Práce na projektu" Sputnik 3" a "Lištičky 2" zahájeny

V letošním roce jsme na společné dovolené vypustili balon, který nesl i malou aparaturu, vysílající na kmitočtu 7030 KHz tóny podle Sputnika (letos to bude již 57 roků od vypuštění). Abychom šetřili baterie, byl výkon asi 30mW. Z pozemního střediska jsme pak s výkonem asi 2W vysílali v určitých intervalech identifikaci. Jak se ukázalo, byl o tento experiment veliký zájem. Bohužel pozemní identifikaci si mnoho posluchačů pletlo se signálem skutečného balonu. Při vyhodnocení projektu Sputnik 2, jsme dospěli k těmto závěrům.
 V příštím roce 2015 naše skupina (OK1DCS, OK1DDQ, OK1MKX, OK1USP, OK1BJH, OK1DXK, OK1FII, OK1XFL, OK1UN, OK1KFQ, OK1FHG, OK1IHG, OK1JVF plus XYL/YL..), plánuje opět společnou HAM dovolenou (začátek června 2015) tentokrát v oblasti Žďárských vrchů. I v této lokalitě bychom chtěli prožít něco amatérsky vzrušujícího. Z těchto důvodu jsme v předstihu zahájili vývoj na Sputniku 3 a na Lištičkách 2.
Co se má vylepšit?
 Samozřejmě, že by bylo možno definovat plno dalších funkcí (měření skutečné výšky letu, měření polohy pomocí GPS..). To však by zatím jen zvyšovalo cenu zařízení a komplikovalo vývoj řídícího SW. To si tedy necháme na příště. Cena projektu byla omezena hranicí 4000 Kč (cca 500 Kč na účastníka), z toho 2/3 je jen na balón a helium. Doba vypuštění opět bude synchronizována tak, aby při letu nastal efekt "směrnicový".
Dlouhodobě jsem sondoval možnosti toho, zda by někdo vhodný SW nebyl schopen vyvinout. Dokonce mnoho z Vás podobný SW už má vyvinut a používá ho. Bohužel jsem však došel k závěru, že potřebuješ-li něco, pak si to udělej sám. Pak do toho jasně vidíš, můžeš vše jednoduše měnit. Nejsem programátor a mé programátorské úspěchy končily někdy v roce 1990, kdy jsem znásilnil Commodora 64 pro logovací program. Samozřejmě dělaný v Basicu. Hledal jsem tedy něco, co by šlo v tomto jazyce naprogramovat.
Naštěstí existuje PICAXE. Pokusil jsem tedy znásilnit PICAXE 08M2 k tomu, aby plnilo požadované funkce.



Po několika dnech "hraní", umí PIC ve versi 0.0 zatím komunikovat s displejem (je to jen k efektivnějšímu ladění a na balonu se s ním nepočítá), umí měřit rozdíly teplot (teplotní vario), umí měřit teplotu, umí se identifikovat a to vše v morse kódu vysílat.
Od 10.10. budu tuto versi testovat při klíčování FT817 a to na kmitočtu 3542 KHz s výkonem 500mW (volačka OK1IF/B). Obsluhovaný maják bude pravidelně/nepravidelně aktivní a při jeho činnosti budete informováni o teplotě v Hamshacku, případně o tom, zda jsem náhodou neotevřel okno (teplotní rozdíly). Pokud maják zaslechnete, prosím o provedení nahrávky a zaslání na moji Emailovou adresu (značka @ volny.cz).

10.10.2014 Verse 0.1

Usuzovat na výšku letu balonu jen z teploty, je asi trošku zvrhlost. Zrovna tak nahrazovat pravé vario (reagující na změny tlaku), variem reagujícím na změny teploty, tak to asi také nebude to ono. Měřit však teplotu je velice jednoduchá věc. Nám skutečně nejde o to, abychom přesně věděli, že balon je ve výšce 2345m, ale stačí nám vědět, že je někde ve výšce asi 2100 až 2500m. Měříme totiž teplotu s přesností na 1 stupeň. Větší přesnost zde asi nemá cenu. Ale pojďme se podívat, jak vypadá typický výstup balonu.


Křivka teploty je ta červená čára. Pokud nejsou nějaké anomálie (teplotní inverse), pak lze z předloženého grafu odvodit následující:
„Průměrné teplota klesá se stoupající výškou o 0,65 °C na každých 100 metrů výšky.“
Jinými slovy lze říci, že průměrné změně teploty o 1 stupeň odpovídá přibližně změna výšky asi o 150m. Protože přesnost našeho měření je právě jen 1C, pak se dá říci, že odhad výšky našeho balonu bude s přesností cca 200m. Podle našich zkušeností je to však stále o řády vyšší přesnost, jak odhadovat výšku dílcovým dalekohledem, při známém průměru balonu. Také si musíme uvědomit, že časová konstanta našeho čidla je řádově desítky sekund. Docela dobré je znát i směr a rychlost výškového větru, dalo by se podle toho odhadnout, kam balon letí.


