Príjem meteo-snímkov (časť 3.)
Autorom seriálu článkov o príjme meteo snímkov NOAA je Ondro (zawin), pôvodný článok nájdete na www.svetelektro.com. TNX!
V predposlednej časti seriálu sa budem zaoberať už samotným prijímačom. Popíšem jeho funkčné bloky z ktorých sa skladá. Velkú časť budem venovať aj konštrukcií a oživeniu príjimača. Tento prijímač vznikol mojou túžbou postaviť si vlastné zariadenie, ktoré by dokázalo prijímať frekvencie z pásma 145Mhz – rádioamatérska prevádzka, a z pásma 137MHz – satelity NOAA z ktorých prijímam metrologické snímky zeme. Moje požiadavky boli také, aby sa frekvencia dala digitálne a jednoducho ladiť pomocou PLL obvodu a aby konštrukcia nebola príliš zložitá. To sa mi nakoniec aj podarilo.
Charakteristické údaje
Napájacie napätie: 12V adaptér/500mA
Prúdový odber: 200mA
Frekvenčný rozsah: 137-145Mhz
Medzi frekvencie: 10,7Mhz a 455khz
Vstupná citlivosť: 0,6uV
Displej: 1×16 znakov
Ladiaci prvok: encoder
Bloková schéma:
Bloková schéma:
|
V nasledujúcich riadkoch popíšem funkciu jednotlivých blokov:
VF predzosilňovač:
Slúži na dostatočné zosilnenie príjimaného signálu z antény. Signál z antény je privádzaný na kapacitný delič tvorený – C33,C34, ide o impedančné prispôsobenie. Delič v spojení s L1 tvorí vstupný ladený obvod, ktorý je privádzaný na dvoj-bázový MOS-FET, najlepšie nízkošumový, ja som zvolil typ BF988. Rezistor R1 účinne potláča sklon ku rozkmitaniu tranzistora. Tento signál ďalej putuje do ladených obvodov C36,L2; C39,L3; L4,C43,C44 – tieto obvody tvoria šírku prenášaného pásma, ktorá je približne 4Mhz. Kritická väzba medzi LC obvodmi je nastavená kondenzátormi C37,C38,C40,C41. Tento signál je ďalej privádzaný do obvodu MC3362.
PLL syntéza:
Stabilný kmitočet oscilátoru pre prvý zmiešavač zabezpečuje frekvenčná syntéza SAA1057. Je primárne určená ako PLL syntéza pre VKV a krátkovlnné prijímače. Pre môj účel dokáže pri ladiacom napätí 4,5V syntéza preladiť od frekvencie od 110 – 150Mhz. Hodnoty súčiastok som určil podľa katalógových údajov. Obvod prijíma dáta z mikropočítača s údajom o frekvencii a zároveň aj meria frekvenciu oscilátora prijímacieho obvodu MC3362. Výstupom je ladiace napätie, ktoré je privádzané do interného varikapu prijímacieho obvodu MC3362. Referenčný kmitočet je získavaný z kryštálu 4MHz. Ladiaci krok syntézy je nastavený na 10KHz. Keďže prvá medzifrekvencia je 10,7Mhz a chceme prijímať signál na frekvencii napr. 137,5MHz, frekvencia oscilátora musí byť 137,5Mhz-10,7Mhz=126,8Mhz, tým pádom musíme aj do PLL syntézy posielať dáta s frekvenciou o 10,7Mhz nižšiu ako je prijímaná frekvencia.
Prijímací obvod
Ako prijímací obvod som zvolil integrovaný obvod firmy Motorola – MC3362. Je to úzkopásmový FM prijímač s dvojitým zmiešavaním do frekvencie 200MHz. Signál z VF predzosilňovača putuje na prvý zmiešavač, kde sa zmieša s frekvenciou oscilátora. Rozdielová zložka tohto signálu (Fin-Fosc)=10,7Mhz je zosilnená a privádzaná na keramický filter F1. Zvolil som bežný keramický filter s FM prijímača zo šírkou prenášaného pásma 180Khz. Po vyfiltrovaní je signál privádzaný do druhého zmiešavača, kde je zmiešavaný s frekvenciou 10,245Mhz – táto frekvencia je získavaná z kryštálu X1. Táto rozdielová frekvencia (455Khz) je filtrovaná v keramickom filtri F2. Na satelity NOAA treba šírku pásma +-30KHz, ja som bohužial taký široký filter nezohnal, tak som použil bežne dostupný SFU455, ktorý má šírku len +-15KHz ale na kvalite snímky sa to nijak zásadne neprejavilo. Za filtrom F2 je signál zosílený vo vnútornom obmedzovači, s výstupom na kvadraturný demodulátor určený súčiastkami L6,C6 a rezistorom R1.
