Jste zde

Ruční radiostanice pro pásmo 70cm za méně než 2000 Kč

Redakce HW serveru, 10. Říjen 2002 - 0:00

Cílem tohoto článku je nabídnout radioamatérům kvalitní, cenově dostupné řešení všem zájemcům, i

těm méně finančně zajištěným. Je totiž velká škoda, že FM pásmo zatím docela zeje prázdnotou.

Úvod

FM provoz na radioamatérském pásmu 430 MHz prožívá v poslední době velký rozvoj. Je to hlavně díky vzniku nových převaděčů, kterých je v době psaní tohoto článku kolem 35 po celé republice. Převaděčů v pásmu 145 MHz je pro srovnání asi 25. Vznik nových 430MHz převaděčů umožnil vyřazování starých mobilních telefonů NMT, ze kterých pak úpravou vznikaly jak převaděče, tak i uživatelské stanice či rychlé vstupy pro packet radio.

Základní nevýhodou těchto radiostanic je jejich rozměr, často se jedná o tzv. kufříkové provedení. Váha baterií se pohybovala přes 1kg (olověné nebo NiCd akumulátory). Rozhodně je nešlo přibalit do batohu na výlet. Cena kolem 3000 Kč byla přesto pro některé radioamatéry vysoká a případná přestavba svépomocí vyžadovala znalosti a měřicí techniku do 500 MHz.


Stavět či nestavět?

Stavba ruční radiostanice je dnes sice možná, ale provází ji řada komplikací. Pokud má být radiostanice opravdu ručního provedení, je nutné použít součástky SMD a nové integrované obvody s nízkou spotřebou. Oživování může být problematické z důvodu nedostatku místa a nežádoucích vazeb. Pokud už všechny tyto problémy překonáme, narazíme na další – vhodná krabička. Má-li zařízení k něčemu vypadat, nemůže být v krabičce od mýdla nebo z kuprextitu.


Pro jeden svůj projekt jsem potřeboval zajistit bezdrátový datový přenos. Pro tento účel je na trhu dostatek modulů pro pásmo 433MHz. Ty kvalitnější používají modulaci FM. Značkové vysílací moduly (Radiometrix) stojí kolem 1200 Kč, od jiných výrobců se dá sehnat za 700 Kč. Přijímací moduly se potom dají koupit za 2300 Kč, případně za 1200 Kč. A to je pouze modul bez následných obvodů audiozesilovače, squelch apod.

Při brouzdání na internetu jsem u firmy Conrad našel ruční radiostanice právě pro pásmo 433MHz. Tyto radiostanice využívají generálního povolení v Německu a jsou shodně nazývány LPD (Low Power Device). V Německu je k dispozici pásmo 433.050 – 434.790 MHz, celkem 69 kanálů po 25 kHz a je povolen i přenos hlasu. U nás je toto pásmo povoleno pouze pro datový přenos, proto tyto radiostanice není možno používat podle našeho generálního povolení. Nicméně radioamatéři z tohoto pohledu nemají žádný problém. Platná licence je opravňuje k vysílání i v tomto pásmu.

Nejzajímavější byla právě cena – 79 DM, což je v přepočtu kolem 1400 Kč. Za kompletní radiostanici s 10mW výkonem, 0.2µV citlivost, fixní squelch, napájení z 4 AAA baterií je to opravdu téměr zadarmo. Navíc blokové schéma (obr.1.) vypovídá, že se jedná o kvalitně provedené zařízení s využitím fázového závěsu (PLL) a dvojím směšováním. Na místě první mezifrekvence je použit krystalový filtr 21.7MHz a ve druhé keramický filtr 450kHz, jako demodulátor potom ekvivalent známého MC3361. Demodulovaný signál je poté zesílen v klasickém audiozesilovači LM386. Na vstupu přijímače je zařazen SAW filter, který zajišťuje odolnost přijímače.


Vysílač je osazen koncovým tranzistorem AT-31625, který je schopen dodat až 0.5 W výstupního výkonu. Přepínání vysílání/příjem je zajištěno PIN diodami, a nevzniká tak zpoždění jako u přepínání relátkem. To předurčuje stanici i pro provoz packet radio. Signál z mikrofonu je nejprve veden do zesilovače a omezovače a potom je dále filtrován v dolní propusti.

Celý transceiver řídí 4bitový mikroprocesor Toshiba, který ovládá všechny funkce – přepíná napájecí napětí, umlčuje signál, ovládá syntezátor apod. Je v provedení OTP, takže program nelze modifikovat.


