Antennin Etaeohjaus

Radioaseman etänäyttö- ja ohjaus

Pekka Ritamäki OH3GDO

Et%C3%A4ohjaus2.JPG

Etäohjauksen ongelmat

Amatööriasemien etäohjaus on nykyään laillista. Koska se on uutta, kaikilla ei ole vielä omakohtaisia kokemuksia asiasta. Asiaan liittyy pieniä yksityiskohtia, jotka vaativat selvitystä.
Radioaseman käyttö vaatii
• radion ja teholähteiden käynnistämisen
• puheen etäsiirto molempiin suuntiin
• PTT-kytkimen etäkäyttö
• radion taajuusohjaus
• radion liittäminen tietokoneeseen
• antennien etävaihto
• antenniroottorin asennon etänäyttö
• antennin etäkääntö

Kaikkia näitä ei tarvita kaikissa laitteistoissa. Kerron lähinnä aseman etäkäynnistyksestä ja antenniasennon etänäytöstä ja –ohjauksesta.

Etäohjaus Internetin välityksellä

Muutamaa vuotta sitten ei voitu kuvitella, että kesämökillä olisi kiinteä Internetyhteys. Modeemipohjaiset järjestelmät olivat liian hitaita puheen siirtoon. GSM-yhteydellä oli mahdollisuus lukea sähköpostia, mutta niiden käyttö monipuolisesti ja automaattisesti puheen siirtoon oli hankalaa tai suorastaan mahdotonta.
ADLS-yhteydet ja USB-verkkolaitteet eli mokkulat ovat antaneet uusia mahdollisuuksia myös amatööreille radion etäohjaukseen.
Tässä esitetään vain yksi menetelmä etäohjauksista. Tosiasiassa jokainen asema on erilainen. Onneksi niin, tämä alue on vielä sopivaa amatööritoimintaa. Eräs suomalainen radioamatööri Ville, OH1JD, on töissä Vietnamissa ja Kiinassa. Hän käyttää Suomessa Mynämäessä olevaa asemaansa paikallisyhteyksiin eli oikeastaan etäyhteyksiin. Villeä voi kuulla 3699 Hz:llä.

Et%C3%A4ohjaus3.JPG

Radion käynnistäminen GSM-laitteen avulla

Radiolaitteiden pitäminen päällä autiossa mökissä yötä päivää kuluttaa energiaa ja aina on pieni vaara sähkölaitepalosta. Laitteiden käynnistys voidaan tehdä kätevästi GSM-releen avulla.
Tällainen laite koostuu vanhasta, mutta edelleen käyttökelpoisesta GSM -puhelimesta ja mikroprosessoriperustaisesta ohjaimesta. Se puolestaan ohjaa 4-6 relettä, joilla käynnistetään radiot ja tietokoneet. Samoin antennin valinta voidaan tehdä tällä laitteella. GSM-puhelin ja ohjain vie lepotilassa 10 mA 12 V virtaa. Tämä on niin vähän, että pienetkin akut riittävät. Käytännössä kannattaa pitää puhelimen laturi ja GSM-releen teholähde verkkovirrassa. Jos lataus loppuu akusta kesken talven, asema on kuollut.

Teho-ohjaukset

Amatööriasemalla on monta laitetta, jotka pitää kytkeä päälle etäohjauksella. Käyttämällä alkuperäisiä releitä päästään 10 A kytkentätehoon. Parempi on kuitenkin käyttää master/slave pistorasiaa. Näissä laitteissa on yksi master- kuorma, joka ohjaa kaikkia muita sisäisen kytkennän avulla. Tietysti, jos käytetään lineaarista pääteastetta pitää käyttää ulkoista kontaktoria kuorman mukaan.

GSM-releessä kymmenkunta erilaista toimintaa, mm. lämpötilan mittaus ja salasanatoiminnat. Kaikki kuusi relettä toimivat itsenäisesti. Yksinkertaisemmat tehtävät ovat on/ei kytkennät releille ja ajastetut toiminnat.
Kaikkia toimintoja ohjataan DTMF-signaaleilla. DTMF-signaalilla voidaan tulkita 16 numeroa, joita käytetään tavallisimmin puhelimen näppäimistössä. DTMF-signaalissa on kaksi yhtäaikaista puhetaajuutta taulukon 1 mukaan.

