описанием её работы и формулами расчета режимов захвата. То есть, в одном корпусе было всё, что мне надо! Не придётся мотать и подстраивать частоту контуров, не надо АРУ, плюс неплохая температурная стабилизация.
Я поехал в областной город (около 70 км) в единственный магазин, где я мог такое купить. Мне повезло, и я купил все пять имеющихся у них микросхем.
И начал экспериментировать…
Работало. Нет, даже не так: РАБОТАЛО!!!
На столе работало, на удаленной подстанции работало, в куче помех – работало!!
Начальник отдела посмотрел на макетки, разбросанные на столе: «Делай печатные платы! Как сделаешь – тогда и покажешь руководству. А когда всё на соплях – им не понять».
Платы я разводил на бумаге, в один слой. Второй выполнял перемычками. До этого платы рисовал лаком через трубочку, травил в хлорном железе — всё и как большинство в те времена.
Немного отойду от основной линии рассказа, просто вспомнилось :)
Рядом с нашей конторой была контора спецов КИП, обслуживающих котельные. Я как-то пришел к ним посмотреть решения в области автоматизации котельных, надеясь найти что-то интересное для себя. Но когда увидел, что задержки у них выполнены механическим сжатием резиновой «груши» с постепенным её распрямлением через тоненькую трубочку, то понял, что мне придётся всё делать самостоятельно. В основном там работали деды-пенсионеры. Нет, они дали неплохие идеи в плане повышения надежности решений, подсказали как травить не хлорным железом, а азотной кислотой, но прогресс там еще не побывал.
Листая журналы, я наткнулся на новый для меня метод изготовления печатных плат — ЛУТ (лазерно-утюжный метод). На работе был лазерный принтер HP1100 (точнее, его клон Canon LBP-810). Но как рисовать саму плату? Я это решил сделать в Paint: просто рисовал черными толстыми линиями, потом печатал на бумаге рекламных листовок косметики Avon. Первая плата получилась никак – я забыл её отзеркалить перед печатью! Плохо то, что я уже полностью вытравил, облудил дорожки, впаял резисторы, конденсаторы… А когда начал вставлять микросхемы – всплыл факт ошибки. Как же я ругался! Но это был плюс в копилку опыта.
Раз делать второй раз, то можно и дорожки потоньше сделать, и надписи добавить для удобства монтажа. И я её сделал! И она заработала на плате! Я добавил гальваническую развязку на трансформаторе от старой АТС (знакомые приволокли). Добавил индикацию передачи сигнала и его приёма.
На вытравленные по новой технологии платы пришли смотреть мужики из КИПа. Им было чудно видеть, как я в домашних условиях и на коленке получил дорожку шириной 1 мм! Они смотрели плату на свет, тыкали тестером «ЦЕшкой» дорожки, чтобы убедиться, что там нет разрывов… А когда увидели, что нормально перевелись еще и надписи, то их восторгу не было предела: они радовали как дети, приговаривая одно и тоже «вот бы в наши годы такое!»
Собрали всё. Снова поехали на подстанцию. И всё работало. Диспетчер с умным видом щелкнул тумблер каскада и в линию пошли пачки сигналов «пип-пип», с паузой около 1-2 секунды. То есть, пока тумблер был включен, в линию уходили сигналы управления. Если линия рвалась, то приёмный блок не принимал сигнала и через 5 секунд отключал каскад освещения. Это уже было что-то! Хотя мы всё равно не знали состояния удаленного объекта: управление было односторонним. Да, можно было сделать генерацию в линию сигнала некой частоты, который бы передавался при включенном пускателе, но тогда надо было делать и приёмник каждому каскаду на стороне диспетчера, а меня поджимало время.
