Wprowadzenie
Jeśli interesujesz się modelarstwem zdalnie sterowanym – czy to samochodami, samolotami, dronami czy łodziami – z pewnością spotkałeś się z terminem PWM, czyli Pulse Width Modulation (modulacja szerokości impulsu). To właśnie ten sygnał stanowi podstawę komunikacji pomiędzy odbiornikiem RC a urządzeniami wykonawczymi, takimi jak serwomechanizmy czy regulatory prędkości (ESC).
W tym artykule przyjrzymy się bliżej temu, czym jest sygnał PWM, jakie ma parametry w kontekście RC oraz jakie są jego alternatywy i zastosowania.
Co to jest sygnał PWM?
PWM (ang. Pulse Width Modulation) to technika modulacji, która polega na wysyłaniu impulsów o stałej częstotliwości, ale zmiennej szerokości (czyli czasie trwania). W praktyce, sygnał PWM wykorzystywany w RC to seria prostokątnych impulsów, z których każdy trwa określoną liczbę milisekund.
Długość pojedynczego impulsu (a nie jego częstotliwość) niesie informację o tym, co urządzenie powinno zrobić – czy serwo ma się przesunąć w lewo, w prawo, czy może zatrzymać się w neutralnym położeniu.
Typowa częstotliwość sygnału PWM w RC
W klasycznym modelarstwie RC, sygnał PWM wysyłany do serwomechanizmów czy ESC działa z częstotliwością:
- 50 Hz
- Co oznacza, że impuls jest wysyłany co 20 milisekund (ms)
Ta częstotliwość wywodzi się z początków modelarstwa RC, kiedy układy elektroniczne były bardziej prymitywne, a serwa potrzebowały czasu na powrót do pozycji startowej. Mimo że dzisiejsze urządzenia są znacznie szybsze, 50 Hz pozostało standardem.
Zakresy impulsu PWM
Oprócz częstotliwości, kluczową rolę odgrywa szerokość impulsu, czyli jak długo trwa sygnał „wysoki” (czyli aktywny):
| Impuls (µs) | Funkcja |
|---|---|
| 1000 – 1ms | Minimum (np. gaz 0%) |
| 1500 – 1,5ms | Środek (np. neutralny drążek) |
| 2000 – 2ms | Maksimum (np. gaz 100%) |
W praktyce wiele urządzeń toleruje też nieco szerszy zakres, np. 0.9 ms – 2.1 ms, co daje większą rozdzielczość sterowania. Jednak większość standardowych serw i ESC działa optymalnie właśnie w przedziale 1–2 ms.
Jak wygląda taki sygnał?
Wyobraź sobie, że odbiornik RC co 20 ms wysyła impuls do serwa:
- Jeśli impuls trwa 1 ms – serwo ustawia się w pozycji minimalnej
- Jeśli impuls trwa 1.5 ms – serwo znajduje się w pozycji środkowej
- Jeśli impuls trwa 2 ms – serwo idzie maksymalnie w drugą stronę
Resztę czasu (do 20 ms) linia jest w stanie niskim, czyli „wyłączona”.
Gdzie stosuje się PWM w RC?
1. Serwomechanizmy
Najbardziej oczywiste zastosowanie. Każde analogowe lub cyfrowe serwo RC interpretuje długość impulsu PWM jako pozycję kątową.
2. Regulatory prędkości (ESC)
ESC odczytuje sygnał PWM jako polecenie przyspieszenia lub hamowania silnika. W przypadku modeli elektrycznych to podstawowy sposób sterowania obrotami.
3. Systemy stabilizacji i autopiloty
Kontrolery lotu w dronach i samolotach analizują PWM z odbiornika i przetwarzają je na komendy sterujące.
PWM a inne formaty sterowania
Współczesne systemy RC oferują też alternatywy dla klasycznego PWM, zwłaszcza gdy zależy nam na szybszym i bardziej niezawodnym przesyle danych:
- PPM (Pulse Position Modulation): wszystkie kanały przesyłane jednym przewodem – mniejsza ilość kabli, ale większe opóźnienia.
- S.BUS / iBUS: cyfrowa transmisja sygnału wielu kanałów, bardzo popularna w nowoczesnych dronach i samolotach.
- DShot: cyfrowy protokół sterowania ESC, który eliminuje konwersję PWM i daje większą precyzję.
