Eine frei programmierbare Steuerung für ATV-Relaisfunkstellen

Markus Zügel, DC7TU

Leonbergerstr.11

D-71638 LUDWIGSBURG

E-mail: bix_beiderbecke bei gmx punkt net :-)

Hallo liebe ATV-Freunde,

seit Ende 98 ist die ATV-Relaisfunkstelle Grab DB0PE mit neuer Hard- und Software wieder in Betrieb. DB0PE lief die letzte Zeit mit Ersatzgeräten und eingeschränkter Leistung. Mehrere Fehler an den mittlerweile 15 Jahre alten Geräten haben uns dazu veranlaßt alles abzubauen. Bei dieser Gelegenheit konnten dann einige neue Hardwareeinschübe mit ins Systemkonzept eingefügt werden. Die Steuerung samt Software wurde komplett neu entworfen und hat sich bis heute bestens bewährt.

Im Einzelnen sind folgende Geräte neu dazugekommen (Ansprechpartner in Klammern):

1. 8*8 Audio-/Video-Kreuzschiene (DL3PD, DC7TU):
Eigenbau mit MAX456 und Parallel-Port-Ansteuerung.

2. VGA-FBAS Wandler mit Bildspeicher und Overlaytechnik (DK8PN):
Grundbaustein Hama-Trilock.

3. Picture in Picture Prozessor (DK8PN):
Eigenbau von Willi, DK8PN.

4. Duo-Funkgeräteeinschub für Administration und SSTV (DD7SY, DK8PN, DH0SBW):
Zwei Betriebsfunkgeräte mit Duplexweiche zum Betrieb an einer Antenne

5. 8-Sekunden SSTV-TX/RX (DK8PN):
Eigenbau von Willi, DK8PN.

6. PC mit 8 MB-Flash-ROM-Speicher (DD7SY, DC7TU):
Atmel 29C040-Flashspeicher auf ISA-Einsteckkarte.

7. Funk-Maus und Funk-Tastatur zur Fernbedienung des Relais-PCs (DK8PN):
Spezialhardware mit mehreren Sendern für die Sysops. Signal-Übertragung über AM-modulierten Pilot-Kanal im Videosignal.

8. Stereo-Tonausgabe auf dem 5.5 MHz-Tonträger (DK8PN, DC7TU, DL7IX):
Eigenbau (bereits veröffentlicht in PR, Rubrik ATV)

9. Stereo-Toneingabe auf dem 7.5 MHz-Tonträger (DK8PN, DC7TU, DL7IX):
Eigenbau mit TDA1005A.

10. Meteosat-Film per Abruf (DF6SH, DC7TU):
Es ist die selbe DTMF-Auswerter Hard- und Software im Einsatz wie bei DB0PE.
Diese steuert den solarbetrieben ATV-TX bei DF6SH und überträgt so den Wetterfilm.

11. Drehbare Außenkamera mit Winkelgradanzeige (DH0SBW, DK3SS):
Kommerzielles Drehsystem mit Panasonic-Kamera und Heizung.

12. Neue Stromversorgung mit hohem Wirkungsgrad (DD7SY):
Primär getaktete Wandler, teilweise redundant.

13. Neue Halbleiter PA für 23cm (DL8SFB):
Transistor-PA mit 4 Mitsubishi-Modulen.

Die Anbindung der Wetterstation an DB0BAC (PR) und eine 10 GHz-Ausgabe sind derzeit noch nicht installiert. Die Geräte für den 10 GHz-Duplex-Link zu DB0HEG sollen bald eingebaut werden, nachdem eine Testverbindung eine gute Streckenqualität gezeigt hat und der Antennenaufwand klein bleiben kann.

Die neue Ablaufsteuerung arbeitet mit mehreren Controllern und einem PC zur Bilderzeugung. Eine Software steuert die Abläufe, eine zweite die Bilderzeugung über einen PC. Ein Defekt des PC führt so nicht zum Total-

ausfall der Relaisfunkstelle.

