Przełącznik antenowy » SP9XUH - Polska Radiostacja Amatorska >

<-- MENU dla stron PAGU74B -->
 QTH Loc:  JN99WX    ITU: 28    DXZone: 15    Powiat: (M)KR    Gmina: KR11      
   
 
Antena Inverted V na 40 m
Balun prądowy 1:1
Miernik częstotliwości 100 MHz
Wzmacniacz 4 x GU50
Moduł pomiarowy MP-2010 

Informacje o zawartości strony

Wpisz znak

Księga gości

Moje GG

Przełącznik antenowy

przełącznik antenowy - artykuł

   Każdy z nas, krótkofalowców boryka się z problemem ilości kabli antenowych wchodzących do pomieszczenia radiostacji. Jedno to kłębiąca się masa kabli za biurkiem, a drugie to ich wysoka cena. Dlatego idąc w ślady wielu kolegów zabrałem się za budowę przełącznika. Jest to konstrukcja prototypowa, modyfikowana w czasie budowy i mimo moich starań podczas opracowywania opisu mogą zdarzyć się  jakieś drobne błędy. Dla mnie ta konstrukcja to pole doświadczalne, umożliwiające przetestowanie różnych elementów układu przed budową kolejnej wersji przełącznika.

Instrukcja obsługo przełącznika antenowego

 
Skrzynka przekaźnikowa

Funkcje przełącznika:


- przełączanie 8 anten w układzie: 2 kable antenowe (zestaw 1, zestaw 2), do każdego możliwość podpięcia 4 anten,
- sterowanie przełączaniem anten:
    ręczne – wszystkie anteny,
    z radia, portu LPT – tylko zestaw 1,
    z komputera, poprzez port USB – w przygotowaniu.
- konfiguracja anten jako nadawcze i odbiorcze, przejście z jednej anteny na drugą w momencie przełączenia transceivera na nadawanie – dwa wejścia sterujące niezależne dla zestawu 1 i 2, anteny RX/TX można zmienić w obrębie danego zestawu,
 - wyświetlanie aktualnego czasu lokalnego i GMT oraz daty, z automatyczną zmianą czasu letniego i zimowego
 - alarm,
 - pomiar dwóch temperatur,
 -  pomiar ciśnienia i wilgotności powietrza –  przygotowane są gniazda do podłączenia przetworników a w programie napisane procedury do ich obsługi.

Schemat ideowy przełącznika

Blok mikrokontrolera Panel przedni
   
   schemat  schemat
 
Przełącznik klawiatury Moduł przekaźników, zasilacz
   
  schemat  schemat

Na panelu przednim obudowy mamy 6 przycisków. Dwa z nich S1 i S2 podłączone są bezpośrednio do linii portu  PB (PB3, PB4) mikrokontrolera, natomiast pozostałe cztery S3 – S6 poprzez klucz elektroniczny. Wyświetlacz LCD, to 2 linijkowy, 40 znakowy AC-2002A-DIW W/K-E6 C PBF. Jasność podświetlania regulowana jest płynnie przez tranzystor T2,  z portu PD5(OC1A) w trybie PWM. Kontrast ustawiamy podkówką P1.
 
Kontrolę nad całym układem sprawuje procesor  Atmega 644A firmy Atmel, taktowany zegarem 16 MHz. Jego podstawowym zadaniem jest przyjmowanie rozkazów z przycisków, radia lub komputera i wysterowanie odpowiednich przekaźników antenowych. Wykorzystując jego dużą pamięć programu (64kB) dołożyłem wcześniej wymienione funkcje. Wszystkie informacje wyświetlane są na wyświetlaczu LCD.
 