Et%C3%A4ohjaus4.JPG

GSM releen komennon muodostuvat numeroryhmistä, joilla annetaan ensin toimintatapa, sitten relenumero ja sen toiminta. Komennot voidaan antaa painelemalla etäpuhelimen näppäimistöä tai kaikki voidaan automatisoida tekemällä puhelinnumeroita, joiden perässä on komennot jo valmiiksi tehtyinä. Kytkentä ohjaukseen tehdään HF-johdon avulla. GSM-rele kuuntelee puhelimesta tulevia DTMF-ääniä. Puhelin pitää olla automaattivastuksella ja äänenvoimakkuus pitää olla täysillä. Äänet voivat tulla myös Skypen puhekanavan kautta, esimerkiksi antennin vaihtoon. Silloin ei tarvita GSM-puhelinta, eikä SIM-korttia. Viiden euron SIM-kortti riittää vuoden yhteyksiin.

Radion käynnistämiseen ja sammuttamiseen tehdään kaksi uutta puhelinnumeroa esim.
”Asema päälle” 0400000000p011
”Sammuta asema” 0400000000p110

0400000000 on etäaseman puhelinnumero ja p-merkki puhelinnumeron perässä tarkoittaa: odota kunnes yhteys etäpuhelimeen on muodostunut. Sen jälkeen annetaan komento 011 DTMF koodeilla. 0 tarkoittaa ON/OFF-komentoa, 1 tarkoittaa komento releelle 1 ja viimeinen 1, rele päälle. Vastaavasti 010 tarkoittaa ON/OFF-komento, releelle 1, rele pois päältä. Laitteessa on kymmenkunta muutakin toimintaa, esim. lämpötilan mittaus. Muita ohjauskomentoja on viivästetty sammutus 1 minuutti – 99 tuntia. Viivästetty käynnistys (1-9 tuntia) ja viivästetty sammutus (10-90 minuuttia. Salasanan etävaihto, neljä analogiamittausta, joilla mitataan lämpötiloja. Ohjauksien tilat voidaan myös tarkastaa. Kaikki ohjaukset ovat toisistaan riippumattomia. Jos salasana on päällä, pitää antaa nelinumeroinen salasana ennen pääsyä. Toisella DIP-kytkimellä valitaan aika-yksiköksi minuutit tai tunnit. Lämpötila-anturina käytetään analogista lämpötila-anturia LM335. Lämpötila tulostetaan hitailla äänimerkeillä. Suomenkielinen lämpötilan puheyksikkö on myös saatavilla.
Ohjausreleet ovat 10A 230V releitä, joilla voi ohjata tavallisia radioita. Lineaariset tehovahvistimet vaativat oman tehokontaktorinsa.

Radion käynnistäminen GSM-modeemin avulla

Toinen samantapainen laite on GSM-modeemi. Sen ohjaukset toimivat SMS-viesteillä. Esim. ATRELE11 komento laittaa radion päälle ja ATRELE10 radio pois. Lämpötiloista ja analogia- mittauksista saa SMS-viestin kyselyllä AT?. GSM-modeemit ovat kuitenkin kohtuullisen kalliita. Vanhat GSM –puhelimet ovat käytännössä ilmaisia. Toisaalta GSM-modemit eivät vaadi akkua, joka kovilla pakkasilla voi hyytyä. Tosin puhelimissakin pitää olla laturipäällä, jolloin akun teho ei ole kovin merkityksellinen.

Et%C3%A4ohjaus5.JPG

Puheen etäsiirto

Puheen etäsiirto on ollut jo pitkään mahdollista Internetin välityksellä. Ilmaisia Skype-puheluja käyttää jo 400 miljoonaa käyttäjää. Kaikki Internetiä käyttävät amatööri tuntevat tämän yhteydenpitovälineen. Samaa menetelmää voidaan käyttää radion äänisignaalien siirtoon molempiin suuntiin. Skype voidaan asettaa automaattivastaukselle, jolloin kenenkään ei tarvitse päivystää mökillä. Skype on hyvin toimiva puheensiirtomenetelmä. Skype ei vaadi käyttäjältä asetuksia, vaan se hoitaa yhteyden muodostamisen eräänlaisen automaattisen keskusneidin avulla.

