Sistem electronic computerizat de comutare audio: WebSDR-local Tcvr

O stea2 stele3 stele4 stele5 stele (5 voturi, medie: 5,00 din 5)
Încarc...

FRR – CAMPIONATUL NAȚIONAL DE CREAȚIE TEHNICĂ 2018

 Sistem electronic computerizat de comutare audio: WebSDR-local Tcvr

Lucrare distinsă cu premiul doi la  la CNCT – Campionatul Național de Creație Tehnică, secțiunea C – Echipamente și accesorii pentru acivitatea de radioamator.

CRISTIAN EUGEN SIMION – YO3LW

Introducere

Odată cu apariția receptoarelor de tipul WebSDR (Software Defined Radio), s-a înregistrat o creștere a interesului dezvoltării acestora de către comunitățile de radioamatori de pretutindeni. În esență, un receptor SDR este un dispozitiv controlat de un software dedicat, conectat la internet, ce permite accesul mai multor utilizatori simultan. Pe lângă accesul simultan   al utilizatorilor, aceștia au acces în mod independent la resursele receptorului: frecvența și modul de lucru, filtre de bandă, etc. Din punct de vedere istoric, primul WebSDR a fost construit cu scopul de a atrage cât mai mulți radioamatori spre zona de comunicații EME (Earth – Moon – Earth). Acest sistem era conectat la un telescop de 25m din Dwingeloo, permițând astfel recepționarea semnalelor EME (Decembrie 2007). În mod oficial, Universitatea din Twente a dat spre folosință publică sistemul, în anul 2008. În toți acești 10 ani, au apărut aproximativ 160 de servere ce găzduiesc sisteme software pentru tipul WebSDR. În general, aplicația WebSDR este folosită de către radioamatori pentru monitorizarea propriilor semnale (nivel, modulație, etc), cât și pentru recepția diferitelor emisiuni DX, care nu pot fi copiate clar folosind resursele proprii (propriul Tcvr și sistemul de antene anexat).

Descrierea și realizarea electronică a montajului

În esență, sistemul propus este foarte simplu de realizat din punct de vedere electronic. Acesta a fost proiectat cu scopul de putea fi replicat cu ușurință și distribuit sub formă de kit (Figura 1)

Fig.1  Descrierea de ansamblu a sistemului electronic computerizat de comutare audio.

Tot ce aveți nevoie este o ieșire de căști de la Tcvr-ul Dvs, o ieșire AUDIO de la placa de sunet a computerului, sistemul electronic împreună cu software-ul aferent (compatibil cu Windows – independent executabil) și un port USB la care să puteți conecta dispozitivul de comandă, împreună cu căștile STEREO, la o mufă Jack de 6.3mm. Evident, nu în ultimul rând, aveți nevoie de o conexiune la Internet pentru a recepționa semnalele provenite de la un WebSDR anume. O listă completă cu serverele active WebSDR poate fi accesată la adresa: www.websdr.org. Prima locație, cea mai frecvent utilizată este cea de la Universitatea din Twente: http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/

O modalitate rapidă de verificare a aplicației, a constat în participarea la maratonul       „Centenarul Marii Uniri – YR100R”, acolo unde în CW, pile-ul este mare, iar în banda de 40m, seara, stațiile europene reușesc să le acopere pe cele dinspre răsărit (ex. JA). În această situație, este de preferat să ascultați WebSDR-ul găzduit în orasul Khabarovsk, ce poate fi accesat la adresa: http://dvsdr.ru:8901/

Veți constata cât de ușor puteți lucra stațiile care vă aud din JA. Setați astfel frecvența receptorului SDR pe aceeași frecvență de emisie ca a Dvs și porniți traficul CQ (în CW sau SSB). Sistemul de comutare, beneficiază de avantajul stereofoniei, astfel acesta poate fi menținut permanent conectat atât la Tcvr cât și la computer.

