PCControllerMini

Se vam je nabralo kup preklopnikov in stack-matchev za preklapljanje sprejemnih in/ali oddajnih anten? Pa za vsakega posebej potrebujete nek rotacijski preklopnik ali tipke z neko logiko. In včasih isti preklopnik uporablja več operaterjev, ki delajo na istem ali drugem bandu. Sploh v tekmovanjih je zoprno skakati do enega preklopnika ali preusmerjati pogled in fokus na neko zunanjo napravo izven tipkovnice, ali pa, bog ne daj, motiti sosednjega operaterja, da ti prestavi anteno. In bog ne daj, da je treba na hitro predelati kontrolo iz recimo stack-matcha za 2 anteni na stack-match za 3 antene.

Za vse take probleme smo razvili mali USB krmilnik – PCControllerMini, ki omogoča upravljanje preklopnikov samo s pomočjo numeričnega dela tipkovnice, torej s tipkami, ki jih normalno za zapisovanje zvez v dnevnik ne potrebujemo. Po pravici, uporabljenih je še nekaj drugih tipk, ki se tudi ne uporabljajo za logiranje ali druge funkcije logger programa.

Naj takoj opozorim, da mali krmilnik ni namenjen upravljanju velikih tekmovalnih sistemov z množico sprejemnih in oddajnih anten, lahko pa so gradniki za posamezne antenske sisteme ali dele le teh, kar bom opisal v nadaljevanju.

USB krmilnik PCControllerMini Network lahko naročite v spletni trgovini HAMtech!

Opis krmilnika

PCControllerMini je skup programske in strojne opreme. Sestavlja ga program PCControllerMini, ki teče na Windows platformi (od XP do Win10) v klasični in v mrežni verziji A ter krmilnik PCControllerMini na osnovi modula Arduino Nano.

Shema krmilnika

Sama elektronika krmilnika PCControllerMini je enaka v obeh verzijah, le programska oprema je rahlo spremenjena. Ima dva vhoda, od tega je en analogni, kar omogoča tudi nadzor rotatorjev. Krmilnik ima tudi 4 relejske izhode za napetosti do 60V in 1A toka. To ni prav veliko, vendar je za upravljanje relejev v preklopnikih več kot dovolj. Vse je povezano na 8-pinski mikrofonski konektor za povezavo s preklopniki, stack-match-i ali drugimi bremeni, na katerega pripeljemo tudi krmilno napetost, medtem ko je uporabljena napajalna napetost 5V iz USB porta.

Poraba samega krmilnika je namreč izredno majhna tudi ko so vključeni vsi releji, saj so uporabljeni bistabilni releji, ki potrebujejo le impulz za preklop, potem pa držijo sami do naslednjega impulza za izklop na drugem navitju releja. Shema in program se zato malce zakomplicirata, uporabili smo nekaj več nogic, kot bi bilo običajno z navadnimi releji, je pa prihranek energije očiten.

1. Digitalni vhod (PTT GND)
2. Izhod 1
3. Izhod 2
4. Izhod 3
5. Izhod 4
6. GND
7. +Vcc (do 60V)
8. Analogni (0-12V) ali digitalni vhod

Tabela 1 – Razpored priključkov na 8-pinskem mikrofonskem konektorju (novejša verzija bo imela konektor RJ45 z malce drugačnim razporedom)

Slika 1 – Shema krmilnika

PCB in ohišje

Tiskano vezje je bilo namensko narejeno za Al ohišje dimenzij 50 x 20 x 80mm, skupaj z debelino čelnih plošč je dolžina cca 83 mm. Zadnja stranica ohišja ima okrogel izrez, v katerega se namesti 8-pinski mikrofonski konektor in ga z žičkami povežemo na TIV. Zaradi višine ohišja in bližine USB konektorja in samega modula Arduino Nano, se ni dalo namestiti nobenega ustreznega 90° konektorja za na tiskano vezje v tako majhnem ohišju. Ok, je pač potrebno povezati s kratkimi žicami soležne številke na tiskanini in konektorju. Uporabljeni so klasični TH elementi in diskretni tranzistorji, kar je bila želja Gorana (tak male SMD elemente skorajda ne vidi, HI).