Vastaavia ohjelmia on ollut saatavissa pitkään radioamatööritarkoituksiin.
Tällaisia ohjelmia ovat mm. IP-Sound, Picophonea. Nämä ohjelmat vaativat käyttäjältä hieman asetustyötä. Käyttäjän pitää tietää vasta-aseman IP-osoite ja porttinumero. Näitä ohjelmia on kätevä käyttää siirtämään vaikka kotiradion äänet pihalle kesällä tai vaikka mökille IP-linkillä. GSM-puhelimien 3G verkot ja mokkulat ovat käteviä välineitä liikkeellä ollessa. Esiteltäessä radioamatööritoimintaa ravintolatilassa IP-äänilinkki on erinomainen väline. Ei pidä unohtaa myöskään hollantilaista Twenten yliopiston etäradiota http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/. Heillä on nyt kahdeksan alueen etäradio kuuntelukäytössä sadalle yhtäaikaiselle käyttäjälle.

Et%C3%A4ohjaus6.JPG Et%C3%A4ohjaus67JPG.JPG

Antennin vaihto

Amatöörien etäasemalla saattaa olla useampiakin antenneja. Paremmissa radioissa on useampi antennitulo, joita voidaan ohjata radion kautta. Tavallisten amatöörien radiossa on kuitenkin vain yksi HF-antenniliitin. Tarvittavat antennivaihdot tehdään käsin. Antennin vaihto voidaan tehdä kohtuullisen helposti releohjauksella. Etäasemalla releohjaus voidaan toteuttaa GSM-releellä.
Skypen puhekanavaa voidaan käyttää myös siirtämään DTMF-ääniä, jotka voidaan kytkeä GSM-releen tuloliittimeen. Eristysmuuntajassa on kaksi tulokäämiä, jolloin puhelimesta ja Skypesta tulevat signaalit voidaan kätevästi yhdistää. GSM-yhteys on kuitenkin kätevämpi, koska aina tarvitaan yksi laitteiden käynnistyskytkin.

Et%C3%A4ohjaus8JPG.JPG

Antenniroottorin asennon etänäyttö

Antenniroottorin etänäyttö ja ohjaus on myös tarpeellinen asia. Roottorin ohjauslaitteet käyttävät potentiometriä ja paikallista analogia- tai digitaalista paneelimittaria. Harvoin käyttäjä pystyy näkemään antennin asennon radion käyttöpaikalta. Ainakin illalla on vaikeuksia. Antenni voi olla myös katolla. Jos radio on toisella paikkakunnalla, asia on jo vaikeampi.

Et%C3%A4ohjaus9.JPG

Antennin asennon mittaus moottorin virtapulsseista

Entinen esimieheni Nokialta Niilo, OH3JCE rakensi kerran kuuyhteysantennia. Tässä antennissa pitää olla kahden suunnan kääntömoottorit. Puolustusvoimilta hankitussa kameran kääntölaitteessa hänellä oli 50Hz synkronimoottorit. Antennin asentoanturit olivat kuitenkin menneet rikki tai olleet jo valmiiksi rikki kun puolustusvoimat oli poistanut ne aktiivikäytöstä. Koska antenni oli jo pystyssä, vian etsiminen olisi ollut hankalaa. Päädyimme tekemään asentonäytöt X- ja Y-suuntaan. Antureina käytettiin virtamuuntajia, joilla lasketaan 50 Hz virtapulssit moottoreihin. Moottorien johtojen läpi pujotettiin rautasydän, jossa oli toisiokäämi 100 kierrosta. Toisiokäämit päätettiin 100 ohmin vastuksiin. Virtapulsseja laskettiin mikroprosessorilla ja näytettiin kääntökulmat asteina seitsemänsegmenttinäytöllä. Laitteeseen kuului vielä kalibrointinapit. Laite toimi hyvin 10 vuotta, kunnes Niilo myi antennirakennelman seuraavalle onnelliselle omistajalle. Tätä menetelmää muutkin voivat käyttää, ottakaa yhteyttä. Jos ohjausmoottorina on tasavirtamoottori, tämä menetelmä ei sovi.

