Nová generace kontroleru AE3D pro hybridní převaděče

Po uvedení prvního AE3D převaděče se výsledný počet kompletních převaděčů vyšplhal na čtrnáct. Při jejich výrobě i provozu postupně vznikaly různé požadavky na vylepšení, ať už funkcí, nebo i mechanického provedení. Mým hlavním cílem bylo snížení pracnosti výroby a tím i zvýšení spolehlivosti zařízení (hlavně vynechání mnohých konektorů a propojek). Světlo světa také spatřil interfejs pro propojení s GM340 nebo kompatibilními radiostanicemi, který koncept AE3D povýšil o stupínek výš, ať už co se týče kvality (zejména kmitočtové stability), tak hlavně co se týče jednoduchosti montáže a servisovatelnosti pro „smrtelníky“. Ne každý totiž disponuje hardwarem, který umožní programovat prastaré GM300 a ne každý chce tyto radiostanice otevírat a desítky minut nad nimi rozjímat s pájkou v ruce.

Tyto všechny okolnosti mě motivovaly k návrhu zcela nového konceptu, kde bude vše umístěno na jedné desce. Zůstala ovšem zpětná kompatibilita, tudíž je možné nový a starý kontroler zaměňovat. Cílem bylo vyrobit něco, co se pouze pospojuje se dvěma radiostanicemi a zdrojem, přivede se do toho internet a nic víc, snad kromě (naprosto nutné) kalibrace, nebude potřeba.

Pro nový návrh jsem použil vše osvědčené, co spolehlivě funguje. Přidal jsem několik funkcionalit, zejména proto, abych nemusel ke každému převaděči instalovat GSM resetátor, kdyby náhodou došlo k havárii Linuxu na některém z instalovaných Pi (Raspberry Pi a Orange Pi). Protože udržování předplacených SIM stojí nějaké (ač minimální) peníze, chtěl jsem se vyvarovat „mobilnímu“ řešení a vzpomněl jsem si na stará léta u CB radia, kde frčely selektivní volby. DTMF dekodér 8870 je dostupná věc a není problém s ním vymyslet libovolnou aplikaci. Tady slouží právě pro vzdáleně vyvolaný restart (celého) zařízení v případě potřeby. A protože je škoda, aby dekodér ovládal pouze jednu věc, přidal jsem do zapojení dvě relé, kterými lze ovládat něco dalšího. Jako příklad mohu uvést geniální řešení na OK0EB, kdy na anténním stožárku je umístěn motůrek s excentrem na oklepávání sněhu z antén. Pracovně tomu říkáme „třasadlo“.

První exemplář nové generace AE3D (na obrázku) už dostal foremnou krabičku. Její výška je přesně 1U (formát do 19tipalcového racku), pokud by ho někdo chtěl umístit jako samostatný modul do racku. Z přední strany jsou vyvedeny jen „uživatelské“ vývody, tedy vše kolem internetu a hlavně 12 kontrolek s informacemi o aktuálním stavu převaděče. V horní části jsou tři RJ45 konektory routeru Mikrotik, který zajišťuje propojení se světem internetu. Jak je zakresleno na obrázku vpravo dole, vývody 2 a 4 se propojí RJ45 patch kabelem (a tím se přivede internet do Orange Pi pro Echolink). Kontroler slouží zároveň jako WiFi přístupový bod, což se může hodit při práci na lokalitě.

Zadní strana kontroleru je naopak osazena konektory, ke kterým by běžný uživatel mít přístup vůbec neměl. Zleva jsou to dva zelené konektory pro výstupy ze dvou relé (jsou to ta hned u konektorů), ovládaných DTMF příkazy. Jeden třeba pro anténní třasadlo (viz výše), druhý třeba pro restart nějakého dalšího zařízení na kopci. Oba konektory unesou krátkodobě až 10 A a na svorkovnici jsou vyvedeny vždy dva přepínací kontakty paralelně. Konektory RJ45 napravo od dvojice zelených konektorů slouží pro připojení radiostanic. Opět, stejně jako u první verze AE3D platí, že jsou paralelně spojené, tudíž záměnné a je jedno, kam se připojí RX a kam TX radiostanice. Bílý konektor úplně vpravo slouží pro připojení ATX zdroje. Jedná se o klasický spínaný zdroj z PC, které jsou všude dostupné a vcelku levné. Ani nejlevnější modely v pásmech našich převaděčů nijak neruší, není třeba mít obavy.

