Pozemná prijímacia stanica

Prvá myšlienka tohto projektu sa zrodila pri dokončovaní projektu balóna Universum 2. Chceli sme zostrojiť zariadenie, pomocou ktorého by sme mohli natáčať smerové antény za balónom a prijímať tak signál z balóna s vyšším ziskom. Celý projekt sme postupne realizovali až sa nám podarilo vybudovať pozemnú stanicu pre príjem signálov z družíc, stratosférických balónov ale aj pre sledovanie iných objektov za daným účelom. Pozemná stanica je budovaná na pôde Žilinskej univerzity.

Bloková schéma pozemnej pozorovacej (a meteorologickej) stanice , z ktorej sme vychádzali je na obrázku.

obr1

Obr.1 Bloková schéma stanice

Základom systému pre riadenie otáčania antén sú dva pozicionéry DiSEqC. DiSEqC pozicionéry sa používajú v satelitnej technike pri (TV) prijímačoch pre nastavenie polohy paraboly. Jeden z týchto motorov natáča anténny systém na zadaný azimut čiže v horizontálnom smere a druhý nastavuje náklon, tzv. eleváciu antén vo vertikálnom smere. Obe motory sú riadené po jednovodičovej zbernici DiSEqC, cez ktorú sú zároveň aj napájané.

Napájajú sa jednosmerným napätím, na ktoré je namodulovaný signál, ktorý nesie informáciu pre pozicionér. Informácia sa prenáša spínaním signálu s frekvenciou 22 kHz na zbernicu. Modulovanie bitu informácie na zbernicu a formát DiSEqC správy vidno na nasledujúcich obrázkoch.

obr2

Obr.2 Modulovanie 22 kHz pre prenos bitu

obr3

Obr.3 Diagram vysielania príkazov na DiSEqC zbernici

Prvou z úloh bolo teda navrhnúť obvod modulátora a program pre riadiaci mikropočítač, ktorý ma za úlohu namodulovať nosnú frekvenciu 22kHz na napájacie napätie.Tento obvod je riadený mikropočítačom, ktorý generuje nosný signál s informáciou. Vysielajú sa špeciálne príkazy pre riadenie podľa DiSEqC špecifikácie.

Ďalej mikropočítač riadi komunikáciu s PC po sériovej linke, cez ktorú príjma povely – príkazy pre riadenie motorov. Mikropočítač teda príjme príkaz, ktorý nesie informáciu o veľkosti uhla azimut-u a elevácie, pripočíta potrebný offset (ktorým sa rotátor kalibruje), následne tieto údaje “prekonvertuje” do DiSEqC príkazov a odošle motorom po DiSEqC zbernici. Ďalej sa motoru môžu odosielať príkazy ako je príkaz pre zastavenie motora, natočenie na referenčnú (nulovú) pozíciu a podobne. Zhotovený modulátor resp. doska riadenia anténneho systému je na nasledujúcom obrázku.

obr4

Obr.4 Fotografia riadiacej dosky pre otáčanie antén

Firmvér dosky pre riadenie otáčania antén umožňuje:

a) príjem príkazov cez sériovú linku z PC
b) spracovanie prijatých príkazov na DiSEqC príkazy – prepočet azimutu a elevácie
c) generovanie nosnej frekvencie pre modulátor
d) zapínanie/vypínanie laser-a
e) prepínanie antén.

Druhou z úloh bolo navrhnúť konštrukciu rotátora. Ku konštrukcii písať nebudem. Radšej si pozrite fotografie na konci článku a nasledujúce video.

Tretia časť bolo vyriešenie pripojenia rotátora do ethernetovej školskej siete a teda aj do siete Internet. Tu sme si pomohli Mikrotik routrom, ktorého jedna z funkcii je aj USB pripojenie. Riadiacu dosku motorov s mikropočítačom som teda pripojil k Mikrotik router-u cez USB rozhranie a cela komunikácia prebieha po sériovej linke (zabezpečuje obvod FT232RL od firmy FTDI). Na prenos údajov po sieti sa potom využíva TCP socket a router prijaté dáta (z nastaveného TCP/IP portu) presmeruje na sériovú linku.

obr5

Obr.5 Ukážka spojenia so stanicou cez program Telnet

K ukážke: spojenie sa naviaže cez IP adresu a príslušný port. V programe som zadával príkazy pre zistenie aktuálneho režimu (MODE?), nastavených offsetov, stav laser-a /vypnutý/, poslednej zadanej pozície a posledným príkazom som nastavil pozicionér na polohu azimutu 341.5 a eleváciu 14.2 stupna.

rsz_obr6

Obr.6 Foto MikroTik routra

Štvrtou úlohou, ktorú som riešil bolo naprogramovanie jednoduchého riadiaceho programu pre osobný počítač s GUI (grafickým užívateľským rozhraním).

Program umožňuje pripojiť sa k stanici dvoma spôsobmi a to lokálne (na streche) pomocou USB rozhrania alebo vzdialene cez Ethernet (príp. Internet). Program umožňuje rýchlejšie riadenie stanice, keďže nie je potrebné ručne vypisovať príkazy do terminálu, ale jednoducho si ich naklikať pomocou tlačidiel.

Pre mobilné riadenie som takisto navrhol a naprogramoval aj aplikáciu pre zariadenia s Android OS. Ukážky programov sú na obrázkoch.

obr7

Obr.7 Program s GUI pre riadenie stanice

obr8

Obr.8 Android app pre riadenie stanice

Počas práce na tejto stanici som sa stretol aj s jedným problémom, ktorého riešenie zabralo dosť času a stojí za zmienku. Ide o to že na natáčanie antén na azimut potrebujeme rozsah 0 – 360 stupňov, pričom otáčanie paraboly v DiSEqC systémoch je obmedzené softvérovo na +/- 79 stupňov – čo je vlastne nám nedostačujúci 158 stupňový rozsah. Tento problém som vyriešil naprogramovaním nového firmware do motora. Obvody v motore sme detajlne preskúmali a vymenili riadiaci mikropočítač (firemný) za mikropočítač ATmega88, do ktorého som naprogramoval riadenie motora s otáčaním až cez 360 stupňov. Upravenú riadiacu dosku azimutového pozicionéra vidno na nasledujúcom obrázku.

obr9

Obr.9 Riadiaca doska v DiSEqC pozicionéri – po úprave

obr10

Obr.10 Rozobratý azimutový pozicionér

Fotografie

obr11

Obr.11 Fotografie projektu

obr12

Obr.12 Fotografie projektu

obr13

Obr.13 Svietenie laser-om z pozemnej stanice

Keďže tento projekt je zložitejší a po technickej stránke bolo treba riešiť problémy z viac odborov elektrotechniky tak som ho neriešil sám.

Spoluatori:

Ondrej Závodský – vybavenie stanice anténnym systémom, SDR rádio, výroba DPS, montáž na streche.
Ing. Peter Šindler (katedra ME, FEL Žilinská univerzita) – návrh a realizácia konštrukcie anténneho systému, odborná pomoc pri vývoji.

Výsledkom tejto práce je konštrukcia systému pre otáčanie antén v horizontálnom a aj vertikálnom smere, ktorú dokážeme riadiť aj na diaľku prostredníctvom počítačovej siete Internet. Naša stanica je schopná s príslušným anténnym vybavením prijímať signály z družíc či už rádioamatérskych (AO-7, VO-52), meteorologických (NOAA-15, NOAA-17, NOAA-18, NOAA-19) alebo iných napr. Medzinárodná vesmírna stanica ISS a tieto signály ďalej šíriť prostredníctvom internetovej služby WebSDR. S pomocou nej sme už dokázali zachytiť aj pozemnú komunikáciu medzi rádioamatérmi.

Tento systém je vhodné využiť aj pri smerovaní antén na stratosférické balóny za účelom prijímať signál on-line, ktoré okrem profesionálnych meteorológov vypúšťajú v súčasnosti aj amatéri a stal sa aj akýmsi trendom. Takisto je vhodný aj na rôzne školské experimenty ako je sledovanie 2D alebo 3D robotov.

Na tejto stanici je ešte stále čo vylepšovať a jej riadenie je momentálne manuálne, čiže antény si musí používateľ sám nasmerovať na azimut/eleváciu kde sa družica práve nachádza. V budúcnosti chceme dokončiť softvér pre automatizované riadenie stanice, teda softvér, ktorý bude schopný z Keplerových dát vyhodnotiť, ktorá družica je momentálne nad obzorom a začať s príjmom a natáčaním antén. Ďalším cieľom je zrealizovanie APRS vysielača pre vysielanie meteorologických dát do rádioamatérskej siete APRS.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Môžete použiť tieto HTML značky a atribúty: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>