Sestavljeno tiskano vezje enostavno zapeljemo v spodnjo režo, z dvema vijakoma privijemo sprednjo stranico in prilagodimo višino pod kotom 90° zakrivljenih LEDic, da pogledajo skozi izvrtini čelne plošče. Konektor najprej privijemo na zadnjo stranico in ga potem s kratkimi vezicami povežemo na TIV. Nato z dvema vijakoma pritrdimo še to stranico na osnovo ohišja. Paziti je treba, da naredimo dober spoj mase (GND) na konektor in ohišje, saj eloksacija ne prevaja. Na srečo povezovalni vijaki lepo zarežejo v aluminij in naredijo dober stik med ploščami ohišja, zato je celo vezje vseeno dobro oklopljeno. Pri vijačenju zadnje stranice pazimo tudi, da gre USB konektor lepo v izrez.

Slika 2 – Izgled ploščice vgrajene v malo ohišje dimenzij 50 x 20 x 83mm

CPU in USB

Srce malega krmilnika je mali modulček Arduino Nano3 s procesorjem ATmega 328. Lahko bi uporabili ATmega procesor in enega od FTDI USB/UART vmesnikov, pa smo raje ostali kar na malem modulčku, ki vsebuje tudi USB port z mini USB konektorjem in kitajskim CH341SER USB vmesnikom. Zanj potrebujemo tudi že zelo razširjen gonilnik, ki se ga dobi za vse platforme. Mi ga zaenkrat uporabljamo le na Windows platformi od verzije XP do 10. Preizkušeno dobro deluje. Sam gonilnik pa je priložen tudi programski opremi, zato ni skrbi z iskanjem.

Izhodi

Kot že omenjeno, ima krmilnik PCControlerMini 4 releje, torej 4 izhode, ki pa jim lahko programsko definiramo izhodni nivo:

• Aktivni izhod +V
• Aktivni izhod GND

Na ta način lahko upravljamo oba načina napajanja močnostnih relejev. Bolj običajna rešitev je napajanje z aktivnim +Vcc (+12, +24, +48V odvisno od tipa relejev), se pa najde tudi tokovno upravljanje, kjer pa potrebujemo vzbujanje z GND. Vcc in GND pripeljemo iz zunanjega vira preko 8-pinskega mikrofonskega konektorja.
Program javi PC-ju, da je rele sklenjen šele, ko dejansko dobi potrditev od releja. Takrat PC na zaslonu prikaže stanje izhoda.

Vhodi

Digitalni vhod je namenjen PTT vhodu za preprečevanje preklopov med oddajo – to je tako imenovani Interlock, saj je na ta vhod lahko pripeljan tudi TXGND izhod sosednje postaje. Vhod je aktiven, ko ga sklenemo na GND. Vhod je optično ločen od vhoda procesorja preko optičnega sprežnika.
Analogni vhod je namenjen kontroli in upravljanju antenskega rotatorja. Na analogni vhod priključimo izhod iz potenciometra rotatorja, katerega pozicija odraža direktno vrednost smeri, dva izhoda pa uporabimo za upravljane relejev za smer vrtenja in zavoro, če jo rotator vsebuje.

LED

Na čelni plošči ohišja se nahajata dve LED signalni diodi. Zelena pomeni POWER ON, kadar je napajanje iz USB vključeno. Druga LED je v bistvu LED na nogici D13 na modulu NANO. Uporablja se za testiranje pri programiranju in pa za kontrolo komunikacije s PCjem.

Verzije

Pri nakupu je vseeno potrebno navesti, katero verzijo bomo potrebovali: Classic ali Network

Verzija PCControllerMini Classic

Najprej je bil PC Controller mišljen izključno za preklope RX anten, ko morate hitro preleteti antene in poslušati, kaj se na njih dogaja. Jaz sem seveda vedno razmišljal o UKV antenah, Goran pa o KV. Sva pač usmerjena vsak na svoje področje, kar se kar dobro obnese, HI.
Tako je nastala enouporabniška verzija PCControlerMini Classic z vsemi mogočimi funkcijami, ki si jih lahko zamisliš na tako majhnem krmilniku.

Verzija PCControllerMini Network

Verzija Network je nastala, ko smo pomagali Claudiu IK2YCW postaviti stack-match krmilnike za dobavljene pare anten za 14 in 21MHz. Potreboval je krmilnike, ampak uporabljalo bi jih več operaterjev hkrati, obenem ne sme spreminjati fokusa s tekmovalnega programa na nek drug program, pa še kako drugo anteno bi preklapljali. Po kratkem posvetu s programerjem (z Goranom seveda) se je rodila mrežna verzija, precej poenostavljena, še vedno pa zelo fleksibilna. Ko sem poslal Claudiu tehnične karakteristike in funkcije, se je po nekaj „ampak…, kaj pa če…, a to res tako…“ in dodatnih pojasnilih, hitro strinjal!