Na spodní části jsou dva otvory, skrývající microUSB konektory. Zapuštěné jsou záměrně, protože právě při manipulaci s předchozí řadou kontrolerů se mi dvakrát podařilo maličký microUSB konektor vylomit z desky. Takto jsou konektory zasunuty hlouběji a nehrozí jejich vylomení. Navíc díry po stranách „brady“ lze využít k přišroubování kontroleru. MicroUSB konektory jsou v provozním stavu propojeny externí propojkou. V případě potřeby přehrání firmwaru v modemu se propojka rozpojí, připojí externí počítač a flashování se provede z něj. Cílem bylo zajistit, aby se při takovýchto akcích nemusel kontroler pracně rozebírat, ač to trochu ubere na eleganci.

Na obrázku je vidět osazení jednotlivých modulů zespodu desky. Arduino je součástí modemu (ten už ale není jako samostatný modul, je rovnou na základní desce), vlevo nahoře je Orange Pi pro obsluhu Echolinku a vpravo pak Raspberry Pi Zero pro obsluhu digitálních módů. Jak je vidět, ani tentokrát se návrh neobešel bez (naštěstí malých) chybiček, a tak se pěkně mezi dvěma Pi vyskytuje keramický kondenzátor 100 nF. Odstraním v další verzi :). (Chybí také propojka u druhého relé, také oprava do budoucí verze.)

Funkčně se kontroler nijak výrazně neliší od svého předchůdce, takže jen stručně: Obsluhu analogových (radiových) signálů zajišťuje mikrokontroler PIC16F628A. Na základě signálu (SQL OPEN) z RX radiostanice se rozsvítí LED a aktivuje optočlen, který dá povel do PICu. Ten zaklíčuje (pomocí relé) TX radiostanici a dále se řídí svým programem tak, aby zablokoval chutě digitální části na provoz (pokud běží analog, digitál je blokován než analog odklíčuje), hlídal si přítomnost signálu SQL OPEN a po jeho zmizení odeslal roger beep tón a pozvolna odklíčoval. Přídržná doba je prodloužena na cca 10 s právě proto, aby byl dostatek času před přechodem na digitální provoz, je – li tento ve stavu čekání. Po odklíčování si kontroler hlídá přítomnost digitálního provozu a pokud je aktivní, sám nic nedělá a čeká na jeho ukončení. Pokud aktivní není, očekává znovu signál SQL OPEN z RX radiostanice. Při každém druhém ukončení provozu odešle CW ID. O pravidelné odesílání ID se pak stará software Echolinku. V případě použití Motoroly GM340 namísto GM300 se Echolink stará i o generování CTCSS subtónu. Ten není generován v přídržné době ani v okamžiku odesílání CW ID (je v tzv. komfortním režimu, kdy prochází pouze hlas). U GM300 se přídržná doba i CW ID odvysílá spolu se subtónem, jelikož je subtón generován přímo uvnitř GM300.

Samostatnou kapitolou je obvod pro vzdálené ovládání. Funguje jako klasická DTMF selektivní volba, ale v případě provozu analogového převaděče je zablokován. DTMF tón musí dostat „mimo“ klasický analogový provoz, aby se náhodou nestalo, že si někdo bude chtít aktivovat Echolink a zrovna „trefí“ tajný kód na restart převaděče. Jak na to, prozradím každému správci, ale kvůli možnosti zneužití se nechci příliš rozepisovat.

Digitální část převaděče obsluhuje stále řešení inspirované F5UII. Modem jsem upravil tak, aby v něm nebyly zbytečně zdvojené napájecí obvody, protože nemá smysl si vyrábět 3.3 V napětí tam, kde ho máme dostupné z ATX zdroje. Jinak schéma přibližně odpovídá originálu od F5UII, jen s drobnými úpravami. Například kondenzátor 39 nF už v běžné SMD řadě téměř neexistuje, a tak byl nahrazen hodnotou 33 nF.