Asennon mittaus elektronisella kompassianturilla

2000-luvun alussa aloin kokeilut elektronisella kompassilla. Jorman OH3BY:n antennista asentoanturi oli mennyt rikki ja hän halusi antenniasennon kompassianturilla.

Kompassianturi toimii I2C protokollalla. Sen siirtäminen antennimastosta käyttöpaikalle vaati I2C/sarjaliikennemuuntimen. Tiedonsiirrossa käytin hidasta RS232 2400 bps nopeutta. Asentosanomia lähetetään kerran sekunnissa.
OH3BY halusi asentonäytön LCD:llä. LCD:t toimivat rinnakkaisliitännällä, joten taas tarvittiin protokollamuunnin: sarjaliikenne/LCD. Tästä laitteesta Jorma kirjoittikin noin 2004 Radioamatöörilehteen.

Kompassianturin näyttö PC:n kartan päällä

Vähän myöhemmin Peter Tigerstedt, OH2BM, halusi samanlaisen laitteen, mutta lisäksi virtuaalisen suuntanäytön PC:n kartan päälle. Samalla hän halusi kierroslaskurin, koska vierailevat amatöörit helposti kiersivät antennia monta kertaa samaan suuntaan.
Peter Tigerstedtillä on iso radioasema Mustialan kartanossa. Hänellä on usein vieraita, jotka innokkaasti kilpailun tuoksinassa kääntävät antennia monta kertaa samaan suuntaan. Antennikaapeleilla on vain rajallinen pituus, joten aseman omistaja on aiheestakin huolissaan kaapeleiden kestävyydestä. Peter halusi nähdä antennin asennon PC:llä käyttämänsä kartan päällä siten, että Mustialan kartano on keskipisteenä.
Peterille tein liitännän LCD-näytöltä PC:n sarjaliikenteelle ja siihen sopivan ohjelman. Sarjaliikennetieto ohjaa läpinäkyvää viisaria, jonka paikkaa käyttäjä voi hiirellä siirtää.

Kompassianturin etänäyttö.

Et%C3%A4ohjaus10.JPG

Tänä vuonna Esko, OH2ME halusi antenninsa etänäytön Virroilta Riihimäelle.
Nyt Esko näkee kotoaan Riihimäeltä missä asennossa antenni on. Hm.. eihän tämä vielä riitä, mitä iloa on nähdä, että antenni on väärässä asennossa. Siis ohjelmaan laitettiin vielä etäohjaus. Nyt Esko pystyy näkemään ja ohjaamaan antenniansa.
Kompassi-ohjelmaan lisäsin TCP/UDP tiedonsiirto-ominaisuuden. Ohjelman avulla antennin paikkatieto siirretään etänäyttöön. Ohjelman ulkonäkö on juuri samanlainen kuin se esiintyy antenniasemalla.
Käytännössä tapahtuma on seuraava:
1. Magneettikentän suunnat luetaan kompassianturissa
2. I2C/sarjaliikennemuunnin lukee anturin rekistereistä kompassiasennon
3. Tieto muutetaan ASCII sarjaliikennesanomaksi 2400 bps
4. Sarjaliikenne muutetaan LCD-rinnakkaismuotoon ja näytetään LCD:llä
5. Sarjaliikenne ohjataan myös PC:lle ja muutetaan antenniasennoksi graafiseksi nuoleksi ja sen asennoksi
6. Asentotieto lähetetään UDP protokollalla etäasemalle Internetin välityksellä
7. Etäasema saa asentosanoman ja tulkitsee sen samoin kuin se tulisi sarjaliikenteeltä ja kääntää läpinäkyvää viisaria kartan päällä

Antennin etäohjaus

Et%C3%A4ohjaus11.JPG

Antennin ohjauslaiteissa on yleensä kaksi nappia, joilla ohjataan antennia oikealle ja vasemmalle.
Kytkemällä pienet releet sarjaliikenneliittimen kättelynastoilta DTR (4) ja RTS(7) antennin ohjauksien rinnalle liitäntään ei tarvita uutta ohjausporttia. Ohjelma antaa vain sekunnin pulssin. Näin ohjaus ei voi jäädä päälle, vaikka yhteys katkeaisi. Paikallisohjauksessa napit toimivat tietysti paikallisesti.
Liitäntä tarvitsee yhden transistorin vahvistimen.