Původně jsem měl obavy z SAW filtru na vstupu přijímače, zda pokryje celé amatérské pásmo. Nicméně spektrální analyzátor ukázal, že filtr pracuje bez problémů přes celé pásmo 430-440 MHz.

Parametry radiostanice po přestavbě

  • Kmitočtový rozsah TX i RX: 430.000 – 439.995 MHz
  • Kmitočtový krok: 25 kHz
  • Počet kanálů: 2x15
  • Typ: superheterodyn s dvojím směšováním
  • Mezifrekvenční kmitočty: 21.7 MHz (krystalový filtr), 450 kHz (keramický filtr, 15 kHz)
  • Citlivost přijímače: cca 0.2µV – 12 dB SiNAD
  • Výkon vysílače: cca 400 mW, 50 W, 6 V
  • Rozsah externího napájení: 4,5-6 V
  • Odběr proudu:
  • Vysílání – 200 mA
  • Příjem – 27 mA
  • Standby – 2.5 mA
  • Kodér standardních CTCSS tónů
  • 1750Hz tón pro aktivaci převaděčů
  • Standby režim, pokud není na vstupu žádný užitečný signál
  • Indikace kmitočtu Morseovou abecedou
  • Možnost provozu packet radio

Na základním obvodu s jedinou součástkou není co popisovat. Na obr. 1 je obvod již doplněn proudovým boosterem v můstkovém komplementárním zapojení s tranzistory o maximálním dovoleném proudu 1 A a tantalovým kondenzátorem blokujícím značné proudové špičky. Bez osazeného boosteru se na protitaktně spínané výstupy mikrořadiče (svorky J2), na nichž je tak dvojnásobná amplituda napětí, připojí přímo piezoelektrický akustický měnič. Je možno použít i malý (magnetodynamický) reproduktor s vysokou impedancí (cca 100 W). Výstupní budiče vývodů mikrořadiče mají poměrně velký vnitřní odpor, takže s touto zátěží k překročení dovoleného proudu budiče ±25 mA nedojde. Měřením bylo zjištěno, že výkonové přizpůsobení nastane při zatěžovacím odporu 108 W, kdy by byl výstupní výkon 60 mW.

Schéma zapojení

Původní zapojení využívalo mikroprocesoru AT89C2051 s externí pamětí EEPROM. Nicméně jsme se nakonec rozhodli použít jiný mikroprocesor ve stejné cenové relaci, ale s mnohem více funkcemi – 68HC908JK3 od firmy Motorola. S tímto mikroprocesorem jste se již mohli seznámit na stránkách PE, tak nyní jen základní rysy:

  • kód kompatibilní s procesory HC05
  • napájení 3 V nebo 5 V
  • 8MHz kmitočet interní sběrnice
  • RC oscilátor nebo krystal
  • FLASH 1,5 kB nebo 4 kB programovatelná v aplikaci
  • 128B RAM
  • 2kanálový 16bitový časovač
  • 12kanálový 8bitový AD převodník
  • 15 vstup/výstup pinů
  • IRQ pin
  • DIP nebo SO pouzdro, 20 pinů

Program je napsán v jazyce C, přeložen a odladěn pomocí kompilátoru firmy HIWARE [5]. Programování mikroprocesorů v jazyce C dává možnost snadno a pohodlně psát různé aplikace, včetně výpočtů matematických funkcí či počítání s plovoucí desetinnou čárkou (FLOAT). Proto bychom rádi ukázali, jak jsou dělané jednotlivé části programu řídícího tuto radiostanici.



Výkres plošného spoje. PS

Základní výhodou použití ovládacích programů v jazyce C byla snadná přenositelnost na jiné typy mikroprocesorů. V našem případě z rodiny x51 na Motorolu. Všechny rutiny se daly přímo použít bez znalosti assembleru nového procesoru.
Schéma zapojení přídavné desky je na obr. 9 a výkres plošného spoje na obr. 10. Plošný spoj je vyroben na jednostranné desce tloušťky 0.4 mm.

