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Caratteristiche Complete

PREMESSA

Il nuovo beacon robot “IY4M” commemorativo marconiano, segue la prima versione, dopo 10 anni di attività, con una realizzazione completamente rinnovata ed ampliata come modo operativo. Esso verrà inaugurato in occasione della manifestazione internazionale che si terrà a Bologna per commemorare il centenario dell’invenzione della radio. Basandosi sull’attività operativa del precedente beacon robot che, tuttora unico nel suo genere, per 10 ininterrotti anni, ha operato con successo e ricevuto favorevoli consensi da tutto il mondo, si è ritenuto opportuno in questa occasione commemorativa sostituire la stazione esistente con una nuova, tenendo conto della attuale disponibilità di apparecchiature più evolute e della esperienza acquisita durante i periodi di maggiore attività con propagazione favorevole. Si spera che questo nuovo contributo all’attività radioamatoriale da parte di OM italiani possa riscuotere un ulteriore favorevole consenso e che degnamente possa ricordare al mondo amatoriale la figura di Guglielmo Marconi, primo artefice di una nuova era di Comunicazione.

DESCRIZIONE TECNICA

In questa descrizione faremo riferimento allo schema a blocchi 1, del quale analizzeremo brevemente i vari blocchi funzionali. In questo progetto si è ritenuto opportuno utilizzare, per quanto possibile, parti già disponibili a livello commerciale, limitando la progettazione e la realizzazione ai soli circuiti specifici di questa applicazione. Vedremo comunque i criteri che hanno portato alla scelta di certi componenti piuttosto che ad altri.

Il ricetrasmettitore (RTX) HF I requisiti base richiesti per questo componente fondamentale del beacon sono stati i seguenti:
 

  • Dimensione e peso ridotti;
  • Buona accessibilità ai circuiti interni, nonostante le dimensioni ridotte, per eventuali  interventi di modifica richiesti da questa applicazione particolare;
  • Possibilità di operare non solo in banda 10 metri ma anche sulle altre gamme amatoriali (in particolare le bande WARC) nell’ottica di realizzare un sistema   automatico multi-banda;
  • Potenza in uscita adeguata per garantire senza problemi il funzionamento continuativo alla massima potenza prevista dal beacon (32 watt);
  • Modo di funzionamento sia in CW (per le normali operazioni del beacon) che in SSB (per il collegamento in Packet con la stazione di controllo). Per quanto riguarda il CW, è opportuno prevedere la possibilità di installare un filtro di selettività in media frequenza con una larghezza di banda di circa 500-600 Hz;
  • Ottima stabilità e precisione di frequenza, eventualmente da ottenersi con un oscillatore base per il PLL di sintesi delle frequenze dotato di quarzo termostatato;
  • Possibilità di interfaccia con un computer tramite porta seriale; oltre ai controlli più classici (impostazione della frequenza, del modo operativo, dei filtri di selettività, ecc...) è anche importante la possibilità di leggere l’intensità del segnale ricevuto;

 

Tutti questi requisiti sono stati riscontrati nel modello FT-840 della Yaesu, nel quali sono stati anche installati un filtro di selettività da 500 Hz YF-1 12C e l’oscillatore ad alta stabilità TXCO-4 che garantisce una stabilità di ±2 ppm per temperature da O a 50 °C.
Il sistema di controllo seriale CAT è particolarmente ricco di comandi e tra questi spicca la possibilità di leggere la deflessione dello strumento S-meter con una risoluzione di 8 bit. In pratica la tensione inviata allo strumento viene anche letta dal microcontrollore di bordo attraverso un convertitore ADC ad 8 bit in cui il valore massimo 255 viene fatto corrispondere al fondo scala dello strumento. Con questa soluzione, quando I’RTX è in ricezione è possibile leggere istante per istante l’intensità del segnale ricevuto, mentre in trasmissione è disponibile un valore numerico proporzionale alla potenza di uscita (infatti lo strumento indica la potenza durante la trasmissione). Quest’ultima possibilità è risultata particolarmente utile per semplificare il circuito di controllo e relativa misura della potenza in uscita.

Modifiche sul ricetrasmettitore

Come era prevedibile, si sono resi necessari alcuni interventi sull’apparato per meglio adattano alle necessità del progetto. In particolare, si è voluto sfruttare al meglio la risoluzione del convertitore ADC per ottenere misure di segnale e di potenza sufficientemente precise, inoltre è stato necessario prevedere un circuito per controllare la potenza del trasmettitore attraverso una tensione di controllo esterna. Vediamo comunque più in dettaglio gli interventi eseguiti. Attraverso alcune regolazioni interne, già previste circuitalmente, si è provveduto a limitare la potenza massima di uscita a 37 watt (di poco superiore quindi ai 32 watt massimi richiesti dal beacon) e a tarare il fondo scala dello strumento per tale potenza. Il valore di 255 del convertitore ADC (letto attraverso la porta CAT) corrisponde quindi ad una potenza di 37 watt. Utilizzando poi un wattmetro esterno di buona precisione, si è provveduto a determinare i valori numerici corrispondenti ad un insieme di 9 potenze, ciascuna doppia della precedente. Anche alle potenze più basse, il valore letto dall’ADC garantisce una buona precisione della misura. Le potenze considerate sono, in ordine decrescente: 32, 16, 8, 4, 2, 1, 0.5, 0.25, 0.125 watt; considerando i decibel rispetto ad un watt, abbiamo un range da -9 dBW a +15 dBW a passi di 3 dB. L’RTX non prevede nessun metodo di controllo della potenza, se non attraverso l’apposita manopola sul pannello frontale. Analizzando gli schemi, è comunque facile individuare una tensione di controllo della potenza che si è provveduto a rendere accessibile dall’esterno sul connettore posteriore “EXT.ALC” tramite un semplice circuito RC di filtraggio e limitazione della tensione. Attraverso un circuito DAC a 10 bit (descritto più avanti) il computer sarà poi in grado di controllare la potenza del trasmettitore regolando questa tensione. Per quanto riguarda la misura del segnale ricevuto, si è voluto tarare il fondo scala dello S-meter per una intensità non molto elevata (S9+20dB) in modo da avere letture significative anche con segnali di modesta intensità. Purtroppo il trimmer interno di regolazione del fondo scala non permette di ottenere la taratura desiderata, per cui è stato necessario amplificare di un fattore 2 con un operazionale la tensione che raggiunge lo S-meter ( e l’ADC del microcontrollore). Utilizzando un generatore di segnale calibrato, si è poi provveduto a tarare il fondo scala (lettura 255 dell’ADC) a 54 dBuV. Infine, si è costruita una tabella con tutti i valori corrispondenti a segnali tra 0 e 54 dBuV, a passi di 1 dB. Se, nella scala “S”, facciamo corrispondere S9 a 50 uV, pari a 34 dBuV, abbiamo che il fondo scala corrisponde a S9+20dB. Come ultimo intervento, si è provveduto a controllare l’illuminazione del display frontale (display LCD e luce dello strumento) attraverso l’interruttore “MOX”, non utilizzato in questa applicazione.

