Urządzenie przeznaczone jest do stosowania w krótkofalarstwie jako część wzmacniaczy lub transceiverów. Można je też wykorzystać niezależnie, jako pełniące funkcję dopasowywania impedancji wyjściowej wzmacniaczy mocy (PA) z antenami.
Całość może zawierać zestaw od 5 do 7 cewek i od 5 do 7 kondensatorów, co pozwala na skuteczne działanie w szerokim paśmie częstotliwości radioamatorskich HF od 1,8 MHz do 50 MHz. Umożliwiają to liczne ustawienia algorytmów dostępnych dla użytkownika, dając szansę wykorzystania mikroprocesora i obwodu sterującego w innych projektach automatycznego tunera.
Podstawowy model, opracowany przez autora, zawiera zestaw 7 przełączanych cewek o nierównomiernym skoku, od 0,05 µH do 4,5 µH, 7 kondensatorów w nierównych krokach, od 10 pF do 1 nF. Parametry domyślne gwarantują niezawodną pracę urządzenia w wersji podstawowej i są głównymi właściwościami do testowania przy tworzeniu oprogramowania przez autora. Ich modyfikacja przez użytkownika może skutkować innym zachowaniem urządzenia, a nawet sprawić, że nie będzie działać. Zalecane jest więc wcześniejsze dokładne zapoznanie się z opisem zmiany.
Korzystanie z wersji podstawowej
Autor sugeruje, że urządzenie może zostać wykorzystane w dwóch scenariuszach: jako dodatkowy moduł wbudowany do transceivera lub wzmacniacza bądź niezależnie w osobnej obudowie, z indykacją lub bez. W każdym razie nic nie wymaga przeróbki. Do złącza sterującego można podłączyć zarówno przycisk umożliwiający ręczne rozpoczęcie strojenia, jak i wyjście sygnału sterującego z procesora sterującego transceivera lub wzmacniacza.
Podanie napięcia na linię sterującą na czas krótszy niż 250 ms, czy z przycisku, czy od sygnału sterującego, spowoduje zresetowanie elementów tunera do ich pierwotnego stanu, gdy wszystkie indukcyjności i pojemności zostaną wyłączone. Dłuższe przytrzymanie sygnału sterującego lub odpowiedniego przycisku poskutkuje rozpoczęciem procesu strojenia. Wynik każdej konfiguracji zapisywany jest w pamięci urządzenia i zostaje przywrócony po wyłączeniu i włączeniu zasilania.
Dodatkowe sygnały dla lepszej integracji z istniejącym sprzętem można pobrać ze złączy mikroprocesorowych RA7 i RA6. Jest to sygnał Tx_request (żądanie nośnej dotyczące konfiguracji) w formie bezpośredniej i odwrotnej. Sygnał ten wydawany jest przez procesor urządzenia na czas niezbędny do konfiguracji, podczas którego nadajnik musi wytworzyć ciągłą nośną o odpowiedniej mocy. Można to wykorzystać do zautomatyzowania procesu strojenia, dzięki czemu użytkownikowi zostaje tylko kliknąć przycisk konfiguracji. Nie jest to konieczne, ponieważ urządzenie pozwala na dostrojenie dowolnego sygnału wejściowego o wystarczającej mocy, dowolnego rodzaju modulacji, komunikatów telegraficznych, a nawet szumu. Strojenie zostanie zatrzymane, gdy moc sygnału wejściowego będzie niewystarczająca i wznowione, gdy stanie się dostateczna. Oznacza to, że sterowanie odbywa się bezpośrednio podczas normalnej pracy sprzętu.
Jednak dla niezawodnego działania, autor poleca wykorzystanie tego sygnału do zmniejszenia mocy sygnału nadajnika do wartości bezpiecznych dla urządzenia podczas strojenia.
Za pomocą sygnału Tx_request można także podłączyć diodę LED, która będzie sygnalizować aktywność procesu sterowania w przypadkach, gdy użycie wyświetlacza LCD jest niepożądane lub niemożliwe.
Wskazanie
Generalnie urządzenie można użytkować bez elementów indykacji. A do monitorowania jego funkcjonowania można wykorzystać np. miernik SWR wbudowany w transceiver lub inny, zewnętrzny. Oczywiście w przypadku stosowania tunera jako osobnego urządzenia, bardzo wygodne byłoby posiadanie własnego wskaźnika do nadzorowania pracy. To urządzenie pozwala na realizację tego na różne sposoby.
Najprostszą indykacją procesu sterowania może być czerwono-zielona dioda LED ze wspólną anodą podłączona do pinów złącza programowania procesora. Dlatego należy zmienić niektóre wartości w oprogramowaniu, co zostanie omówione poniżej. Wspólny pin anody należy podłączyć do pinu VCC złącza (zasilanie +5 V), zieloną katodę LED przez rezystor ograniczający prąd do pinu CLK złącza, a czerwoną katodę LED przez rezystor ograniczający — do pinu DAT złącza. Dzięki temu dioda LED będzie w stanie generować trzy kolory światła: zielony, pomarańczowy i czerwony, w zależności od SWR w linii.
Zielony kolor wskaże SWR w linii mniejszy niż 1,5, pomarańczowy — mniejszy niż 2,5 i czerwony, gdy SWR jest większy niż 2,5. Dioda LED zgaśnie po rozpoczęciu konfiguracji i zapali się natychmiast po jej zakończeniu.
Znacznie więcej informacji o działaniu urządzenia można uzyskać, podłączając do złącza programowania standardowy dwuwierszowy wyświetlacz LCD 1602. Będzie to również wymagało małej karty rozszerzeń portów I2C do konwersji równoległego kodu sterującego LCD na magistralę szeregową I2C. Są to powszechnie stosowane płytki wykorzystujące układ PCF8574T i posiadające adres dostępu do magistrali 4E. Jest to opcja wyświetlania, z której czerpie autor, a domyślne oprogramowanie jest już skonfigurowane do pracy z takim wskaźnikiem. Niektóre karty rozszerzeń portów korzystają z układów PCF8574 z indeksem „AT” i mają inny adres dostępu do magistrali. Można się nimi także posiłkować, podając odpowiedni adres (zostanie to opisane poniżej).
