Riadiaca elektronika pre rotátor AlfaSpid BIG-RAS


        Na internete a na mojej webovej stránke už bolo niekoľko popisov ovládania anténnych rotátorov pomocou počítača, takže sa teraz nebudem podrobne venovať teórii. Aktuálny popis je jedinečný v tom, že je určený pre mechaniku typu AlfaSpid BIG-RAS. Rozhodol som sa kúpiť rotátor BIG-RAS, ale bez vlastnej elektroniky. Boli pre to dva dôvody. Na jednej strane by bola veľká hamba, keby som nevedel vyrobiť taký kontrolór, a na druhej strane ani ohlasy ohľadne originálneho ovládača neboli veľmi dobré. Tento rotátor poskytuje iba impulzy, a nie analógové napätie, ktoré zodpovedá konkrétnej polohe - ako napríklad rotátory Yaesu - každý, kto takýto rotátor používa, sa sťažuje, že po určitom čase skutočná poloha nie je v súlade s tým, čo ukazuje ovládač. Prax ukazuje, že s touto elektronikou nie je taký problém. Po zvážení predchádzajúcich skutočností sa zrodila elektronika popísaná nižšie.

    Zapojenie:

 
    Popis:

Na zapojení ovládača nie je nič zvláštne. Za zmienku stojí dvojitý prepínač. Jedna vetva spínača zapína samotnú elektroniku, druhá vetva slúži na včasné signalizovanie mikroprocesoru, že zariadenie bolo vypnuté. Toto je potrebné, aby procesor mal čas na uloženie aktuálnej polohy. Je nevyhnutné, aby sa na displeji aj po zapnutí zobrazila správna poloha a aby nebolo treba po každom zapnutí kalibrovať rotátor. Ja používam AMOLED displej, ktorý nevyžaduje podsvietenie, ale dá sa použiť aj s akýmkoľvek 2-riadkovým, 20-znakovým displejom. Samozrejme v tomto prípade musí byť nainštalovaný trimer P1 a rezistory R35, R36. Ich hodnota je podmienená
požadovanou intenzitou podsvietenia. Výstup pre podsvietenie nie je jednotný u všetkých displejov, preto musia byť uvedené dva odpory (alebo v prípade potreby skrat) nainštalované na doske plošných spojov podľa konkrétneho typu. Tento ovládač je primárne určený pre rotátory BIG-RAS, ale s malými zmenami môže sa použiť aj pre rotátory s klasickou analógovou spätnou väzbou. V takom prípade netreba osadiť IC1, a R27 a R29 musia byť nahradené skratom (odpor 0 ohm). V tomto prípade bude 5 V na jednom pine konektora a na strednon pine má byť analógový signál, ktorý ide do procesora na piny 27 a 28.

    Softvér:

Môžu sa použiť dva typy procesorov. Buď PIC18F4525 (prípadne 4620) alebo PIC18F46K22 v púzdre DIP40. Prečo práve tieto? Pretože  také som mal v zásuvke a chcel som ich minúť. Samozrejme dajú sa používať aj v púzdre SMD, ale potom treba prekresliť plošný spoj.

Program sa riadi protokolom Yaesu, aj keď v dosť širokom zmysle. Príkazy, ktoré je možné použiť
sa dajú načítať pomocou príkazu  h <ENTER> alebo ?<ENTER>. V tomto prípade dostaneme ako odpoveď:

----------------COMMAND LIST----------------
?  Help Text
A  CW/CCW Rotation Stop
B  Antenna Direction EL
C  Antenna Direction AZ
C2 Antenna Direction AZ&EL
D  Down Direction Rotation
E  UP/DOWN Direction Rotation Stop
F  Set maximal position in azimuth: Faaa
F! Save current position as maximal position
F? Show maximal position in azimuth
G  Set Offset In EL: Geee
G? Show Offset Constant for EL
H  Help text
I  Show parameters
JD Set Beeper on - Direct Current
JF Set Beeper on - Frequency
JN Set Beeper off
K  Antenna Direction Setting In EL: Keee
L  Counter Clockwise Rotation
M  Antenna Direction Setting In AZ: Maaa
O  Offset In AZ
O? Show Offset Constant
P  Parking To: Paaa eee
P! Save current position as parking values
P? Show saved parking values
Q  Precision 0.1 - 0.5 - 1.0 deg
R  Clockwise Rotation
S  All Stop
U  Up Direction Rotation
V  Softvare Version
W  Antenna Direction Setting: Waaa eee
Y  ECHO ON / OFF
Z  Switch zero position to Nord / South
&  Set maximum elevation (180 - flip on; 90 - flip off)
%  Elevation control ON / OFF
*  Max. elevation for overturning
#  Emulation of GS232A / GS232B
<  Azimuth calibration
^  Elevation calibration
/  Own coordinate - latitude
+  Own coordinate - longitude
>  Own altitude
-  OverTurning ON / OFF
=  AutoTurning ON / OFF
aaa Is An Value For The Azimuth (0-360)
eee Is An Value For The Elevation (0-180)

