ОБНОВЛЕННОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЕРЬ ДОСТУПНО:
- Исправлена проблема с 0,96-дюймовым OLED-дисплеем
- Улучшена работа при низкой мощности
- Версии для ATtiny45 и ATtiny85
- Версия ПО для 1,3-дюймового OLED-дисплея (только для ATtiny85)
Некоторые недавние (конец 2018-го и начало 2019-го) 0,96-дюймовые OLED-дисплеи некорректно работают с оригинальным программным обеспечением. Для решения этой проблемы потребовалась значительная переработка ПО, чтобы гарантировать его работу со всеми 0,96-дюймовыми OLED-дисплеями со встроенным контроллером SSD1306.
Кроме того, были внесены некоторые улучшения в работу измерителя при использовании с очень малой мощностью QRP. Ниже предоставлены версии для использования с микроконтроллерами ATtiny45 и ATtiny85.
Я выражаю искреннюю благодарность Бобу (ZS6RZ) за то, что он обратил мое внимание на эти проблемы и терпеливо помогал мне тестировать переработанное программное обеспечение.
Наконец, для тех, у кого, как и у меня, зрение уже не такое хорошее, как раньше, я создал версию программного обеспечения для использования с новыми, более крупными 1,3-дюймовыми OLED-дисплеями. Пожалуйста, внимательно прочитайте подробности об этом изменении в соответствующем разделе ниже. Распиновка выводов этого OLED-дисплея и его встроенный процессор отличаются. Примечание: Этот дисплей НЕ поместится в текущий 3D-печатный корпус, показанный ниже.
Введение
Измерители коэффициента стоячей волны (КСВ) встроены в большинство современных трансиверов. Однако для тех из нас, кто собирает оборудование самостоятельно, полезно иметь компактный автономный измеритель КСВ.
КСВ-метры измеряют соответствие импеданса между передатчиком и выходной нагрузкой. Если нагрузка отличается от эталонного импеданса, то в фидерной линии между передатчиком и антенной возникают «стоячие волны», т.е. пики и провалы RF-напряжений. Отношение максимального RF-напряжения к минимальному отображается на измерителе КСВ относительно волнового сопротивления фидерной линии, обычно 50 Ом.
Рисунок 1: КСВ-метр расположен между передатчиком и антенным тюнером
Согласование передатчика и антенны — сложная и спорная тема. Однако большинство сходится во мнении, что передатчики работают лучше всего, когда выходная мощность подключена к нагрузке с КСВ ниже 2:1. Например, 100 Ом, 25 Ом или реактивная нагрузка, такая как 35+j25 Ом.
В некоторых случаях сильное рассогласование выхода может привести к повреждению выходного каскада передатчика. Антенные тюнеры (один из них описан на моем сайте) используются для согласования импеданса антенны, иногда выходящего за пределы этой условно безопасной зоны КСВ 2:1, с более подходящим значением. КСВ-метры позволяют измерить согласование антенны, поэтому их часто используют для настройки антенного тюнера или согласующего устройства на правильные параметры.
Внутри КСВ-метров
Хотя КСВ можно определить с помощью измерений импедансным мостом. Несколько примеров импедансных мостов — аналоговых и цифровых — описаны на этом сайте в других разделах. Импедансные мосты обычно являются автономными измерительными приборами. Они редко используются с передатчиком или остаются подключенными к антенне в течение длительного времени. В отличие от них, КСВ-метры предназначены для использования с передатчиками и постоянного нахождения в цепи.
Большинство КСВ-метров используют направленные ответвители. В старых направленных ответвителях использовались ответвители на параллельных линиях передачи. В них для определения КСВ использовались измерения «прямой» и «обратной» волн в линии передачи. Большинство современных КСВ-метров используют либо ответвитель Бройне (Breune), либо ответвитель Стоктона (Stockton). Они измеряют напряжение и ток в линии передачи, а разности фаз на ответвителях, обычно с использованием от одного до четырех тороидальных сердечников, позволяют измерить импеданс и, следовательно, КСВ.
Опубликовано множество версий ответвителей Бройне и Стоктона. Подробный анализ функционирования каждого типа ответвителя можно найти в интернете, и здесь он повторяться не будет.
Мостовые схемы на резисторах также можно использовать для измерения КСВ, особенно для приложений QRP (малой мощности). Однако они имеют высокие потери при включении в линию и, в отличие от КСВ-метров на основе направленных ответвителей, эти резистивные мосты нельзя оставлять в цепи при длительной работе передатчика.
Большинство ответвителей используют простые диодные детекторы, часто в сочетании с дополнительными операционными усилителями для буферизации и компенсации. Некоторые более recentние конструкции перешли на активные логарифмические детекторы мощности на основе ИС для лучшей чувствительности и более широкого динамического диапазона.