Pro náhodného posluchače je asi dobré, aby znal teplotu  při startu. Ve versi V 0.1 jsem tedy doplnil další údaj o této skutečnosti.
Jak vypadá tedy typické vysílané schéma verse V 0.1?

.  ..               Delta teploty je menší než 1 stupeň, balon pravděpodobně nemění svoji výšku
.  D D          Delta teploty je kladná a větší nebo rovná  1C, balon pravděpodobně klesá
.  U U           Delta teploty je záporná a větší nebo rovná 1C, balon pravděpodobně stoupá

Toto se opakuje po dobu asi 1 minuty

OK1IF/AM (u testovacího majáku OK1IF/B) T 24C  S 10C

Smyčka pro opakování

To červené vysílá maják. Tedy maják na balonu bude hlásit aktuální teplotu ( T 24C) a teplotu změřenou při startu (zapnutí systému) ( S 10C ). Zkušební vysílání majáku tedy běží asi od 13 SELC a pred inicializací systém byl vložen do ledničky HI.
Jinak kde najdeme výše popsané křivky a tabulky?
http://www.chmi.cz
Ukončení testovacího provozu lištičky 2

Dnes ráno (20.10.2014) kolem 4. hodiny ranní jsem zapnul Icoma, abych si poslechnul, jak se lištička chová. Je od mého QTH vzdálena cca 1km. Při normálním provozu je zde slyšet cca 599 +20dB. Pokud nepřízpusobením antény jsou ztráty cca 10dB, pak byl výstupní výkon max 100mW. Ráno jsem však neslyšel nic. Ještě jsem pro jistotu proladil band, abych se přesvědčil, že se něco nestalo tranceiveru. Ne vše je v pořádku. Otevřel jsem Email a tam byla nahrávka od Jardy OK1HDU. Ten je znám tím, že dokáže číst super slabé signály. V minulosti luštil maják, který zde měl 80uW (Microwatt HI). Nahrávku jsem si poslechl a máte ji ZDE:
Bylo mi záhadou, proč je to tak nečitelné a slabé. Zapnul jsem ještě jednou Icoma a vypnul veškeré útlumy. K mému velikému překvapení jsem maják zaslechl a to v síle asi jako Jarda. Bylo mi jasné, že v Datlovi nedochází k sepnutí relátka RX/TX, přesto je to slyšet. Ale podívejme se na schéma Datla.



Jako klíčovač je z výstupu PICu tranzistor BS170. Při nízkém napájecím napětí (vybití baterie), nedochází k přepnutí relátka, ale přesto směšovač pro vysílač funguje (jinak bychom neslyšeli vůbec nic). Signál se "ven" musí dostávat jen přes parazitní kapacity kontaktu relé (cca 1 až 2 pF). Tak to je věc. Jarda zase slyšel trávu růst HI.
    Dnes maják demontuji. Čeká se na vývoj vysílače u kterého PA bude pracovat v třídě E. Celý vývoj bude dělat Jarda OK1MKX. Vzniknou dvě varianty:
  1. Výkon při 3,5V napájecího napětí  = 200mW (určen pro balon)
  2. Výkon při stejném napětí = 5mW (určen pro lištičky)
Jinak na "valné hromadě" byl odhlasován pokus o výrobu vlastního vodíku (experimentátor OK1BJH a OK1DXK). Tím by se to celé velice zlevnilo. Pravděpodobně bude před hlavním vypuštěním ještě beta verse, kterou s největší pravděpodobností osadíme beta versí vysílače. Start by měl proběhnout koncem roku, případně začátkem 2015. Hlavní start sledovacího balónu bychom pak uskutečnili z Vysočiny začátkem června 2015.