Ak vás zaujíma, aké parametre sú momentálne platné, máte poslať príkaz i <ENTER>. Odpoveď na túto otázku, v závislosti od nastavení, je asi takáto:



----------LIST OF PARAMETERS----------
Offset of azimuth: 28 deg
Offset of elevation: 7 deg
Maximum position of azimuth: 200 deg
Maximum position of elevation: 90 deg
Max. elevation for overturning: 90 deg
Elevation control: ON
Parking on AZ: 190 EL: 000
Type: GS232A
Zero position: South
COM port echo: ON
Beeper: Frequency
Precision: 0.5 deg
AutoTurn: ON
OverTurn: ON
Latitude: 48.265 deg
Longitude: 19.820 deg
Altitude: 204 m ASL
Software version: 14.1


     Popis jednotlivých príkazov:

A - Zastaví horizontálne otáčanie
B - dotaz na vertikálnu polohu antény
C - dotaz na vodorovnú polohu antény
C2 - dotaz na horizontálnu a vertikálnu polohu
D - vertikálny pohyb nadol
E - stop vertikálneho pohybu
F - nastavenie maximálnej polohy v horizontálnom smere (Faaa)
F! - nastavenie aktuálnej polohy ako maximálnu polohu
F? - dotaz na nastavenú maximálnu polohu
G - východisková poloha vo zvislom smere
G? - dotaz na východiskovú polohu
H, ? - tento text
I - zobrazí aktuálne parametre
JD - jednosmerné napätie na výstupe pre zvukovú signanizáciu
JF - frekvencia na výstupe pre zvukovú signalizáciu - pre jednoduchý reproduktor
JN - zvukový signál je vypnutý
K - otočí anténu do určenej polohy vo zvislom smere (Keee)
L - otočí anténu proti smeru chodu hodinových ručičiek
M - otočí anténu do určenej polohy v horizontálnom smere (Maaa)
O - východisková poloha v horizontálnom smere
O? - dotazu
na východiskovú polohu v horizontálnom smere
P - zadanie parkovacej polohy (Paaa eee)
P! - ulož aktuálnu pozíciu ako polohu pre parkovanie
P? - dotaz na parkovaciu polohu
Q - rozlíšenie - určuje, koľko stupňov pripadne na 1 impulz
R - otočiť v smere hodinových ručičiek
S - zastaví všetky rotácie
U - vertikálna rotácia nahor
V - číslo verzie programu
W - otočí anténu do určenej polohy v horizontálnom a vertikálnom smere (Waaa eee)
Y - v prípade ON vráti rotátor všetky znaky prijaté na sériovom porte - neodporúča sa
Z - definícia koncového bodu antény - sever alebo juh
& - Maximálna elevácia - 90 alebo 180 stupňov v závislosti od mechanických vlastností antény
% - povoliť - zakázať vertikálne otáčanie
* - maximálna elevácia v prípade pretáčania (pozri ďalej)
# - Emulácia GS232A alebo GS232B (iná reakcia na príkazy C a C2)
<- kalibruje vodorovnú polohu
^ - kalibruje zvislú polohu
/ - vlastná poloha - súradnica zemepisnej šírky
+ - vlastná poloha - súradnica zemepisnej dĺžky
> - vlastná poloha - nadmorská výška
- - povoliť alebo zakázať pretáčanie
= - automatické otáčanie - zapnutie alebo vypnutie (pozri ďalej)
aaa - hodnota polohy vodorovne
eee - hodnota polohy vertikálne

Program prijíma štandardné príkazy Yaesu, ale môže interpretovať aj príkazy typu FOXDELTA. Okrem toho prijíma štandardné správy GPGGA typu NMEA. Na základe údajov v ňom a našej vlastnej súradnice vypočíta smer výškového balóna (alebo iného objektu) a natočí anténu.
Keď je aktivované automatické otáčanie, rotátor sa automaticky otáča aj po uvoľnení tlačidla. Aby ste to dosiahli, musíte držať gombík 15 stupňov v horizontálnom smere a 5 stupňov vo vertikálnom smere. Po jeho uvoľnení sa rotátor točí ďalej do začiatočnej alebo koncovej polohy alebo dovtedy, kým znovu nestlačíte jedno z tlačidiel.
Pretože nie je vždy možné, aby väčšie anténne systémy využívali výhody možného otáčanie o 180 stupňov vo zvislom smere, je výhodné, ak sa anténa otáča nielen o 360 stupňov vo vodorovnom smere, ale aspoň o 400 - 420 stupňov. V takom prípade, aj keď obežná dráha satelitu prechádza cez použitý koncový bod (sever - juh), môžeme ho stále sledovať a nemusíme čakať, kým sa anténa otočí o 360 stupňov. Na to slúži príkaz „-“ (OverTurn ON alebo OFF). Bohužiaľ sú tieto rotátory dosť pomalé, a kým sa anténa otočí o 360 stupňov, satelit už pravdepodobne bude pod horizontom.
Aby kalibrácia antény fungovala správne, musí byť do rotačného mechanizmu zabudovaný koncový spínač, ktorý vo východiskovej polohe zastaví rotáciu v horizontálnom smere. Takýto koncový spínač je pôvodne zabudovaný vo zvislom smere, ale vo vodorovnom smere - z pre mňa nepochopiteľných dôvodov - neexistuje, takže ho musíme zabudovať sami. Nie je to príliš ťažké vyriešiť, ale vyžaduje to trochu kreativity podľa toho, kto má aké nástroje a koncové spínače k ​​dispozícii. Vo všetkých prípadoch sa uistite, či je prepínač aktívny iba v jednom smere. Jedno možné riešenie je znázornené na tomto obrázku. Na tomto obrázku:
1 - zvislá tyč na prevodovom stupni
2.3 - koncové spínače
4 - páka na spínanie koncových spínačov
5 - ozubené koleso prevodového stupňa
6 - pomocný panel, na ktorom je namontovaný hriadeľ páky a koncové spínače
Výhodou tohto riešenia je, že koncový spínač je v obidvoch smeroch a požadovaný rozsah pretáčania je možné nastaviť správnym nastavením ramien páky.