По ряду причин, включая простоту, в этой конструкции используется ответвитель Бройне и простые диодные детекторы.
Передатчики различаются по мощности и работают от НЧ (LF) до УВЧ (UHF). Этот измеритель предназначен для использования с ВЧ (HF) QRP-передатчиками с выходной мощностью от примерно 3 Вт до 15 Вт, которые работают в диапазоне ВЧ (HF) от 3 до 30 МГц.
Описание схемы
Рисунок 2: КСВ-метр работает от одной батарейки AAA
Принципиальная схема показана на Рисунке 2. Направленный ответвитель Бройне состоит из тороидального сердечника T1, который取样 ток в линии передачи, и конденсаторов C2 и C3, которые напряжение на линии. Трансформатор, создает два противофазных выхода на каждом конце R1. Вместе с напряжением от выборки напряжения C2/C3, эта схема позволяет детектировать «прямую» и «обратную» мощность с помощью диодов (D1 и D2).
Кстати, в этом мосте необходимо использовать германиевые диоды. Я пробовал диоды Шоттки и обычные маломощные кремниевые диоды, но они давали худшие результаты по сравнению с германиевыми диодами 1N60, которые мне в итоге удалось приобрести. Эти другие диоды, вероятно, подойдут, если вы используете более высокую RF-мощность, например, 50–150 Вт или более.
Детектированные напряжения прямой и обратной волны поступают на два 10-битных аналого-цифровых преобразователя (АЦП) внутри микропроцессора ATtiny45. Прошивка в процессоре затем вычисляет результирующий КСВ.
Примечание: В конструкции можно использовать либо микросхему ATtiny45, как показано на схеме, либо совместимую по выводам ATtiny85, которая имеет вдвое больше flash-памяти, чем ее младший брат ATtiny45. Программное обеспечение для обеих версий доступно для загрузки ниже.
Компактный OLED LCD используется для одновременного отображения прямой и обратной мощности, а также КСВ на трех столбчатых графиках. Этот OLED-дисплей представляет собой очень тонкий 0,96-дюймовый модуль с разрешением 128 x 64 пикселя и отличной контрастностью, идеально подходящий для использования как в помещении, так и на улице. Простой интерфейс I2C требует всего двух выводов процессора. Это позволило мне использовать столь же небольшой 8-выводной процессор ATtiny45.
Кроме того, небольшая иконка в нижнем левом углу OLED-дисплея также показывает уровень заряда батареи. Шкала откалибрована для отображения от 0,9 до 1,5 В. На основе обширных работ, описанных на известном сайте eevblog [www.eevblog.com], 0,9 В является разумным значением «конца срока службы» для батарейки AAA на 1,5 В. Напряжение батареи измеряется через R5 (100 кОм). Это относительно высокое значение необходимо, чтобы напряжение батареи не удерживало ATtiny45 в состоянии сброса при включении питания.
Небольшой светодиод диаметром 3 мм подключен к выводу 6 ATtiny45 (или ATtiny85). Он включается программно, когда КСВ превышает 2:1. Это позволяет быстрее настраивать антенный тюнер. Тюнер регулируется до тех пор, пока столбчатый график КСВ не покажет приемлемое значение, скажем, 1,5:1, если вы предпочитаете именно его, или просто до тех пор, пока светодиод не погаснет (т.е. КСВ ≤ 2:1).
Миниатюрный модуль повышающего DC-DC преобразователя используется для повышения напряжения батареи AAA до 5 В для процессора и дисплея. Этот модуль достаточно эффективен и позволил уменьшить общий размер и вес КСВ-метра. С установленной батареей измеритель весит около 50 грамм.
Работа измерителя от батарейки AAA на 1,5 В увеличила универсальность КСВ-метра. Эти батарейки широко доступны и обеспечивают приемлемый срок службы в этой конструкции.
Столбчатый график КСВ также имеет расширенную шкалу. Если бы КСВ отображался линейно, то наиболее полезная часть дисплея (от 1:1 до 3:1) занимала бы всего 30% шкалы. Вместо этого она расширена до 50% шкалы измерителя.
Список компонентов
Вот детали, которые вам потребуются:
| Компонент | Описание | Количество |
|---|---|---|
| Микроконтроллер | ATtiny45 или ATtiny85 | 1 |
| OLED дисплей | 0.96" 128x64 с контроллером SSD1306 | 1 |
| Тороидальный сердечник | FT-37-43 или аналогичный | 1 |
| Диоды | Германиевые 1N60 | 2 |
| DC-DC преобразователь | Повышающий, 1.5V to 5V | 1 |
| Батарея | AAA 1.5V | 1 |
| RF разъемы | RCA, SO-239 или BNC | 2 |
Как только я закончил этот измеритель, я заметил, что цены на эти OLED-дисплеи резко выросли и внезапно стали в 2–10 раз дороже. Обычные китайские поставщики также сообщали об отсутствии запасов. Пожар на китайской фабрике, возможно? Интересно, что через 12–18 месяцев все вернулось к норме, и цены снова стали отличными.