NF zosilňovač
Z výstupu obvodu MC3362 je vedený demodulovaný signál do jednoduchého RC filtra určeného súčiastkami R3,C11,C12, ktorý slúži na potlačenie nežiaducich frekvencii. Tento signál je potom cez potenciometer P3 privádzaný do NF zosilňovača LM386. Je to zosilňovač s výkonom 250mW ktorý sa hodí práve na môj účel. Signál je privádzaný cez potenciometer, ktorý je zapojený ako napäťový delič a slúži na nastavenie hlasitosti. Zosilnenie som nastavil pomocou súčiastok R5,C13. Takto zosílený signál je privádzaný na reproduktor a zároveň cez odporový delič je pripojený na externý výstup pre zvukovú kartu.
Šumová brána
Sprievodným javom pri počúvaní slabých signálov, alebo naladenie prijímača mimo vysielanú frekvenciu je neprijemný šum v reproduktore. Preto som použil v prijímači šumovú bránu tzv. squelch, ktorý preruší cestu NF signálu pri nedostatočnej úrovni vf signálu na vstupe prijímača. Obvod MC3362 má priamo integrovanú možnosť použitia šumovej brány, ktorú som aj využil. Na nastavenie prahu citlivosti slúži potenciometer P2. Na výstupe č.11 (carrier detect) je prítomný riadiaci signál pre spínač šumovej brány. Ten je napojený na tranzistor T2, ktorého kolektor je pripojený na funkciu mute NF zosilňovača LM386.
Tento riadiaci signál putuje do tranzistora T1, kde sa upraví na vhodnú napäťovú úroveň. Tento signál je použitý pri funkcíi scan. Funkcia scan funguje tak, že preladuje pásmo v určenom rozsahu až pokial sa neobjaví signál, vtedy zastane na vysielanej frekvencii.
Mikroprocesor
Mikroprocesor som použil od firmy Mircrochip – PIC16F628A. Ktorého I/O linky sú využité na 100% 🙂 Stará sa o komunikáciu s PLL syntézou, ktorej posiela dáta o požadovanej frekvencií. Na displeji 1x16znakov zobrazuje naladenú frekvenciu. Vstup tvorí encoder, ktorý je zároveň použitý aj na funkciu scan. Program pre mikroprocesor zhotovil kamarát FUBU začo mu patrí veľká vďaka!
Konštrukcia prijímača:
Naprogramovanie mikroprocesora
Na naprogramovanie mikroprocesora je potrebné vlastniť programátor. Jednoduchý návod na stavbu programátora PIC nájdete na adrese http://bezstarosti.cz/elec/picprog_7405/picprog_7405.htm Program pre mikroprocesor je riešený univerzálne, to znamená že môžete si nastaviť sami rozsah ladenia, ladiaci krok, uvítaciu správu pri zapnutí prijimača a taktiež aj frekvenciu pri zapnutí prijímača. Ako nato si povieme v nasledujúcich riadkoch 🙂
Obr. č.1: Nastavenie EEPROM
|
Na obrázku č.1 si všimneme kolónku eeprom data. To je časť, ktorú budeme editovať. Ako vidno prvé dva riadky sú použité na uvítaciu správu pri zapnutí prijímača. Je to na vás akú si zvolíte, maximálna dĺžka je ale obmedzená na 16 znakov.
Pomocou dalších 2 riadkov nastavujeme vlastnosti PLL syntézy a rýchlosti ladenia.Pri nastavovaní odporúčam preštudovať datasheet obvodu SAA1057.
Popíšem jednotlivé hexa znaky na adresách akú majú funkčnosť:
C1 – Data word B, prvých 8 bitov. Pre ladiaci krok 10KHz ponechať „C1“, pre ladiaci krok 12,5Khz nahradiť „E1“
45 -Data word B, posledných 8 bitov – nieje potrebné meniť
89 – v decimálnej sústave číslo 137, tj. je to frekvencia pre desatinnou čiarkou ktorá sa naladí pri štarte prijímača
32 – v decimálnej sústave 50, tj. je to frekvencia za desatinnou čiarkou ktorá sa naladí pri štarte prijímača.( Pre objastnenie po štarte sa teda naladí frekvencia 137,500MHz)
89 – Najnižšia možná frekvencia ktorú bude prijimač schopný naladiť, v decimálnej sústave je to 137, tj. najnižšia frekvencia ktorá bude možná naladiť bude 137,00MHz
8A – Najvyššia možná frekvencia ktorú bude prijimač schopný naladiť, v decimálnej sústave je to 138, tj. najvyššia frekvencia ktorá bude možná naladiť bude 138,00MHz
(Pri funkcií scan bude prijimač ladiť od frekvencie 137,0MHz do frekvencie 138,0Mhz)
01 – rýchlosť ladenia pri funkcií SCAN, 01- najrýchlejšie ladenie, 03- najpomalšie ladenie
Dalšie hexa čísla su použité nato, keby niekto chcel prepínať napr. ladiaci krok prijímača, dá sa to pomocou vstupu RA5 (pin 4) – v prijimači nieje tento vstup použitý. Keď prepínač nechceme použit nemusíme tieto údaje nastavovať.