L’interfaccia RS-232

Sebbene l’interfaccia CAT utilizzi un protocollo seriale standard (4800 bps, 8 bit dati, 2 bit di stop), i livelli di tensione utilizzati sono di tipo TTL (0-5 volt), quindi non compatibili con i livelli richiesti dalle interfacce RS-232 normalmente disponibili sui computer. E’ stato quindi necessario realizzare un circuito di conversione TTL-RS232, alloggiato in un piccolo contenitore che si innesta direttamente sulle prese CAT e TUNER2 sul retro dell’RTX. Sul lato esterno è poi presente un connettore DB9 per il collegamento con la porta seriale del computer. Per la conversione dei livelli di tensione si è utilizzato un circuito integrato MAX 232 che richiede solo 4 condensatori esterni per il funzionamento. La tensione di alimentazione +5 viene derivata, attraverso un regolatore di tensione, dal +13 volt disponibile sulla presa TUNER2. Oltre a realizzare la conversione dei livelli di tensione, questo circuito viene anche utilizzato per controllare la linea PTT sulla presa CAT e la linea di RESET del microcontrollore interno sulla presa TUNER2; in particolare, la linea RTS della porta seriale controlla il PTT e la linea DTR il RESET.

L’interfaccia di controllo potenza

Come già accennato in precedenza, il computer è in grado di controllare la potenza del trasmettitore attraverso un convertitore DAC a 10 bit la cui uscita agisce sulla tensione di controllo accessibile sul connettore “EXT.ALC”. Il computer controlla il DAC attraverso alcune linee della sua porta parallela; per ridurre al massimo il numero di linee richieste, si è utilizzato un DAC di tipo seriale (vedi schema a blocchi 2) che richiede solo 3 linee di controllo: DATA, CLOCK e CHIP SELECT. Il circuito integrato utilizzato (MAX 504) ha in realtà una risoluzione di 12 bit, ma l’errore di linearità massimo ne riduce in effetti la precisione a 10 bit. Ha già al suo interno il generatore di tensione di riferimento, per cui pochissimi componenti esterni sono richiesti per il suo funzionamento. Attraverso un amplificatore operazionale in uscita al DAC, il range di tensione in uscita viene impostato tra 0.68 e 2.048 volt, che permette di controllare la potenza di uscita del trasmettitore dai 37 watt massimi a pochi milliwatt.

L’interfaccia di manipolazione CW

La manipolazione del segnale CW avviene attraverso una linea della porta parallela del computer; si è reso quindi necessario un semplice circuito buffer con un transistor “open collector” in uscita per collegarsi al connettore “KEY” sul retro dell’RTX.

Il computer

La configurazione del computer utilizzato ha tenuto conto, oltre che alle necessità di controllo del beacon, anche dei requisiti per realizzare un sistema di sviluppo del software sufficientemente comodo e veloce. Il sistema adottato è PC-IBM compatibile con le seguenti caratteristiche di base:

  • CPU 486 DX 33 MHz con 4 Mb di memoria;
  • Drive per dischetti da 1.44 Mb e Hard Disk da 200 Mb;
  • 2 porte seriali RS-232 e una porta parallela;
  • Scheda “solid state disk” che realizza un’unità da 720 Kb con memorie RAM  tamponate