Styki złącza programowania podczas podłączania wyświetlacza LCD są wykorzystywane zgodnie z ich przeznaczeniem. VCC to zasilanie 5 V, GND to masa, DAT i CLK to odpowiednio linie danych i zegara.
Lewa strona wyświetlacza wskazuje moc przepustową i SWR. Wykorzystywany jest tryb detektora szczytów, który umożliwia dokładny pomiar siły sygnału nadajnika przy zastosowaniu różnych rodzajów modulacji.
Prawa strona wyświetlacza wskazuje wartości indukcyjności i pojemności ustawione przez urządzenie w wyniku ostatniego procesu konfiguracji. Wskazanie pojawia się w pierwszym i drugim wierszu, a odczyty L i C mogą zamieniać się miejscami. Służy to do pokazania punktu podłączenia kondensatorów zgodnie z klasycznym schematem układu LC. Tak więc, jeśli indukcyjność jest na górze w górnej linii, zakłada się, że kondensator tunera jest podłączony za nim, to znaczy do wyjścia. Jeżeli w dolnym wierszu poniżej wartości pojemności wyświetlana jest wartość indukcyjności, wówczas pojemność jest podłączana przed nią, czyli do wejścia.
Na wyświetlaczu mogą także na krótko pojawić się napisy wyjaśniające aktualne tryby pracy urządzenia. Są to: TUNE, RESET, OVERLOAD (gdy dostarczany jest sygnał o mocy większej niż 150 W).
Aby zmniejszyć rozmiary urządzenia, istnieje możliwość podłączenia wyświetlaczy OLED, które do sterowania wykorzystują tę samą magistralę I2C.
Są one monochromatyczne, z kontrolerem SSD1306 i rozdzielczością 128 × 32 pikseli przy przekątnej 0,91 cala, o rozdzielczości 128 × 64 pikseli przy przekątnych 0,96 i 1,3 cala. Wyświetlacze te podłącza się w ten sam sposób, jednak aby działały poprawnie, należy zmienić parametry oprogramowania (zostanie to opisane poniżej).
Informacja 0,91 128*32 wygląda tak samo, jak na zwykłym wyświetlaczu 1602, choć ma niewielkie wymiary. Dane na wyświetlaczach 128*64 prezentują się nieco inaczej, w czterech rzędach i z większymi znakami.
Dodatkowe przyciski
Urządzenie umożliwia także podłączenie dwóch dodatkowych przycisków rozszerzających podstawową funkcjonalność. Są to: Bypass i Auto. Przyciski podpięte są odpowiednio do portów procesora RB1 i RB2. Zaleca się podłączenie do używanych portów kondensatorów, aby uniknąć pojawienia się zakłóceń, które mogłyby zaburzyć pracę procesora.
Naciśnięcie przycisku Bypass tymczasowo wyłącza wszystkie pojemności i indukcyjności oraz skieruje sygnał z wejścia na wyjście. Tryb ten jest sygnalizowany na wyświetlaczu LCD w postaci podkreślenia. Jeżeli tryb Auto został aktywowany, jego działanie zostanie chwilowo zatrzymane na czas trwania trybu Bypass.
Ponowne naciśnięcie przycisku wyłącza ten ostatni, a urządzenie ponownie podłącza pojemności i cewki, w konfiguracji na koniec ostatniego procesu sterowania. Tryb automatyczny zostanie również wznowiony, jeśli był wcześniej aktywowany.
Naciśnięcie przycisku Auto powoduje aktywację automatycznego trybu pracy urządzenia, na co wskazuje kropka na wyświetlaczu. Urządzenie zapamięta, że tryb automatyczny jest włączony i pozostanie w nim nawet po wyłączeniu zasilania, aż do wyłączenia poprzez ponowne naciśnięcie. Tryb automatyczny można także aktywować poprzez zmianę parametrów oprogramowania (zostanie to opisane poniżej).
Tryb automatyczny
Zapewnia on użytkownikowi wyjątkową możliwość korzystania z urządzenia bez konieczności naciskania przycisków lub podłączania jakichkolwiek zewnętrznych elementów sterujących. Całość może być wykonana bez przycisków, bez wyświetlacza, a mimo tego będzie pełniła swoją funkcję dopasowywania rezystancji linii zasilającej antenę.
Stosowany jest następujący algorytm: jeżeli aktualny SWR przekracza 1,3 i zmienił się o (1,3-1) w stosunku do wartości zarejestrowanej po poprzedniej kalibracji, aktywowany jest tryb kalibracji. Zwykle warunek ten można łatwo spełnić przy zmianie zakresu. Spowoduje to natychmiastowe rozpoczęcie procesu strojenia.
W razie potrzeby wartość progu wyzwalania ustawienia można zmienić, modyfikując parametry podczas oprogramowania sprzętowego (zostanie to opisane poniżej).
Specjalne tryby pracy
Urządzenie posiada kilka specjalnych trybów pracy zaprojektowanych w celu ułatwienia procesu montażu, debugowania czy rozwiązywania problemów.
Po włączeniu zasilania i naciśnięciu wszystkich trzech przycisków Tune, Bypass i Auto, włącza się tryb szybkiego testu. W jego ramach urządzenie zasila wszystkie przekaźniki, co pozwala na identyfikację usterek związanych z przełącznikami tranzystorowymi lub wadami lutowniczymi.
Po włączeniu zasilania i naciśnięciu przycisków Bypass i Auto urządzenie przechodzi w tryb testowy. Można w nim ręcznie, krok po kroku, za pomocą przycisków Bypass i Auto zmienić wartość pojemności lub indukcyjności. Długie naciśnięcie przycisku Tune pozwala określić, które elementy zostaną w danym momencie wybrane, a krótkie zmienia miejsce podłączenia kondensatora. W tym trybie możliwy jest pomiar mocy wejściowej i SWR w linii. Cały proces można obserwować na wyświetlaczu.
Możliwe modyfikacje urządzenia
Mikroprocesor i jego oprogramowanie umożliwiają sterowanie szeregiem od 5 do 7 cewek indukcyjnych i od 5 do 7 pojemności, z krokami rosnącymi liniowo lub nieliniowo. Oceny komponentów mogą być dowolne. Ich wartości można określić w parametrach oprogramowania podczas programowania procesora, aby poprawnie wyświetlić te własności na wyświetlaczu.