Zapojenie koncových spínačov:

    Nastavenie:

Na prednom paneli je 5 tlačidiel.Ľavé 2 tlačidlá sú pre vertikálne otáčanie a pravé 2 sú pre horizontálne otáčanie. Krátkym stlačením prostredného tlačidla môžete rotáciu zastaviť prípadne povoliť alebo zakázať rotáciu. Ak LED v tlačidle svieti, príkazy prichádzajúce zo sériového portu sú deaktivované, rotátor reaguje iba na tlačidlá. Ak je stredné tlačidlo stlačené najmenej 2 sekundy, program vstúpi do menu. V takomto prípade môžete medzi položkami menu prechádzať pomocou dvoch tlačidiel
vľavo, pomocou dvoch tlačidiel vpravo môžete zadať požadovanú hodnotu a prostredným tlačidlom ju uložiť. Ak v ponuke neurobíte nič po dobu 10 sekúnd, program automaticky menu opustí.
Jednotlivé položky menu:
1. otočí vodorovne do zadanej polohy
2. otočí zvisle do zadanej polohy
3. parkovacia poloha v horizontálnom smere
4. parkovacia poloha vo zvislom smere
5. offset vodorovne
6. offset zvisle
7. maximálna poloha v horizontálnom smere
8. maximálne prevýšenie, ak je povolené pretočenie
9. COM port ECHO povoliť - zakázať
10. vertikálna rotácia povoliť - zakázať
11. komunikačný protokol GS232A alebo GS232B
12. maximálne otáčanie vo zvislom smere 90 alebo 180 stupňov
13. Nulový bod na juh alebo na sever
14. generovanie zvuku - jednosmerný prúd, frekvencia alebo vypnuté
15. číslo verzie programu
16. rozlíšenie 0,1, 0,5 alebo 1,0 stupňa
17. súradnica zemepisnej šírky
18. súradnica zemepisnej dĺžky
19. nadmorská výška
20. automatické otáčanie zapnuté alebo vypnuté
21. pretáčanie - zapnuté alebo vypnuté
22. test NMEA zapnuté alebo vypnuté
23. Kalibrácia AZIMUTH, ELEVATION
Proces kalibrácie:
Azimut (tlačidlo úplne vľavo) je možné použiť, iba ak je koncový spínač nainštalovaný dodatočne !!!!! Po stlačení tlačidla sa anténa začne otáčať doľava proti smeru hodinových ručičiek. Otáča sa, až kým nedosiahne koncový spínač. V takom prípade sa rotácia zastaví. Program zistí, že na vstupe nie sú žiadne impulzy. Potom začne točiť anténu doprava (v smere hodinových ručičiek). Otočí o toľko stupňov, koľko je určené ako parameter vodorovného offsetu. Tu sa zastaví a zaujme túto pozíciu ako východiskový bod (sever alebo juh podľa nastavenia). Kalibrácia nadmorskej výšky funguje podobne vo zvislom smere. Našťastie je tu zabudovaný koncový spínač.
   
    Konštrukcia:

Pretože táto elektronika nie je určená pre masovú výrobu, sú na doske plošných spojov tiež SMD a súčiastky montované do otvorov. Hlavným aspektom bolo, aby plošný spoj bol jednostranový, aby plošný spoj sa dal vyrobiť technikou „nažehľovania“ doma.

Osadenie - hlavný panel (rozmer: 154x89mm):

          
Osadenie - displej (rozmer: 154x50mm): 


Panel displeja je pripojený k hlavnému panelu pomocou 10-žilového kábla, zatiaľ čo samotný displej je pripojený cez 16-žilový kábel. 

zapojenie
hlavný panel - osadenie
hlavný panel - PS
displej - osadenie
displej- PS
firmware - PIC18F46K22 - OLED s SSD1311 čipom
firmware - PIC18F46K22 štandardný LCD s HD44780
gerber - hlavný panel
gerber - displej