Tenendo conto del servizio continuativo di questa apparecchiatura, si è preferito utilizzare l’hard disk come memoria di massa solo durante la fase di sviluppo del software, per poi scollegarlo al termine. Il motore dell’hard disk, infatti, gira continuamente anche quando non si accede alla sua memoria; veniva quindi ad essere l’unica parte meccanica in continuo movimento, oltre alla ventola dell’alimentatore. Si è quindi preferito utilizzare un disco allo stato solido come memoria di massa definitiva. Avendo la necessità sia di leggere che di scrivere dati, si è optato per una unità da 720 Kb realizzata con memorie RAM tamponate da una batteria al litio. Su questa unità viene caricato sia il sistema operativo che il software applicativo. Il drive per i dischetti da 3”112 viene utilizzato solo per il trasferimento di dati e programmi con l’esterno. Sul pannello frontale del contenitore del computer sono stati riportati i connettori per la tastiera e per il monitor video VGA, utilizzati solo in fase di sviluppo del software. Sulla scheda del “solid state disk” è presente anche un circuito di “watch-dog” e un’uscita che segnala quando la batteria tampone è quasi scarica (tensione inferiore ai 2 volt) e va sostituita. Questa uscita viene letta dal computer attraverso una linea della porta parallela. Il circuito di “watch-dog” viene utilizzato per rilevare anomalie nel funzionamento del programma e, in tal caso, resettare automaticamente il computer. Il timer interno di questo circuito viene azzerato dal programma applicativo scrivendo in un apposito port di I/O. Se questa operazione non viene fatta almeno una volta ogni 1.6 secondi, il watch-dog interviene agendo direttamente sull’ingresso di reset del computer. Il programma applicativo prevede un azzeramento del timer del watch-dog ogni 100 millisecondi circa, quindi ben al di sotto del tempo massimo. Dopo il reset del computer, è previsto un tempo di circa 30 secondi in cui il watch-dog non è abilitato; questo permette di eseguire i controlli diagnostici del BIOS e caricare il sistema operativo e il programma applicativo senza che il circuito intervenga prematuramente. Inoltre, è possibile scollegare il watch-dog dall’ingresso di reset del computer tramite un interruttore presente sul pannello frontale del contenitore, operazione questa necessaria in fase di sviluppo del software.

Il demodulatore CW
Questo circuito riceve il segnale dall’uscita audio a livello costante disponibile nelI’RTX, mentre il segnale CW demodulato, a livello TTL, viene letto dal computer attraverso una linea di ingresso della porta parallela. In questo circuito si sono utilizzati due filtri passa- basso a capacità commutate (LTC 1062), uno per limitare la larghezza di banda in ingresso ed un altro per ricostruire l’inviluppo del segnale CW dopo il circuito rivelatore (vedi schema a blocchi 2). Questo tipo di filtro richiede pochissimi componenti esterni ed inoltre permette di variare la frequenza di taglio attraverso un solo potenziometro.

 

L’interfaccia di misura temperatura
Il sistema prevede due sensori di temperatura, selezionabili dal computer; uno viene utilizzato per la misura della temperatura ambientale esterna, mentre il secondo è alloggiato al l’interno del contenitore dell’apparecchiatura, in prossimità dell’alimentatore switching, per individuare eventuali situazioni di sovrariscaldamento. Per la misura della temperatura si è preferito utilizzare un modulo LCD commerciale, dotato di uscita seriale per la lettura della temperatura. E’ stato comunque necessario preparare un circuito di interfaccia verso il computer per riportare le uscite del modulo (alimentato a 1.5 volt) a livello TTL. Per semplificare l’operazione di lettura della temperatura da parte del computer, è stato predisposto anche un circuito “shift register” a 13 bit, come indicato nello schema a blocchi 2. Il modulo LCD trasmette il valore di temperatura letto sull’uscita seriale circa una volta al secondo; per il computer è invece più comodo leggere il valore solo quando richiesto dal programma. Quindi l’ultimo valore inviato dal modulo viene memorizzato nello shift-register, pronto per essere letto dal computer. Sono necessari 13 bit in quanto ogni valore è composto di 3 cifre BCD e un bit di segno. Anche questo circuito viene collegato al computer attraverso la porta parallela. Oltre ad una linea dati e ad una di clock, è presente un’uscita “data valid” che indica al computer quando il modulo non sta aggiornando lo shift register e quindi il valore il esso contenuto può essere letto in modo sicuro. Un’ultima linea permette al computer di selezionare il sensore di temperatura (interno od esterno), utilizzando un relais di tipo “reed” per la commutazione.

 

Il controllo delle ventole
Sempre attraverso una linea della porta parallela, il computer è in grado di attivare o meno le due ventole predisposte nell’apparecchiatura. A tal scopo è stato predisposto un semplice circuito di controllo con un buffer a transistor e un relais che controlla le due ventole alimentate a 220 VAC. Una ventola è stata montata sul pannello anteriore, mentre l’altra è su quello posteriore, in modo da creare un flusso d’aria in corrispondenza dell’alimentatore switching, che è il componente più soggetto a riscaldamento. Il computer determina se attivare o meno le ventole in base al valore di temperatura interna letto tramite l’interfaccia descritta sopra.

 

Il circuito TNC
La stazione di controllo del beacon comunica con esso attraverso un canale in Packet a 1200 bps, in SSB. E’ stato utilizzato un TNC commerciale (RDC-10) di dimensioni molto compatte, in cui la EPROM è stata modificata per impostare al reset tutti i parametri richiesti per questa applicazione. li TNC è collegato al computer attraverso la seconda porta seriale RS-232. Per permettere in modo semplice sia l’utilizzo di comandi in modo testo che il trasferimento di file dati, il TNC opera in modo “transparent”. Inoltre, visto che l’accesso al beacon attraverso questo canale non deve essere pubblico, la trasmissione è stata opportunamente criptata. Il TNC riceve il segnale dall’uscita audio a livello costante dell’RTX mentre la sua uscita agisce direttamente sull’ingresso microfonico.