В день демонстрации работы пришли все начальники — каждый хотел лично убедиться в работоспособности устройства, хотя уже по конторе прошел слух, что каскадами уже можно управлять через новый блок. Главный инженер пришел последним, уже после того, как технический директор лично пощелкал тумблером ближайшего каскада и убедился в работе, посмотрев на включившиеся уличные светильники около нашей конторы. Главный инженер тоже пощёлкал тумблерами – каскады отрабатывали нормально. Технический директор спросил о возможности увеличить количество каскадов в два раза, так как дёргать ¼ города для любой проверки — не есть дело! Я заверил, что это решается добавлением еще четырёх плат, и можно сделать за месяц. Тот явно обрадовался такому ответу. Главный инженер повёл разговор в другую сторону: а можем ли мы добавить контроль состояния пускателя уличного освещения? Я сказал, что и это реально, но надо добавлять плату передатчика. Тогда он добавил: а можем еще и входные двери подстанций проверять, с низкой стороны 400в и с высокой – 10 кВ?
Тут я задумался: надо 4 сигнала от каждой подстанции. Размеры платы вырастут почти в 2-3 раза! Реально, но надо что-то делать с сигналами опроса: опрашивать по очереди и так же поочерёдно передавать. Я сказал, что и это реально, но времени уйдёт явно полгода! Да и плата будет иметь не 3-4 микросхемы, а штук 10. Разводить такую плату ну очень сложно!
И тут на меня немного покапало гна от главного инженера: а нафига нам система управления в которой мы не знаем состояния удалённого объекта?! (вспомним мою вторую ошибку: мы не записали тех.задание!) На что я ответил, что спор был реализации телемеханического управления, а не удаленном контроле объекта. Технический директор меня поддержал. Главный инженер был явно обижен и на меня, и на технического директора. (По сплетням, потом он приложил все усилия, чтобы убрать меня из отдела, а технического директора фактически подставил и принудил уйти из этой организации)
Технический директор предложил мне заняться этим проектом. По его указанию на время разработки меня освобождали от «текучки» на работе, привлекали только в случае аварий, когда сил дежурной смены не хватало.
И я снова начал думать… Какие только решения мне не приходили в голову! Как только я не изголялся в попытке сделать компактно, надёжно и дешево. Но получали громоздкие решения. На анализ возможных решений ушло больше месяца. И снова мне повезло. Летом начались грозы. От них горели телефоны, их несли мне на ремонт. И среди всего однообразия мне попался АОН – автоматический определитель номера. И когда я ковырял эту «Русь» до меня дошло: надо сделать частотное кодирование, как в межгороде АТС! Это решение лежало на поверхности, а я тупил, неверно поставив самому себе задачу! Я побежал по знакомым искать литературу по коду «2 из 6» — одновременно передаётся две частоты из шести возможных. Начитался теории, уже в голове нарисовалось, как я реализую 6 приёмников, их выводы заведу на дешифратор и получу несколько бит за одну посылку. А со стороны передатчика я каждый бит свяжу с входной дверью и пускателем. Я уже аплодировал себе, видя довольно простое и надёжное решение. Правда, корпусов микросхем было ну реально дофига: вроде 15 на одной плате!
И снова улыбка фортуны: мне принесли на ремонт китайский радиотелефон «Senao-358». Владелец телефона жаловался на то, что ему звонят, а он не может набрать номер.
— Ха, — усмехнулся я, — Ключ набора номера пробило! Классика после грозы.
Но проверка ключа показала, что он исправен (что-то типа высоковольтного транзистора A42/A92). И я ткнул в линию высокоомными наушниками. А там вместо щелчков — звуки при нажатии.
Да, это был DTMF. Возможно, вам смешно, но я просто не знал о таком чуде вражеской мысли! И меня попёрло: за одну тональную посылку я могу передать сразу ЧЕТЫРЕ бита данных от удаленного объекта к диспетчеру.
А в том телефоне банально сбилась настройка метода набора номера: импульсный/тональный. Уже не помню: это делалось через меню или маленьким переключателем на плате.
И я стал искать как это реализовать. И снова пригодилась LM567: на последней странице документации была почти готовая схема приёмника на нескольких этих микросхемах. Количество микросхем уменьшалось если не в половину, то на треть – точно! Я сел за разводку платы. И когда она была нарисована, меня осенило: надо перелопатить описания современных микросхем! Ведь я не знаю новой элементной базы, а за последние годы электроника шагнула гораздо дальше К155ЛА3. Если есть микросхема для тонального детектора типа LM567, то явно будет что-то и для DTMF.
Да, я нашел MT8870.