Das Steuerungssystem ist modular aufgebaut (so kann es mit den Wünschen und Ideen ständig mitwachsen), und wird mit einer speziellen Klartexthochsprache, die vom Schwierigkeitsgrad etwa wie Basic zu sehen ist, programmiert. Erste Versuche die Software in Pascal und auf PC-Basis zu entwickeln, scheiterten bereits im Ansatz. Es fehlt uns in der Gruppe um DB0PE seit jeher ein routinierter Softwaremann, und für die Hobby- Programmierer unter uns war das Ganze zu komplex und zeitaufwendig. Auch die relative Unzuverlässigkeit von PC-Hardware, z.B. über große Temperaturwechsel, brachte uns davon ab, die Steuerung damit zu realisieren.

So wurde ausgemusterte Hardware eines SPS-Systems (SPS= speicherprogrammierbare Steuerung) zur Steuerung von Industrieanlagen aus dem QRL untersucht. Die erwies sich als brauchbar und zudem einfach zu programmieren. Der Controller für die umlaufende Antennensteuerung war das erste Programmierprojekt. Aus den zehn Empfangsantennen wird in Abhängigkeit des Synchronimpulses das stärkste Signal ausgewählt, und eine elektronische 12fach-Schalter-Matrix aus GaAs-Schaltern entsprechend gesetzt.

Weitere Funktionen folgten bald, nachdem ich erkannte hatte, daß ich mit wenig Zeitaufwand die gewünschten Dinge realisieren konnte. Mittlerweile kennen sich einige OMs bei uns damit aus, und haben eigene Programm-Teile geschrieben. Schon beim Umbau der verschiedenen Einschübe von DB0PE war es günstig, daß jeder Mitbauer die in allen Geräten eingebaute SPS-Steuerungselektronik schon vorab „standalone„ testen konnte, was mir die Zusammenschaltung und Inbetriebnahme des kompletten Systems zum Schluß sehr erleichtert hat.

Durch die Funk-Maus/-Tastatur ist eine problemelose Fernbedienung des Relais-PC aus dem Shack daheim möglich. Kleine Softwareänderungen können so „online„ eingetippt werden. Umfangreiche Änderungen oder neue Testbilder sollten zuhause gemacht und getestet werden, bevor sie über PR hochgeladen und eingespielt werden können.

Prinzip der Steuerung

Im Folgenden werden diese Steuerungselektronik und die Software dazu näher beschrieben. Eventuell finden sich ATV-Gruppen, die daran interessiert sind. Es gibt innerhalb des Steuerungssystems grundsätzlich zwei Funktionsblöcke:

1. Die Ablaufsteuerung

Sie steuert alle Abläufe im Relais, wie z.B. das Schalten von Ausgängen, Statusabfrage von Eingängen (digitale oder analoge), Steuerung des Netzwerkes, der Echtzeituhr u.s.w. Die Hardware besteht aus mindestens einem intelligenten (d.h. mit eigenem Programm versehener CPU) und weiteren intelligenten oder nicht-intelligenten Modulen (z.B. I/Os oder AD-Wandler), die über ein Netzwerk verbunden sind.

Als Beispiel eine einfache Task, die in Abhängigkeit eines Registerwertes (Inhalt Temperatur) einen Ausgang schaltet (A16 schaltet einen Lüfter):

Fig. 1: In bis zu 32 Tasks (Multitaskingsystem) können die Programmabläufe aufgeteilt werden.

2. Die Bilderzeugung

An jede CPU-Einheit kann ein PC zur Bilderzeugung angeschlossen werden. Zweckmäßigerweise wird dazu die Steuerung verwendet, die das Hauptprogramm enthält. Diese „Mastersteuerung„ kann über das Netzwerk auf Daten aller Netzwerkteilnehmer zugreifen.

Die CPU steuert den PC derart, daß die richtigen Bilder mit dem entsprechenden Inhalt zur rechten Zeit erscheinen. Nun muß noch das VGA-Signal in FBAS gewandelt werden, oder man nimmt gleich eine entsprechende Grafikkarte mit Videoausgang. Will man auch Overlay-Bilder erzeugen, muß ein anderer Weg beschritten werden. Wir haben bei DB0PE deshalb einen overlayfähigen VGA-FBAS-Wandler (Hama Trilock) nachgeschaltet, der seinerseits von der SPS-Elektronik angesteuert wird.