 

L’alimentatore switching
Tutta l’apparecchiatura, a parte il computer (dotato di un suo alimentatore) e le ventole, è alimentata a 13 vdc, forniti da un alimentatore switching (Power Control modello S1O3P) da 12 A; la massima corrente assorbita dall’apparecchiatura è di circa 10 A. Rispetto ad un alimentatore tradizionale, l’utilizzo di un alimentatore di tipo switching ha permesso di limitare sensibilmente la dissipazione di calore all’interno del contenitore; inoltre anche le dimensioni e il peso sono assai più contenute. Bisogna eventualmente prestare attenzione ad eventuali disturbi RF prodotti dal circuito switching; comunque in questo caso non è stato riscontrato alcun problema. Alcune prove preliminari con un alimentatore tradizionale da 20 A hanno mostrato che, con una temperatura ambiente di 30 °C, la temperatura interna poteva oltrepassare facilmente i 40°C, nonostante l’utilizzo delle due ventole. In alcuni casi si è anche riscontrato un funzionamento anomalo dell’alimentatore a causa della temperatura troppo elevata. In condizioni analoghe con l’alimentatore switching, invece, il computer, agendo sulle ventole, riesce a mantenere la temperatura interna 2-3 gradi superiore a quella ambientale. Sull’ingresso a 220 VAC dell’apparecchiatura è stato anche posto un filtro di tipo LC per ridurre l’emissione EMI eventualmente prodotta.

 

Il contenitore
Tutta l’apparecchiatura è stata sistemata all’interno di un contenitore metallico per moduli rack 19”/8U, suddiviso verticalmente in due sezioni schermate tra loro. La prima superiore contiene il computer, a sua volta alloggiato nel proprio contenitore metallico dotato di ventola. La sezione inferiore contiene il ricetrasmettitore, l’alimentatore, il TNC e il modulo contenente i vari circuiti di interfaccia già descritti. Nella parte frontale di questa sezione è stata applicata la prima ventola soffiante verso l’interno, mentre nella parte posteriore è presente la seconda ventola aspirante. Il controllo di queste ventole, come già descritto, è automatico. Durante le prove, non sono state riscontrate interferenze ne da parte del computer sul ricevitore, ne da parte del trasmettitore sul computer; ciò grazie ad una accurata schermatura delle varie unità costituenti l’apparecchiatura. Le dimensioni esterne del contenitore sono: larghezza 540 mm, altezza 420 mm, profondità 550 mm. Il peso è di circa 30 Kg.

 

LO SVILUPPO DEL SOFTWARE
Dopo aver fornito al computer tutte le possibilità di controllo descritte nella sezione precedente, il problema si sposta sul software, che è in effetti l’aspetto preponderante in questo progetto. Come già detto in precedenza, è sufficiente collegare al computer l’hard disk, una tastiera e un monitor per avere un sistema adeguato allo sviluppo del software del beacon robot. Si è scartata la possibilità di sviluppare il programma utilizzando un computer diverso da quello dell’apparecchiatura, almeno in una fase iniziale, in quanto in questa apparecchiatura è presente troppo hardware specifico interfacciato con il computer, le cui procedure di comando e comunicazione devono essere attentamente provate e verificate. A progetto ultimato, le operazioni di correzione, modifica ed ampliamento del software potranno eventualmente essere fatte su un altro computer, verificando comunque caso per caso se l’hardware coinvolto nelle modifiche permette di provare in modo sicuro il nuovo software. In questo caso sarà poi possibile aggiornare il programma sul beacon inviandolo direttamente via radio attraverso il canale di comunicazione in Packet. Il software è stato sviluppato in ambiente DOS, utilizzando il compilatore Borland Pascal versione 7. Pur fornendo un linguaggio strutturato ad alto livello con possibilità di programmazione orientata agli oggetti (OOP), della quale si è fatto ampio uso, questo compilatore permette anche di operare agevolmente a livello più basso, scrivendo per esempio routine di servizio degli interrupt o procedure in assembler. In alternativa, si sarebbe potuto usare un linguaggio come il C++, probabilmente il linguaggio più noto ed universale, disponibile su quasi tutti gli ambienti di sviluppo. In questa applicazione specifica, comunque, l’utilizzo del C piuttosto che del Pascal non avrebbe avuto particolare rilevanza, per cui la scelta è stata determinata dal gusto dell’autore. Qui di seguito non verrà analizzato in dettaglio il software del beacon, ma piuttosto verranno descritti gli aspetti funzionali del programma, per poi passare alla descrizione dei comandi utilizzabili dagli utenti in CW e dalla stazione di controllo in Packet. Per quanto riguarda i comandi in CW, questi non verranno descritti nei dettagli operativi, ma piuttosto ne verrà indicata la funzione e lo scopo. Sebbene molti comandi siano già stati implementati al momento della scrittura di questa relazione, alcuni potrebbero subire delle modifiche dal punto di vista operativo ed altri sono stati già definiti ma non ancora realizzati. Al termine dello sviluppo del software, prima che questo diventi operativo, verrà preparata una documentazione completa e dettagliata per l’utilizzo del beacon robot. La ricezione e la trasmissione in CW Gli algoritmi per ricevere e trasmettere la telegrafia sono evidentemente un punto essenziale di questo progetto. Per avere la massima flessibilità di gestione, queste funzioni sono state realizzate come task che operano in background rispetto al programma principale e che scambiano i dati con questo attraverso due buffer di tipo FIFO, uno contenente i caratteri già ricevuti ed uno con i caratteri in attesa di essere trasmessi. A tal scopo, le funzioni di ricezione e di trasmissione sono state realizzate con due macchine a stati attivate dall’interrupt del “Real Time Clock” del computer ad un intervallo di circa i millisecondo (per l’esattezza, vengono prodotti 1024 interrupt al secondo). Il range di velocità che si è voluto considerare è abbastanza ampio, da 10 a 60 WPM, cioè da 50 a 300 caratteri al minuto. Mentre per la trasmissione non ci sono note di rilievo da segnalare (l’unica “finezza” è la possibilità di impostare vari tipi di manipolazione, tra cui anche una simulazione della manipolazione manuale, ottenuta variando parzialmente e in modo casuale la lunghezza dei punti e delle linee), per la ricezione si è cercato di realizzare alcuni obiettivi importanti per questa applicazione.
In particolare:

  • Massima flessibilità per quanto riguarda il tipo di manipolazione; in particolare si sono utilizzate soglie di temporizzazione separate per la determinazione del punto-linea e delle pause tra gli elementi, i caratteri e le parole. In questo modo è possibile ottenere una buona ricezione anche in caso di manipolazione manuale.
  • Partendo da una data velocità, l’algoritmo deve essere in grado di adattarsi istantaneamente a piccole variazioni di velocità nel corso della ricezione, in modo da non perdere alcun carattere durante tali variazioni.
  • Nel caso di grandi variazioni di velocità, l’adattamento deve essere il più veloce possibile, limitando al massimo il numero di caratteri non ricevuti correttamente durante la fase di adattamento. Ciò deve essere valido in tutto il range di velocità ammesso, da 10 a 60 WPM.
  • Il metodo di adattamento della velocità deve però essere sufficientemente insensibile ad eventuale rumore ricevuto; Infatti brevi impulsi di rumore potrebbero far adattare la velocità a valori molto elevati, richiedendo quindi un’ulteriore fase di adattamento nel momento in cui viene ricevuto un vero segnale telegrafico. E’ quindi necessario filtrare eventuali impulsi troppo brevi e comunque cercare di discriminare il rumore da una trasmissione telegrafica. Per realizzare questi obiettivi, l’algoritmo prevede diversi parametri il cui valore ottimale deve essere trovato sperimentalmente sul campo.  L’interfaccia operativa Sebbene il programma preveda principalmente un funzionamento totalmente automatico, si è ritenuto necessario dotarlo di una semplice interfaccia operativa per poter controllare direttamente a video lo stato dei vari parametri ed eventuali segnalazioni di errore riportate dalle funzioni diagnostiche. Tramite la tastiera esterna è poi possibile modificare molti parametri, senza dover quindi intervenire direttamente sul software sorgente. La maggior parte di questi parametri possono essere visualizzati e modificati anche in modo remoto, utilizzando il canale di comunicazione via Packet. Lo schermo video è stato essenzialmente suddiviso in 4 sezioni, adibite alle seguenti funzioni:

 

  • Finestra di trasmissione in CW: vengono riportati i caratteri man mano trasmessi dal beacon.
  • Finestra di ricezione in CW: vengono riportati i caratteri ricevuti durante la fase di ricezione del beacon.
  • Finestra di stato:
    riporta lo stato dei parametri operativi principali quali:
    • Velocità di ricezione e trasmissione in CW attualmente impostate
    • Temperatura interna ed esterna
    • Stato delle ventole
    • Frequenza, modo di emissione e potenza attuali dell’RTX
    • Risultato delle funzioni diagnostiche, con eventuale indicazione del primo errore riscontrato
    • Ora e data riportate dal Realtime clock
    • Finestra terminale.

 

Durante il funzionamento automatico riporta l’operazione attualmente eseguita dal beacon, mentre durante il controllo locale (con la tastiera) o remoto (via Packet) opera da terminale di ingresso/uscita.

 

Il diagramma di flusso del programma
Il diagramma riportato nelle due pagine rappresenta il flusso principale del programma e descrive la logica operativa delle 4 fasi principali: ciclo di beacon, ciclo di ricezione, ciclo di comando locale e remoto. E’ comunque necessario descrivere meglio alcune parti del diagramma. Durante il ciclo di beacon, il sistema si comporta come un beacon tradizionale, trasmettendo un segnale continuo, il nominativo e un messaggio di identificazione. Durante Il ciclo di ricezione il sistema passa in ricezione in attesa di comandi in CW dagli utenti. Questi sono i due cicli che si alternano durante il normale funzionamento del beacon robot. I cicli di comando  locale e remoto coinvolgono solo la fase di sviluppo e test del sistema e la stazione di controllo;in questi cicli è possibile verificare ed impostare vari parametri o eseguire altre operazioni con una tastiera collegata al computer, oppure tramite una canale di comunicazione via radio in racket. La calibrazione delle potenze, effettuata al lancio del programma dopo i controlli diagnostici, consiste nel determinare i valori della tensione di controllo da applicare all’RTX per ottenere le potenze di trasmissione desiderate; in pratica, bisogna individuare i valori numerici da applicare in ingresso al circuito DAC a 10 bit. La calibrazione riguarda tutte e 9 le potenze da 32 watt a 125 milliwatt. In realtà, la calibrazione viene rifatta in modo automatico due volte al giorno, alle 00:00 e alle 12:00 GMT. Per ridurre i tempi richiesti dalla procedura, i valori determinati vengono memorizzati e utilizzati come base di partenza per la successiva operazione di calibrazione. Un’operazione di calibrazione parziale, riguardante cioè la sola potenza attualmente selezionata, viene fatta anche all’inizio del ciclo di beacon e tutte le volte che, con un comando utente, viene chiesto di modificare la potenza di trasmissione. L’indicazione “CTRL C ?“ nel diagramma di flusso indica che il programma verifica se sulla tastiera è stato battuto il tasto CONTROL-C, utilizzato per entrare nel ciclo di comando locale. Solo da questo ciclo è possibile, tramite un apposito comando, terminare il programma e uscire al DOS. L’indicazione “Fine tempo ?“ indica che viene controllato se è trascorso un tempo massimo di attesa (“timeout”) per una data operazione. Questi tempi variano in funzione dell’operazione considerata. All’awio del ciclo di comando remoto, a cui si arriva tramite un comando ricevuto in CW oppure con un comando locale da tastiera, si attende la connessione da parte del TNC remoto. Segue poi l’attesa di una password di ingresso per arrivare al ciclo di comando. In tutte queste fasi è previsto un tempo massimo di inattività da parte del controllo remoto, oltre il quale si esce dal ciclo automaticamente e si ritorna al ciclo di beacon. Il beacon prevede la possibilità di definire dei messaggi da trasmettere in modo automatico ad orari prestabiliti. Il controllo ditali messaggi viene fatto all’avvio dei ciclo di beacon e di ricezione, dove si provvede alla trasmissione dei messaggi automatici per i quali è scattato l’orario prestabilito.