Pohledem na dno krabičky je zřejmé, že se tu o lehký vánek kolem Raspberry a Orange Pi stará malý ventilátor. Otvory vedle něj slouží pro případnou výměnu microSD karet bez nutnosti rozebírání celé konstrukce. Pro jedince s většími prsty doporučuji tak jako tak pinzetu.

AE3D je opět koncipován jako „veřejný“, proto zde umístím soubory se schématem, návrhem DPS a krabičky. O kódy do PICů (které jsou individuální pro každý převaděč) nechť mě případní stavitelé požádají mailem (ok1zjv na gmailu).

Oživení AE3D

Protože většinu AE3D převaděčů už nevezu na kopec přímo já, nastal čas pro seznámení se s oživením převaděče. Proto si ukážeme, jak vše zapojit a zprovoznit, když převaděč dostanete třeba PPLkou. Ne vždy je možné převaděč z mé strany kompletně připravit, někdy se čeká na koncesi, někdy na aktivaci účtu pro Echolink, někdy ani vedoucí operátor nechce, abych mu cokoliv připravoval.

Zapojení

Kontroler převaděče je umístěn v plastové krabičce. Ta je z materiálu PLA, proto prosím pozor na přílišné horko, aby se plast nezkroutil. Ke kontroleru zpravidla přikládám zdroj, což je plechový podlouhlý objekt s mnoha vývody na jedné straně a s konektorem a ventilátorem na straně druhé. Pro začátek můžeme tyto dvě věci propojit. Moje zdroje mají ještě starý užší ATX konektor, ale kontroler je připraven i na konektor širší. Pomocí různých tvarů uvnitř konektoru je zajištěno, aby nebylo možné konektor zapojit nesprávně, jde to opravdu jen jedním způsobem, a to tak, že na jedné straně zůstanou v konektoru kontroleru čtyři nevyužité piny. (Pokud se použije novější zdroj, může být obsazen celý konektor.) Dalším krokem je připojení propojovacích kabelů. Jeden je zepředu a druhý zezadu kontroleru. Ten na zadní straně se připojuje do konektorů v rozšířené části a slouží pro propojení modemu a počítače Raspberry Pi zero. Tento kabel má na obou koncích konektory microUSB, které známe i z telefonů. Druhý propojovací kabel slouží k propojení internetové konektivity pro Orange Pi, obsluhující Echolink. Podle obrázku na čelní straně kontroleru propojuje zásuvky RJ45 číslo 2 a 4. Do zásuvky č. 1 patří internetová přípojka. Zásuvka č. 3 je volná a je na ní dostupný internet (včetně DHCP). Zelené konektory budeme zatím ignorovat, jen si o nich povíme, že slouží pro připojení externích zařízení, která lze ovládat selektivní volbou DTMF (například již zmíněné anténní třasadlo). Zbývající dvě RJ45 zásuvky slouží pro připojení radiostanic. Obě jsou stejné a je zcela lhostejné, která radiostanice se připojí do kterého konektoru. V případě GM300 nebo IC-F1610 je to dáno zapojením uvnitř (tedy je jasně určena RX a TX stanice), v případě GM340 a podobných je to dáno propojovacím kabelem (je jiný kabel pro RX a jiný pro TX).

Tímto máme převaděč kompletně zapojený, jen je ještě důležité zmínit, že anténní konektory radiostanic je třeba připojit do duplexeru (pozor na prohození, RX patří na Low Pass konektor a TX na High Pass konektor duplexeru) a střední vývod duplexeru je třeba připojit k anténě.

Nastavení radiostanic

Nastavení GM300 je shodné jako v případě předchozí verze AE3D a je popsáno v předchozím článku k původní verzi kontroleru. Pro GM340 platí, že je potřeba nastavit frekvence a IO konektor. Na vývod 14 je třeba nastavit signál PL/DPL detect ve stavu HIGH a na vývod 3 pak Data PTT v LOW. Modulace bude vždy unsquelched flat a nebude se používat deemfáze a preemfáze. (Většinou se mi radiostanice dostanou do ruky, tak je nastavím, ale pokud si někdo dodá své, pak ho tento úkol čeká.)