Componente necesare realizării montajului electronic

  1. Placă Arduino Uno originală sau compatibilă (1 buc.) ~ 32 Lei
  2. Steclotextolit Simplu Placat (90×170) ~ 20 Lei
  3. Rezistor 220 Ohmi (5 buc.) ~ 2 Lei
  4. Diodă 1N4148 (3 buc.) ~ 0.5 Lei
  5. Led (Roșu, Verde, Galben, Portocaliu) ~ 5 Lei
  6. Tranzistor 2N5551 (3 buc.) ~ 3 Lei
  7. Soclu tip Baretă 20 P (1 buc.) ~ 6 Lei
  8. Baretă mamă 12 pini (1 buc.) ~ 2 Lei
  9. Releu 5V/2A DPDT 125R (3 buc.) ~ 15 Lei
  10. Distanțier M3x8 (4 buc.) ~ 6 Lei
  11. Jack Audio Stereo mamă de panou (2 buc.) ~14 Lei
  12. Priză Audio 6.35mm Stereo de panou (1 buc.) ~ 3 Lei
  13. Casetă PVC G 317 222x146x55 (1 buc.) ~ 65 Lei
  14. Set fire conexiune mamă-mamă multicolore (20 buc.) ~ 8 Lei
  15. Set fire conexiune mamă-tată multicolore (20 buc.) ~ 8 Lei
  16. Clorură Ferică 500 ml (1 buc.) ~ 10 Lei
  17. Diverse (Fludor, Marker Cablaj 0.6 mm; etc) ~ 20 Lei

Total investiție: ~ 220 Lei

Schema de principiu a sistemului electronic, este descrisă în Figura 2

Fig. 2  Schema de principiu a sistemului electronic computerizat de comutare audio

Conform schemei, releele REL 1-3 primesc alimentare prin intermediul portului de 5V stabilizat de pe modulul Arduino Uno. Curentul necesar acționării releelor este de ordinul zecilor de mA, astfel încât stabilizatorul de tensiune nu se încălzește în timpul funcționării acestora. Ieșirile digitale D9-12 sunt responsabile pentru polarizarea tranzistorilor T1-3, respectiv a polarizării Led-ului 4. Prin aplicarea tensiunii pe baza tranzitorilor, aceștia intră în stare de conducție și acționează la randul lor releele corespunzătoare. Schema a fost concepută să fie cât mai simplu de realizat din punct de vedere electronic și cu costuri minime. O atenție sporită necesită organizarea traseelor dintre contactele celor două relee REL 1 și REL 2, responsabile cu comutația audio de la ieșirea AUDIO din calculator și cea din Tcvr. Releul REL 3 este un releu suplimentar, ce poate fi comutat On/Off și este necesar pentru o terță aplicație (comutarea unui PTT, etc). Toate conexiunile electrice releului REL 3 se regăsesc în bareta mamă cu 6 intrări J25. Conexiunile sunt:

3-1: Normal deschis;

3-2: Normal închis;

6-4: Normal deschis;

6-5:  Normal închis.

Pe bareta mamă cu 6 intrări (J23) pe pozițiile 1,2 și 3 avem: 1=2:GND; 3:+5V, în rest conexiunile 4, 5 și 6 sunt atribuite prizei mamă de panou Jack Stereo de 6.35 mm, ce permite conectarea la căști Stereo pentru audiția :WebSDR/Tcvr-lui sau a ambelor variante. Conexiunile sunt atribuite astfel:

4: GND (cablu Gri)

5: TIP (cablu Alb)

6: RING (cablu Mov)

Bareta J24 mamă cu 6 intrări, este responsabilă de intrările Audio Stereo de la ieșirile Audio ale plăcii de sunet din calculator, respectiv ieșirea de căști de la Tcvr. Veți avea nevoie de două cabluri cu lungimi de cca. 1.5m, dotate la ambele capete cu mufe     Jack Stereo tată de 3.5mm. Acestea vor face legăturile între sistemul de comutare audio, calculator, respectiv Tcvr.

Fig 3.1

Conexiunile pe bareta J24 sunt atribuite după cum urmează:

JACK către ieșirea audio TCVR:

3: GND (cablu Galben)

1: RING (cablu Verde)

4: TIP (cablu Albastru)

JACK către ieșirea audio PC:

5: GND (cablu Portocaliu)

2: RING (cablu Roșu)

6: TIP (cablu Maro)

În Figura 3.2 este prezentată o imagine de ansamblu a sistemului complet realizat și a modului de conectare a cablurilor.