TCP/IP ja TCP/UDP termit

Et%C3%A4ohjaus12.JPG

TCP/IP ja TCP/UDP ovat Internetin käyttöön liittyviä sanoja, joiden yksityiskohtainen osaaminen ei ole etäradion käyttäjille tarpeen. Pieni yleistieto ei kuitenkaan ole pahitteeksi. Aivan varmaan nämä sanat lisääntyvät radioamatöörien keskusteluissa lähivuosina. TCP/IP tarkoittaa sovittua menetelmää sanomien vaihtoon. Yhteyteen tarvitaan kaksi asemaa. Serveri eli palvelin odottaa yhteydenottoa etäasemalta. Client eli asiakas ottaa aktiivisesti yhteyden serveriin. Molemmilla laitteilla on oma IP-osoite, joka voidaan ilmaista nimellä esim. sonera.fi tai numerolla 194.252.37.184. Tämä osoite on kaikille tietokoneille yksilöllinen. Mikä on oma ip-osoitteesi? Jos et ole ostanut sitä, et voi lukea sitä omasta koneestasi, mutta kysymällä sitä ulkopuolelta osoite on helppo tietää. Eräs paikka on http://www.ip-adress.com/. Kun viimeksi kysyin omaani se oli 87.94.138.27. Operaattoreilla on hallussaan määrätty määrä numeroita, joita ne jakavat asiakkailleen haluamallaan tavalla. Samoin toisen tietokoneeni IP-osoite oli 87.94.138.27. Hmm. eikö kaikilla tietokoneilla olekaan omaa, yksilöllistä osoitetta?. Kyllä on, sisäverkossa tietokoneiden osoite on yksilöllinen, mutta ulospäin ADSL-laite kääntää verkon yhteen osoitteeseen.

Et%C3%A4ohjaus13.JPG

Yhdessä tietokoneessa voi olla kymmenittäin eri ohjelmia käytössä. Jokainen ohjelma käyttää TCP yhteyksissään eri porttinumeroa, jonka alue on 0—65535. Porttinumerot ovat samanarvoisia. Alle 1023 porttinumeroita kannattaa välttää, sillä ne on varattu moniin vakiopalveluihin. Esim. portti 80 on varattu selainohjelman käyttöön ja 21 on varattu FTP-tiedonsiirtoihin.
TCP/IP protokollassa jokaisesta sanomasta tulee kuittaus. Jos sanoma ei mene perille, lähetään sanoma uudestaan. Uudestaan lähetykset loppuvat kun lähetyslaskuri loppuu.
TCP/UDP on melkein samanlainen, mutta siinä sanoma lähetetään vain kerran. Esimerkiksi musiikkia ja amatöörien puhetta ei kannata lähettää uudestaan. Ääneen tulee katkoksia, jotka pilaavat lopputulokset pahemmin kuin pieni tauko äänessä.
Antennin etänäytössä käytetään TCP/UDP protokollaa, koska uusia sanomia tulee kerran sekunnissa. Yksi puuttuva sanoma ei vaikeuta laitteen toimintaan. Paluuviesti lähtee kun käyttäjä painaa ohjausnappia.
Voivatko kaikki TCP/UDP:lla lähetetyt sanomat mennä hukkaan? Eivät mene, yhteyttä ei voi muodostua, jos vastapäätä ei löydy. Tämä on hieman sama asia kuin sarjaliikenne. Jos porttia ei löydy, yhteyttä ei voi avata. Kuitenkin kun portti on löytynyt, sille voi huoletta lähettää tietoja.
Minkälaisia UDP-sanomat sitten ovat käytännössä. TCP- sanomiin liittyy monenmoisia vastapään osoitteita, lähetyspaikan osoitteita, tarkistussummia jne. Varsinainen sanomaosa on yksinkertaisesti merkkijono aivan samanlainen kuin sarjaliikennesanomassa. Periaatteessa riittää yksikin ASCII merkki. Antenninäytössä sanoma on sama kuin se tulee antennista eli 360<CR>.
TCPUDP sanomassa pitää olla tietysti vastapään osoite, oma osoite, protokolla ja lopuksi tietysti lähetettävä sanoma.
TCPUDP vastaanotto on samanlaista kuin sarjaliikennevastaanotto. Kun sanoma tulee perille, siitä syntyy keskeytys ja saapunut sanoma on valmiina luettavaksi.