 

La correzione del Real Time Clock
Un’altra operazione automatica che non compare in modo esplicito nel diagramma di flusso è la correzione dell’orologio del sistema, tipicamente non molto preciso. E’ prevista la possibilità di specificare un numero, positivo o negativo, che indica ogni quanti minuti l’orologio deve essere portato avanti o indietro di un secondo. Per esempio con un fattore di correzione di +300, l’orologio viene portato avanti automaticamente di un secondo ogni 300 minuti. I comandi locali I comandi dati con la tastiera durante il ciclo di comando locale, permettono di controllare e di modificare molti dei parametri del programma. Ovviamente non coinvolgono direttamente gli utenti del beacon robot ma una loro sommaria descrizione è utile per comprendere il grado di parametrizzazione del sistema. Dato che lo sviluppo del software non ha ancora raggiunto la sua fase conclusiva, questa lista di comandi, come quelle che verranno descritte più avanti, non è del tutto completa ed ancora in fase di evoluzione. Dunque, i comandi locali permettono i seguenti controlli e impostazioni:

  • Frequenza del beacon.
  • Potenza utilizzata durante il ciclo di beacon.
  • Velocità in trasmissione durante il ciclo di beacon.
  • Utilizzo del filtro largo (2.4 KHz) o stretto (500 Hz) durante il ciclo di ricezione.
  • Velocità iniziale impostata nel ciclo di ricezione.
  • Durata in secondi del ciclo di ricezione.
  • Attivazione/disattivazione dei monitor audio in ricezione e trasmissione.
  • Impostazione delle soglie di temperatura inferiore e superiore per l’attivazione delle ventole. Le ventole si attivano quando la temperatura interna raggiunge la soglia      superiore e si disattivano quando scende sotto la soglia inferiore.
  • Lettura e impostazione del fattore di correzione del Real Time Clock.
  • Impostazione di ora e data sul Real Time Clock.
  • Simulazione della ricezione con la tastiera. Durante la fase di ricezione, anziché de- codificare il segnale CW ricevuto, si utilizza la tastiera per impostare i comandi. Utile durante il test di nuovi comandi quando non si dispone di un trasmettitore CW.
  • Lettura e impostazione dei messaggi di sistema. Sono previste 100 stringhe di messaggio che contengono il testo di tutto quanto viene trasmesso in CW dal beacon. Le stringhe possono anche venire partizionate in sotto-stringhe, per sfruttare meglio lo spazio nel caso di messaggi brevi. E’ possibile leggere e modificare tutti i messaggi.
  • Cancellazione della lista QSO. Tutti i QSO effettuati con il beacon robot vengono memorizzati in una lista circolare che prevede uno spazio per 2048 QSO; in pratica vengono tenuti in memoria gli ultimi 2048 QSO effettuati. Con questo comando l’intera lista viene cancellata. Per ogni QSO vengono memorizzate le seguenti informazioni:
  • Ora e data del QSO
  • Nominativo della stazione
  • Nome dell’operatore
  • Rapporto dato dalla stazione al beacon
  • Rapporto inviato dal beacon alla stazione
  • Potenza utilizzata dal beacon durante il QSO
  • Frequenza del beacon
  • Cancellazione della lista dei CALL. Parallelamente alla lista dei QSO, viene mantenuta una lista dei diversi nominativi che hanno fatto un QSO con il beacon. E’ previsto uno spazio per 2500 nominativi. Per ogni nominativo viene anche memorizzata la data dell’ultimo QSO effettuato e il nome dell’operatore della stazione. Queste informazioni vengono utilizzate dal beacon durante i QSO. Con questo comando l’intera lista viene cancellata.
  • Impostazione di un messaggio QTC. E’ possibile impostare fino a 16 QTC (numerati da o a 15), ciascuno di lunghezza massima 4000 caratteri, I QTC da O a 9 possono venire letti in qualunque momento dagli utenti, mentre quelli da 10 a 15 sono riservati per la trasmissione automatica ad orari predefiniti.
  • Cancellazione di un messaggio QTC.
  • Cancellazione di tutti i messaggi QTC.
  • Impostazione dell’orario di trasmissione automatica di un QTC. E’ possibile non solo indicare un orario preciso nell’arco della giornata, ma anche trasmissioni ripetitive, per esempio all’inizio di ogni ora.
  • Passaggio al ciclo di controllo remoto, via Packet.
  • Uscita dal ciclo di controllo locale e ritorno al ciclo di beacon.
  • Uscita dal programma e ritorno al DOS. Funzioni di QSY del modo operativo Come si può intuire anche dalla lista appena esposta, tutta la struttura del software prevede un eventuale funzionamento del beacon su più bande di frequenza. Sebbene non siano ancora state definite nei dettagli, sono previste funzioni del beacon robot come le seguenti:
  • Estensione del piano operativo a più bande, per esempio ad ore alterne in banda 10 metri ed in banda 12 metri.
  • Possibilità di fare QSY momentaneamente su un’altra banda su comando dell’utente, con ritorno automatico alla banda nominale dopo un tempo massimo. Durante il QSY potranno venire utilizzati tutti i comandi previsti per gli utenti.
  • Scansione automatica di un certo numero di frequenze di beacon internazionali in banda 10 metri, a intervalli di tempo predeterminati (per esempio ogni 30 minuti). Memorizzazione dell’ora e dell’intensità di segnale ricevuto. I dati raccolti potranno essere richiamati dagli utenti con una apposita chiave. La tabella con le frequenze di ascolto potrà essere eventualmente aggiornata dalla stazione di controllo.
  • Allo scopo di ottenere un report sulla propagazione, vengono memorizzati tutti i dati raccolti per almeno 30 giorni. Tutto l’insieme dei dati potrà venire trasferito alla stazione di controllo tramite il canale di comunicazione in Packet.
  • Possibilità per l’utente di portare il beacon in ricezione su una data frequenza per la misura dell’intensità del segnale ricevuto. I comandi remoti I comandi inviati in Packet dalla stazione di controllo durante il ciclo di comando remoto sono essenzialmente tutti gli stessi previsti per il comando locale da tastiera.

 

Inoltre sono previsti i seguenti comandi specifici:

 

  • Invio della lista degli ultimi QSO, effettuati dopo l’ultimo comando di clear. La lista può contenere al massimo 2048 QSO, ogni QSO contiene i dati già descritti in precedenza.
  • Comando di clear della lista dei QSO. In realtà non cancella i QSO della lista, ma sposta unicamente l’inizio delle prossima lista dei QSO. In tal modo, il prossimo comando di invio della lista conterrà i soli QSO effettuati dopo il comando di clear.
  • Verifica del numero di QSO effettuati dopo l’ultimo comando di clear.
  • Stand-by del beacon: il sistema rimane in ricezione in Packet per un tempo indefinito in attesa di un comando di riattivazione.
  • Lettura dei messaggi QTC attualmente impostati.
  • Report completo dei QTC: riporta quali messaggi sono attualmente memorizzati e gli eventuali orari di trasmissione automatica.
  • Ricezione e trasmissione di generici file dati. Per ridurre i tempi richiesti da questa operazione, il file viene automaticamente compresso prima della trasmissione ed espanso al termine della ricezione.

 

I principali file che possono venire trasferiti sono:

  • il file della lista dei QSO
  • il file della lista dei CALL
  • il file risultati dello scanning di frequenza dei beacon
  • il file programma

 

I comandi in CW per gli utenti
Questi comandi vengono decodificati dal beacon robot durante il ciclo di ricezione; la durata di questo ciclo è attualmente impostata a 30 secondi, ma è comunque modificabile dalla stazione di controllo attraverso un opportuno comando. Può essere specificato un solo comando per volta; se vengono indicati più comandi, solo l’ultimo ricevuto viene considerato. Il comando deve essere terminato dalla lettera “K” spaziata rispetto al comando stesso; dopo aver ricevuto questa “K” spaziata, il beacon passa all’analisi di quanto ha ricevuto e risponde al comando indicato. Se nessun comando valido viene identificato, il beacon risponde con una coppia di punti interrogativi. Dopo aver risposto ad un comando, si inizia un nuovo ciclo di ricezione in attesa di nuovi comandi. Se nessuna “K” spaziata viene identificata durante la ricezione, il sistema riparte con il ciclo di beacon. In fase di ricezione, il beacon si sincronizza con la velocità di trasmissione dell’utente, partendo comunque da una velocità prestabilita. Per facilitare questa fase di sincronizzazione, è consigliabile far precedere il primo comando inviato da una serie di due o tre “V”. Normalmente il beacon risponde ai comandi alla stessa velocità dei caratteri ricevuti. E’ comunque possibile, mediante appositi comandi, modificare e fissare la velocità di risposta del beacon indipendentemente dalla velocità dell’utente. Per facilitare l’accesso al beacon, le chiavi di comando vengono riconosciute anche se frazionate da spazi; per esempio la chiave “QRP” viene riconosciuta anche se ricevuta come “VVV QR P K” oppure “VVV Q RP K”. Notare che è comunque indispensabile che il “K” finale sia sempre spaziato rispetto alla chiave di comando.

 

I comandi a disposizione degli utenti permettono le seguenti operazioni:

  • Lettura della potenza utilizzata al momento.
  • Lettura della temperatura ambiente esterna ed interna al contenitore dell’apparecchiatura in gradi centigradi.
  • Informazioni sul QTH e sul locator del beacon.
  • Informazioni su ora GMT e data.
  • Informazioni sulla velocità dì trasmissione dell’utente in parole al minuto (WPM). Viene inoltre fornito il rapporto linea/punto misurato.
  • Informazione sulla frequenza di trasmissione.
  • Lista di informazioni comprendente tutte quelle già descritte più altre di completamento.
  • Misura dell’intensità del segnale ricevuto in scala “S”, da S1 a S9+. Il valore S9 corrisponde ad un livello di 50 uV.
  • Misura dell’intensità del segnale ricevuto in dBuV, da 0 a 54 dBuV.
  • Impostazione della potenza di uscita, scegliendo uno dei 9 livelli da 0.125 W a 32 W a passi di 3 dB. Sono previste anche 3 impostazioni predefinite: QRO=32W, QRP=8W e QRPP=1W.
  • Riduzione o incremento della velocità di trasmissione con passi del 25% rispetto alla velocità precedente. Con questi comandi la velocità del beacon rimane fissata indipendentemente dalla velocità di trasmissione dell’utente. Con apposito comando, è possibile ristabilire la sincronizzazione delle velocità. All’avvio del successivo ciclo di beacon si ripristina comunque automaticamente la condizione di sincronizzazione.
  • Richiesta di emissione di un segnale continuo per una durata di circa 15 secondi.
  • Lista degli ultimo QSO memorizzati dal beacon; normalmente vengono inviati gli ultimi 5 QSO ma, mediante apposito comando, è possibile richiedere fino a 30 QSO.
  • Richiesta di trasmissione di uno dei QTC memorizzati.
  • Richiesta di passaggio in comunicazione via Packet (chiave utilizzabile solo dalla stazione di controllo).
  • Richiesta di fare QSY momentaneamente su un’altra banda (su frequenza prestabilita dalla stazione di controllo) con ritorno automatico alla banda nominale dopo un tempo massimo. Durante il QSY potranno venire utilizzati tutti i comandi previsti per gli utenti.
  • Possibilità di portare il beacon in ricezione su una data frequenza (stabilita dall’utente) per la misura dell’intensità del segnale ricevuto.
  • Richiesta della lista dei beacon internazionali ricevuti durante l’ultimo ciclo di scansione automatica (un ciclo ogni 30 minuti). Per ciascun beacon ricevuto viene fornita l’identificazione presunta e l’intensità del segnale. Notare che l’identificazione si basa sulla lista ufficiale delle frequenze dei beacon e non sulla decodifica del segnale ricevuto.
  • Richiesta della lista dei beacon ultimi ricevuti nell’arco degli ultimi 30 giorni. Per ciascun beacon viene inviata l’identificazione, ora, data e intensità del segnale.

