Die Verfolgung von Satellitenvorbeiflügen gehört zur üblichen Ausrüstung von Funkamateuren, die im VHF- und UHF-Band tätig sind. Die meisten Lösungen erfordern jedoch einen Computer oder ein Smartphone mit der entsprechenden Anwendung. PaperSatColor bietet einen anderen Ansatz: ein eigenständiges Gerät mit einem farbigen E-Ink-Display, das einen Überblick über bevorstehende Vorbeiflüge von bis zu zwanzig Satelliten anzeigt, ohne dass während des Betriebs ein externer Computer erforderlich ist.
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Warum E-Ink und warum ein statisches Dashboard?
Das SPECTRA 6-Farbdisplay benötigt für jedes Neuzeichnen 15 bis 19 Sekunden und unterstützt keine Teilaktualisierungen. Eine Live-Verfolgung der Satellitenposition wäre auf solcher Hardware nicht nutzbar. Daher hat sich der Autor des Projekts für eine konzeptionell saubere Lösung entschieden: Das Gerät berechnet die nächste Umlaufbahn für jeden konfigurierten Satelliten, zeigt die Seite einmal an und wartet auf das Ende des Übergangs. Die Anzeige wird nur am Ende des Fluges auf der aktuellen Seite, beim manuellen Aktualisieren, beim Seitenwechsel oder einmal täglich beim Herunterladen neuer Orbitaldaten neu gezeichnet. Der Energieverbrauch bleibt gering und das Display wird nicht unnötig belastet.
Funktionen und angezeigte Daten
Das Projekt unterstützt bis zu 20 Satelliten, aufgeteilt auf fünf Standorte zu je vier. Jeder Satellit wird in einer separaten Zelle als Polardiagramm (Azimut/Elevation) angezeigt, wobei die gesamte Umlaufbahn angegeben ist. Der grüne Punkt zeigt AOS (Orbit-Beginn) einschließlich Azimut und Zeit an, der rote Punkt LOS (Orbit-Ende) mit denselben Daten. Die maximale Höhe wird mit einer roten Markierung hervorgehoben. Der Name des Satelliten und der maximale Höhenwert sind entsprechend der Qualität des Übergangs farblich gekennzeichnet: grün für marginale Übergänge, blau für gut, rot für ausgezeichnet. In der aktuellen Übergangszelle wird das JETZT-Badge angezeigt. Die Höhenzone über 45° ist mit einer gelben Füllung markiert.
Das Gerät verfolgt die Zeit über eine Hardware-RTC-Uhr (RX8130CE-Schaltung), die durch eine Batterie gepuffert ist. Bei Verbindung mit dem Netzwerk wird die Uhrzeit über NTP synchronisiert. Orbitaldaten werden aus dem AMSAT-Tagesbulletin heruntergeladen, aus denen zweizeilige Elemente (TLE) auf dem Gerät rekonstruiert und der SGP4-Propagator gestartet wird. Die Daten werden im internen Flash-Speicher gespeichert, sodass Übergangsvorhersagen auch ohne Internetverbindung auf Grundlage des zuletzt heruntergeladenen Bulletins funktionieren. Unten im Display wird der Zeitpunkt der letzten Aktualisierung der Orbitaldaten angezeigt.
Die physischen Tasten ermöglichen ein manuelles Zurücksetzen (USER_KEY1), das Speichern eines Screenshots auf einer microSD-Karte (Halten von USER_KEY1 für etwa eine Sekunde) und das Scrollen zwischen Seiten (USER_KEY2 und USER_KEY3). Das Gerät verfügt außerdem über eine Ton- und LED-Signalisierung bevorstehender Kreuzungen. Die RGB-LED ändert ihre Farbe entsprechend der aktuellen Phase: Gelb von T-5 Minuten vor AOS, Orange von T-1 Minute, Grün während des Übergangs und Rot 30 Sekunden nach LOS. Jede Phase wird zusätzlich von akustischen Tönen begleitet. Beide Funktionen können unabhängig voneinander über das Webinterface ausgeschaltet werden.
Erforderliche Hardware
| Komponente | Beschreibung |
|---|---|
| M5Paper Color ESP32S3 Entwicklungskit | ESP32-S3R8, 16 MB Flash, 8 MB PSRAM, 4″ SPECTRA 6 Display (600×400), RTC RX8130CE, 1250 mAh Akku, WLAN |
| microSD-Karte (optional) | FAT-formatiert, nur für Screenshot-Funktion |
Es ist keine externe Verkabelung erforderlich. Alle drei physischen Tasten sind auf der Platine integriert.
Inbetriebnahme
PaperSatColor ist eine in C++ geschriebene Arduino-Skizze. Datei PaperSatColor.ino Es muss sich in einem gleichnamigen Ordner befinden. Die erforderlichen Bibliotheken sind: M5Unified, M5GFX, WiFiManager (tzapu), ArduinoJson (Benoit Blanchon), Sgp4 (Hopkins Arduino-Port) und FastLED. Bibliotheken WiFi, WebServer, HTTPClient, Preferences, LittleFS, SPI a SD sú súčasťou ESP32 core. V nastaveniach dosky je potrebné aktivovať PSRAM, ktorú využíva JSON parser pri spracovaní bulletinu.
Nach dem ersten Flashen und Einschalten erstellt das Gerät einen Zugangspunkt namens PaperSatColor-Setup. Nach der Anmeldung über einen Computer oder ein Smartphone werden die Zugangsdaten des heimischen WLAN-Netzwerks eingegeben. Wenn das Gerät eine Verbindung zum Netzwerk herstellt, zeigt es seine IP-Adresse in der Kopfzeile des Displays an. Unter dieser Adresse ist eine webbasierte Konfigurationsoberfläche verfügbar, in der man verfolgte Satelliten auswählt (bis zu 20, über ein Dropdown-Menü aus der AMSAT-Bulletin-Liste), Standortkoordinaten (Breitengrad, Längengrad und Höhe oder Maidenhead-Gitter) eingibt und Einstellungen für LED- und Audiowarnungen festlegt. Nach Drücken von „Speichern & Aktualisieren“ speichert das Gerät die Konfiguration, lädt die Orbitaldaten herunter und zeichnet die Anzeige neu.
Zusammenfassung
PaperSatColor ist ein Open-Source-Projekt für Funkamateure, die in Echtzeit einen Überblick über Satellitenüberquerungen erhalten möchten, ohne für den Betrieb auf einen Computer angewiesen zu sein. Es basiert auf einer realistischen Einschätzung der Einschränkungen eines farbigen E-Ink-Displays und schlägt eine Architektur vor, die diese Einschränkungen in einen Vorteil umwandelt: geringer Verbrauch, eine minimale Anzahl von Neuzeichnungen und ein klares, lesbares Display. Der Quellcode ist im GitHub-Repository des Projekts frei verfügbar.