Конструкция
Он собран на небольшой piece монтажной платы. Я начал с намотки тороида и установки деталей для ответвителя Бройне. Затем я мог протестировать этот секцию, используя вольтметр для измерения результатов. Диодные детекторы выдавали около 1,5 В на резисторах 1 МОм при RF-мощности 5 Вт.
Я использовал гнезда RCA («тюльпаны») для RF-разъемов. Я слышу вопли ужаса читателей по поводу этого выбора. Не стесняйтесь использовать разъемы SO-239 или BNC, если хотите. Я не мог купить их там, где живу, и без надежной почтовой службы я не мог заказать что-либо более подходящее. В любом случае, это только для уровней мощности QRP, и гнезда RCA показали себя нормально в моем случае. В какой-то момент я, возможно, переделаю его, используя разъемы BNC.
Затем можно установить оставшиеся детали, связанные с ATtiny45. Я использовал панельку для процессора и четырехконтактную панельку для дисплея. OLED LCD поставлялся с уже припаянным к дисплею четырехконтактным разъемом. На этом этапе также можно добавить небольшой модуль DC-DC.
Если ATtiny45 и дисплей не вставлены, можно протестировать практически всю схему, включая проверку напряжения питания на выводе 8 панельки процессора при установленной батарейке AAA. (Оно должно быть 5 В +/- 0,5 В)
Изготовление 3D-печатного корпуса
Рисунок 3: 3D-печатный корпус включает в себя интегрированный держатель батарейки AAA
Я также разработал 3D-печатный пластиковый корпус для КСВ-метра и 0,96-дюймового OLED-дисплея, состоящий из верхней и нижней половин. Я использую программное обеспечение DesignSpark Mechanical для этих 3D-моделей, которое я нашел превосходным. Разъемы и выключатель размещаются вдоль шва корпуса для аккуратного вида. Коробка имеет очень компактные размеры 70 x 50 мм и сужается по высоте с 22 мм сзади до 15 мм спереди, что примерно составляет одну треть объема пачки сигарет.
Я напечатал его с использованием стандартного черного PLA-пластика диаметром 1,75 мм. Я использовал свой 3D-принтер Printrbot Simple Metal (без подогреваемой платформы) для печати корпуса. Необходимые файлы в формата STL доступны для загрузки ниже.
Рисунок 4: Скошенный корпус компактен и прочен в собранном виде
Чтобы сделать контакты батареи для держателя AAA, вырежьте две плоские полоски жести размером 10 x 4 мм из жестяной банки. Припаяйте короткий piece красного монтажного провода к концу одной полоски и такой же короткий черный монтажный провод к другой. Вдвиньте каждую полоску в пазы, расположенные на концах держателя батареи. При необходимости отрегулируйте, чтобы обеспечить небольшое давление на клеммы батареи, когда она находится на месте.
Рисунок 5: Детали контактов батареи
Собранную печатную плату можно поместить в этот корпус, подключить провода батареи, как показано, и скрутить верхнюю и нижнюю крышки вместе двумя короткими саморезами M3. Вам потребуется просверлить два отверстия диаметром 3,3 мм для двух винтов M3, которые скрепляют корпус.
0,96-дюймовый OLED-дисплей аккуратно размещается в верхней половине корпуса. Капля клея может удержать его на месте. Будьте осторожны, не оказывайте давления на дисплей. Они очень хрупкие. Затем закройте корпус, убедившись, что выводы дисплея входят в 4-контактную панельку на нижней плате.
Маркировку можно распечатать на лазерном принтере, покрыть самоклеящейся прозрачной пленкой и приклеить к верхней крышке. (Графика для панели доступна для загрузки ниже)
Программирование ATtiny45 или ATtiny85
Все программное обеспечение написано на Bascom, Basic-подобном языке для семейства процессоров AVR. Чтобы обеспечить быстрое обновление дисплея, экран OLED LCD не обновляется полностью каждый раз, когда какое-либо значение изменяется. Вместо этого обновляется каждый столбчатый график (и значок батареи), что значительно ускоряет отображение.
Я использовал программатор USBasp для программирования чипа. Готовые программаторы USBasp можно приобрести у множества китайских поставщиков через интернет, обычно менее чем за 3 доллара США с доставкой. Примеры включают Banggood (например, SKU064451 или SKU131560) и Hobbyking (например, Part 381000147). Примечание: Эти номера деталей периодически меняются.