W przypadku wybrania liczby elementów mniejszej niż maksymalna (7) działają bity niższego rzędu szyny sterującej.
Nieprawidłowa konfiguracja oprogramowania sprzętowego lub błędy w kolejności sterującej elementami mogą prowadzić do niewłaściwego działania podczas konfiguracji bądź do całkowitej awarii.
Możliwość personalizacji
W takim przypadku dokładne wskazanie nominałów może mieć wpływ jedynie na dokładność ich wyświetlania na wyświetlaczu, ale nie na działanie algorytmu ustawiania.
Dane techniczne wersji podstawowej:
* Zakres dopuszczalnych napięć zasilania: 10-15V DC;
* Maksymalny pobór prądu: 400 mA;
* Maksymalna moc przepustowa: 100W;
* Maksymalna możliwa zmierzona moc: 150W;
* Minimalna moc wymagana do rozpoczęcia konfiguracji: 5W*;
* Minimalna możliwa zmierzona moc: 0,1W;
* Krok pomiarowy dla mocy do 10W: 0,1W;
* Krok pomiarowy dla mocy powyżej 10W: 1W;
* Dokładność pomiaru mocy: 10%;
* Maksymalna zainstalowana indukcyjność: 8,53 µH;
* Minimalny krok ustawiania indukcyjności: 0,05 µH;
* Maksymalna zainstalowana pojemność: 1869 pF;
* Minimalny krok ustawiania pojemności: 10 pF.
*W razie potrzeby niektóre parametry można zmienić.
Zmiana ustawień domyślnych
Podczas programowania mikroprocesora, oprócz bezpośredniego zapisu kodu sterującego (programu), proponuje się także zapis niewielkiej liczby komórek pamięci EEPROM wielokrotnego zapisu. Informacje zawarte w tych komórkach mogą zostać zmienione przez użytkownika przed rozpoczęciem programowania. Podczas każdego uruchomienia procesora jego program w pierwszej kolejności odczytuje dane z komórek pamięci długotrwałej, aby później wykorzystać te informacje do pracy. Dzięki temu użytkownik może łatwo zmienić wiele parametrów urządzenia bez konieczności zagłębiania się w nieporównywalnie bardziej złożone procesy tworzenia oprogramowania.
Wszystkie istotne dane użyte w tej wersji oprogramowania zostaną szczegółowo opisane poniżej. Należy pamiętać, że numeracja komórek rozpoczyna się od zera, a jest podana w kodzie szesnastkowym. Operowanie według takich reguł nazywa się: „adresowaniem”. Numer komórki w tym formacie określa się mianem: „adresu”. Na przykład komórka o adresie 10, nie jest dziesiątą z rzędu. Będzie szesnastą. Poniżej zostaną wskazane jedynie adresy komórek, gdyż to właśnie adresowanie wykorzystywane jest w programie do programowania procesora.
Dane w samych komórkach reprezentują również wartości w kodzie szesnastkowym. Jednak robi się to dla wygody użytkowników. Nie będzie więc potrzeby konwertowania znanych nam wartości na format szesnastkowy. Aby więc zarejestrować, np. wartość mocy 15 W, wystarczy dodać w komórce liczbę 15, a aby ustawić SWR 1,7 trzeba wpisać 17.
Dla wygody oprogramowanie sprzętowe można odczytać z mikroprocesora, zmienić komórki pamięci i zapisać ponownie. Aby przywrócić wszystkie wartości do domyślnych, należy jeszcze raz wgrać oryginalne oprogramowanie.
00 — komórka służąca do ustawienia adresu podłączonego wyświetlacza. Karta rozszerzeń portu dla wyświetlacza 1602, wykonana na PCF8574AT, ma adres 7E, na chipie z indeksem „T” — 4E. Wyświetlacze OLED mają zwykle adres 78 lub 7A. Do komórki można wpisać dowolny w celu normalnej pracy z podłączonym urządzeniem I2C.
Wartość domyślna to 4E, co odpowiada wyświetlaczowi LCD 1602 z kartą rozszerzeń PCF8574T.
01 — typ podpiętego wyświetlacza. Wartość 00 odpowiada podłączonej dwukolorowej diodzie LED, 01 — 1602 LCD z kartą rozszerzeń portu, 02 — wyświetlacz OLED 128*32, 03 — wyświetlacz OLED 128*32, obraz odwrócony, 04 — wyświetlacz OLED 128*64, 05 — wyświetlacz OLED 128*64, odwrócony obraz.
Uwaga! Urządzenie nie obsługuje wyświetlaczy innych niż opisane powyżej.
02 — aktywacja trybu automatycznego. Urządzenie będzie używane bez dodatkowych przycisków, można włączyć tryb automatyczny, wpisując wartość 01. Domyślna to 00. W przypadku aktywacji trybu przyciskiem procesor sam zapisze do tej komórki wartość 01, zapamiętując w ten sposób wybór użytkownika.
03 — ustawienia czasu oczekiwania po wydaniu sygnału załączenia lub zwolnienia przekaźnika. Zalicza się do niego także ten potrzebny do ustalenia napięcia na wyjściu detektora RF po ustawieniu przekaźników w określonych pozycjach. Jest definiowany w milisekundach, wartość domyślna to 15. Zbyt krótki może spowodować błędne strojenie.
04 — próg załączenia uzbrajania w trybie automatycznym. Jest zapisany w formacie: pierwsza liczba to jednostki SWR, druga to dziesiątki. Wartość domyślna to 13. Oznacza to, że po włączeniu trybu automatycznego ustawienie zostanie uruchomione, gdy SWR będzie powyżej 1,3 i gdy zmieni się na (1,3-1).
05 — minimalna moc wymagana do rozpoczęcia strojenia. Format: pierwsza liczba to dziesiątki watów, druga to jednostki watów. Wartość domyślna to 05. Oznacza to, że strojenie odbywa się tylko przy mocy wejściowej co najmniej 5 W. Ustawienie zbyt małej wartości może skutkować niewystarczającą precyzją strojenia.
W trybie pomiaru dużej mocy (aktywowana komórka 30), określa się ją w dziesiątkach watów. Oznacza to, że zestaw 05 odpowiada 50 watom, 12 — 120 watom.