Dlaczego PWM nadal króluje?
Mimo istnienia nowocześniejszych protokołów, PWM wciąż pozostaje najpowszechniejszym i najbardziej uniwersalnym sposobem sterowania w modelarstwie RC. Działa z praktycznie każdym odbiornikiem i urządzeniem, jest prosty do debugowania, a jego zachowanie można łatwo obserwować na oscyloskopie lub analizatorze sygnałów.
Dlaczego akurat 1000–2000 µs w modelarstwie RC?
Geneza: lata 60.–70. – początki RC
W czasach analogowego sterowania radiowego (np. Futaba, Graupner, Sanwa), pierwsze serwa modelarskie były prostymi urządzeniami analogowymi, które porównywały długość impulsu z położeniem potencjometru (wewnętrznego).
Żeby:
- uniknąć zakłóceń,
- zapewnić niezawodność
- i zmieścić się w prostych układach elektronicznych,
ustalono, że sygnał sterujący to impuls o długości 1–2 ms (1000–2000 µs), powtarzany co 20 ms (czyli 50 Hz).
Dlaczego 1–2 ms, a nie inny zakres?
To był złoty środek między:
- precyzją (szerokość impulsu łatwa do rozróżnienia nawet w analogowych układach),
- odpornością na zakłócenia (impuls trwający <1 ms byłby zbyt krótki dla ówczesnych wzmacniaczy),
- łatwością generowania i pomiaru z pomocą kondensatora, 555, prostych timerów,
- zakresem sterowania – 1 ms różnicy daje 180° wychylenia serwa – idealnie.
Dlaczego 1500 µs = środek?
Bo 1500 µs to dokładna połowa między 1000 i 2000 µs. Ustalono to jako „pozycję neutralną” – czyli np. środek steru, pozycja zerowa serwa itp. Daje to intuicyjne sterowanie:
- 1000 µs – maksymalnie w lewo/dół,
- 1500 µs – środek,
- 2000 µs – maksymalnie w prawo/górę.
Techniczny kompromis
Wybór 1–2 ms pozwalał na:
- rozsądną precyzję – np. rozdzielczość 1000 poziomów = 1 µs/poziom,
- uniwersalność – od regulatorów, przez serwa, po inne urządzenia,
- łatwą implementację w aparaturach z timerami 555, mikrokontrolerami czy nawet analogowo.
Niektóre systemy później zwiększały zakres do np. 900–2100 µs, ale 1000–2000 µs pozostało kompatybilnym standardem.
Czy można było wybrać coś innego?
Tak. Ale:
- Zbyt małe wartości (np. 0–255) byłyby trudne do odczytu analogowo.
- Zbyt szeroki zakres (np. 0–5000 µs) oznaczałby wolniejsze reakcje.
- 1000 µs daje idealne 1 ms „przestrzeni” na sterowanie – wystarczająco dla precyzji, ale szybkość reakcji nadal dobra.
A dziś?
Mimo postępu (cyfrowe magistrale jak SBUS, CRSF, FPort), urządzenia nadal wspierają 1000–2000 µs, bo:
- to standard branżowy,
- ogromna ilość sprzętu z tym działa,
- serwa i ESC nadal tego oczekują.
TL;DR
- 1000–2000 µs to standard modelarski PWM wywodzący się z analogowych systemów RC.
- Długość impulsu określa pozycję kanału – im dłuższy, tym większa wartość.
- Środek = 1500 µs.
- Jest to kompromis: precyzja, szybkość, niezawodność.
- Obecnie to de facto język modelarskiego sprzętu – mimo cyfrowych interfejsów.
Podsumowanie
PWM w RC to fundament, na którym opierają się setki tysięcy modeli na całym świecie. Znając jego podstawowe parametry – 50 Hz częstotliwości oraz zakres impulsów od 1 do 2 ms – można z łatwością konfigurować i diagnozować większość typowych problemów w systemach RC.
Choć przyszłość należy do cyfrowych protokołów, PWM pozostaje niezmiennie obecny i ważny – szczególnie dla hobbystów, konstruktorów i pasjonatów zaczynających swoją przygodę z modelarstwem.
Jeśli planujesz budowę bardziej zaawansowanego modelu, warto rozważyć radio z większą liczbą kanałów. Zobacz test radia 10-kanałowego do RC – idealnego do pojazdów z dodatkowymi funkcjami.