Ze względu na ograniczoną ilość linii portów mikrokontrolera, cztery z nich (PB3, PB4, PB6, PB7) pełnią podwójną funkcję. Klucz elektroniczny przypina do nich przyciski S3 – S6 albo wejścia BAND1/LPT1 – BAND4/LPT4 z gniazda G16. Przy niskim stanie linii PB5(6) procesora, przyciski S3-S6 przez klucz U14 zostają podpięte do procesora, a transoptory (U8 - U11) przez U13 odłączone, Przy stanie wysokim sytuacja jest odwrotna, U14 odpina przyciski, a U13 podłącza transoptory. Wówczas podanie napięcia na linię BAND1/LPT1 – BAND4/LPT4 powoduje wysterowanie tranzystora, a co za tym idzie transoptora. Niski stan z kolektora transoptora, poprzez klucz U13 podawany jest na wejście mikrokontrolera, informując go o wysterowaniu danej linii. Pozostałe dwie linie gniazda G16, TRX1_MK  i TRX1_TR podają sygnał na wejście TRX1(PB6) procesora, informując go o przejściu transcivera na nadawanie (następuje zmiana anten zgodnie z ustawieniami). Różnica pomiędzy nimi jest taka, że napięcie 13,8V z linii TRX1_MK dzielone jest na R10, R11 (bez seperacji), a z TRX1_TR seperowane jest od procesora barierą optyczną.(U12). Za pomocą zworek DP2-1 – DP2-4 ustawiamy źródło napięcia dla transoptorów. Zworka Z10 służyła mi tylko do testów klucza i normalnie jest rozwarta. Układy U15 i U16 (bufory odwracające) sterują odpowiednim przełączaniem kluczy elektronicznych U13 i U14.
Zegar czasu rzeczywistego zrealizowałem na układzie PCF8583P. Układ zasilany jest w dwóch źródeł. Podczas normalnej pracy z napięcia +5V, natomiast przy zaniku napięcia sieci z dodatkowej baterii 3V CD3220.Trymer C27 pozwala na dokładne ustawienie częstotliwości 32768 Hz decydującej o dokładności zegara. Komunikacja z procesorem (zapis, odczyt) odbywa się po szynie I2C, podpiętej do linii SDA(23) i SCL(24) procesora. Na nóżce 7(INT) co sekundę następuje zmiana stanów informująca o zmianie czasu. W pierwszej wersji wykorzystałem to do generowania przerwania INT0 procesora. Teraz linia PD2(INT0) procesora, steruje przełączaniem klawiatury. Odczyt czasu i daty odbywa się także w przerwaniu, ale wywoływanym przez wewnętrzny licznik procesora.
Układ U3 (FT232RL) umożliwia komunikację pomiędzy mikrokontrolerem a komputerem. Zasilany jest napięciem +5V z urządzenia, a nie z portu USB komputera. Zwora Z1 służyła mi tylko przy testach i uruchamianiu układu - musi być rozwarta. Jej zwarcie spowoduje połączenie napięcia +5V układu z napięciem +5V komputera - efekt niewiadomy. Kondensatory C12, C13, C14 odfiltrowują napięcie zasilania, Ich wartości, jak podaje dokumentacja są dość ważne i decydują o stabilnej pracy układu oraz prawidłowej transmisji. Dioda LED D2 sygnalizuje ruch na porcie (wejście CBUS4 trzeba odpowiednio  skonfigurować). Elementy R1,R2, R4 – R7, C9, C10 można nie montować, a w miejsce R1, R2, R4, R5 wlutować zwory. W innych układach stosowałem bezpośrednie połączenie gniazda USB i procesora z FT232RL i nie powodowało to zakłóceń transmisji.
Gniazdo G2, pozwala nam podpiąć dwa sygnały przełączające anteny pomiędzy odbiorczymi a nadawczymi. Transoptory U5 i U6 odizolowują wejścia od procesora. Przełącznikiem DIP1 ustawiamy sposób sterowania transoptora.
Przykład dla TRX1;
 - DP1-4 zwarte DP5-1 rozwarte, PRZ_TX1 przyłączone do masy - w momencie przejścia na nadawanie, z radia na +13V_TX1 podawane jest napięcie,
 - DP1-4 rozwarte, DP1-5 zwarte, między PRZ_TX1 a GND_TX1 wpięty jest przekaźnik TX radia, DP1-1 zwarte – przykład wpięcia mojego IC-735.
Czujniki temperatur podłączone są do procesora za pomocą gniazda G4. Rezystor R12 podciąga sygnał linii danych termometrów do +5V, gdyż wewnętrzny pull-up procesora ma za małą wydajność prądową. Czujniki temperatury to dobrze działające układy DS18B20 firmy Dallas. Na zewnątrz wyprowadzone jest też napięcie +5V i linia sygnałowa (PA6(ADC6) – przetwornik A/C) do podłączenia czujnika ciśnienia MPX4115. Gniazdo G5 umożliwia założenie tegoż czujnika we wnętrzu obudowy. G6, w postaci punktów lutowniczych, pozwala dołączyć do mikrokontrolera czujnik wilgotności.SHT10. Te dwa pomiary, ciśnienia i wilgotności nie są na razie uruchomione, ale myślę o zakupie przetworników, zwłaszcza że program jest przygotowany do ich obsługi. Jedynym mankamentem podpięcia przetwornika wilgotności jest strata możliwości przełączania 2 anten kanału 2. Porty PB0 (Antena 7) i PB1 (Antena 8) muszą wtedy obsługiwać czujnik.
Zmiana oprogramowania odbywa się przez port USB, z wykorzystaniem bootloadera zainstalowanego w procesorze. Aby można go wgrać nie wyciągając procesora z podstawki, zainstalowałem dodatkowe gniazdo programowania G7. Można do niego dołączyć dowolny programator AVR wyposażony w złącze ISP.
Aby zapewnić płynną regulację jasności wyświetlacza, potrzebna jest nam informacja o natężeniu światła zewnętrznego. Tę informację dostarcza fotorezystor R117 umieszczony na przednim panelu obudowy. Napięcie z dzielnika R117, R19, proporcjonalne do natężenia światła, podawane jest na przetwornik A/C mikrokontrolera. Buzzer to generator sygnałowy na napięcie 5V, sterowany z procesora poprzez tranzystor T1.
Przekaźniki wykonawcze to RM85., załączane napięciem +12V poprzez przekaźniki pomocnicze K1-K8. Za wysterowanie odpowiedniego przekaźnika odpowiedzialny jest mikrokontroler, który podaje stan wysoki na właściwy klucz tranzystorowy T3 – T10. Diody D5 – D12 zabezpieczają tranzystory przed uszkodzeniem w momencie przełączania cewki. Gniazda G14 i G15 służą do podłączenia kabla sterującego, biegnącego do skrzynki przełącznika anten.
Zasilacz zbudowany jest na scalonych stabilizatorach serii 78xx.
Napięcie 230V transformowane jest do 12V na TR1 o mocy 6VA. Po wyprostowaniu (D1)  i odfiltrowaniu (C1) następuje jego stabilizacja na układzie U1 (7812). Napięcie 12V potrzebne jest do przełączania przekaźników antenowych. U2 to stabilizator napięcia 5V (7805), zasilający płytkę procesora. Stabilizator Ud dostarcza +5V dla płytki przekaźników. Kondensatory przy stabilizatorach odfiltrowują napięcie zasilania. Jak ważne jest stabilne i dobrze odfiltrowane napięcie przekonałem się sam, kiedy w momencie „klapnięcia” przekaźnika K1 – K8 następował restart albo zawieszenie procesora. Dopiero założenie dodatkowego dławika w miejsce zworki idącej do nóżki 10 procesora i dolutowanie kondensatora 100nF do masy, spowodowało ustąpienie tej dolegliwości.