06 — maksymalna moc dla bezpiecznych ustawień. Jeśli moc wejściowa przekroczy tę wartość, nie zostanie dokonana żadna regulacja, a urządzenie będzie czekać na poziom mieszczący się w granicach ustawionych przez użytkownika. Jest zapisywane w tym samym formacie. Jeśli wartość wynosi 00, kontrola mocy maksymalnej nie jest wykonywana. Domyślna to 00.
W trybie pomiaru dużej mocy (aktywna komórka 30) wartość komórki określa dziesiątki watów. Oznacza to, że zestaw 10 odpowiada 100 watom, 25 — 250 watom.
07 — przesunięcie pionowej linii w dół dla wyświetlaczy OLED.
Może być konieczne w przypadku niektórych wyświetlaczy. Wartość domyślna to 01.
08 — przesunięcie poziomej linii w lewo dla wyświetlaczy OLED.
Może być konieczne w przypadku niektórych wyświetlaczy. Wartość domyślna to 02.
09 — ustawienia wartości maksymalnego początkowego SWR, przy którym następuje strojenie. Są one podawane w formacie: pierwsza liczba to jednostki SWR, druga to dziesiątki. Jeśli wartość wynosi 0, kontrola nie jest przeprowadzana i ustawienie zawsze działa. Domyślna to 0.
0A — liczba zainstalowanych indukcyjności, może przyjmować wartości 05, 06 lub 07. Domyślna to 07.
0B — jeżeli szereg indukcyjności ma stopień liniowy, w komórce należy wpisać 01. Wartość domyślna to 00.
0С — liczba zainstalowanych kondensatorów, może przyjmować wartości 05, 06 lub 07. Domyślna to 07.
0D — jeżeli rząd pojemników ma krok liniowy, do komórki należy wpisać 01. Wartość domyślna to 00.
0E — umożliwia korekcję programową nieliniowości diod detektora RF. Należy wyłączyć, jeśli obwód ma korekcję sprzętową. Wartość domyślna to 01 (włączona).
0F — odwrotna kontrola przełączania indukcyjności. Należy włączyć w przypadku stosowania przekaźników ze stykami normalnie otwartymi do przełączania indukcyjności. Wartość domyślna to 00 (wyłączona).
Od adresu 10 znajdują się komórki służące do ustawiania wartości zainstalowanych indukcyjności. Stosowane są dwie komórki na wartość, zaczynając od najmniejszej indukcyjności. Nominały zapisywane są w nanohenrach, bez przekodowywania. Na przykład 4 µH to 4000 nanohenrów. W komórkach zapisujemy 40 00. 110 nanohenrów — piszemy 01 10.
W sumie używanych jest 14 komórek w rzędzie, po dwie dla każdej wartości.
Od adresu 20 rejestrowane są te zainstalowanych kondensatorów. Wszystkie wartości podano w pikofaradach. Na przykład 82 pikofarady zapisuje się jako 00 82. 1,2 nanofaradów jako 12 00. Używa się 14 komórek w rzędzie, po dwie dla każdej wartości.
30 — ustawienia możliwości pomiaru mocy do 9999 W. Do prawidłowego działania należy zastosować mostek pomiarowy odpowiedniej mocy. Aktywacja wartością 01. Domyślnie wyłączona, wartość 00.
31 — stosunek zwojów mostka pomiarowego, od którego zależy górna granica mierzonej mocy. Wartość domyślna to 10, co odpowiada maksymalnej zmierzonej mocy około 150W. Aby dokonać pomiaru do 1500W, użyj trybu wyświetlania dużej mocy i mostka pomiarowego w stosunku od 1 do 32.
Jeśli moc nie przekracza 40 watów, sensowne jest zastosowanie mostka pomiarowego o przełożeniu 1:5. Pozwoli to lepiej pracować przy minimalnej mocy 1-5 watów.
Dla innych wartości mocy trzeba tak obliczyć przekładnię zwojów, aby napięcie na wejściach pomiarowych mikroprocesora przy maksymalnej mocy nie przekroczyło 4,096 V dla procesora PIC16F1938 i 5,0 V dla PIC18F2520.
32 — czas włączenia lub podświetlenia wyświetlacza, w sekundach. Podświetlenie włącza się po naciśnięciu dowolnego przycisku lub po podłączeniu zasilania do wejścia urządzenia. Domyślnie wyłączone, wartość 00.
33 — tryb pracy sygnalizacji dodatkowej, wartość 00 — aby wyświetlić tylko zainstalowaną indukcyjność i pojemność, 01 — wyświetla moc dostarczoną do anteny oraz sprawność zasilacza i nadajnika przy wystarczającej mocy wejściowej. Domyślnie włączone jest dodatkowe wskazanie, wartość w komórce 01.
Informacje teoretyczne na temat obliczania wydajności można znaleźć tutaj:
http://dl2kq.de/ant/kniga/326.htm
Uwaga!!! Urządzenie nie uwzględnia w obliczeniach własnej wydajności.
34 — współczynnik strat mocy w kablu, pierwsza liczba to jednostki decybeli, druga to dziesiąte części decybeli. Wartość domyślna to 1,2 (wpis w komórce 12). Służy ona do obliczenia mocy dostarczanej do anteny. Wartość strat można znaleźć w danych referencyjnych użytego kabla lub samodzielnie zmierzyć.
Jeżeli nie ma konieczności uwzględnienia strat w kablu, należy w komórce wpisać wartość 00, wówczas obliczenia będą dotyczyły jedynie tych niedopasowanych.
Najnowsze wersje oprogramowania, pliki do wykonania lub zamówienia PCB, schematy i dokumentację można znaleźć tutaj:
https://github.com/Dfinitski/N7DDC-ATU-100-mini-and-extended-boards
Schemat w edytorze online:
https://easyeda.com/rolin791/atu-100-7x7
Informacje opublikowane w tym tłumaczeniu są aktualne tylko w przypadku wersji oprogramowania 3.0. Jeśli nie ma możliwości sprawdzenia jej, polecamy wgrać 3.0 za pomocą programatora i upewnić się, że szczegóły zawarte w opisie odpowiadają właściwościom urządzenia.
Nie ma żadnych ograniczeń ani zakazów dotyczących wykorzystania tego materiału w dowolnym celu, a także wszystkich powiązanych, których autorem jest N7DDC.
© David Fainitski, N7DDC, 2019.
