Základní pojmy: PPM, CPPM, PWM, PCM a S.BUS

Rozpracováno.

PCM = pulse code modulation (pulsně-kódová modulace)
PPM = pulse position modulation (pulsně-polohová modulace)
PAM = pulse amplitude modulation (pulsně amplitudová modulace)
PWM = pulse width modulation (pulsně-šířková modulace)

Tyto zkratky označují způsob zakódování údajů o výchylkách v signálu, přenášeném mezi vysílačem a přijímačem, případně mezi přijímačem a servy.

PAM

Historicky zřejmě prvním způsobem kódování byla PAM. Kódování spočívá v prostém ovzorkování hodnoty přenášeného signálu v pravidelných intervalech. Amplituda přenášených impulsů odpovídá hodnotě přenášené veličiny v době trvání vzorkovacích impulsů. Tento způsob je velmi náchylný na chyby způsobené zkreslením signálu při přenosu. V moderní RC technice se nepoužívá.

PWM

PWM kóduje přenášenou veličinu jako šířku impulsu. Větší hodnotě přenášené veličiny odpovídá větší šířka impulsu. V RC technice je PWM využíváno pro komunikaci se servy a regulátory elektromotorů.

V RC technice se obvykle používá rozsah šířky impulsu od 1ms do 2ms (např. 1ms odpovídá jedné krajní poloze serva, 2ms druhé krajní polozeca 1,5ms je střední poloha). V praxi se někdy používají i rozsahy větší, od cca 0,8ms do 2,2ms. Opakovací perioda tohoto impulsu je obvykle 20ms (to umožňuje do jednoho PPM signálu vložit až 8 kanálů jednotlivých serv. Existují systémy, kde je v zájmu rychlosti odezvy tato perioda zkrácena, ale není to standardizováno. PWM signál pro serva s periodou 20ms a šířkou impulsu 1-2ms naproti tomu zpracují všechna běžná serva a regulátory.

Průběhy PWM ze servotesteru HobbyKing
(Sejmuto pomocí kapesního osciloskopu DSO Nano v2 s firmware BenF v3.64)

Minimální hodnota - 0,9ms	Střední (neutrální) hodnota - 1,52ms	Maximální hodntota - 2,2ms	Celková délka jednoho cyklu signálu - cca 15ms

Které části RC výbavy modelu obvykle využívají PWM?

• Serva
• Regulátory motorů (ESC - Electronic Speed Controllers)
• RC přepínače
• RC osvětlení
• Záznamníky dat (Data loggers)
• Samostatné moduly Failsafe
• Autopiloty/Stabilizační systémy
• Testery serv

PPM

PPM kóduje hodnotu jako polohu impulsu ve vymezeném časovém intervalu. V RC technice je nejběžnější rozsah intervalu, ve kterém se pohybuje impuls od 1ms do 2ms. Střední hodnota ("0") je 1,5ms. V PPM signálu může být (a v případě RC souprav je) zakódována hodnota několika veličin (kanálů). Přenáší se postupně po sobě. Opakovací perioda klasického kompletního signálu PPM ("rámce") je zpravidla 22,5ms.

V principu se jedná o až 8 signálů PWM pro jednotlivé kanály, spojených za sebou. Každý je zahájen synchronizačním impulsem opačné polarity o šířce cca 0,3ms, jehož trvání se odečítá od délky původního signálu PWM. Signály pro jednotlivé kanály na sebe bezprostředně navazují. Za posledním kanálem je vložen ukončovací impuls rámce o šířce 0,3ms a následuje interval (při obvyklých parametrech signálů min. 3,8ms) bez synchronizačních impulsů. Protože je v šířce závěrečného intervalu rámce jistá rezerva, připouštějí některé přijímače zpracování rámce s impulsy kanálů o max. šířce až 2,2ms.