Yksinkertainen ohjelma TCPUDP käytöstä

Alla on yksinkertaiset esimerkit Windowsin Winsock.ocx- komponentin ohjelmallisesta käytöstä.

Et%C3%A4ohjaus14.JPG

Ensin määritellään porttinumerot, osoitteet ja protokolla.

Winsock1.LocalPort =”2000”
Winsock1.RemotePort “4000”
Winsock1.RemoteHost = “sral.fi”
Winsock1.LocalHost = “87.94.138.27”
Winsock1.Protocol = sckUDPProtocol

Jos asema on palvelin, se pitää asettaa vastaanottotilaan. Silloin se ei tiedä vielä mikä on etäaseman osoite ja portti.

Winsock1.Bind (Winsock1.LocalPort)

Jos ohjelma on asiakas, se pitää kytkeä vastapäähän

Winsock1.Connect

Näin helppoa TCP:n käyttö on. Samassa ohjelmassa voi olla lukuisia TCP-servereita ja clienteja eri puolille maailmaa auki yhtä aikaa.

Kun serverille tulee sanoma, siitä syntyy keskeytys automaattisesti
==================Vastaanotto=================================

Sub Winsock1_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long)
Dim MSG As String
Winsock1.GetData MSG, vbString ‘ lue sanoma Winsock portista
Debug.Print MSG ‘ tulosta sanoma
End sub

Lähetyksessä annetaan vain merkkijono ja huiskis sanoma menee perille!
==================Lähetys=================================

str1=”360”+vbCR ‘ 360 on antennin asento asteina
Winsock1.SendData str1 ‘ lähetä merkkijono

==========================================

Tietysti täydellinen ohjelma vaatii jotain muutakin, mutta yllä on esitetty tärkeimmät asiat TCPUPD:n käytöstä. Valmis ohjelma löytyy kirjoituksen lopun linkistä.

Et%C3%A4ohjaus15.JPG

Radion etäohjaus

Tunnetuin radion ohjausohjelmia on Ham Radio deLuxe. Ohjelma sisältää ohjauskomennot useimmille nykyaikaisille radioille. Radion asetuksia voidaan säätää tietokoneen avulla. Lähetyksen ohjaus toimii sarjaliikenteellä ja PTT-kytkin ohjataan sarjaportin DTR- tai RTS-nastan avulla. Radion ääni johdetaan PC:n äänikorttiin ja käytetään Skype-äänen siirrossa. Ohjelmassa on myös PSK31 dekoodaus ja lähetys. Ohjelmalla voidaan radiota myös etäohjata. Ohjelman etäpalvelu asetellaan asetustiedoston avulla ja palvelu käynnistetään. Toisella tietokoneella sama ohjelma kytketään, ei sarjaporttiin, vaan remote-porttiin. Annetaan käyttäjätunnus ja salasana. Jos kaikki meni oikein voidaan ohjelmalla etäsäätää kaukoradiota.
Ham Radio DeLuxe on niin monipuolinen ( ja monimutkainen) ohjelma, että sitä ei muutamalla sanalla voi kuvata. Ehkä joku tekee syvällisen kertomuksen pelkästään tästä ohjelmasta?

Yhteenveto

Kirjoituksessa on pyritty kuvaamaan pintapuolisesti amatööriradioiden etäkäyttöä erityisesti käynnistyksen ja antenniohjauksen näkökulmasta. TCP/IP ja TCP/UDP käsitteistä annettiin yleinen kuvaus. Samoin omatoimiset ohjelmoijat voivat saada sykäyksen etäohjausten kehittämiseen. Aivan varmaa on, että kun amatöörit huomaavat etäkäytön mahdollisuudet, niitä pitää kokeilla vaikka kaikilla ei olisi tarvetta käyttää omaa radiotaan Kiinasta saakka.

Lisätietoja kirjoituksessa esitetyistä laitteista ja ohjelmista suomalaiselta ohjelmistoradiosivuilta sdrfi.wikidot.com

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License