Źródło: http://www.sdr-deluxe.com/_fr/0/ATU-100_Extende.pdf
Całość może zawierać zestaw od 5 do 7 cewek i od 5 do 7 kondensatorów, co pozwala na skuteczne działanie w szerokim paśmie częstotliwości radioamatorskich HF od 1,8 MHz do 50 MHz. Umożliwiają to liczne ustawienia algorytmów dostępnych dla użytkownika, dając szansę wykorzystania mikroprocesora i obwodu sterującego w innych projektach automatycznego tunera.
Podstawowy model, opracowany przez autora, zawiera zestaw 7 przełączanych cewek o nierównomiernym skoku, od 0,05 µH do 4,5 µH, 7 kondensatorów w nierównych krokach, od 10 pF do 1 nF. Parametry domyślne gwarantują niezawodną pracę urządzenia w wersji podstawowej i są głównymi właściwościami do testowania przy tworzeniu oprogramowania przez autora. Ich modyfikacja przez użytkownika może skutkować innym zachowaniem urządzenia, a nawet sprawić, że nie będzie działać. Zalecane jest więc wcześniejsze dokładne zapoznanie się z opisem zmiany.
Korzystanie z wersji podstawowej
Autor sugeruje, że urządzenie może zostać wykorzystane w dwóch scenariuszach: jako dodatkowy moduł wbudowany do transceivera lub wzmacniacza bądź niezależnie w osobnej obudowie, z indykacją lub bez. W każdym razie nic nie wymaga przeróbki. Do złącza sterującego można podłączyć zarówno przycisk umożliwiający ręczne rozpoczęcie strojenia, jak i wyjście sygnału sterującego z procesora sterującego transceivera lub wzmacniacza.
Podanie napięcia na linię sterującą na czas krótszy niż 250 ms, czy z przycisku, czy od sygnału sterującego, spowoduje zresetowanie elementów tunera do ich pierwotnego stanu, gdy wszystkie indukcyjności i pojemności zostaną wyłączone. Dłuższe przytrzymanie sygnału sterującego lub odpowiedniego przycisku poskutkuje rozpoczęciem procesu strojenia. Wynik każdej konfiguracji zapisywany jest w pamięci urządzenia i zostaje przywrócony po wyłączeniu i włączeniu zasilania.
Dodatkowe sygnały dla lepszej integracji z istniejącym sprzętem można pobrać ze złączy mikroprocesorowych RA7 i RA6. Jest to sygnał Tx_request (żądanie nośnej dotyczące konfiguracji) w formie bezpośredniej i odwrotnej. Sygnał ten wydawany jest przez procesor urządzenia na czas niezbędny do konfiguracji, podczas którego nadajnik musi wytworzyć ciągłą nośną o odpowiedniej mocy. Można to wykorzystać do zautomatyzowania procesu strojenia, dzięki czemu użytkownikowi zostaje tylko kliknąć przycisk konfiguracji. Nie jest to konieczne, ponieważ urządzenie pozwala na dostrojenie dowolnego sygnału wejściowego o wystarczającej mocy, dowolnego rodzaju modulacji, komunikatów telegraficznych, a nawet szumu. Strojenie zostanie zatrzymane, gdy moc sygnału wejściowego będzie niewystarczająca i wznowione, gdy stanie się dostateczna. Oznacza to, że sterowanie odbywa się bezpośrednio podczas normalnej pracy sprzętu.
Jednak dla niezawodnego działania, autor poleca wykorzystanie tego sygnału do zmniejszenia mocy sygnału nadajnika do wartości bezpiecznych dla urządzenia podczas strojenia.
Za pomocą sygnału Tx_request można także podłączyć diodę LED, która będzie sygnalizować aktywność procesu sterowania w przypadkach, gdy użycie wyświetlacza LCD jest niepożądane lub niemożliwe.
Wskazanie
Generalnie urządzenie można użytkować bez elementów indykacji. A do monitorowania jego funkcjonowania można wykorzystać np. miernik SWR wbudowany w transceiver lub inny, zewnętrzny. Oczywiście w przypadku stosowania tunera jako osobnego urządzenia, bardzo wygodne byłoby posiadanie własnego wskaźnika do nadzorowania pracy. To urządzenie pozwala na realizację tego na różne sposoby.
Najprostszą indykacją procesu sterowania może być czerwono-zielona dioda LED ze wspólną anodą podłączona do pinów złącza programowania procesora. Dlatego należy zmienić niektóre wartości w oprogramowaniu, co zostanie omówione poniżej. Wspólny pin anody należy podłączyć do pinu VCC złącza (zasilanie +5 V), zieloną katodę LED przez rezystor ograniczający prąd do pinu CLK złącza, a czerwoną katodę LED przez rezystor ograniczający — do pinu DAT złącza. Dzięki temu dioda LED będzie w stanie generować trzy kolory światła: zielony, pomarańczowy i czerwony, w zależności od SWR w linii.
Zielony kolor wskaże SWR w linii mniejszy niż 1,5, pomarańczowy — mniejszy niż 2,5 i czerwony, gdy SWR jest większy niż 2,5. Dioda LED zgaśnie po rozpoczęciu konfiguracji i zapali się natychmiast po jej zakończeniu.
Znacznie więcej informacji o działaniu urządzenia można uzyskać, podłączając do złącza programowania standardowy dwuwierszowy wyświetlacz LCD 1602. Będzie to również wymagało małej karty rozszerzeń portów I2C do konwersji równoległego kodu sterującego LCD na magistralę szeregową I2C. Są to powszechnie stosowane płytki wykorzystujące układ PCF8574T i posiadające adres dostępu do magistrali 4E. Jest to opcja wyświetlania, z której czerpie autor, a domyślne oprogramowanie jest już skonfigurowane do pracy z takim wskaźnikiem. Niektóre karty rozszerzeń portów korzystają z układów PCF8574 z indeksem „AT” i mają inny adres dostępu do magistrali. Można się nimi także posiłkować, podając odpowiedni adres (zostanie to opisane poniżej).
Styki złącza programowania podczas podłączania wyświetlacza LCD są wykorzystywane zgodnie z ich przeznaczeniem. VCC to zasilanie 5 V, GND to masa, DAT i CLK to odpowiednio linie danych i zegara.
