Klub SP2PUT

Akademicki Klub Krótkofalowców UTP w Bydgoszczy

13-Gru-2013

Automatyczny przełącznik anten do Yaesu FT-950 z USBAutomatic antenna switch for Yaesu FT-950 with USB

Rozbudowywujemy naszą stację klubową do pracy zdalnej, po instalacji anteny yagi i obrotnicy na fale krótkie, zabezpieczeniu radia przed utratą łączności nadeszła kolej na automatyzację przełączania anten.
We are trying to enable full remote operation of our club station. So far we installed a new, tri-band yagi, stock rotator and transceiver protection circuits in case of connectivity loss. Currently antenna switching was performed manually so this part was in need for an upgrade.

Koncepcja

Na dachu znajduje się skrzynka z przekaźnikami, które przełączają feedery do różnych anten, na dole obecnie znajduje się ręczny przełącznik do wyboru anten. Jedyną możliwością przy pracy zdalnej, było użycie ręcznie ustawionej wcześniej w klubie anteny.

Ręczny przełącznik zostanie zastąpiony elektronicznym ze sterowaniem mikroprocesorowym. Nowy przełącznik jest połączony z komputerem przez USB, ze złączem LINEAR transceivera, istniejącą skrzynką z przekaźnikami na dachu i oczywiście zasilaczem. Połączenie z radiem jest potrzebne, żeby blokować przekaźniki przy nadawaniu, co mogłoby uszkodzić radio i styki przekaźników od iskrzenia, oraz do pobierania aktualnie wybranego pasma i automatycznego dołączania odpowiedniej anteny, Przełącznik można obsługiwać przyciskami na obudowie i oprogramowaniem na komputerze.
yas_overview

Schemat

antenna_switch_yaesu_sch

Do połączeń są przewidziane: złącze USB-B, zasilające typu EDG, RJ-45 do pobierania informacji z transceivera i DB-9 do zasilania skrzynki przekaźników przez standardową skrętkę (kompatybilność wsteczna 😉 stary przełącznik też miał DB-9). Całością steruje poczciwa ATmega8. Elementem wykonawczym jest ULN2003, który steruje przekaźnikami i diodami 1-7 na przednim panelu (wprost widać, która antena jest podłączona). Przyciski 1-7 do wyboru anten są multipleksowane drabinką rezystorową do nogi ADC mikrokontrolera – inaczej zabrakło by wolnych nóg do ich obsługi (R26 powinen być zworą – zero Ohm). ATmega przetwarza analogową wartość napięcia z drabinki i odczytuje to jako użycie odpowiedniego przycisku. Poza tymi elementami są dwa LEDy do sygnalizacji PTT i trybu AUTO oraz przycisk do wyboru trybu AUTO. Nie ma na płytce złącza ISP – bootloader procesora zaprogramowałem w AVR Dragon, a wgrywanie właściwego firmwaru odbywa się przez USB. Dwa LDO na schemacie są po to, żeby wlutować taki, jaki jest akurat pod ręką 😉 Płytka jest również dostosowana do współpracy z transceiverami Icoma, które pasmo pracy sygnalizują analogowym napięciem – wymagałaby wtedy trochę innego firmwaru (mogę zrobić, jeżeli będzie ktoś chętny).
antenna_switch_yaesu_pcb

Sygnały z transceivera

ft950-linear-output

Najbardziej odpowiednie do wykorzystania jest złącze LINEAR z tyłu radia. Jest to niestandardowy mini-DIN 10-pin. Wykorzystywane sygnały to oczywiście masa, 13V OUT do zasilania, TX GND – radio ściąga linię do masy, gdy nadaje, linie BAND A/B/C/D to wyjścia logiczne 0/5V zależnie od wybranego pasma. Nie jest istotne, jaka kombinacja wyjść A/B/C/D odpowiada jakiemu pasmu, gdyż przełącznik anten przy programowaniu sam je odczytuje i zapamiętuje.

Wykonanie

Budowę mechaniczną wykonał nowy członek klubu i nadchodzący krótkofalowiec Andrzej Borowiak. Urządzenie mieści się w popularnej obudowie. Następna wersja powinna mieć PCB z przyciskami i ledami zamiast kabelków (9 ledów + 8 przycisków = 34 wyprowadzenia, a że każdy kabel ma dwa końce to do polutowania jest 68 końcówek przewodów 😀 ).
switch_front

switch_back

switch_inside

Złącze DB-9 czeka na reverse-engineering aktualnego okablowania 🙂

Firmware

W ATmedze znajduje się bootloader HID projektu V-USB, który umożliwia wymianę firmwaru bez użycia specjalnego programatora. Właściwy firmware zgłasza się w komputerze jako urządzenie klasy HID, nie wymaga sterowników w żadnym systemie. Sterowanie odbywa się z przedniego panelu, lub automatycznie we współpracy z radiem, lub z komputera. W trybie AUTO antena jest wybierana na podstawie wyjść BAND transceivera FT-950. Przy aktywnej linii PTT przełączenie anten jest zablokowane, a wybrana antena przełączy sie dopiero po wyłączeniu nadawania.

Obsługa

  1. przycisk MODE + podanie zasilania – bootloader, trzeba trzymać cały czas w trakcie zmiany oprogramowania (puszczenie uruchamia normalną pracę)
  2. przycisk 1 + podanie zasilania – reset pamięci do ustawień fabrycznych (wszystkie pasma na antenę 1), zapala się „dziwna” kombinacja diod, wymaga potem wyłączenia i włączenia zasilania
  3. przycisk 1,2,3,4,5,6,7 – przełącza urządzenie w tryb ręczny i wybiera odpowiednią antenę
  4. przycisk AUTO – przełącza urządzenie w tryb automatyczny do współpracy z radiem
  5. przycisk AUTO + przycisk 1/2/3/4/5/6/7 – przypisuje wybraną antenę 1/2/3… do aktualnie ustawionego pasma w radiu (wdusić AUTO, trzymając AUTO wdusić 1/2/3.., puścić 1/2/3… i dopiero puścić AUTO)

Software

Software jest mutantem Javy i C. GUI jest napisane w Javie, a za komunikację USB odpowiada binarka zależna od systemu operacyjnego. W „standardzie” jest przewidziane wsparcie Windows, Linux i Mac OS X. Obsługa jest trywialna – wybór anteny lub trybu AUTO. GUI odświeża się co 4s lub po naciśnięciu dowolnego przycisku. Nie jest przewidziane programowanie pamięci pasm z komputera (nowe anteny pojawiają sie u nas tak nieczęsto, że można to z powdzeniem robić ręcznie). GUI można odpalić z konsoli – widać wtedy dokładnie komunikację z urządzeniem i ew. błędy.
yas_gui

Paczka

- - - - > > >Schematy, software, firmware< < < - - - -

Artur SP2AGX

Concept

There is a single coax running from the shack up to the roof connected to a relay box with multiple antennas. Inside the shack there is a manual electrical switch to select a particular antenna, so the only option for remote operation is to use the last manually selected antenna.

Manual switch will be replaced with a MCU-controlled one. The new switch (I will use the word „switch” or „selector” for the device inside the shack and „relay box” for the actual switch on the roof) will support

  • USB connectivity with a PC
  • automatic band switching and PTT hot-switch protecion using signals from FT-950 LINEAR output
  • switching existing relay box on the roof
  • powering from both transceiver’s LINEAR output and regular DC screw-type terminals

The switch can be used from the front panel buttons or by software on the PC.
yas_overview

Schematic

antenna_switch_yaesu_sch

There are four connectors at the rear of the PCB: USB type B, screw terminal for DC power, RJ-45 for a cable to Yaesu FT-950 and a DB-9 for the cable up the roof (backward compatible with existing manual switch). The heart (or brain) is an evergreen ATmega8. The relay driver is an ULN2003, it also poweres front panel LEDs 1-7, so they directly indicate currently selected antenna. Pushbuttons 1-7 are multiplexed thru a resistor ladder to an ADC input – otherwise there would be not enough MCU pins for all the buttons (R26 should be zero ohms). There are also two extra LEDs to indicate PTT status and AUTO mode, and an AUTO mode pushbutton. There is no ISP connector, the MCU has to be flashed with a bootloader off-board (I used an AVR Dragon). Two LDOs are just to make two footprints on the PCB and solder the one currently on hand. The PCB can also support Icom transceivers, that signal currently selected band using an analog voltage level, however a little different firmware would be necessary (I can write one if someone is interested).
antenna_switch_yaesu_pcb

Transceiver interfacing

ft950-linear-output

The best socket to interface with is FT-950 LINEAR output. It is a non-standard 10-pin mini-DIN. Used signals:

  • GND – common ground
  • 13V – power supply
  • TX GND – radio pulls down this line during transmit
  • BAND DATA A/B/C/D – logic output 0/5V

Band data outputs depend on currently selected band. I do not need to know which combination corresponds to a particular band, as the antenna switch will automatically read those outputs during programming (though, as I found somewhere online, some combinations are „illegal” so they could be used to check cable integrity).

Assembly

Mechanical assembly has been carried out by our new club member and upcoming licensee Andrzej Borowiak. The device fits in a popular, standard plastic case. The next revision should have all buttons and LEDs on a PCB (9 LEDs + 8 buttons = 34 pins, each cable has two ends so overall there are 68 wire ends to solder 😀 ).
switch_front

switch_back

switch_inside

DB-9 is awaiting reverse-engineering of legacy wiring 🙂

Firmware

The MCU has a HID class bootloader from V-USB project, so firmware update does not require any special hardware. The switch itself enumerates as a HID class device, absolutely no drivers are necessary. Control can be done from the front panel buttons, automatically alongside the transceiver or manually from the PC. In automatic mode the proper antenna is selected using BAND signals from FT-950. Antenna switching is disabled when the PTT line is active. Demanded antenna is switched right after transmission ceases.

Basic usage

  1. MODE button + power on – bootloader, the button has to be pressed all the time, otherwise regular firmware will start
  2. button 1 + power on – memory reset to defaults (all bands default to antenna 1), a strange LED combination will light up, a powe cycle is then required
  3. button 1,2,3,4,5,6,7 – changes mode to manual and selects a particular antenna
  4. AUTO button – changes mode to automatic, the right antenna is picked using FT-950 BAND signals
  5. AUTO button + button 1/2/3/4/5/6/7 – assigns a particular antenna to currently used band (that is: push AUTO, hold AUTO, press 1/2/3.., release 1/2/3… then release AUTO)

Software

The software is a Java/C hybrid. The GUI is written in Java and it executes a OS-specific backend binary. In stock release I support binaries for Windows, Linux and Mac OS X. Using the software is more than trival – simple antenna selection or AUTO mode. GUI refreshes itself every 4s or after pressing any button. Antenna programming for AUTO mode is not supported (new antennas appera in our club very rarely, so doing it manually once is not a problem). When the GUI is run form command line many diagnostic messages can be seen
yas_gui

Release

- - - - > > >Schematic, layout, software, firmware< < < - - - -

Tips:
BTC 15RXzysGYaV6sZnnztBFB9zupjNGDZysPj
LTC Ld1zhCLjvHmvmMFp9NKcTJU7AjAtSBmgaU

Artur SP2AGX

Opublikowano w dziale: Konstrukcje i sprzęt, SP2AGX DIY

Komentuj

Musisz być zalogowany aby komentować.