Fig. 3.2  Vedere generală a întregului sistem electronic încasetat împreună cu conexiunile aferente. Desenul circuitului imprimat este prezentat în Figura 4 a, iar cel de amplasare a componentelor (vedere de sus) este prezentat în Figura 4 b.

Fig. 4  Cablajul imprimat (a); amplasarea componentelor (b)

Fișierele PDF ale cablajului imprimat se găsesc anexate. Pot fi tipărite pe folii Press-and-Pill, urmate de procedura de corodare.

Descrierea pachetelor software și a modului de implementare

Componenta de bază a sistemului o reprezintă partea de comandă și interfață cu computerul prin modulul Arduino Uno, versiunea originală sau compatibilă. Aceasta trebuie inițial programată folosind codul ce urmează a fi descris mai jos. Se descarcă software-ul ce permite transferul codului către modulul Arduino de la: https://www.arduino.cc/en/Main/Software.

Se alege varianta: Windows installer, for Windows XP and up, urmând pașii de instalare pe calculatorul Dvs. Aplicația dezvoltată ce trebuie implementată în modulul Arduino este simplă și directă și nu necesită apelarea de biblioteci speciale. Încărcarea software-lui se face cu ajutorul comenzii Upload din fereastra principală, după ce ați stabilit inițial tipul modulului Arduino          folosit (Arduino Uno, în cazul de față) și portul COM atribuit acestuia.

Calea este: Tools-Board-Arduino / Genuino Uno și  COM-ul computerului Dvs. Modul cel mai simplu și sigur de implementare și de setare a software-lui corespunzător, se poate realiza luând legătura directă prin e-mail: simion.cristian@gmail.com. Se poate stabili o conexiune rapidă folosind Teamviewer și se poate configura de la distanță modulul Arduino, imediat ce montajul Dvs este complet finalizat. Codul ce trebuie implementat în modulul Arduino este descris mai jos:

Foarte pe scurt, acesta realizează o conexiune serială pe COM xx, prin care primește date de la Dvs sub formă numerică. Astfel, sunt atribuite cifre de la 0 la 5, care deschid și închid nivelurile digitale D9-12, ulterior denumite: red, green, olive, yellow. Prin intermediul comenzii  „Serial Monitor” din „Tools” putem testa prima dată funcționalitatea montajului (dacă Led-urile sunt comutate și implicit cele trei relee). În Figura 5 este prezentată fereastra Software-lui Arduino și codul descris anterior. După cum se poate observa în colțul din dreapta jos, este specificat tipul modulului Arduino folosit (Arduino/Genuino Uno), respectiv portul serial COM 11 atribuit acestuia. Încărcarea codului la nivelul microprocesorului se face cu ajutorul comenzii:         SĂGEATĂ situată sub „Edit”.

Pentru a utiliza și modifica codul descris anterior, dezvoltat în Python, trebuie să instalați pe calculatorul Dvs Python Software și librăriile necesare pentru a putea comunica cu modulul Arduino. Acest lucru nu este complicat dacă urmați instrucțiunile din videoclipul lui Paul McWhorter:

https://www.youtube.com/watch?v=mF5cE3DS50s&t=634s.

Aplicația apelează atât la conexiunea serială pe portul serial COM la viteza de 9600 bitsper second, cât și la o librărie de butoane definită ca Tkinter. Avantajul programării în Python este că acesta este „open source” și pe Internet sunt disponibile o sumedenie de informații cu caracter didactic, foarte simple. Totodată acesta permite realizarea de fișiere executabile, independente, ce pot fi rulate direct de pe calculatorul Dvs personal. Fișierele generate nu necesită instalare și trebuie lansat spre execuție (cu drepturi de Administrator ATENȚIE! – Run as Administrator!) un singur fișier. Acesta vine pe un CD, însoțit de toate informațiile necesare realizării montajului electronic. Fereastra de lucru în Python este prezentată în Figura 6.

Fig. 6  Fereastra de programare în limbajul Python și codul sursă descris anterior.