PZ (Ptákovinám Zdar)


Prototyp lištičky 2 spuštěn v simulovaném provozu majáku

Nedalo mi to. Zkrátka toužil jsem umístit PIC spolu s nějakým vysílačem do přírody. Využil jsem k tomu svého starého Datla. Tedy od 18.10.2014 -  14UTC běží na kmitočtu 3542 maják, který vysílá z přírody. Datel dává při napájecím napětí 12V asi 1,5W výkonu. Na PA stupni má "nezničitelný tranzistor" KU611. Vím, že tento tranzistor pracuje klidně i v tom případě, že upadne anténa a nebo je výstup ve zkratu - a nezničí se. Neměl jsem po ruce žádný přizpůsobovací člen a tak jsem zavřel oči. Anténa je kus drátu neurčité délky cca 17m. Uzemění je na stanový kolík. Datel je napájen gelovou baterií 12V 7Ah a elektronika PICU je napájena 3 tužkovými NiMH články. Ty měly napětí asi 3,5V a tak za normálních okolností by PIC přešel do spánku. Aby toto nenastalo, softwarově jsem změnil úroveň přechodu na asi 2,8V. Tedy to, co možná zaslechnete, je napětí na PICu. Bohužel asi během 3 dní se vybije hlavní baterie (trvalý odběr Datla je kolem 100mA). Opravdu si netroufám odhadovat, jaký výkon z toho leze. Možná něco kolem desítek až stovek miliwattů. Možná to někdo uslyší. Prosím tedy poslechové zprávy ve formě nahrávky. Anténa je ve výšce asi 5m.

Verse 0.15a

Děkuji všem za poslechové zprávy. V této fázi je vývoj téměř ukončen a čeká se na vhodný vysílač. Připravil jsem tedy pro Jardu OK1MKX (bude vysílač vyvíjet) naprogramovaný PIC, který již nepodporuje ovládání displeje (je to zbytečné) a má doplněnu funkci sleep (snížená spotřeba procesoru). Tato funkce je aktivní pouze v tom případě, když napájecí napětí poklesne pod 3.8V. Tedy jak vypadá vysílací schéma?

Co se měří:
 Co se vysílá:
    1. Volací značka (např. OK1IF/AM), následuje
    2. Teplota vnějšího prostředí (Např. T 10 C - značí teplota vnějšího prostředí je 10 C). Je-li záporná, pak se před údajem o teplotě objevuje slovo "FROST". Např. T FROST 5 C značí, že byla naměřena teplota mínus 5C. Tento údaj slouží tedy k přibližnému určení výšky letu a to porovnáním s výstupní teplotní křivkou balonu CHMI.
    3. Teplota vnějšího prostředí při startu balónu. Např. ve formě S 15 C - značí, teplota při startu byla 15C. Toto je konstanta, která se uchovává v paměti. Nepředpokládá se, že by balon byl vypouštěn za mrazu a tedy tato teplota je vždy kladná. Tento údaj je vysílán pro případné posluchače, aby dokázali přibližně z poklesu teplot určit výšku balonu.
    4. Napětí palubní baterie a to ve formě např. U 4 R 5 V - značí napětí palubní baterie je 4,5V.
    1. Vyšle písmenko "S" - značí SAVE BATTERY a uspí se na asi 20 sekund. Toto se 3x opakuje (trvá to cca 1 minutu)
    2. Pak změří vnější teplotu a porovná ji s posledně změřenou. Pokud je shodná, pak vyšle "E I", pokud ne, pak vyšle buď "E U U" (stoupám), či "E D D" (klesám). Je to z toho důvodu, že při nízkých teplotách by se baterie mohla rychle vybít. Procesor tedy šetří energii (nedává dlouhá hlášení), avšak upozorňuje na změnu výšky.
    3. Pak dochází znovu k testu napětí palubní baterie. Pokud je nižší než 3,8V, stav se opakuje. Pokud by došlo ke zvýšení napětí (např. ohřevem při pádu balonu), pak se obnoví normální stav s úplným hlášením (T S U).
Jaká je přesnost?

Veškeré převody jsou 8 bitové (i když procesor umí i 10 bitů). Teplota je tedy změřena s přesností asi plus mínus 1C. Napětí palubní sítě asi plus mínus 0,15 V. Časový cyklus se opakuje s přesností asi plus mínus 20 procent.

Jaká je spotřeba procesoru?

Při normální funkci méně než 1,5mA. V módu "sleep" asi 100uA. Napájecí napětí není stabilizované a tudíž došlo k úspoře min 3mA.
Pokud se Jardovi podaří dosáhnout účinnosti PA kolem 70 procent (To je realita změřená u koncového stupně s tranzistorem BS170), pak odběr vysílače při napájecím napětí cca 4V a výkonu cca 200mW, by měl být menší jak 70mA. Při použití kvalitních 3 kusů alkalických tužkových baterií, by doba provozu  měla být minimálně týden. To už zcela určitě zbytek balónu bude někým dohledán. Jinak při "neklíčování" bude spotřeba vysílače 0mA.

Co dál?