Zde je příklad ovládání fázového závěsu TB31202: 

void Posli_PLL(unsigned long int Slovo, unsigned char Bitu) 

// posila se SLOVO delky Bitu 

{ 

Data_PLL = 0; // jednotlive piny 

Clk_PLL = 0; 

Strobe_PLL = 0; // zakladni nastaveni 

while (Bitu--) 

{ 

Data_PLL = Slovo%2; // posila se od LSB 

Clk_PLL = 1; // platna data vzestupnou hranou 

Clk_PLL = 0; 

Slovo /= 2; // rotace doprava 

} 

Strobe_PLL = 1; // strobovaci plus zapise data 

Strobe_PLL = 0; 

}


V programu je potom tato funkce volána: 

Posli_PLL(0x3352, 14); // nastav krok 25kHz (reference z 21.25MHz)


Posli_PLL(0x0870, 14); // nastav CH2 ON, 800uA proud 

Posli_PLL((Freq + 0x040000),19); //nastav na hodnotu Freq

Dalším příkladem může být například testování binárního přepínače pro volbu 16 kanálů. Ten je připojen na pinech označených Chan_0 až Chan_3: 

void Urci_kanal(void) 

{ 



Kanal = 0; 

if (!Chan_0) Kanal |= 1; // vypocet kanalu podle bitu 

if (!Chan_1) Kanal |= 2; 

if (!Chan_2) Kanal |= 4; 

if (!Chan_3) Kanal |= 8; 

}

Velkou výhodou použití mikroprocesoru 908JK3 byla dostupná funkce PWM (pulsně šířková modulace), kdy časovač automaticky generuje signál o nastaveném kmitočtu se střídou 1:1. Jeho generování probíhá nezávisle na běhu programu a nevyužívá ani přerušení. Vlastní rutina CTCSS pouze nastaví správné registry časovače: 

void BuzzerSet(unsigned int BuzzerPeriod) 

{ 

TMODH = (unsigned char)(BuzzerPeriod >> 8); 

TCH1H = TMODH/2; 



TMODL = (unsigned char) BuzzerPeriod; 

TCH1L = (unsigned char)(TMOD/2); 

}

Před vlastním zapnutím tónu je nutné časovač nastavit do správného težimu: 

void InitCTCSS(void) 

{ 

TSC_TSTOP = 1; /* stop the timer */ 

TSC_TRST = 1; /* and reset the timer */ 

TSC_PS0 = 0; // prescaller 

TSC_PS1 = 0; 

TSC_PS2 = 0; 



TSC1_ELS1B = 1; 

TSC1_ELS1A = 1; /* set on output compare */ 

TSC1_MS1A = 1; /* output compare on channel 1 */ 



TSC1_TOV1 = 1; /* toggle on overflow */ 



BuzzerSet(0x0100); /* set ratio */ 

BuzzerDisable(); 



TSC_TSTOP = 0; /* run the timer */ 

}

Stejný princip je využíván i pro pípání morseovou abecedou či pro generování nahazovacího tónu 1750 Hz.

Tento typ mikroprocesoru bohužel neobsahuje hardwarovou sériovou linku, nicméně se dá bez problémů napsat pomocí SW. A s jednou velkou výhodou pro náš účel – piny RXD a TXD se dají namapovat kamkoliv a signály není nutné negovat. Pro propojení s PC pak stačí na oba signály zapojit diody omezující napětí z –12/+12 V na 0/+5 V.

Z cvičných důvodů jsme také pozměnili způsob detekce nízkého napětí baterií transceiveru. Původně je využíván komparátor s pevně nastavenou překlápěcí úrovní, jehož logický výstup je testován mikroprocesorem. Náš mikroprocesor měří přímo napětí baterie a signalizuje jej pomocí Morseovy abecedy přímo. Což je užitečná funkce při provozu z akumulátorů. Navíc dává čtenářům možnost použít tuto rutinu ve svých aplikacích. 

void Control_Battery(void){ 



ADSCR = 0x05; // nastavi kanal 5 - PTB5 a spusti prevod 

while (!ADSCR_COCO); 

Napeti = 492 * ADR; // prepocita hodnotu na napeti [V] 

Napeti /= 1000; 

}

 

Ovládání radiostanice

SW nového mikroprocesoru umožňuje naprogramovat 30 různých kanálů s libovolným kmitočtovým odskokem. Kanály jsou rozděleny na 2 druhy:

  • univerzální kanály & převaděčové kanály – mají možnost CTCSS a funguje na nich power save i call tón, funguje i indikace kanálu Morseovou abecedou
  • kanály pro packet radio – nemají CTCSS a nefunguje na nich power save a call tón. Také je vypnut mikrofonní zesilovač, aby nedocházelo k rušení signálu z mikrofonu. Vstupní a výstupní signály se dají vyvést na speciální konektor.