Nastavení a kalibrace kontroleru

Kontroler je obvykle připravený tak, že mu pro funkci stačí pouze dodat internetovou konektivitu do zásuvky RJ45 s číslem 1. Pokud dostane od DHCP serveru v nadřazené síti IP adresu, připojí se i na můj „centrální“ router, aby byla jakási zadní vrátka pro pohodlné nastavení (od této chvíle mohu pomoci, protože kontroler mám dostupný ze svého počítače). Toto řešení je nejjednodušší a bylo by ideální, kdybychom ho použili všude, kde budeme kontroler (vlastně celý převaděč) společnými silami oživovat.

Všechny úrovně hlasitostí pro analogový provoz jsou již nastaveny z výroby, jejich případné doladění je možné pomocí trimrů na základní desce kontroleru, ale dost pravděpodobně k tomu nebude třeba přistoupit. Trimry jsou popsány přímo na desce. Jediné dva trimry, které vyžadují zvláštní pozornost, jsou ty víceotáčkové v levé části desky, a to v okamžiku, kdy kontroler a použité radiostanice nebyly kalibrovány spolu (stejně tak při výměně případně vadné radiostanice). Kalibrační procedura je shodná s původním typem AE3D, proto se s ní už nemá smysl znovu zabývat (je uvedena v předchozím článku o AE3D).

Jedinou hodnotou vhodnou k individuálnímu seřízení je hlasitost rogerbeepu a CWID identifikace. To se provádí trimrem označeným BEEP.

Abychom věděli, že vše funguje, je třeba vyzkoušet tyto funkce:

• Přenos hlasu v analogovém režimu. Při vysílání z analogové stanice musí svítit žlutá Analog RX LED, s mírným zpožděním se musí rozsvítit červená Analog TX led. Na výstupu převaděče musí být modulace shodná s tou, která je na vstupu.
• Echolink a jeho analogové úrovně. Ty se nastavují nahrubo při výrobě pomocí trimrů, na dálku je možné je ovlivnit i softwarově. Po odeslání DTMF kódu 1 se aktivuje opakovač, s jehož pomocí lze úrovně vyzkoušet. Připojení Echolinku do internetu je čistě softwarová záležitost (lze řešit na dálku)-
• Restart vyvolaný vzdáleně. Vzhledem k možnosti zneužití se jedná o „nedokumentovanou funkci“, o které si povíme pouze ústně s vedoucím operátorem.
• Digitální provozy. Pokud funguje DMR, bude fungovat vše ostatní. DMR zkouším pomocí volání na PC9990 (private call na uživatelské ID 9990), což je opakovač. Je – li funkční vše včetně přípojky do internetu, pak jsou digitální módy nastavené správně. Jelokož se jedná o klasickou proceduru kalibrace PI-STAR proti MMDVM, nebudu se zde o ní rozepisovat, po internetu je návodů velké množství.

Trochu nejistoty do nastavení vnáší správné nastavení inverze pro různé druhy radiostanic:

• GM300 UHF: TX 0, RX 0
• GM340 UHF: TX 0, RX 0
• GM340 VHF: TX 0, RX 1
• IC-F1610 VHF: TX 1, RX 0

Velice důležité je správné nastavení výstupního výkonu. Procedura je popsána u první generace AE3D.

První převaděč, osazený kompletně hotovým kontrolerem AE3D nové generace, je OK0G na Libíně (v pásmu VHF, již běží, jen budeme v teplejším počasí měnit anténu). Protože další kóty máme v jednání, nelze předvídat, kde se vyskytnou další převaděče, ale v blízké budoucnosti bychom se měli dočkat inovace a stěhování OK0BTA (z Jistebnice na opravdový kopec, odkud by mohl být dostupný od Prahy až do Č. Budějovic). Další plány jsou na západní části Vysočiny.

Nadále platí nabídka na spolupráci při stavbě převaděčové sítě. Chcete – li někdo postavit něco nového nebo inovovat něco starého, napište na ok1zjv na gmailu a domluvíme se na spolupráci. Právě z tohoto důvodu nijak nechci konkretizovat cenu kontroleru (která ovšem vzhledem k jeho vlastnostem není nijak závratná), protože mám zájem podpořit rozvoj a inovace v naší převaděčové síti v ČR. Ostatně nejen v ČR, jeden AE3D převaděč (starší generace, postavený na Motorolách M10) se zrovna klube na Slovensku.

Jirka Velíšek, OK1ZJV, VO OK1OCB