PIC se dá vhodně využít i pro projekt Lištičky2. Tedy místo volací  značky lze naprogramovat to známé MOE... Bohužel osminožičkový PIC nemá možnost přesného synchronizování pomocí externího Xtalu. Výkon vysílače v tomto případě předpokládám cca 5mW. Dá se tedy předpokládat, že časování se časem posune. Uvažuji však o jedné možnosti a to je synchronizace času podle východu sluníčka. Tedy jakmile osvětlení bude větší než....pak se začne procesor aktivovat ze spánku. V noci by spal (nepředpokládá se, že by někdo lištičku vyhledával v noci). Ve dne pak by se např.  aktivoval 4 hodiny po rozednění a pracoval 2 hodiny a pak se znovu uspal. To by zaručilo dlouhou dobu provozu. Malý výkon pak obtížnost dohledání.


Testování verse 0.15

Ve versi 0.15 jsem doplnil měření napětí palubní baterie. Převod je kvůli jednoduchosti proveden jen 8 bitově a využívá vnitřní napětové reference 2048 mV. Trošku jsem i popřeházel porty. Přesnost tedy nic moc, ale pro Sputnik3 to bude stačit.



Postupně se tedy vysílá (druhý řádek zleva) naměřená venkovní teplota [T], teplota po startu [S] (inicializační teplota) a napětí palubní baterie [U]. Jak to funguje, je možné opět poslechnout na 3542 kHz. Najednou jsem však zjistil, že jsem skoro vyčerpal programovou paměť. Teď to budu muset celé učesat a zefektivnit. Napětí palubní sítě bude 4.5V (tři tužkové články v sérii) a bude stejné jak pro PIC, tak pro vysílač.

Co umí verse programu Sputnik3 V 0.14 ?

Při studiu profesionálně vytvořených programů, se musím jako začátečník strašně stydět. Zkrátka můj program je neohrabaný, zbytečně nafoukle psaný a málo přehledný. Přesto jsem však na své pokusy nesmírně hrdý HI. Ono to funguje a občas dělá i to, co chci já HI. V poslední době jsem neměl mnoho času. Dostal jsem se ke Sputniku zase až nyní. Testoval jsem použití čidla DS18B20. Jsem rád, že jsem to zkusil. Oproti vnitřnímu čidlu má to tu výhodu, že nepotřebuji napájet PIC stabilizovaným napětím. Tím se vše zjednodušuje a já mohu opět uvažovat o jednom napájecím napětí, které bude společné jak pro PIC, tak pro vysílač. Nezanedbatelné je i to, že toto čidlo má kratší časovou konstantu. Trošku se sice prodlužuje čas nutný k změření teploty, ale to skutečně u Sputniku3 není limitujícím parametrem.



Na obrázku je vidět, jakou teplotu máme v mrazáku. Při této příležitosti jsem objevil i několik chyb v programu. Zkrátka v oblasti záporných teplot se u teplotního varia musí podmínky u hlášek obrátit. Trošku mne to potrápilo, ale nakonec to zase až tak složité nebylo. Stále mám ještě několik portů volných. V další versi tedy plánuji měřit i napájecí napětí PICu a vysílat ho.
Dne 16.10. jsem tedy k otestování spustil maják na kmitočtu 3542 KHz s výkonem 500mW. Tentokrát je však teplotní čidlo umístěno ve venkovním prostoru a měří tedy venkovní teplotu. Význam vysílaných údajů je stejný jako u verse V0.1.
Jarda OK1MKX zahájil současně práce na vývoji vysílače. Dokonce uvažujeme i o použití vodíku místo hélia. Vše by se zlevnilo.
Jinak díky všem, kteří se mi ozvali a poslali i pár programátorských "fíglů".


Doplňky Sputnik 3 verse 0.16a

Trošku jsem zmenšil program. Tím pádem bylo možné uvažovat o doplnění další funkce. Měl by to být čas života sondy po vypuštění. Zatím je to zjednodušeně bráno z vnitřních hodin PICu. Není to nacejchované a není ošetřeno to, že běh programu je různý. Tato doba v minutách se dá zatím vypočítat tak, že uváděný údaj majáku (L) se přibližně násobí 1.43 a to je výsledný čas v minutách. Parametr ve vysílaném textu je písmeno "L" (Loop). Možná, že tento parametr časem zpřesním, za použití RTC obvodu a za použití přerušení.
Vysílací schéma identifikace je tedy následující:
  1. Teplota "T"
  2. Teplota při zapnutí systému "S" (teplota na zemi při vypouštění)
  3. Napětí palubního zdroje "U" ve voltech
  4. Čas funkce majáku v minutách (nutno násobit 1,43) "L" (bude ošetřeno)