Ob isti elektroniki je nastalo novo programje – PCControllerMiniClient.exe in PCControllerMiniServer.exe. Server teče na računalniku, na katerega je povezan tudi krmilnik, klient pa lahko teče na vseh računalnikih v mreži, vključno z računalnikom s priključenim krmilnikom.
Opis funkcij obeh verzij in delovanje sledi kasneje.

Namestitev in osnovna konfiguracija (Classic)

V paketu se dobi PC programsko opremo in krmilnik PCControllerMini z verzijo programa – Classic. Opcijsko je na voljo še dodaten kakovosten USB A/mini kabel in ženski 8-pinski konektor za na kabel.
Sam program ne potrebuje neke hude inštalacije, vpisovanja podatkov v registre itd. Programsko opremo samo prekopiramo v mapo PCControllerMini ali v katerokoli drugo mapo. Ko prvič zaženemo program PCControllerMini.exe, še ne povežemo krmilnika. V meniju Setting odpremo konfiguracijski program (Configure) in nato zavihek ComPort. Na desnem delu zavihka se nahaja polje Install driver. S pritiskom na tipko Install driver CH341SER se gonilnik namesti v operacijski sistem. To je edina potrebna namestitev in to samo prvič. Šele potem priključimo tudi elektroniko – krmilnik PCControllerMini, ki ga računalnik spozna.

Slika 3 – Konfiguracijski program za namestitev gonilnika in vzpostavitev COM portov PCControllerja.

Z enim programom PCControllerMini lahko upravljamo do tri krmilnike, zato lahko v tem zavihku definiramo do tri COM porte. S klikom na recimo Setup Com 0 se odpre pop-up okence z nastavitvami. Iz spustnega menija izberemo enega od zaznanih COM portov (na sliki 4 se pokaže poleg COM 1 še recimo COM12). Nikoli to ni COM 1 – običajno je to številka nad 10! Vse ostale nastavitve pustimo kot so predlagane. Ko izberemo COM port, ga moramo še odpreti (Open Com 0). Krmilnik se odzove tako, da sporoči hitrost povezave, tip Arduino modula (Nano) in verzijo firmware-a krmilnika, zraven pa rdeča LED na krmilniku najprej zasveti za cca 3 sekunde nato pa trikrat utripne in nato ugasne.

Slika 4 – Odziv krmilnika PCControllerMini

S tem smo vzpostavili komunikacijo s krmilnikom, vse ostalo pa so potem podrobnosti. To lahko seveda ponovimo tudi za naslednja dva krmilnika, če sta priključena na USB porte. Da pa se bo pri naslednjem zagonu COM port samodejno odprl, odklikamo še potrditveni okvirček AutoCom0 (ali 1 ali 2).

Programska oprema PCControllerMini

PCControllerMini je program za fleksibilno upravljanje krmilnikov, ki teče na WindowsXP pa vse do Windows10. Program omogoča prikaz stanja izhodov do treh krmilnikov ali stanja smeri rotatorja.

Glavni zaslon lahko prikazuje stanja do treh krmilnikov. Konfiguracije krmilnikov so lahko vse enake ali pa mešano. Možnosti so: preklopnik 1234RX, Stack-match 2 ali 3 in Rotary.

V načinu preklopnik 1234RX v glavnem oknu na poziciji Com0 vidimo stanja funkcij in stanja izhodov za Antene 1 do Antene4.

Levi signal zgoraj pomeni vključenost funkcije Auto switch, ki omogoča preklop anten glede na smer, ki jo prevzame iz logger programa. Zaenkrat avtomatika deluje s programom N1MM in Whispering (SO3R logger program S52P!). Če sveti rumeno, je funkcija vključena.

Desni signal zgoraj vključimo s tipko [Đ] in pomeni samodejno skeniranje po antenah po sprostitvi PTT vhoda. Če sveti rumeno, je funkcija vključena.
Funkciji sta omogočeni samo na krmilniku, ki je na Com0! Na Com1 ali Com2 teh funkcij ni.

Sledijo signali za posamezni izhod Antena 1 do Antena 4
Če je krmilnik priključen na Com 1 se prikazujejo stanja za Antena 5 do Antena 8, če pa je priključen na Com 2, pa od Antena 9 do Antena 12.

Način Rotary se prikazuje samo za krmilnik, ki je priključen na port Com 2! Poleg grafičnega prikaza z dvema kazalcema se prikazujeta še dva displeja z numeričnim prikazom nastavljenega in trenutnega kota smeri.