Partea mai „delicată” a problemei constă în faptul ca Dvs trebuie să redefiniți portul COM care este acum tributar plăcii Arduino din COM xx în COM 11. Schimbarea este necesară pentru ca fișierul executabil de comandă scris în limbajul Python, să funcționeze corect. Acest lucru se realizează în felul următor: Deschideți fereastra ,,Device Manager”. Pentru a avea acces la aceasta, executați Click pe „Start menu” și apoi urmați calea  „Control Panel”. În ,,Control Panel”, alegeți icoana „System” și executați Click pe aceasta. Urmează să executați un nou Click pe „Device Manager” și se va deschide fereastra de mai jos (Figura 7).

Fig. 7  Ferastra de lucru „Device Manager” unde aveți control asupra port COM și LPT.

Executați Click în partea stângă a notificărilor Ports (COM & LPT), pentru a accesa portul COM care este tributar plăcii Arduino instalate. ATENȚIE: Nota Arduino, apare doar în cazul în care aveți instalat software-ul dedicat controlului și programării modulelor Arduino. În caz contrar, deschideți fereastra „Ports” și introduceți conectorul USB (din sistemul de control) într-unul din porturile USB ale calculatorul Dvs. Veți vedea cum computerul creează automat un COM cu un număr DEDICAT (de regulă: 1,2,3 sau 4) instrumentului Dvs, fără precizarea vreunui nume (USB Serial Device). În cazul prezentat în Figura 8, numele Arduino Uno, respectiv numărul portului COM 11, au fost anterior presetate.

Fig.8 Dispozitivele găsite atașate porturilor COM și LPT. În acest caz modulul Arduino Uno

În caz contrar, cum am descris mai sus, veți găsi ceva de genul … USB Serial Device (COM11) ca în Figura 9.

Fig. 9  Modul normal de afișare a dispozitivelor găsite pe porturile seriale USB

În Figura 10, regăsiți executând Click-Dreapta pe indicația Arduino Uno, funcția „Properties” și executați un Click-Stânga pe aceasta, pentru a accesa următorul nivel de proprietăți tributare modulului respectiv. Sub câmpul „Properties”, veți regăsi informațiile necesare schimbării numărului de port COM, din cel alocat în mod automat, în COM 11-valid, pentru aplicația software descrisă prin comenzile din Python. Aceasta din urmă se regăsește sub forma unui fișier executabil. După cum puteți observa în liniile de cod scrise în Python, trasmiterea datelor de la PC, la Sistemul electronic computerizat de comutare audio, se realizează la nivelul COM11.

Fig.10 Prin Click-Dreapta pe specificația Arduino Uno veți regăsi o cale de acces la Proprietățile avansate ale porturilor respective (COM 11). În sub-fereastra „Port Settings”, la Secțiunea „Advanced”, găsiți modalitatea de schimbare a numărului portului responsabil cu transmiterea de date (Figura 11).

Fig. 11  Executați Click pe câmpul „Advanced …” pentru a avea acces la următorul nivel.

În Figura 12, modificați în dreptul câmpului COM Port Number … din COM xx în COM 11, urmat apoi de comanda OK, din câmpul dreapta sus. Închideți și fereastra următoare „Arduino Uno (COM 11) Properties” tot prin comanda OK din câmpul de jos și asigurați-vă că în ultima fereastră „Device Manager”, există un port COM 11 tributar dispozitivului Dvs.

Fig. 12  Executați Click pe câmpul COM Port Number și selectați COM 11.

Conectivitate, operare și probleme. Din punct de vedere practic, sistemul este conceput să lucreze Plug and Play.

  1. Conectați mai întâi sistemul la calculator prin intermediul cablului USB to USB și în mod normal, trebuie să observați aprinderea Led-ului portocaliu, semn că sistemul funcționează în parametrii optimi.
  2. Conectați un cablu Jack tată-tată între sistem și Tcvr-ul Dvs. Când introduceți căștile la priza de pe panou de 6.35 mm, trebuie să auziți emisiunea propriului Dvs Tcvr stereo.  În caz contrar, verificați comexiunile interioare de la Baretele mamă J23, J24 și J25 și conectorii Jack Stereo de panou.
  3. În pachetul software pregătit special pentru a opera sistemul, accesați directorul „dist” în care veți găsi un folder numit ,,Control”. Deschideți-l și trebuie să regăsiți fișierele din Figura 13:

Fig. 13  Fișierele generate în urma compilării programului scris în Python

4. Executați Click-Dreapta pe fișierul denumit „Control”- Application 973kB și deschideți-l cu funcția „Run as Administrator”.

