Projekti: Energiakouran langaton ohjaus

Langaton kauko-ohjaus metsätraktoriin

Sukulaismiehen traktoriin tuli tarve toteuttaa pienimuotoinen langaton releohjaus puomissa olevalle energiakouralle (Naarva-Koura 1500-25). Kourassa on kolme ohjausta: kouran lukitus, katkaisu ja tiltti. Ohjaukset on toteutettu sähköisinä eli kourassa oleville kolmea solenoidiventtiiliä ohjaavalle releelle menee ohjaamosta puomia myöten 4-johtiminen johto. Johto on vaurioaltis puomin nivelten kohdalta, ja ennen kaikkea johto estää kouran vapaan pyörittämisen. Jos kouran asentoa ei jatkuvasti tarkkaile käy helposti niin, että johdot pääsevät kiertymään liian monta kierrosta, jolloin ne napsahtavat poikki.

 Ohjaus tehtiin kuvan traktoriin, kuvassa puomissa karsintakoura

Valmistajalta on tarjolla kouraan myös radio-ohjaussarja, mutta koska tämä koura ei ole varsinaisesti kokopäiväisessä ammattikäytössä, omistaja katsoi usean tuhannen euron hankinnan liian arvokkaaksi. Tässä yhteydessä lupauduin rakentamaan ohjaukseen tarvittavan yksinkertaisen elelektroniikan.

Radio-ohjauksessa päädyin käyttämään 433 MHz:n taajuusalueella toimivaa lähetin-vastanotinparia. Kyseinen taajuus on varattu juuri kauko-ohjattaville laitteille, joten siinä suhteessa ongelmia ei ole. Tosin määräyksissä lähetystehoa on rajattu, tässä suhteessa liikutaan ehkä vähän harmaalla alueella, koska pienellä lähetysteholla ohjaus ei tässä tapauksessa toimi luotettavasti. Vastaanotin pitää sijoittaa kourassa kolmelta sivulta metallilla suojatulle alueelle, joten lähettimessä käskyjen perille saamiseen tarvitaan jonkin verran tehoa. Ohjausta kuitenkin käytetään pääasiassa metsässä, jossa potentiaalisia mahdollisesti häirittäviä kohteita on vähän. Käyttö on myös hyvin lyhytaikaista, joten näillä perusteilla päädyin hankkimaan laitteita, jotka eivät todennäköisesti saisi viranomaishyväksyntää Suomessa.

Vastaanotin

Vastaanotin on yksinkertaisella ja tähän tarkoitukseen soveltuvalla ASK-OOK-protokolla toimiva 4-kanavainen relekortti. Kortilla on 4-kanavainen vastaanotin, joista jokainen kanava ohjaa yhtä relettä. Käyttöjännite on 12 VDC. Releitten toiminnaksi on valittavissa joko vaihtotoiminta (eka painallus ON, toka OFF) tai toiminto, jossa rele vetää niin kauan kun ohjaus on päällä.

Vastaanotin

Kourassa tarvitaan molempia toimintoja (lukitus ja katkaisu ovat ON-OFF, tiltti päällä niin kauan kun ohjaus on aktiivinen). Saman kortin kaikki releet toimivat samassa moodissa, joten vastaanottimia tarvitaan kaksi. Kortiksi valittiin nelikanavainen siksi, että sen hinta ei merkittävästi poikkea 2-kanavaisesta, ja kortilla on vastaisuuden varalle kaksi varakanavaa/relettä valmiiksi käytettävissä.

Jokainen vastaanotin "opetetaan " aluksi tottelemaan tiettyä lähetintä painamalla ensin vastaanotinkortilla olevaa painiketta, ja sen jälkeen aktivoimalla lähetin. Ohjelmointi tehdään vain kerran, ja lähettimen valinta jää kortilla olevan piirin muistiin.

Lähetin

Lähettimeksi valitsin mittausteni mukaan n. 300 mW teholla toimivan vastaanotinkorttien kanssa toimivan lähettimen. Koska vastaanotinkortteja on kaksi, myös lähettimiä tarvitaan kaksi. Lähetin-vastaanotinpari maksaa Kiinasta tilattuna postikuluineen n. 15 euroa, joten suuresta kustannuksesta ei tässä tapauksessa ole kyse.