Płytka drukowana przełącznika

Układ zmontowany jest na 4 płytkach drukowanych; mikroprocesora, przekaźników, frontowej i przycisków. Wykonane są metodą termotransferu, dlatego ścieżki pogrubiłem, zwiększyłem pola lutownicze a co za tym idzie nie obyło się bez zworek. Podczas uruchamiania wystąpiły zmiany w schemacie i są one naniesione na mozaikę płytek. Całość zaprojektowana jest w Protel-u. Pozwala to na dowolną modyfikacje, np. pozbycie się zworek (druk dwustronny), inne elementy czy w ogóle  zaprojektowanie nowych płytek.

Procesor Procesor - elementy
   płytka drukowana
 
odbicie lustrzane płytki
   rozmieszczenie elementów

Przekaźniki
Przekaźniki - elementy
   
   płytka drukowana
 
odbicie lustrzane płytki
   rozmieszczenie elementów
 
Czołówka Czołówka - elementy
   
   płytka drukowana
 
odbicie lustrzane płytki
   rozmieszczenie elementów

Montaż

   Wyświetlacz, za pomocą 4 dystansów, zamontowany jest na płytce czołowej od strony punktów lutowniczych. W płytce wlutowane są kołki, a w wyświetlaczu gniazdo 2x8 pinów, co umożliwia jego demontaż. Do płytki czołowej na 3 dystansach przymocowana jest także płytka z 6 przyciskami. Przyciski to duże zabudowane mikroswitche, bardzo dobrze nadające się do amatorskich konstrukcji. Płytka czołowa połączona jest z płytką procesora za pomocą kątowego złącza 2x20 pinów (G10, G11). 11-żyłowa taśma zakończona wtykiem od strony gniazda G12, łączy przyciski S3 – S6 z kluczem elektronicznym na płytce przekaźników. Płytki procesora i przekaźników obrócone są do siebie elementami i połączone 2 dystansami. Sygnały sterujące z procesora (gniazdo G10) przesyłane sa do płytki przekaźników 20-to żyłową taśmą, zakończoną z obu stron wtyczkami. Stabilizatory U1 i U2 zamontowane są na radiatorze, a Ud przykręcony jest do aluminiowej blaszki, stanowiącej ekran pomiędzy płytkami mikroprocesora i przekaźników. Gniazda na tylnej ściance obudowy to standardowe, kątowe DB9 do montażu w płytkę. Gniazdo USB typu B. Obudowa plastykowa typu KM-60 . Zamiast oryginalnej czarnej czołówki zamontowałem przezroczystą. Za nią wsunięta jest laminowana kartka z opisami i wyciętymi otworami pod przyciski, wyświetlacz i fotorezystor.
Uwaga!. Nóżka 16 procesora połączona jest przewodem z nóżką 1 zwory Z5 od strony gniazda G3. Zworkę G5 pozostawiamy rozwartą. Zamontowałem dodatkowy dławik 10uH i kondensator 100nF na zasilaniu procesora (nóżka 10).