5. Ați lansat spre utilizare programul de interfață grafică, pe care-l veți utiliza pentru operarea sistemului de comandă audio (Figura 14).

Fig. 14   Interfața grafică de comandă și control a sistemului Audio.

  1. Cu cablul Jack tată-tată conectat între Tcvr și sistem, apăsați butonul de culoare roșie „BOTH”. Pe panou trebuie să se aprindă Led-ul de culoare roșie, semn că sistemul este acum comutat astfel încât să puteți asculta recepția de la Tcvr într-o cască și recepția de la WebSDR în cealaltă cască. Conectați cel de-al doilea cablu Jack tată-tată, între sistem și ieșirea audio a plăcii de sunet a Pc-ului Dvs. Rulați orice considerați de cuviință pe calculator (Youtube, etc), pentru a verifica audiția diferențială în căști.
  2. Dacă funcționează, înseamnă că legăturile interne sunt corecte. În caz contrar, revizuiți legăturile, urmărind codul culorilor expus în documentație anterior.
  3. Apăsați butonul de coloare neagră „ONE” și sistemul revine la starea inițială. Led-ul portocaliu este aprins, iar în căști auziți recepția stereofonică a Tcvr-lui.
  4. Apăsați butonul de culoare verde „WEBSDR”. În ambele căști veți putea asculta DOAR recepția Pc-lui în mod stereofonic. Totodată, observați că Led-ul de culoare verde de pe panou s-a aprins. Verificați apăsând butonul „BOTH”, că sistemul răspunde ca la poziția „6”. Pe panou aveți acum aprinse Led-urile: roșu și verde.
  5. Apăsați butonul de culoare neagră „ONE” și sistemul vă va permite să ascultați doar emisiunea ieșirii audio a Pc-lui Dvs stereofonică. Led-ul verde de pe pe panou este singurul aprins.
  6. Apăsați butonul de culoare galbenă „RADIO” pentru a asculta doar recepția Tcvr-lui Dvs.
  7. Butoanele ,,SWITCH OFF” și ,,SWITCH ON” comută releul auxiliar din interiorul sistemului Dvs. Aici puteți conecta prin intermediul conectorului J25, terțe funcții (comenzi PTT, etc).
  8. Închiderea programului se face în mod obișnuit de la funcția X din colțul dreapta-sus.  Cu sistemul închis, dar conectat la Pc, veți putea asculta doar emisiunea stereofonică a    Tcvr-lui Dvs. Led-ul portocaliu de pe panou rămâne aprins.
  9. Pentru ușurință în operare, executați Click-Dreapta pe fișierul executabil „Control” și selectați „Send to” – Desktop (create shortcut). Acum îl puteți rula chiar de pe desktop.

Este momentul să utilizați sistemul așa cum acesta a fost conceput. Rulați pe PC-ul Dvs un site WebSDR, fixați la Tcvr o frecvență liberă de emisie și potriviți frecvența de la WebSDR, cu cea a Tcvr-ului Dvs. Faceți câteva teste folosind funcția ,,BOTH” pentru a observa dacă vă „auziți” pe WebSDR. Începeți un apel CQ și obișnuiți-vă cu „delay-ul” dintre emisiuni.

Spor la vânătoarea de DX-uri!

În Anexa PCB aveți documentele complete PDF, necesare realizării cablajului.

Anexa PCB

precum pachetul de software detaliat sub numele de Control.

Control

Bibliografie:

https://www.arduino.cc/

https://www.youtube.com/watch?v=mF5cE3DS50s&t=634s

http://fritzing.org/home/

http://websdr.org/

https://www.python.org/

Atașament articolul original în prezentarea de autor YO3LW – Cristian Simion.

Sistem electronic computerizat de cumutare audio

 

 

Comentariile sunt închise.