Lähetin

Mekaniikka

Näissä elektroniikaltaan yksinkertaisissakin projekteissa vaikeimmaksi asiaksi muodostuu yleensä toteutuksen mekaaninen puoli. Vastaanottimelle löytyi sopiva ja suojainen paikka kouran takapuolelta, johon vastaanotin sijoitettiin metallikotelossa. Kotelona käytimme peltistä armeijan ammuslaatikkoa, se oli mitoiltaan ja muiltakin ominaisuuksiltaa tähän tarkoitukseen sopiva. Kotelon päälle sijoitettiin antennit, on-of-kytkin sekä akun varaustilanäyttö monivärisellä ledillä.

Vastaanotin kouraan asennettuna

Käyttöjännite elektroniikalle otetaan koteloon sijoitetusta 12V 9Ah:n lyijyhyytelöakusta. Akusta riittää virtaa talvellakin reilun työpäivän mittaiseen käyttöön, ja akku on helppo kuljettaa mukana ja ladata yöllä täyteen seuraavaa päivää varten. Kotelon kylkeen asennettiin ohjaamon takaseinässä olevan liitimen mallinen uusi liitin, johon kouran johtosarja yhdistyy.

Kotelon sisälle asennettiin vastaanotinkortit ja tehtiin johdotukset riviliittimen kautta kouran johtosarjan liittimelle. Käytetylle taajuudelle viritetyt antennit sijoitettiin kotelon yläreunaan.

Vastaanotinrelekortit ja akku kotelon sisällä

 

Antennit ja käyttökytkin

Lähetin koteloitiin miljoonlaatikosta löytyneeseen metallikoteloon, jonka reunaan sijoitettiin hyvälaatuiset oikealle taajuudelle viritetyt antennit. Signaalikaapelit viedään alareunasta taivutussuojan/vedonpaoistajan kautta riviliittimelle, johon käyttökytkinten signaalit on johdotettu. Lähetin sijoitettiin traktorissa lähelle takaikkunaa siten, että esteitä lähettimen ja vastaanottimen välillä on mahdollisimman vähän.

Lähetin asennuspaikallaan

Metallikotelon sisälle on toteutettu lähetinpari tekemällä kytkentä koekytkentäpiirilevylle. Piirilevyllä on yksinkertainen +5V jännitelähde, josta saadaan lähettimien käyttöjännite. Lähettimien maksimikäyttöjännite on +9V, mutta pienemmällä jännitteellä lähettimien pääteasteet kestävät paremmin ja tälläkin jännitteellä lähettimen teho on osoittautunut riittäväksi.

 Lähetinkotelo avattuna

Kouran käyttöön ei tehty muutoksia eli käytössä on sama kolmen painikkeen kytkinryhmä kuin aiemminkin. Kytkimet on johdotettu ohjaamossa riviliittimelle, johon lähettimestä tuleva kaapeli on yhdistetty.

Kouran käyttökytkimet (lukitus, katkaisu ja tiltti)

Yhteenveto

Kun työtunneille ei lasketa hintaa, järjestelmän hinnaksi tuli kaikkine hankintoineen n. 250 euroa. Hintaan sisältyy parin prototyypin rakentaminen koteloineen. Kalleimmat osat taisivat olla kouran johtosarjan liittimet, niihin meni reilut 50 euroa.

Lisäetuna toteutukselle tuli se, että koura on nyt helposti siirrettävissä toiseen traktoriin ilman, että siihen tarvitsee tehdä puomissa kouralle vietävää johdotusta. Lähetinyksikön ja käyttökytkimet saa kasaan muutamalla kympillä, joten tälläinen toteutus soveltuu hyvin esim. kimppakäytössä olevalle kouralle, jota jokainen osakas käyttää omassa traktorissaan.

Käytännössä homma on toiminut hienosti. Suurimmat ongelmat ovat olleet antennien kanssa, kaupalliset tuotteet eivät ole toimineet lupausten mukaisesti. Antenneja on jouduttu mittaamaan ja virittämään, jotta ne toimivat asiallisesti. Huonosti toimivasta antennista aiheutuu signaalin heijastumista takaisin lähettimeen, jolloin lähettimen pääteaste voi tuhoutua. Aika monta pääteastetta tuli juotettua irti ja korvattua ehjillä pintaliitoskomponenteilla, joten oppi oli tässäkin haettava kantapään kautta. Antennianalysaattori osoittautui tärkeäksi työkaluksi tässäkin projektissa.