Lewa strona wyświetlacza wskazuje moc przepustową i SWR. Wykorzystywany jest tryb detektora szczytów, który umożliwia dokładny pomiar siły sygnału nadajnika przy zastosowaniu różnych rodzajów modulacji.
Prawa strona wyświetlacza wskazuje wartości indukcyjności i pojemności ustawione przez urządzenie w wyniku ostatniego procesu konfiguracji. Wskazanie pojawia się w pierwszym i drugim wierszu, a odczyty L i C mogą zamieniać się miejscami. Służy to do pokazania punktu podłączenia kondensatorów zgodnie z klasycznym schematem układu LC. Tak więc, jeśli indukcyjność jest na górze w górnej linii, zakłada się, że kondensator tunera jest podłączony za nim, to znaczy do wyjścia. Jeżeli w dolnym wierszu poniżej wartości pojemności wyświetlana jest wartość indukcyjności, wówczas pojemność jest podłączana przed nią, czyli do wejścia.
Na wyświetlaczu mogą także na krótko pojawić się napisy wyjaśniające aktualne tryby pracy urządzenia. Są to: TUNE, RESET, OVERLOAD (gdy dostarczany jest sygnał o mocy większej niż 150 W).
Aby zmniejszyć rozmiary urządzenia, istnieje możliwość podłączenia wyświetlaczy OLED, które do sterowania wykorzystują tę samą magistralę I2C.
Są one monochromatyczne, z kontrolerem SSD1306 i rozdzielczością 128 × 32 pikseli przy przekątnej 0,91 cala, o rozdzielczości 128 × 64 pikseli przy przekątnych 0,96 i 1,3 cala. Wyświetlacze te podłącza się w ten sam sposób, jednak aby działały poprawnie, należy zmienić parametry oprogramowania (zostanie to opisane poniżej).
Informacja 0,91 128*32 wygląda tak samo, jak na zwykłym wyświetlaczu 1602, choć ma niewielkie wymiary. Dane na wyświetlaczach 128*64 prezentują się nieco inaczej, w czterech rzędach i z większymi znakami.
Dodatkowe przyciski
Urządzenie umożliwia także podłączenie dwóch dodatkowych przycisków rozszerzających podstawową funkcjonalność. Są to: Bypass i Auto. Przyciski podpięte są odpowiednio do portów procesora RB1 i RB2. Zaleca się podłączenie do używanych portów kondensatorów, aby uniknąć pojawienia się zakłóceń, które mogłyby zaburzyć pracę procesora.
Naciśnięcie przycisku Bypass tymczasowo wyłącza wszystkie pojemności i indukcyjności oraz skieruje sygnał z wejścia na wyjście. Tryb ten jest sygnalizowany na wyświetlaczu LCD w postaci podkreślenia. Jeżeli tryb Auto został aktywowany, jego działanie zostanie chwilowo zatrzymane na czas trwania trybu Bypass.
Ponowne naciśnięcie przycisku wyłącza ten ostatni, a urządzenie ponownie podłącza pojemności i cewki, w konfiguracji na koniec ostatniego procesu sterowania. Tryb automatyczny zostanie również wznowiony, jeśli był wcześniej aktywowany.
Naciśnięcie przycisku Auto powoduje aktywację automatycznego trybu pracy urządzenia, na co wskazuje kropka na wyświetlaczu. Urządzenie zapamięta, że tryb automatyczny jest włączony i pozostanie w nim nawet po wyłączeniu zasilania, aż do wyłączenia poprzez ponowne naciśnięcie. Tryb automatyczny można także aktywować poprzez zmianę parametrów oprogramowania (zostanie to opisane poniżej).
Tryb automatyczny
Zapewnia on użytkownikowi wyjątkową możliwość korzystania z urządzenia bez konieczności naciskania przycisków lub podłączania jakichkolwiek zewnętrznych elementów sterujących. Całość może być wykonana bez przycisków, bez wyświetlacza, a mimo tego będzie pełniła swoją funkcję dopasowywania rezystancji linii zasilającej antenę.
Stosowany jest następujący algorytm: jeżeli aktualny SWR przekracza 1,3 i zmienił się o (1,3-1) w stosunku do wartości zarejestrowanej po poprzedniej kalibracji, aktywowany jest tryb kalibracji. Zwykle warunek ten można łatwo spełnić przy zmianie zakresu. Spowoduje to natychmiastowe rozpoczęcie procesu strojenia.
W razie potrzeby wartość progu wyzwalania ustawienia można zmienić, modyfikując parametry podczas oprogramowania sprzętowego (zostanie to opisane poniżej).
Specjalne tryby pracy
Urządzenie posiada kilka specjalnych trybów pracy zaprojektowanych w celu ułatwienia procesu montażu, debugowania czy rozwiązywania problemów.
Po włączeniu zasilania i naciśnięciu wszystkich trzech przycisków Tune, Bypass i Auto, włącza się tryb szybkiego testu. W jego ramach urządzenie zasila wszystkie przekaźniki, co pozwala na identyfikację usterek związanych z przełącznikami tranzystorowymi lub wadami lutowniczymi.
Po włączeniu zasilania i naciśnięciu przycisków Bypass i Auto urządzenie przechodzi w tryb testowy. Można w nim ręcznie, krok po kroku, za pomocą przycisków Bypass i Auto zmienić wartość pojemności lub indukcyjności. Długie naciśnięcie przycisku Tune pozwala określić, które elementy zostaną w danym momencie wybrane, a krótkie zmienia miejsce podłączenia kondensatora. W tym trybie możliwy jest pomiar mocy wejściowej i SWR w linii. Cały proces można obserwować na wyświetlaczu.
Możliwe modyfikacje urządzenia
Mikroprocesor i jego oprogramowanie umożliwiają sterowanie szeregiem od 5 do 7 cewek indukcyjnych i od 5 do 7 pojemności, z krokami rosnącymi liniowo lub nieliniowo. Oceny komponentów mogą być dowolne. Ich wartości można określić w parametrach oprogramowania podczas programowania procesora, aby poprawnie wyświetlić te własności na wyświetlaczu.
W przypadku wybrania liczby elementów mniejszej niż maksymalna (7) działają bity niższego rzędu szyny sterującej.