Toto dělení je nutné z důvodu minimálního počtu vnějších ovládacích prvků. Call tón 1750 Hz se aktivuje dvojím rychlým stisknutím PTT. To se nedá realizovat na kanálech pro packet radio, protože tam může nastat podobná situace při vysílání krátkých paketů. Při rychlém „jednokliku“ PTT odpípá radiostanice zvolený kmitočet v Morseově abecedě. Je to ideální funkce pro nás všechny zapomnětlivé.

Při běžném zapnutí radiostanice je zvolena první banka kanálů 1 až 15, radiostanice pípne „..“. Je-li stanice zapnuta při stisknutém PTT, volí se druhá banka a stanice se ozve pípnutím „- -„. Kmitočty kanálů jsou uloženy v paměti mikroprocesoru a dají se přeprogramovat i z počítače PC. Program je volně šiřitelný a bude umístěn na [4].

Jednotlivé kmitočty jsou uloženy v souboru FREQ.TXT ve formě ASCII v tomto formátu: 

MO-0 PS-1 PSD-0 

01-9975/1000/00 // 1.kanal 1. banky 

02-2000/2000/02 

... 

15-3125/9125/00 // 15. kanal 1. banky 

MS-4 CB-1 

01-6000/6000/00 // 1. kanal 2. banky 

... 

14-9975/1000/00 

15-2000/2000/02 // 15. kanal 2. banky

Každý řetězec začíná číslem kanálu, například „01“. Následuje přijímací kmitočet bez „43“, např. 439.975 MHz je definován jako „9975“. Stejně je tvořen i vysílací kmitočet za lomítkem. Dalším číslem v pořadí je číslo CTCSS tónu dle tab. 2. Oba kmitočty musí být v rastru 25 kHz! Je-li zvolen 0, žádný CTCSS tón se negeneruje. Subtón není možné definovat u kanálů pro packet radio, do tabulky je nutno vepsat nulu.

 

Číslo
Tón (Hz)
Číslo
Tón (Hz)
Číslo
Tón (Hz)
Číslo
Tón (Hz)
1
67
12
97.4
23
141.3
34
206.5
2
69.3
13
100
24
146.2
35
210.7
3
71.9
14
103.5
25
151.4
36
218.1
4
74.4
15
107.2
26
156.7
37
225.7
5
77
16
110.9
27
162.2
38
229/1
6
79.7
17
114.8
28
167.9
39
233.6
7
82.5
18
118.8
29
173.8
40
241.8
8
85.4
19
123
30
179.9
41
250.3
9
88.5
20
127.3
31
186.2
42
254.1
10
91.5
21
131.8
32
192.8
43
 
11
94.8
22
136.5
33
203.5
44
 

Rozdělení kanálů (pro každou banku):
1 – 11 – převáděčové a univerzální kanály
13 – 15 – kanály pro packet radio

Na kanálech 1 – 12 funguje i úsporný režim přijímače, který je aktivován v případě nepřítomnosti signálu na vstupu po dobu nejméně 5 vteřin. Přijímač se potom zapíná každých 0.5/1/2 vteřiny na několik desítek milisekund. Není-li na vstupu užitečný signál, opět se vypne.

Na prvním řádku souboru je možnost nakonfigurovat některé parametry radiostanice:
MO-1 po krátkém stisku PTT se odpípá kmitočet kanálu v Morseově abecedě
MO-0 indikace kmitočtu je zakázána

PS-1 funkce power save je povolena
PS-0 power save je zakázán, radiostanice je neustále na příjmu

PSD-0 při režimu power save je přijímač zapínán každých 0.5 sec
PSD-1 při režimu power save je přijímač zapínán každou 1 sec
PSD-2 při režimu power save je přijímač zapínán každé 2 sec

MS (Morse Speed), rychlost pípání morseovky, základ = 4. Vyšší číslo = pomalejší pípání.
CB (Channel Beep), povolení (=1) nebo zakázání (=0) pípání při změne kanalu

Kanál 0 (na radiostanici označen šipkou) je určen pro kontrolu napětí akumulátorů. Pokud jej na radiostanici nastavíte, změří se napětí akumulátorů a jeho hodnota se odpípá morseovkou. Měří se na desetiny voltů a indikace desetinné části je oddělena mezerou.