Za upravljane sta potrebna le dva signala, ki sta označena z Left in Right. Desno od teh dveh signalov sta še dva modra signala, ki ju lahko uporabimo za kakšen dodaten preklopnik, recimo za hitro spremembo naprej/nazaj dvosmerne beverage antene ali kaj podobnega.

Če rotator zahteva tudi signal za zavoro, to naredimo tako, da poleg signala Left definiramo še signal za rele, ki vključi zavoro.

 

Nadgradnje

Programska oprema se neprestano razvija, včasih zaradi najdenih napakic, včasih zaradi želja uporabnikov. Zato je Goran razvil sistem za nadgradnjo programske opreme. In to tako za PCControllerMini, ki teče na PCju, kot za firmware program na krmilniku. Preverjanje verzije in nadgradnja sta izredno enostavna. Vse kar je potrebno je, da je krmilnik priključen na USB port in računalnik mora biti povezan na internet. V meniju File izberemo Check for new program version. Program preveri verzijo na strežniku in primerja s tekočo verzijo na računalniku in po potrebi naredi nadgradnjo. Enako naredi s programsko opremo krmilnika.

 

Režimi delovanja

ModeRX: omogoča upravljanje do štirih anten

ModeTX: omogoča upravljanje treh anten in izhoda Interlock
V kolikor se ne uporablja rotator, sta mogoča dva vhoda, prvi za TX GND in drugi preko TX GND druge postaje za interlock vseh anten. Za kombinacije pa programski izhod za interlock (nogica 5 konektorja) povežemo z vhodom (nogica 8 konektorja) drugega krmilnika. V osnovi je za interlock vklopljena samo prva antena, drugi dve pa ne, lahko pa v nastavitvah dodamo še drugo anteno. Torej imamo eno ali dve skupni anteni in eno ali dve samostojni anteni.

ModeStackMatch: omogoča preklapljanje do treh anten na en oddajnik. Tako lahko vključujemo antene po smeri ali pa zgornjo/spodnjo/obe. V primeru OBE je potrebno vključiti še rele za prilagoditveni transformator in to je vedno 4. izhod. Tudi prikaz na zaslonu je sedaj drugačen.

Ta način lahko uporabljamo za prilagajanje do treh anten na enem stack-matchu. To se ponavadi uporablja zato, da oddajamo v tri smeri, poslušamo pa na eno ali preklapljamo po vseh treh antenah, odvisno od smeri korespondenta – Seveda lahko tudi poslušamo na vse tri antene hkrati…

Mode Rotary
Mode Rotary uporabljamo za up-ravljanje in prikaz smeri anten-skega rotatorja. Ta način delovanja vključimo v konfiguracijskem programu v zavihku MyData. V bistvu tipke priredimo relejem za smer Levo/Desno in zavora. Zaslon programa grafično prikazuje vrtenje kazalca in nastavljeno smer, hkrati pa še številčni prikaz na rdečem in črnem displeju. Ker okvir programa blizu logger programu, imamo pred očmi vedno tudi trenutno smer antene.

Funkcije

Upravljanje preklopnikov se vrši izključno preko numeričnega dela in še nekaj drugih tipk klasične PC tipkovnice. Če uporabljate prenosni računalnik brez numeričnega dela tipkovnice, se lahko uporabi eksterno numerično tipkovnico na USB portu. Pri meni deluje super 🙂

Samodejno preklapljanje anten

To je odlična funkcija, ki pa še ne deluje z vsemi logger programi. N1MM ima dobro dokumentirane programske rešitve in povezave v svet, zato se preko UDP portov lahko prevzame veliko podatkov, ki jih zgenerira iz klicnega znaka ali UL lokatorja. Zato lahko program PCControllerMini prevzame smer korespondenta in iz konfiguracije potegne tisto anteno, ki temu kotu ustreza. To se zelo dobro obnese pri recimo več Beverage antenah.

Slika 5 – Za sodelovanje s programoma N1MM ali Whispering uporabimo opcijo Receive Options

Slika 6 – Nastavljanje sprejemnih kotov za posamezno anteno

Kako nastavimo kot v konfiguracijskem programu se vidi na sliki 6. Za vsako posamezno anteno lahko nastavimo kot med eno in drugo vrednostjo v stopinjah za vsakega od treh krmilnikov, ki jih lahko upravljamo. Samodejno preklapljanje anten lahko vključimo v konfiguracijskem programu, ali pa kasneje s črko [Š]. S ponovnim pritiskom na črko [Š] (oziroma ustrezno tipko na angleški ali nemški tipkovnici) delovanje ustavimo.