Takže proč se tomu říká PPM? Když se na signál podíváte, je vidět, že šířka původních PWM impulsů je vymezena polohou synchronizačních impulsů (jejich vzdáleností od sebe). Takže se to celá dá chápat také tak, že hodnota v kanálu je dána vzájemnou polohou dvou následujících synchronizačních impulsů jednotné šířky. Tak také byla (pokud si vzpomínám na školní léta) PPM původně definována.

Ve firmware OpenTx lze nastavovat periodu opakování PPM rámce (implicitně 22,5ms), šířku synchronizačního impulsu jednotlivých kanálů (300μs) a měnit polaritu signálu.

Příklad: Průběhy PPM na Trainer konektoru T9X s OpenTx
(Sejmuto pomocí kapesního osciloskopu DSO Nano v2 s firmware BenF v3.64)

Celá perioda signálu - 22,5ms Průběh je sejmut v klidové poloze ovladačů - všechny jsou v prostřední poloze, mimo plynu (3. kanál), který je stažený na minimum.	Synchronizační impuls - cca 0,3ms	Celková délka signálu jednoho kanálu pro střední polohu kniplu - cca 1,5ms
Výchylka -100% -> 1ms	Výchylka +100% -> 2,01ms
Výchylka -125% -> 0,864ms	Výchylka +125% -> 2,14ms

Princip dekódování PPM signálu na jednotlivé kanálové PWM impulsy je zřejmý z obrázku - příklad pro 6 kanálů a délku PPM rámce 20ms (převzato z http://paparazzi.enac.fr/wiki/RC_Receivers_and_Radios#Introduction):

Jak je zřejmé z principu kódování a vidět z obrázku, nemohou se jednotlivé impulsy pro serva, vycházející z přijímače s přenosem PPM, v čase překrývat. To je důležité zejména pro různé přídavné moduly, které s výstupy přijímače pro serva dále pracují (různé mixery, stabilizační jednotky atp.).

Tohle nemusí platit pro přijímače s PCM, tam mohou (a zpravidla bývají) vysílány signály pro více serv ve stejném čase. To je sice výhodné z hlediska plynulého a konzistentního řízení modelu, ale navazující zařízení, která spoléhají na nepřekrývání kanálů, s tím mívají problémy.

Které části RC vybavení obvykle využívají PPM?

• RC vysílače
• RC přijímače
• Propojení učitel/žák
• Autopiloty/Stabilizační systémy
• Moduly pro připojení k počítači (pro simulatory)

PCM

PCM (Pusně kódová modulace) je způsob kódování hodnoty přenášené veličiny pomocí sériově přenášené posloupnosti binárních čísel. Hodnoty výchylek jednotlivých kanálů jsou zakódovány v binárním kódu. Konkrétní uspořádání celého přenosu se u jednotlivých výrobců liší. Obvykle se přenáší hodnoty výchylek s rozlišením na 10 bitů, což odpovídá 1024 úrovní kvantování (lze např. rozlišit 1024 různých hodnot pro polohu každého serva, což je daleko za obvyklou velikosti pásma necitlivosti a chyby zpracování v servu).

Do signálu PCM bývají obvykle vkládány další informace: jednoznačný kód přijímače (Model Match a podobné funkce, zabraňující ovládání modelu s jiným nastavením přijímače, než mu přísluší), nastavení Fail Safe, kontrolní součty pro odhalení chyby přenosu a služební informace pro udržení spojení.

Poměrně obvyklá je praxe (zejména u vysílačů 2,4GHz), kdy z počítačové části vysílače je přenášen do vysílacího modulu signál ve tvaru PPM, tam se transformuje na PCM, odvysílá se do přijímače, ve kterém se z něho dekódují signály pro jednotlivé kanály (serva) ve tvaru PWM. Má to výhodu v tom, že vysílací moduly a přijímače mohou být výměnné (PPM je v podstatě standard), takže např. vysílač může vysílat svým nativním modulem a po výměně vysílacího modulu za Orange DSM2 může ovládat přijímače systému DSM2 (Spektrum). Nevýhodou je, že se při tom obvykle přijde o možnost používat Model Match a Fail Safe, protože není definován způsob přenosu v PPM signálu.

Proto se např. v T9X provádějí HW úpravy a úpravy firmware, které umožňují využívat jiné (FrSky,DSM2) moduly plnohodnotně.

Vysílače tzv. značkových výrobců toto obvykle neumožňují, jsou záměrně navrženy tak, aby plné využití možností vysílače bylo možné jen s originálními vysílacími moduly dané firmy a tím i pouze s jejich přijímači.

Výjimkou je v tomto FrSky Taranis, který, mimo vlastního vestavěného modulu, podporuje i použití modulů DSM2.

PCM se od ostatních systémů přenosu (PPM, PWM a PAM) odlišuje mimo jiné způsobem, jak reaguje na zkreslení signálu. Vzhledem k tomu, že PCM umožňuje zajištění správnosti přenesných dat pomocí kontrolního součtu, je schopen odhalit poměrně jednoduše případné porušení přenášených dat.

Na to reagují přijímače obvykle stejně, jako všechny leší přijímače (i PPM) reagují na ztrátu signálu: po dobu prvních několik desetin sekundy až sekund ponecháním poslední platné hodnoty výchylek. Pokud trvá výpadek delší dobu, je volitelně buďto použita hodnota, určená uživatelem při nastavení Fail Safe, nebo se prostě přestane vysílat signál pro serva. Je pak na servech, jak na to zareagují. Některá serva mají vlastní Fail Safe, jiná přejdou např. do neutrální polohy. Většina serv prostě uvolní tah a přestanou udržovat výchylku. Regulátory elektromotorů a serva plynu sjedou na minimální hodnotu ("stáhnou plyn").

Pokud je zarušený signál PPM, přijímač nadbytečné impulsy chápe jako součást signálu a posílá tedy nesprávné požadavky na serva, která se krátce vychýlí do nesprávné polohy ("škubou"). To může velmi znesnadnit až znemožnit řízení modelu. Nicméně, k tomuto obvykle dochází krátkodobě a postupně, takže pilot může na neobvyklé chování zareagovat, například tak, že přiletí blíž k vyílači.

Naproti tomu PCM krátkodobá rušení "maskuje", takže pilot do poslední chvíle netuší, že se děje něco špatného. K výpadku pak dojde náhle, když doba rušení překročí dobu, kterou systém toleruje.

Výhody PCM

Extrémní přesnost polohování a ne servo chvění, dokonce i při velmi velké vzdálenosti . Udržujte polohu serv při poruchách kurzeitigen (přidržení) . Nastavte serva do přednastavené polohy na dlouhodobé narušení nebo selhání vysílače ( fail-safe ). rychle přenášet na SPCM20 a PCM 1024 , podobně jako na PPM. Žádné serva jsou zničeny příliš dlouhý nebo příliš krátký pulsy RC, které se příležitostně se může stát s PPM.

Nevýhody PCM

PCM přijímače jsou dražší než PPM . , protože jsou obvykle v kombinaci s velmi dobrou dvojitou konverzí, jsou stejné velikosti a hmotnosti jako PPM dvojité upscale výborný. Oni často mají horší Nachbarkanalunterdrükkung jako vhodné PPM přijímače stejné třídy. opatrnost je při přechodu stanic s sousedního kanálu . Vzhledem k různé protokoly, mohou být provozována pouze z vysílače stejného výrobce. Inovativní, flexibilní společností, které nabízejí takové Automatická volba kanálů (SCAN PLL) nelze použít protokol. Tak běží PCM stát kousek za vývojově. Přezkoumání kvalita přenosu je velmi obtížné , protože hold režim skrývá malé odchylky. Proto se může někdy vést k nehodám, protože bez varování je patrný. Jsou nebezpečné poruchy, které se vyvíjejí pomalu, tak technického rázu, které pouze v úplném výpadku přenosu být patrné, ale to je obvykle s havárii.