Ak sa rozhodneme ho použit v tom prípade treba nastaviť:
89 – Data word B, prvých 8 bitov. Pre ladiaci krok 10KHz ponechať „C1“, pre ladiaci krok 12,5Khz nahradiť „E1“
45 – Data word B, posledných 8 bitov – nieje potrebné meniť
01 – rýchlosť ladenia pri funkcií SCAN, 01- najrýchlejšie ladenie, 03- najpomalšie ladenie
Obr. č.1: Nastavenie EEPROM – zobrazenie v decimálnej sústave
|
Na obrázku č.2 vidno, že keď 2x klikneme po adrese zobrazí sa nám hexa číslo aj v desiatkovom tvare, čo nám uľahčí nastavenie frekvencie 🙂
Ak je toto nastavenie pre vás príliš zložité, nemusíte nič nastavovať. Ak vám vyhovujú defaultné nastavenia prijímača a to: frekvenčný rozsah od 137,0MHz do 138,0MHz, ladiaci krok 10KHz, frekvencia po štarte prijimača 137,50MHz a rýchlosť ladenia najrýchlejšia.
Download:
|
Výroba plošného spoja a osadenie
Přijímač som navrhol v programe Eagle 4.13, a v ňom som zostrojil aj obojstranú dosku plošného spoja. Obojstrannú preto, lebo vrchnú stranu spojov som využil na zemnenie, to zabezpečuje lepšiu stabilitu prijimača a aj menšiu odolnosť voči rušeniu a kmitaniu. Najskôr som kvôli jednoduchosti vyrobil iba jednostranný plošný spoj na prijímač, ten však nefunkoval stabilne, bol značne rušený od PLL syntézy. Obojstranný plošný spoj som vyrobil fotocestou tak, že najskôr som osvietil a vyvolal spodnú vrstvu plošného spoja, v nej som navŕtal pár dier, ktoré som použil na správne umiestnenie predlohy na vrchnú vrstvu.
Konštrukcia VF cievok
VF kostričky som použil zo starého tesla televízora, tam je ich naozaj požehnane. Po vyspájkovaní rozoberieme tienenie a starú cievku zhodíme a navinieme nanovo 2,75závitu na jadro, zatvoríme a zaletujeme do DPS. Priemer kostričky je 5mm. Jadrá treba použit bezfarebné alebo biele, iné farby su pre tieto frekvencie nevhodne!
Schéma zapojenia
|
DPS vrstva BOTTOM rozmery:12,2×8,14cm
|
DPS vrstva TOP rozmery:12,2×8,14cm
|
Osadenie DPS
|
Download:
|
Zoznam súčiastok:
| C1 – 150pF C2 – 47pF C3,C4 – 100nF C5 – 47nF C6 – 47pF C7,C8 – 100nF C9 – 8,2pF C10 – 100nF C11 – 47nF C12 – 4,7nF C13 – 100uF C14 – 470uF C15 – 47nF C16 – 2,2nF C17 – 10nF C18 -47uF C19 – 100nF C20,C21 – 100nF C22 – 470nF C23 – 10nF C24 – 47uF C25 – 47nF C26 – 27pF C27 – 10nF |
C28,C31,C32 – 100nF C29,C30 – 470uF C33 – 10pF C34 – 33pF C35 – 100nF C36 – 6p8 C37,C38 – 1p2 C39 – 8p2 C40,C41 – 1p2 C42 – 1000uF C43 – 10pF C44 – 33pF C45 – 100nF C46 – 100nF R2 – 4,7kΩ R3 – 10kΩ R5 – 1kΩ R6 – 180Ω R7 – 120kΩ R8 – 10kΩ R9 – 4,7kΩ R10 – 4,7Ω R11 – 2,2MΩ R12,R13 – 10kΩ |
R14 – 10kΩ R15 – 100kΩ R16 – 10kΩ R17- 10kΩ R18 – 100kΩ R19 – 47Ω R21 – 1kΩ R22- 10kΩ P1 – 470R P2 – 100kΩ P3 – 10kΩ K3 – encoder STEC12E08 K1 – miesto pri pripojenie reproduktora alebo LINE-IN X1 – 10,245MHz X2 – 4MHz T1- BF988 T2,T3 – BC337 F1 – 10,7MHz F2 – 455Khz L1 – 455Khz filter L7 – 100uH L1 – L5 – 2,75z IC1 – MC3362 IC2 – SAA1057 IC3 – LM386 IC4 – PIC16F628A IC5 – 7805 |
Oživenie prijímača
Po zaspájkovaní všetkých súčiastok môžme pristúpiť k oživeniu prijimača. Najskor skontrolujeme správnu činnosť stabilizátora, či sú napájacie napätia tam kde majú byť. Nezabudnime prepojiť spodnú a vrchnú stranu DPS pri 4 drôtových prepojkách! Súčiastky pri ktorých je to možné spájkujeme aj z vrchnej strany. U kostričiek na VF cievky je to nutnosť!