 

Il QSO con il beacon robot
La chiave per iniziare il QSO è costituita dal nominativo del beacon (“IY4M”) seguito dal proprio nominativo ripetuto una o più volte. Dopo “IY4M” può essere inserito facoltativamente un “DE”. La prima volta che viene fatto un QSO con il beacon, il proprio nominativo deve essere ripetuto almeno due volte; in tal modo questo può essere identificato in modo sicuro dal sistema. L’algoritmo di riconoscimento dei nominativi prevede anche alcune regole sulla struttura dei medesimi, per cui nominativi “impossibili” vengono rifiutati anche se ripetuti più volte. Se il beacon non è sicuro del nominativo individuato, lo ripete facendolo seguire da: “?? PSE AGN”, per poi passare di nuovo in ricezione. Tutti i nominativi individuati probabili ma non sicuri, vengono comunque inseriti in una lista che memorizza gli ultimi 16 nominativi probabili ricevuti. Alla successiva chiave di inizio QSO, il beacon potrà allora confrontare il nuovo nominativo ricevuto con quelli contenuti nella lista; se questo è stato ricevuto anche una sola volta ma compare già nella lista dei probabili, allora il beacon lo considera sicuro. Solo quando un nominativo viene considerato sicuro si inizia il QSO. Il nominativo viene anche ricercato all’interno della lista dei CALL, già descritta in precedenza. Se il nominativo compare già nella lista, il beacon ottiene da questa la data dell’ultimo QSO effettuato con la stazione ed eventualmente il nome dell’operatore (se questa informazione era già stata fornita dall’utente in un QSO precedente). Diversamente, il nuovo nominativo viene inserito nella lista.

In sintesi, la determinazione del nominativo avviene secondo la seguente logica:

  • Se il nominativo non corrisponde alle regole di struttura imposte nel software, viene comunque rifiutato.
  • Se il nominativo viene identificato due o più volte, viene considerato sicuro.
  • Se il nominativo viene identificato una sola volta ma compare già nella lista dei CALL o nella lista dei nominativi probabili, viene considerato sicuro.
  • Diversamente il nominativo viene considerato solo probabile e inserito nella rispettiva lista; è quindi necessario ripetere la chiave di inizio QSO.
  • Quando il nominativo è sicuro, viene inserito nella lista dei CALL, se non già presente. Il QSO si svolge nelle seguenti fasi:
  • Saluto iniziale, eventuale riferimento all’ultimo QSO effettuato e al nome dell’operatore (se già memorizzato nella lista dei CALL).
  • Richiesta del nome dell’operatore, se non già disponibile (da ripetersi almeno volte).
  • Richiesta di un segnale per poter misurare l’intensità del segnale ricevuto. invio del rapporto RST.
  • Richiesta del proprio rapporto RST da parte dell’utente.
  • Chiusura del QSO con informazioni varie e saluti, alcuni in lingua in relazione della stazione collegata. Per rendere più “vario” il QSO, i messaggi utilizzati nelle varie fasi vengono scelti casuale tra vari testi.
    Esistono inoltre due forme di QSO:
    una estesa ed una ridotta con messaggi più pur mantenendo tutte le varie fasi già descritte. La forma estesa viene utilizzata per il primo QSO della giornata, mentre per ulteriori QSO con la stessa nell’arco del giorno, viene utilizzata la forma ridotta.

 

CONCLUSIONI
La nuova realizzazione, oltre ad estendere l’aspetto interattivo con l’utente, disponibilità di calibrazioni accurate introdotte nel sistema di misura dell’intensità segnale ricevuto e del segnale emesso, permetterà agli utenti di utilizzare il beacon, che per la verifica della propagazione, anche come strumento di controllo per misure sul proprio sistema radiante. Una speciale QSL di conferma verrà inviata a tutti gli OM che risulteranno presenti lista dei QSO memorizzata dal beacon robot. La QSL verrà inoltre inviata a tutti che invieranno un rapporto di ascolto.

 

Progettazione e realizzazione a cura di Marco e Ivano De Vietro Con il contributo finanziario dell’Associazione Radioamatori Italiani

 

Per ulteriori informazioni, Associazione Radioamatori Italiani Sezione di Bologna (Gianfranco Senigaglia) via  Selva di Pescarola 26 40100 Bologna http://www.ari-bo.it   e-mail  Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

 

   
   
   

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