Nieprawidłowa konfiguracja oprogramowania sprzętowego lub błędy w kolejności sterującej elementami mogą prowadzić do niewłaściwego działania podczas konfiguracji bądź do całkowitej awarii.
Możliwość personalizacji
W takim przypadku dokładne wskazanie nominałów może mieć wpływ jedynie na dokładność ich wyświetlania na wyświetlaczu, ale nie na działanie algorytmu ustawiania.
Dane techniczne wersji podstawowej:
* Zakres dopuszczalnych napięć zasilania: 10-15V DC;
* Maksymalny pobór prądu: 400 mA;
* Maksymalna moc przepustowa: 100W;
* Maksymalna możliwa zmierzona moc: 150W;
* Minimalna moc wymagana do rozpoczęcia konfiguracji: 5W*;
* Minimalna możliwa zmierzona moc: 0,1W;
* Krok pomiarowy dla mocy do 10W: 0,1W;
* Krok pomiarowy dla mocy powyżej 10W: 1W;
* Dokładność pomiaru mocy: 10%;
* Maksymalna zainstalowana indukcyjność: 8,53 µH;
* Minimalny krok ustawiania indukcyjności: 0,05 µH;
* Maksymalna zainstalowana pojemność: 1869 pF;
* Minimalny krok ustawiania pojemności: 10 pF.
*W razie potrzeby niektóre parametry można zmienić.
Zmiana ustawień domyślnych
Podczas programowania mikroprocesora, oprócz bezpośredniego zapisu kodu sterującego (programu), proponuje się także zapis niewielkiej liczby komórek pamięci EEPROM wielokrotnego zapisu. Informacje zawarte w tych komórkach mogą zostać zmienione przez użytkownika przed rozpoczęciem programowania. Podczas każdego uruchomienia procesora jego program w pierwszej kolejności odczytuje dane z komórek pamięci długotrwałej, aby później wykorzystać te informacje do pracy. Dzięki temu użytkownik może łatwo zmienić wiele parametrów urządzenia bez konieczności zagłębiania się w nieporównywalnie bardziej złożone procesy tworzenia oprogramowania.
Wszystkie istotne dane użyte w tej wersji oprogramowania zostaną szczegółowo opisane poniżej. Należy pamiętać, że numeracja komórek rozpoczyna się od zera, a jest podana w kodzie szesnastkowym. Operowanie według takich reguł nazywa się: „adresowaniem”. Numer komórki w tym formacie określa się mianem: „adresu”. Na przykład komórka o adresie 10, nie jest dziesiątą z rzędu. Będzie szesnastą. Poniżej zostaną wskazane jedynie adresy komórek, gdyż to właśnie adresowanie wykorzystywane jest w programie do programowania procesora.
Dane w samych komórkach reprezentują również wartości w kodzie szesnastkowym. Jednak robi się to dla wygody użytkowników. Nie będzie więc potrzeby konwertowania znanych nam wartości na format szesnastkowy. Aby więc zarejestrować, np. wartość mocy 15 W, wystarczy dodać w komórce liczbę 15, a aby ustawić SWR 1,7 trzeba wpisać 17.
Dla wygody oprogramowanie sprzętowe można odczytać z mikroprocesora, zmienić komórki pamięci i zapisać ponownie. Aby przywrócić wszystkie wartości do domyślnych, należy jeszcze raz wgrać oryginalne oprogramowanie.
00 — komórka służąca do ustawienia adresu podłączonego wyświetlacza. Karta rozszerzeń portu dla wyświetlacza 1602, wykonana na PCF8574AT, ma adres 7E, na chipie z indeksem „T” — 4E. Wyświetlacze OLED mają zwykle adres 78 lub 7A. Do komórki można wpisać dowolny w celu normalnej pracy z podłączonym urządzeniem I2C.
Wartość domyślna to 4E, co odpowiada wyświetlaczowi LCD 1602 z kartą rozszerzeń PCF8574T.
01 — typ podpiętego wyświetlacza. Wartość 00 odpowiada podłączonej dwukolorowej diodzie LED, 01 — 1602 LCD z kartą rozszerzeń portu, 02 — wyświetlacz OLED 128*32, 03 — wyświetlacz OLED 128*32, obraz odwrócony, 04 — wyświetlacz OLED 128*64, 05 — wyświetlacz OLED 128*64, odwrócony obraz.
Uwaga! Urządzenie nie obsługuje wyświetlaczy innych niż opisane powyżej.
02 — aktywacja trybu automatycznego. Urządzenie będzie używane bez dodatkowych przycisków, można włączyć tryb automatyczny, wpisując wartość 01. Domyślna to 00. W przypadku aktywacji trybu przyciskiem procesor sam zapisze do tej komórki wartość 01, zapamiętując w ten sposób wybór użytkownika.
03 — ustawienia czasu oczekiwania po wydaniu sygnału załączenia lub zwolnienia przekaźnika. Zalicza się do niego także ten potrzebny do ustalenia napięcia na wyjściu detektora RF po ustawieniu przekaźników w określonych pozycjach. Jest definiowany w milisekundach, wartość domyślna to 15. Zbyt krótki może spowodować błędne strojenie.
04 — próg załączenia uzbrajania w trybie automatycznym. Jest zapisany w formacie: pierwsza liczba to jednostki SWR, druga to dziesiątki. Wartość domyślna to 13. Oznacza to, że po włączeniu trybu automatycznego ustawienie zostanie uruchomione, gdy SWR będzie powyżej 1,3 i gdy zmieni się na (1,3-1).
05 — minimalna moc wymagana do rozpoczęcia strojenia. Format: pierwsza liczba to dziesiątki watów, druga to jednostki watów. Wartość domyślna to 05. Oznacza to, że strojenie odbywa się tylko przy mocy wejściowej co najmniej 5 W. Ustawienie zbyt małej wartości może skutkować niewystarczającą precyzją strojenia.
W trybie pomiaru dużej mocy (aktywowana komórka 30), określa się ją w dziesiątkach watów. Oznacza to, że zestaw 05 odpowiada 50 watom, 12 — 120 watom.
06 — maksymalna moc dla bezpiecznych ustawień. Jeśli moc wejściowa przekroczy tę wartość, nie zostanie dokonana żadna regulacja, a urządzenie będzie czekać na poziom mieszczący się w granicach ustawionych przez użytkownika. Jest zapisywane w tym samym formacie. Jeśli wartość wynosi 00, kontrola mocy maksymalnej nie jest wykonywana. Domyślna to 00.