Po zapnutí prijímača by sa mala na displeji objaviť uvítacia správa po dobu 3 sec a následne frekvencia, ktorú sme zvolili po štarte prijimača. Ak sa tak stalo skúsime točiť encoderom či sa mení frekvencia. Ak áno možeme nastaviť PLL.
Nastavenie PLL
Treba vhodne nastaviť oscilátor na prvom zmiešavači tak, aby PLL syntéza dokázala ladiť frekvenciu vo vhodnom rozsahu. To spravíme tak, že na 23 nožicku pripojíme merací prístroj. Ak napätie je v rozmedzí 0,7 – 4,3V znamená to že PLL syntéze sa podarilo naladiť frekvenciu. Ak je napätie blízko pri hodnote 0,7V znamená to, že oscilátor kmitá príliš nízko, tak skrutkovačom zaskrutkuvaváme jadro z cievky L2 pokiaľ napätie nezačne stúpať, Ak je naopak napätie okolo 4,3V tak musíme jadro vyskrutkovávať pokiaľ nezačne napätie klesať.
Ak sa nám nedarí naladit syntézu môžeme použit čítač, ktorým zmeriame frekvenciu oscilátora, ktorá by mala byť o 10,7MHz nižšia ako prijimaná frekvencia. Ak oscilátor kmitá úplne mimo, skúsime zameniť kondenzátor C9.
Nastavenie rezonančných obvodov vstupu
Najväčšiu starosť mi robili LC obvody vo VF predzosilňovači. Keďže nemám potrebné vybavenie ako sací merač rezonancie alebo rozmetaný generátor, zlaďuje sa to veľmi ťažko ale podarilo sa mi to 🙂
Ak ani vy nieste vlastníkom týchto zariadení nezúfajte, pomôže vám jednoduchý oscilátor na frekvencii 137Mhz a čítač frekvencie. Zostrojíme clappov oscilátor a pripojíme ho na 9V batériu alebo zdroj a pomocou čítača ho naladíme na frekvenciu 137MHz. Na náš prijimač pripojíme provizornu anténu o dĺžke asi 20cm. Po naladení by malo v reproduktore nastať ticho. Oscilátor vzdialime od prijimača do takej vzdialenosti pokiaľ sa v pozadí nezačne pretĺačať šum. Vtedy začneme ladiť vstupné obvody najskôr L1 a L2, potom následne L3 a L4. Oscilátor možeme potom vzdialiť do vačšej vzdialenosti a filtre nastaviť presnejšie. Ak sa vám nepodarí naladiť vstupné obvody skúste požiadať nejakého radioamatéra o pomoc. Ďalej treba nastaviť LC filter demodulátora tak, aby demodulovaný signál bol čo najsilnejší. Ja som toto ladenie vykonal až pri prijime satelitu.
Celé zariadenie som umiestnil do krabičky. Na vrchnú stranu som vyviedol potenciometre na nastavenie hlasitosti a šumovej brány (squelch), na spodnú stranu som umiestnil reproduktor a spredu je umiestnený displej a encoder na ladenie frekvencie. Viac ohľadom konštrukcie krabičky vám napovedia obrázky 🙂
DPS prijímača
|
Inštalácia potenciometrov, napájania a výstupu
|
Inštalácia displeja a encodera
|
Hotový výrobok
|
DPS v krabičke
|
Použitá literatúra
Prijimač FM 134 až 141 MHz pro zpracovani signalu z meteorologických satelitu. PE10-12/2002
Prijimač a interface. WXSAT, PE 2-6/1997
Želám vám veľa úspechov pri stavbe tohto zariadenia! V daľšej časti sa dozvieme ako dekódovať snímky na PC.