Überhaupt ist der PC auf dem diese Bildersoftware bei DB0PE läuft, bewußt sparsam gehalten (386/40 ohne Festplatte), um die Betriebssicherheit zu erhöhen. Alle Relaisfunkstellen bei DB0PE (2m-Fonie, 23cm-Fonie und ATV) sind in einem unbeheizten Nebenraum im FMT untergebracht und entsprechendem hartem Klima ausgesetzt. Bei durchschnittlich zwei Wartungsbesuchen pro Jahr, können wir uns eine komplexe PC-Software oder ein unsicheres Betriebssystem nicht leisten.

Die Bilder können von fixem (Testbild) oder dynamischem Inhalt sein. So läßt sich z.B. ein S-Meter-Bargraph mit angezeigtem Empfangspegel in dBm erzeugen.

Hier einige in DB0PE realisierte Bilder:

Fig. 2: DB0PE Testbild, unten rechts eingeblendet sind Status-Anzeigen, die dem User auf einen Blick einen Überblick über die wichtigsten Funktionen verschaffen.

Fig. 3: Auswahlkarte mit einem Angebot aus möglichen DTMF-Fernsteuernummern.

Fig. 4: Statusanzeige Antennenschalter Servicebetrieb.

Fig. 5: Statusanzeige des automatisch rotierenden 12-fach Antennenschalters (z.Z. werden 8 Ports verwendet).

Beide Funktionsblöcke können auch einzeln verwendet werden. Um beispielsweise Testbilder dynamischen Inhalts zu erzeugen, sind außer dem Bild nur wenige Zeilen Programmcode zur Initialisierung der Steuerung nötig.

Das nächste Bild zeigt ein Foto der CPU-Karte. Sie enthält neben digitalen und analogen IOs zwei Netzwerkschnittstellen, einen Printerport, einen Anschluß für ein LCD-Display, einen Einkanalzähler, eine Echtzeituhr und einen Schrittmotorausgang. Dieser kann auch als Tongenerator verwendet werden.

Fig. 6: CPU-Baugruppe

Fig. 7: 16fach IO-Karte mit angebautem 3fach-DTMF-Auswerter (die 16 outputs werden hier nicht verwendet). Das Interface auf 24V und die Anschlußklemmen wurden abgetrennt.

Fig. 8: Überblick der bisher vernetzten Baugruppen bei DB0PE.

Fig. 9: Einbau und Inbetriebnahme einer I/O-Karte im ATV-RX bei Willi, DK8PN.

Fig. 10: SPS-Streifen und Wandler-Stromversorgung mit Kühlkörper im ATV-RX.

Gegrabbte Lifebilder können per PR bei DB0LEL-8 in der Rubrik DC7TU abgerufen werden. Die JPG-Files sind zwar stark komprimiert, aber man kann sich trotzdem damit eine Vorstellung machen, wie die Testbilder und Video-Overlays in Natura aussehen.

Betriebsbereite Baugruppen sind bei mir gegen eine Spende für unsere Relaisfunkstellen zu haben. Ideen zur Programmierung und Bildervorlagen können dem Softwarepacket von DB0PE entnommen werden, welches ich als Beispiel mitliefere. So muß niemand am Punkt Null mit der Programmierung anfangen.

Wer vorab einen Blick auf die Programmier-Software werfen möchte, kann dies im Internet unter www.jetter.de, Rubrik Service/Downloads/PC-Software tun. Die Programmieroberfläche ist sym520.exe und die Bildersoftware heißt vlite330d.exe. Zum Testen liegen einige Bilderfiles und das DB0PE-Programm ebenfalls an der o.g. PR-Adresse und bei mir bereit.

Für weitere Auskünfte bin ich per E-mail oder PR zu erreichen.

73 de Markus, DC7TU (QTH Ludwigsburg)