Dioda LED D2 dołączona do  portu CBUS4 układu FT232RL wizualizuje ruch na porcie USB. W tym celu musimy odpowiednio skonfigurować port CBUS4 układu. Sposób ustawiania portów jest opisany przy konfiguracji portu USB w analizatorze obwodów NWT-7. Ja CBUS4 ustawiłem jako RXLED#.

Instalacja portu USB - FT232RL


Oprogramowanie

Do wgrania kodu do procesora potrzebny jest programator z podstawką DIP40 pod procesor Atmega 644P lub złączem ISP, na przykład taki. Ja wykorzystałem programator tylko do ustawienia bitów konfiguracyjnych  procesora i wgrania bootloadera. Kolejne operacje na procesorze wykonywałem już przez port USB. Jest to dobre rozwiązanie zwłaszcza przy modyfikacji programu, a w tym przypadku nie było ich mało.

Pliki bootloadera:


bootload_644P_16MHz_38400.hex – Atmega 644P, zegar 16 MHz, prędkość 38400 bit/s,


bootload_644P_16MHz_57600.hex – Atmega 644P, zegar 16 MHz, prędkość 57600 bit/s


Bootloader współpracuje bezpośrednio ze środowiskiem programistycznym MCS Bascom AVR.
Kod programu sterownika – switch_ant_v10_sp9xuh.hex.

Źródło programu mogę udostpnić po otrzymaniu adresu e-mail.


   

  WEJŚCIE 1
WEJŚCIE 2
wyjścia do podłączenia
skrzynek przekaźnikowych
  YAESU przełączanie anten z radia lub portu LPT
  TRX przełączanie anten nadawczo/odbiorczych
  CZUJNIK czujniki temperatury i przetwornik
ciśnienia atmosferycznego
  USB gniazdo do połączenia z komputerem
  SIEĆ włącznik siećiowy
 
Skrzynka przekaźnikowa
 
  Do sterownika dobudowałem skrzynkę z przekaźnikami, która pozwala podpiąć 4 anteny, Zastosowałem przekaźniki Relpola RM85. Trudno jest mi powiedzieć jaką moc w.cz. praktycznie potrafią przenieść, gdyż mam do dyspozycji tylko standardową moc transceivera, 100W. SWR w dolnych pasmach 1.8 MHz, 3.5 MHz praktycznie nie ulega pogorszeniu. Z górnymi jest trochę gorzej; dla pasma 28 MHz SWR ok. 1.3, a dla 50 MHz już 1.5

   
 
  schemat
  rozmieszczenie elementów
 
   
   
  płytka od strony przekaźników
  płytka od strony gniazd UC-1

Szablon do wykonania płytki metodą termotransferu.



Pliki do pobrania
switch_procesor_sch.pdf  schemat ideowy bloku mikrokontrolera
switch_czolowka_sch.pdf  schemat ideowy panela przedniego
switch_wejscia_sch.pdf  schemat ideowy klucza elektronicznego
switch_przekaznik_sch.pdf  schemat ideowy bloku przekaźników i zasilania
switch_procesor_bottom_pcb.pdf  płytka drukowana bloku procesora
switch_przekaznik_bottom_pcb.pdf  płytka drukowana modułu przekażników
switch_czolowka_bottom_pcb.pdf  płytka drukowana panela przedniego
switch_procesor_top_pcb.pdf  odbicie lustrzane płytki bloku procesowa
switch_przekaznik_top_pcb.pdf  odbicie lustrzane płytki przekaźników
switch_czolowka_top_pcb.pdf  odbicie lustrzane płytki panela przedniego
switch_procesor_elementy.pdf  rozmieszczenie elementów - procesor
switch_przekaznik_elementy.pdf  rozmieszczenie elementów - przekaźnik
switch_czolowka_elementy.pdf  rozmieszczenie elementów - elementy
bootload_644P_16MHz_38400.hex  bootloader Atmega644P, 38400 bit/s
bootload_644P_16MHz_57600.hex  bootloader Atmega644P, 37600 bit/s
switch_ant_v10_sp9xuh.hex  kod programu sterownika
switch_skrzynka_sch.pdf  schemat ideowy skrzynki
switch_skrzynka_pcb.pdf  płytka drukowana skrzynki
switch_skrzynka_ter_pcb.pdf  odbicie lustrzane płytku
switch_skrzynka_elementy.pdf  rozmieszczenie elementów - skrzynka
switch_opis_obudowa.pdf opisy obudowy przełącznika
przelacznik_artykul.pdf  opis w formacie Acrobat Reader
przelacznik_antenowy.zip  wszystkie pliki