Ko je funkcija vključena, enostavno z vnašanjem prefiksa korespondenta sprožimo preklop antene v njegovo smer. Ta način hkrati deluje samo na enem krmilniku.

Pol samodejno skeniranje

Če se nam ne da ročno tipkati, lahko uporabimo tudi samodejno preklapljanje anten s pritiskom na eno samo tipko [Đ]. Ta funkcija je precej kompleksna, saj se skeniranje izvaja po nastavljenih konfiguracijah za posamezno tipko. Tako lahko nastavimo, da je vsaki tipki prirejena ena antena, ali pa skupina do 4. Recimo, da tipki 1 priredimo anteno 1, tipki 2 anteno 2, tipki 3 anteno 1 + 2, tipki 4 anteno 3 itd. Z vsakim pritiskom poženemo skeniranje od trenutne pozicije proti naslednji in se vrne na začetno: 1 / 2 / 1+2 / 3 / 1 … V kakšnem času bo izveden pregled vseh anten je odvisno od nastavitve časa v konfiguracijskem programu.

Samodejno skeniranje

Preklop RX anten si lahko povsem avtomatiziramo, če uporabimo samodejno pregledovanje anten, ki ga vključimo s funkcijo [Đ]. Obvezno je potrebno pripeljati na vhod 1 signal PTT_GND (npr. nožno tipkalo). To je lahko tudi izhod TX_GND iz postaje. Ko se signal sprosti, krmilnik samodejno zažene skeniranje in se vrne v izhodiščno pozicijo. Skeniranje preklaplja antene glede na nastavitve Key Manual… tako lahko vključuje ANT1 nato ANT2+ANT3, nato ANT1+ANT3 in se vrne na ANT1… Ali kaj podobnega, odvisno kaj smo priredili tipkam v zavihku Key Manual.

Interlock

Funkcija interlock preprečuje preklope med oddajanjem. Ta funkcija je samodejna v nekaterih režimih delovanja. Če uporabljamo režim 1234RX niti ni potrebna, saj lahko samo RX antene preklapljamo tudi med oddajo. Če pa so antene hkrati tudi oddajne, je funkcija interlock obvezna. Recimo v načinu Stack-match je funkcija obvezna, saj anten nikakor ne smemo preklapljati med oddajo.

Zgoraj opisani je v bistvu lokalni interlock, oziroma zaščita, obstaja pa tudi interlock med dvema postajama, ko želimo preprečiti drugi postaji, da bi šla na oddajo hkrati s prvo postajo. Za to se križno poveže TX_GND druge postaje na prvi krmilnik in TX_GND prve postaje na drugi krmilnik. Enako križno povežemo INH Izhod 4 prvega krmilnika na INH vhod druge postaje in INH izhod drugega krmilnika na INH vhod prve postaje. Žal vse postaje nimajo inhibit vhoda (zapora oddaje), pa je potrebno kombinirati PTT vhod s kakšnim logičnim stikalom. Vse se da…

Primeri:

Vsak setup neke postaje ima neke svoje značilnosti in zahteve in krmilnik se mora seveda kar se da prilagoditi. S fleksibilnim krmilnikom, kot je PCControllerMini Classic se lahko rešuje eno uporabniške rešitve, medtem, ko lahko z verzijo Network rešujemo večuporabniške sisteme, je pa zato omejen pri raznih samodejnih preklopih.

Eno-uporabniške rešitve

Primer eno-uporabniške rešitve je na sliki 7. Za dva antenska sistema z dvema stekiranima yagicama za 14 in 21MHz sta uporabljena dva stack-match-a, ki ju krmilita dva krmilnika PCController Mini Classic in tretji za preklop še dveh drugih anten.

Za krmiljenje preklopnika 1/4 je uporabljen en krmilnik in tipke 0, 1, 2 in 3. Tako lahko kadarkoli preklopimo sprejemno/oddajno anteno za želeno področje ali antenski sistem… Druga dva krmilnika sta namenjena upravljanju stack-match-ov.

Tipke smo priredili takole:
• Stack-match 14MHz: 4 = ZGORNJA, 5 = SPODNJA, 6=OBE
• Stack-match 21MHz: 7 = ZGORNJA, 8 = SPODNJA, 9 = OBE

Oba antenska sistema sta od shack-a oddaljena 400m in sta nameščena na isti stolp. Za oba stack-matcha je uporabljen en 8-žilni Ethernet kabel z oklopom, na vsaki strani pa se seveda razdeli na dva krmilnika in ustrezna dva stack-matcha.
To je seveda narejeno za naš primer na postaji IK2YCW.