Kterak tedy získat radiostanici naprogramovanou pro dané kmitočty? Stačí si stáhnout binární soubor LPDxx.S19 s aktuální verzí programu pro mikroprocesor, textový soubor s kmitočty a přepsat v něm požadované hodnoty. Poté se pomocí dávky FREQ2S19.BAT (v ZIP souboru jsou všechny spouštěné programy) dostupné na stejné adrese převede textový soubor do formátu S19 pro programátor.

Pokud máte zájem, můžete si tento soubor sami naprogramovat do mikroprocesoru. Pro tento účel je nutné postavit jednoduchý převodník úrovní, dle schématu. Jak již bylo zmíněno dříve, na rozdíl od klasického rozhraní RS232 nepotřebujeme signál negovat. Také úrovně nejsou přímo RS232 standard, nicméně drtivá většina sériových portů dokáže pracovat i rozhodovacími úrovněmi 0/4 V. Interface lze snadno vestavět do krytky konektoru.


Schéma interface mezi PC a radiostanicí


Mechanické provedení přídavné destičky


Fotografie interface

Signály z interface připojíme na dané piny nového mikroprocesoru a konektor připojíme do PC. Spustíme programovací SW s číslem COM portu a jménem S19 souboru, například „HC08SPRG.EXE 1 FREQ.S19“ pro programování kmitočtů přes COM1. Program bude čekat na odezvu od mikroprocesoru. Poté zapneme radiostanici. Je-li vše v pořádku, program vyčte různé údaje z mikroprocesoru a vyžádá potvrzení, že opravdu chceme procesor přeprogramovat. Po stisknutí Y a ENTER proběhne naprogramování mikroprocesoru. Poté radiostanici vypneme. Stejným způsobem naprogramujeme i hlavní řídící program. Pozor, nejprve je nutné naprogramovat řídící program a až poté vlastní kmitočty. Po dalším zapnutí je radiostanice připravena k normálnímu provozu.

Tento postup je další výhodou použitého mikroprocesoru, protože umožňuje naprogramovat celou pamět nebo pouze její část přímo v aplikaci, po sériové lince. Stačí, když je v procesoru napevno naprogramovaný speciální program „loader“. Ten po zapnutí napájení několik vteřin čeká, zda nepřijme po sériové lince data. Pokud ne, začne vykonávat vlastní program. Pokud přijme několik speciálních bajtů, začne příchozí data ukládat do vnitřní paměti FLASH.

Nový mikroprocesor je ale nutné nejprve naprogramovat v klasickém programátoru a nahrát do něj přímo data či pouze zaváděcí loader.

 

Závěr

Celou úpravu zvládne zručný radioamatér za 2 hodiny. Není potřeba žádné nastavování či speciální měření, radiostanice pracuje bez problému v celém pásmu 430-440 MHz. Za cca 2000 Kč tak vznikne transceiver profesionálních parametrů a uživatel má dobrý pocit, že přiložil svou ruku k dílu.

Věříme, že tato lidová cena dovolí rozšíření transceiveru po celé republice a že přispěje k rozšíření provozu na 70 cm. Doufáme, že možnost packet radia pak přitáhne nové uživatele nódů packet radia.

Celé zapojení se i nadále vyvíjí a zlepšuje. Nové verze firmware budou vždy umístěny na těchto internetových stránkách. Ve vývoji je i verze pro packet 9600Bd.
A poznámka na konec, stejně jako u všech našich projektů je kompletní dokumentace včetně řídícího programu zdarma dostupná všem radioamatérům pro nekomerční účely. Přestavbami se nezabýváme, takže nás, prosím, nežádejte o hotové zařízení.

Zájemcům můžeme nabídnout naprogramovaný mikroprocesor (bootloader), disketu s programovacím programem a plošný spoj za 250 Kč. Stačí zaslat částku na adresu OK2XDX (Radek Václavík, 1.máje 1277, 75661 Rožnov p.R.) v obálce či doporučeném dopise. Mikroprocesor se dá přímo koupit u firmy Betacontrol v Brně či před internet na http://www.betacontrol.cz/ U stejné firmy je možné zakoupit i různé vývojové prostředky pro práci s mikroprocesory Motorola.
Na závěr objednací číslo u firmy Conrad je 930018.

Praktické postřehy ze stavby od OK1FEN

Podrobný návod k přestavbě naleznete na původních stránce http://www.qsl.net/ok2xdx/LPD/LPD.htm

Radek Václavík

 

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: