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衛星受信局の更新

冬になってから、屋外に設置していた受信機ボックスとの接続が断続的になり、取り外して改修をすることにした。

Funcube Dongleを接続していたUSBデバイスサーバーは動作はするものの、通信が不安定になっていた。 劣悪な温度環境で4年程度ノーメンテで動作していたことを考えると、よくもったなぁ、と思う。

ボックスを再利用して、もともと検討していたRaspberryPiによる地上局構築をしてみる。
今回はRTL-SDRのTCXOつき公式モデルを入手したので、それを設置してみよう。


構成としては、RTL-TCPによる遠隔接続をすれば、今までどおり、他の端末からSDR#による観測が可能となる。

RTL-SDRをRaspberryPi2につなぎ、AndroidタブレットのSDRTouchからネットワーク経由で接続してみたところ。 FM放送のウォーターフォール画面を表示している。

気になる消費電力だが、Raspberry Pi2を利用して、有線LAN接続した状態で、
SSH接続中は1.8W
RTL-tcpで待機させると2.5W
 待機中でもRTL-SDRは動作状態になので、発熱も増えてしまう。 RTL-SDRは、RasPi2と一緒に10cm角のアルミ板に固定してある。

RaspberryPiを単体で屋外においておくのはなんとなく物足りないので、とりあえず部品箱から余っていたRTCを取り出して取り付け、時刻保持ができるようにした。 また、LM60と12ビットのA/Dコンバーターを搭載して、複数箇所に温度センサを配置。
 GPIOやバスへのアクセスも、今はWiringPiやProcessing等の環境が整備されているので、SSH経由でソースをちまちま書いて、機能確認できる。
 Linux系の衛星追尾ソフトとTNCをインストールしておけば、単体で衛星追尾と記録も可能になってしまう。 手がまわらないけれど・・・。

屋外設置


RaspberryPi2の基板にはハヤコートによる防水、防湿コーティングを施した。


タカチの防水ケースの中に組み込む。


アンテナも秋月のモービルアンテナから、自作のUHFクロス八木に変更。 天頂パスにも強くなった。


デスクトップのSDR#での受信風景(RTLTCP接続) GOMX-3の9k6信号をとらえたところ。 レンジ570km


熱環境

本体の設置場所に日光があたってしまうので、遮熱板を取り付ける。 これがないと直射日光により、CPU温度が60度を超える。
本当はアクティブな換気を組み込みたいが、 湿気や雨天の水滴の侵入が気になってしまう。日射も含めて、設置場所にかなり影響を受ける要素だ。

  遮熱板は発泡スチロール板に0.2mm厚の粘着シート付きアルミ板を貼り付けて、アルミテープで四辺を固定しただけの代物。 熱赤外を反射して、筐体内への熱の侵入を抑える。
筐体にはアメリカの神話的ツール、ダクトテープで仮止めしている。

 間に合わせな構成で電源を入れてから1ヶ月ほど経過したが、まだ異常なく稼働してくれている。 CPU温度は昼間には45℃~50℃、夜間に35℃~40℃となっている。 Raspberry Pi3あたりでは厳しくなってきそうだ。

追記:半年ほど運用した結果

半年ほど稼働させた結果だが、途中でSSHアクセスが不可能になった。
回収してみると、秋月の5VACアダプタの出力がおかしくなり、Raspi起動時にUSBのドライバ読み込みの時点で無限ループに入っていたことが分かった。
温度環境が厳しいと、電源の耐環境性能が寿命を左右する。
ということで、ACアダプタを換装し、運用を再開した。
LANケーブルなどは、特に防水加工もなく野ざらしで4年目に突入するけど、通信に問題は起きていない。

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Arduino Nano Everyを試す

 秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って…  と気が付いたら10年が経過していた。  ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30mA程度しか消費しない。  動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。 そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。     Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery  そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。  他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero(生産終了済み)ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。  Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。   https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html  もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション(328Pモード)がある。 公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。  ボードを観察してみると、プログラマ・USBCDCとしてATSAMD21が搭載されている(中央の四角いQFNパッケージ)MCU的にはnEDBG

【サボテン】太陽電池の結線

 久しぶりにサボテン計画。 忙しかったり投薬治療直前でだるかったりして、かなり放置していた。 さぼてんも不機嫌そうだ。 せっかくなので、園芸用の水受けに移す。  関節痛で寝込んでる間に、エイプリルフール終わってましたね^^・・・。  太陽電池の展開機構を想像したが、まずは太陽電池の結線を済ませよう。  配線を綺麗にまとめたくていろいろ探していたら、千石電商でぴったりなものを見つけた。 LEDリング基板 というらしい http://www.led-paradise.com/product/629?  本来はチップLEDをリング状にまとめる代物。 イレギュラーな使い道だ。   今度は小径のを買って、GX200のリングライトに仕立て上げよう。   嬉しいことにフレーム径にジャストフィット。 配線を綺麗にまとめられた。   太陽電池の接続部。逆流防止用にショットキーダイオードを入れている。 かなりスッキリ。 蛍光灯下 500ルクスでの実験。 EDLCは10Fを使用。  ちゃんと充電が行われている。 といっても、とてもとてもゆっくりとだけれど・・・。

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた。  小さいパッケージなのに、UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ。 登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2  にも採用されるらしい。  簡単にデータシートを眺めてみると、アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。  CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令(DESやUSBで使われる命令)が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。  コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。  CPU周りを見てみると、割り込みレベルなど、今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた。 ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている。 データシート P6  DMAは無いけれど、周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる。  できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。 ピックアップした特徴 ・データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ・RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ・デバッグ専用の端子 UPDIを搭載 ・優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ・ピン単位の割り込み(かなり複雑になった) ・リセットコントローラ(ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった) ・豊富な16ビットタイマ(4809では5基) ・16ビット リアルタイムカウンタ(RTC) ・豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch、SPI 1ch,TWI 1ch) ・内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ ・ADCは10bit 16ch ・内蔵VREF電圧が5種類と多い(0.55V,1.1V,1.5V.2.5V.4.3V

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた。 1575MHzの波長は約19cmなので、半波長で9.5cmとなる。 GHz帯とはいえ、結構長いものだなぁ。 セラミック等の誘電体がなければ、平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう。 普通のダイポールだと指向性があるので、交差させてクロスダイポールにする。 屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの。 水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して、42.3mmで90°に曲げる。 長さの同じ素子同士を並べて配置する。 (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線、もう片方をGNDにつなげば完成。 実際5分くらいでつくったけれど、果たしてどうだろうか。 今回は、道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた。 アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで、 LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物。 最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい。 さて・・・ クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と、QZ-Rader画面 東側に建物遮蔽があるので、そちら側の衛星はSNが悪い。 とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった。 アンテナの角度をいろいろ振って、逆さまにしてもロストすることはなかった。 セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな・・・。 簡単にできてそれなりに測位するけれど、携帯性は皆無になった。 あと、近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない。 GPSアンテナのDIY例としては、QFHアンテナもある。 ラジオゾンデなどで使われている例がある。 いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので、今回はクロスダイポールにした。 GNSSとなると、複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う。 セラミックパッチア