W trybie pomiaru dużej mocy (aktywna komórka 30) wartość komórki określa dziesiątki watów. Oznacza to, że zestaw 10 odpowiada 100 watom, 25 — 250 watom.
07 — przesunięcie pionowej linii w dół dla wyświetlaczy OLED.
Może być konieczne w przypadku niektórych wyświetlaczy. Wartość domyślna to 01.
08 — przesunięcie poziomej linii w lewo dla wyświetlaczy OLED.
Może być konieczne w przypadku niektórych wyświetlaczy. Wartość domyślna to 02.
09 — ustawienia wartości maksymalnego początkowego SWR, przy którym następuje strojenie. Są one podawane w formacie: pierwsza liczba to jednostki SWR, druga to dziesiątki. Jeśli wartość wynosi 0, kontrola nie jest przeprowadzana i ustawienie zawsze działa. Domyślna to 0.
0A — liczba zainstalowanych indukcyjności, może przyjmować wartości 05, 06 lub 07. Domyślna to 07.
0B — jeżeli szereg indukcyjności ma stopień liniowy, w komórce należy wpisać 01. Wartość domyślna to 00.
0С — liczba zainstalowanych kondensatorów, może przyjmować wartości 05, 06 lub 07. Domyślna to 07.
0D — jeżeli rząd pojemników ma krok liniowy, do komórki należy wpisać 01. Wartość domyślna to 00.
0E — umożliwia korekcję programową nieliniowości diod detektora RF. Należy wyłączyć, jeśli obwód ma korekcję sprzętową. Wartość domyślna to 01 (włączona).
0F — odwrotna kontrola przełączania indukcyjności. Należy włączyć w przypadku stosowania przekaźników ze stykami normalnie otwartymi do przełączania indukcyjności. Wartość domyślna to 00 (wyłączona).
Od adresu 10 znajdują się komórki służące do ustawiania wartości zainstalowanych indukcyjności. Stosowane są dwie komórki na wartość, zaczynając od najmniejszej indukcyjności. Nominały zapisywane są w nanohenrach, bez przekodowywania. Na przykład 4 µH to 4000 nanohenrów. W komórkach zapisujemy 40 00. 110 nanohenrów — piszemy 01 10.
W sumie używanych jest 14 komórek w rzędzie, po dwie dla każdej wartości.
Od adresu 20 rejestrowane są te zainstalowanych kondensatorów. Wszystkie wartości podano w pikofaradach. Na przykład 82 pikofarady zapisuje się jako 00 82. 1,2 nanofaradów jako 12 00. Używa się 14 komórek w rzędzie, po dwie dla każdej wartości.
30 — ustawienia możliwości pomiaru mocy do 9999 W. Do prawidłowego działania należy zastosować mostek pomiarowy odpowiedniej mocy. Aktywacja wartością 01. Domyślnie wyłączona, wartość 00.
31 — stosunek zwojów mostka pomiarowego, od którego zależy górna granica mierzonej mocy. Wartość domyślna to 10, co odpowiada maksymalnej zmierzonej mocy około 150W. Aby dokonać pomiaru do 1500W, użyj trybu wyświetlania dużej mocy i mostka pomiarowego w stosunku od 1 do 32.
Jeśli moc nie przekracza 40 watów, sensowne jest zastosowanie mostka pomiarowego o przełożeniu 1:5. Pozwoli to lepiej pracować przy minimalnej mocy 1-5 watów.
Dla innych wartości mocy trzeba tak obliczyć przekładnię zwojów, aby napięcie na wejściach pomiarowych mikroprocesora przy maksymalnej mocy nie przekroczyło 4,096 V dla procesora PIC16F1938 i 5,0 V dla PIC18F2520.
32 — czas włączenia lub podświetlenia wyświetlacza, w sekundach. Podświetlenie włącza się po naciśnięciu dowolnego przycisku lub po podłączeniu zasilania do wejścia urządzenia. Domyślnie wyłączone, wartość 00.
33 — tryb pracy sygnalizacji dodatkowej, wartość 00 — aby wyświetlić tylko zainstalowaną indukcyjność i pojemność, 01 — wyświetla moc dostarczoną do anteny oraz sprawność zasilacza i nadajnika przy wystarczającej mocy wejściowej. Domyślnie włączone jest dodatkowe wskazanie, wartość w komórce 01.
Informacje teoretyczne na temat obliczania wydajności można znaleźć tutaj:
http://dl2kq.de/ant/kniga/326.htm
Uwaga!!! Urządzenie nie uwzględnia w obliczeniach własnej wydajności.
34 — współczynnik strat mocy w kablu, pierwsza liczba to jednostki decybeli, druga to dziesiąte części decybeli. Wartość domyślna to 1,2 (wpis w komórce 12). Służy ona do obliczenia mocy dostarczanej do anteny. Wartość strat można znaleźć w danych referencyjnych użytego kabla lub samodzielnie zmierzyć.
Jeżeli nie ma konieczności uwzględnienia strat w kablu, należy w komórce wpisać wartość 00, wówczas obliczenia będą dotyczyły jedynie tych niedopasowanych.
Najnowsze wersje oprogramowania, pliki do wykonania lub zamówienia PCB, schematy i dokumentację można znaleźć tutaj:
https://github.com/Dfinitski/N7DDC-ATU-100-mini-and-extended-boards
Schemat w edytorze online:
https://easyeda.com/rolin791/atu-100-7x7
Informacje opublikowane w tym tłumaczeniu są aktualne tylko w przypadku wersji oprogramowania 3.0. Jeśli nie ma możliwości sprawdzenia jej, polecamy wgrać 3.0 za pomocą programatora i upewnić się, że szczegóły zawarte w opisie odpowiadają właściwościom urządzenia.
Nie ma żadnych ograniczeń ani zakazów dotyczących wykorzystania tego materiału w dowolnym celu, a także wszystkich powiązanych, których autorem jest N7DDC.
© David Fainitski, N7DDC, 2019.
Źródło: http://www.sdr-deluxe.com/_fr/0/ATU-100_Extende.pdf
Fajne? Ranking DIY
