Александр Чоглоков (UA1AJW)
Виртуальный контроллер для поворотных устройств фирмы Yaesu
Идея и схема
Для управления поворотным устройством (ПУ) фирмы Yaesu (1) из программы аппаратного журнала (например, Logger32) необходимо устройство типа G-800DXA / G-1000DXA с внешним интерфейсом и контроллер GS-232A (2). ПУ с интерфейсом на четверть дороже более простых ПУ G-800SA / G-1000SA, а цена контроллера сравнима с ценой недорогого трансивера.
Радиолюбителями предложены схемы на PIC-контроллерах (3, 4), заменяющие контроллер GS-232. Их можно подключать и к ПУ без интерфейса, однако для изготовления такой схемы нужны, как минимум, PIC-контроллер и программатор. Возникла идея создать виртуальный контроллер, минимизировав интерфейс между компьютером и ПУ. Схема интерфейса приведена на рисунке 1. Интерфейс подключается к контактам внутренних разъёмов G-800SA. Обозначения разъёмов ПУ и номеров контактов соответствуют принципиальной схеме (1). Обозначения контактов интерфейса E, L, R, A/D соответствуют обозначениям контактов интерфейса GS-232 (2). Подключение интерфейса к другим ПУ фирмы Yaesu обсуждается ниже. Для связи с компьютером используется COM порт. Компьютер должен управлять поворотом ПУ в обоих направлениях и получать информацию с датчика угла поворота. В качестве управляющих сигналов используются выходные сигналы RTS и DTR. При включенном сигнале RTS и отключенном DTR антенна вращается по часовой стрелке, при отключенном сигнале RTS и включенном DTR – против. При одинаковых уровнях сигналов RTS и DTR антенна не вращается.
В ПУ фирмы Yaesu используется резистивный датчик угла. Если начальный азимут настроен на север, то напряжение на резисторе пропорционально азимуту и в ПУ G-800SA меняется от 0 до 1.5 В при изменении азимута от 0° до 450° (восток с перехлёстом). Для увеличения измеряемого напряжения в два раза аналоговый вход интерфейса подключен к датчику угла отсчётного устройства пульта, включённому последовательно с датчиком поворотного устройства. В интерфейсе применён простейший преобразователь напряжение–частота (ПНЧ) на операционном усилителе (5). Подстроечный резистор в схеме интерфейса необходим для положительного смещения входного напряжения ПНЧ таким образом, чтобы автоколебания существовали при любом напряжении с датчика угла. С выхода ПНЧ последовательность прямоугольных импульсов подаётся на вход CTS COM порта. Компьютер измеряет частоту импульсов и вычисляет азимут.
Рисунок 1. Схема интерфейса для ПУ серии SA
Питание интерфейса по схеме рис.1 производится от внутреннего источника питания ПУ. Малая величина потребляемого тока (около 4 мА) позволяет питать интерфейс от сигналов COM порта. На рисунке 2 приведена схема внешнего интерфейса для ПУ серий SDX и DXA, подключаемого к разъёму ПУ, предназначенному для контроллера GS-232.
Рисунок 2. Автономный интерфейс для ПУ серий SDX/DXA.
Напряжение на линиях RTS и DTR меняет знак при включении вращения, однако управление происходит так, что хотя бы одно из этих напряжений положительно. Линия TXD не используется для передачи информации и напряжение на ней всегда отрицательно. В схеме могут быть применены стабилитроны на напряжение от 6 до 7 В. В кабеле, соединяющем компьютер и интерфейс, необходим ещё один провод (3-3).
В ПУ серии S применяется двухполярное питание ±12 В с двумя стабилизаторами. Плата не имеет выходных контактов для напряжений питания, поэтому соответствующие контакты интерфейса нужно соединить с эмиттерами транзисторов стабилизаторов: 1 – с эмиттером Q5, 4 – с эмиттером Q6. Контакт E интерфейса подключается к контакту A21 платы, контакт A/D – к контакту A16. Подача напряжения на двигатель в этих ПУ производится прямо с переключателей SW5 и SW6, поэтому необходима установка двух реле на напряжение 24 В с одной группой переключающих контактов.
Рисунок 3. Дополнительные элементы для подключения ПУ серий S и A.
В ПУ серии A (G-450A, G-650A) используется та же плата, что и в G-800SA, поэтому подключение контактов +V, -V, E, A/D совпадает с исходным вариантом.
Подача напряжения на двигатель в этих ПУ производится прямо с переключателей S2 и S3, поэтому необходима установка двух реле на напряжение 12 В с одной группой переключающих контактов по схеме аналогичной рис.3.
Детали и конструкция
В оригинальном устройстве применён ОУ 140УД7 и оптроны АОТ110А. Конденсатор не должен быть малогабаритным керамическим типа КМ, т.к. у них огромный ТКЕ. Устройство смонтировано на макетной плате и помещено внутрь пульта G-800SA. Плата установлена на стойки. Используются имеющиеся отверстия. На задней стенке пульта G-800SA есть очень удобная заглушка на двух саморезах. Можно прямо в ней сделать отверстие для разъёма. Рекомендую на кабель разъём DB9M, на устройство – DB9F и прямую распайку кабеля (4-4, 5-5, 7-7, 8-8). Можно обойтись и без этого разъёма.
Порты обмена
Линии COM-порта, к которому подключается интерфейс, используются для управления вращением и измерения азимута. Информационный обмен виртуального контроллера с программой аппаратного журнала осуществляется через другой COM-порт. Программа аппаратного журнала передаёт в порт виртуального контроллера команды. Из всего набора команд протокола GS-232 (2) контроллер обрабатывает только команды “S” (прекратить выполнение предыдущей команды), “Mааа” (повернуть антенну по азимуту aaa градусов) и “C” (выдать текущий азимут в формате “+0aaa”). Остальные команды игнорируются.
Передача информации из компьютера обратно в компьютер по дополнительному кабелю представляется нелогичной. Избавиться от лишних портов, разъёмов и кабеля можно, используя виртуальную пару COM портов, соединённых виртуальным нуль-модемным кабелем. Настройка программы аппаратного журнала на виртуальный порт ничем не отличается от настройки на реальный порт. В интернете можно найти несколько бесплатных программ эмуляции, например (6,7).
Установка и интерфейс программы
Программа не требует установки. Распакуйте архив и запустите программу GS232V.exe.
Рисунок 4. Окно программы контроллера в стандартном режиме.
Интерфейс программы предельно прост. В среднем поле отображается текущий азимут. Если интерфейс не работает, надпись меняется на «OFF». Если вычисленное значение азимута меньше нуля или больше 450, надпись меняется на «???». Щелчок левой кнопкой мыши на среднем поле останавливает вращение антенны. При щелчке правой кнопкой на среднем поле или при нажатии кнопки максимизации в системном меню окно расширяется. Становятся доступными элементы калибровки.
Левое и правое поля служат для управления вращением антенны вручную. При щелчке на правом поле включается вращение по часовой стрелке, индицируются символы «>>>>» При щелчке на левом поле включается вращение против часовой стрелки, индицируются символы «<<<<». По достижении крайнего положения 0° или 450° вращение автоматически останавливается. Внимание! Никогда не вращайте антенну одновременно с пульта и из программы.
Положение окна программы запоминается при выходе. Окно программы отображается поверх всех окон. Во время вращения антенны, инициированного действиями в программе аппаратного журнала, в левом или правом поле, в зависимости от направления вращения, появляется индикация целевого азимута, например «120<» , или «>330”. В режиме калибровки можно запустить вращение антенны к заданному азимуту, введя значение в поле «Rotate to:» и нажав кнопку «Start».
Рисунок 5. Окно программы контроллера в режиме калибровки.
Настройка и калибровка контроллера.
Если вы используете виртуальный нуль-модем, то эмуляция портов до начала настройки должна быть запущена и имена виртуальных портов известны. В программе контроллера могут быть использованы порты со стандартными именами от COM1 до COM16.
1. Запустите программу. Откройте элементы калибровки.
2. Для начала работы должны быть настроены номера COM портов. Если порт отсутствует или занят, то фон соответствующего окна будет красным. Выберите существующий физический порт, не занятый в программе аппаратного журнала. Внесите его номер в окошечко «Rot.COM». Выберите один из номеров портов виртуального нуль-модема. Внесите его в окошечко «Emul.COM». Нажмите кнопку “Apply”. Закройте программу. Запустите программу, включите калибровку, убедитесь, что установлены правильные номера портов.
3. Поверните антенну с пульта против часовой стрелки до упора (на север). Подстройкой потенциометра добейтесь наличия генерации. Справа от кнопки “Apply” индицируется длительность периода колебаний мультивибратора в сотнях микросекунд. При наличии генерации фон метки периодически меняется с зелёного на жёлтый. Ориентировочные значения длительностей при азимутах 0°, 180°, 360° видны на рисунке 5 под соответствующими кнопками. Нажмите кнопку “0°”. Под кнопкой зафиксируется длительность периода при азимуте 0°.
4. Поверните антенну с пульта по часовой стрелке на юг. Нажмите кнопку “180°”. Под кнопкой зафиксируется длительность периода при азимуте 180°.
5. Поверните антенну с пульта по часовой стрелке до севера. Нажмите кнопку “360°”. Под кнопкой зафиксируется длительность периода при азимуте 360°.
6. Измерьте время полного оборота антенны в секундах. Занесите это время в окошечко “360° rot.”. Нажмите кнопку “Apply”.
7. Проверьте поворот антенны в заданном направлении, введя значение в поле «Rotate to:» и нажимая кнопку «Start».
Настройка программы аппаратного журнала
Далее описана настройка программы аппаратного журнала Logger32 для работы с виртуальным контроллером.
1. Настройте ПУ (Главное меню – Настройки – Поворотка), выбрав оставшийся COM-порт нуль-модема (рис. 6).
2. Настройте частотный план (Главное меню – Инструменты – Частотный план).
В строках, относящихся к диапазонам, на которых работает антенна, в столбце “Rotor #” поставьте номер ПУ (в данном случае 1 для диапазонов 10M, 15M, 20M) (рис.7).
Рисунок 6. Настройка ПУ в программе Logger32
Рисунок 7. Настройка частотного плана в программе Logger32
Рисунок 8. Азимутальная карта. Антенна вращается против часовой стрелки.
3. Откройте окно карт. Включите азимутальную проекцию (рис.8). В этом режиме Logger32 периодически запрашивает направление антенны, при этом в окне программы эмулятора фон поля отображения азимута кратковременно меняется на зелёный. На азимутальной карте отображаются два азимута – измеренный и желаемый. По умолчанию измеренный азимут изображается чёрной линией, а желаемый – красной, если курсор мыши находится в пределах карты. Цвет и толщина линий настраиваются по желанию. Убедитесь, что измеренный азимут на карте соответствует текущему азимуту в среднем поле программы контроллера и показаниям на пульте ПУ.
4. В окне карт наведите курсор мыши на какой-нибудь QTH. Красная линия укажет желаемый азимут. Для того чтобы направить антенну по короткому (длинному) пути, щёлкните левой (правой) кнопкой мыши. В окне программы эмулятора фон поля отображения азимута кратковременно сменится на голубой, отражая получение команды поворота “Mxxx”. В зависимости от того, в какую сторону будет вращаться антенна, слева или справа от поля текущего азимута отобразится азимут, к которому производится поворот, например “325<210>“ или “<210>060”. По завершении поворота отображение целевого азимута исчезает. Поворот антенны на конкретного корреспондента можно осуществить также нажатием сочетаний клавиш “Ctrl–A” (SP) и “Alt–A” (LP), если фокус ввода находится в окне ввода QSO. Третий вариант управления – щелчок левой кнопкой мыши по левой (SP) или правой (LP) части поля “Rotor”. Остальные возможности управления описаны в системе помощи Logger32.
5. Внесите программу контроллера в список утилит Logger32 и настройте её автоматический запуск при запуске Logger32, поставив галочку в квадратике слева от названия пункта меню.
Рисунок 9. Настройка списка утилит.
Заключение
Эксплуатация устройства показала, что после тщательной калибровки ошибка измерения азимута и позиционирования по заданному азимуту не превышает 2° при любом начальном и конечном азимуте.
Цель, поставленная при разработке устройства, достигнута. Материальных затрат не потребовалось. Все детали найдены в закромах. Аппаратную часть устройства может сделать любой радиолюбитель за несколько часов, программная – бесплатна для некоммерческого использования (http://logger32.qrz.ru/gs232v/gs232v.zip).
Предложения по улучшению устройства присылайте по адресу ua1ajw@mail.ru.
Литература
1. Yaesu G-800SA G-1000SA Antenna Rotator & Controller User Manual.
2. Yaesu GS-232A Computer Control Interface for Antenna Rotators.
3. www.g6lvb.com/Articles/LVBTracker/
4. http://un7ppx.narod.ru/device1/rs232.htm
5. В.С. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Стр.115-116.
7. http://com0com.sourceforge.net/
Санкт-Петербург, 2012