ПО с графическим интерфейсом для управления программатором доступно (бесплатно) на различных сайтах, включая Khazama и Extreme.
Процессор ATtiny45 имеет flash-память, EEPROM и «fuses» (предохранители), все из которых программируются. Flash-память содержит программу. EEPROM также может быть запрограммирована внешним программатором (как USBasp выше), но чаще используется ATtiny для сохранения пользовательских настроек, например.
«Fuses» полупостоянно сохраняют специальные параметры. Они конфигурируют ATtiny для его работы. Это включает конфигурацию тактового генератора, тайминг сброса и так далее.
В этом случае вам нужно (СНАЧАЛА!) запрограммировать flash-память одним из HEX-файлов. Используйте версию 't85' для чипов ATtiny85 и версию 't45' для чипов ATtiny45. Это скомпилированное программное обеспечение Bascom, сохраненное в файле формата Intel HEX. Он доступен для загрузки ниже.
ЗАТЕМ запрограммируйте fuses в ATtiny45 или ATtiny85. Подробности настройки fuses описаны в исходном коде и одинаковы для обоих чипов. Для удобства я повторю их здесь:
Lock: &0FF
Extended: &0FF
High: &05F
Low: &0E1
ВАЖНО: Бит Low fuse включает один бит, который конфигурирует вывод RESET для использования с монитором батареи. Это предотвращает возможность повторного программирования чипа (если вам это потребуется) до тех пор, пока fuses не будут сброшены с помощью специализированного программатора высокого напряжения (High Voltage Programmer). Если вам нужно сделать свой own, отличная конструкция "Fusebit Doctor (HVPP+HVSP)", которая работает с широким спектром устройств, доступна на elektroda.pl (Ищите в вашей любимой поисковой системе последнее местонахождение схем и ПО. Кажется, оно периодически меняется).
Эксплуатация
Подключите КСВ-метр, как показано на Рисунке 1, и включите измеритель. Значок батареи должен указывать уровень заряда.
Включите несущую передатчика. Выходная мощность должна быть менее 15 Вт, чтобы не повредить измеритель. КСВ-метр должен затем отобразить относительные уровни прямой и обратной мощности и КСВ.
Настройте антенный тюнер и убедитесь, что светодиод КСВ гаснет, когда КСВ составляет примерно 2:1 или меньше. При необходимости измеритель можно оставить в цепи, включенным или выключенным.
Рисунок 6: КСВ-метр в использовании с моим QRP-трансивером на 5 Вт, отображающий КСВ около 1,5:1 и уровень заряда батареи почти 100%.
Использование 1,3-дюймового OLED-дисплея
Для некоторых 0,96-дюймовые OLED-дисплеи могут быть слишком малы для регулярного использования. Недавно, во время обновления программного обеспечения, при обширной и полезной поддержке Боба (ZS6RZ) в тестировании переработанного ПО, я продолжил экспериментировать с некоторыми недавно выпущенными (2019) 1,3-дюймовыми OLED-дисплеями.
Продавцы утверждают, что они совместимы с 0,96-дюймовыми OLED-дисплеями. К сожалению, это неверно. 0,96-дюймовые дисплеи (почти всегда) имеют внутри контроллеры SSD1306, в то время как 1,3-дюймовые дисплеи (почти всегда) используют контроллеры SH1106. Чип SH1106 не поддерживает автоматическое инкрементирование адресов столбцов и страниц, и, в отличие от SSD1306, он также требует специфической адресации страниц и столбцов. Использование этих более крупных дисплеев therefore потребовало некоторых изменений в оригинальном коде, а также дополнительного ПО для обработки различий в адресации.
Кроме того, имейте в виду, что между этими дисплеями есть несколько других очень важных различий. Во-первых, распиновка выводов приобретенных мной 1,3-дюймовых дисплеев отличалась от распиновки всех моих 0,96-дюймовых OLED-дисплеев. Выводы VCC и GND были поменяны местами по сравнению с большинством других 0,96-дюймовых OLED-дисплеев. Кроме того, некоторые 1,3-дюймовые дисплеи ограничены работой от 3,3 В (!!). Это требует дополнительного изменения для данной конструкции, которая обычно работает от 5 В.
Я тестировал свою конструкцию КСВ-метра с 1,3-дюймовыми OLED на SH1106 как на 3,3 В, так и на 5 В с соответствующим напряжением питания, и они работали perfectly. Но, хотя мои tests прошли perfectly, я не могу гарантировать, что ВАШ дисплей и ВАШ процессор и мое ПО будут корректно работать на 3,3 В. Одна из причин: Fuses, установленные здесь (см. подробности выше), конфигурируют чип для работы с его внутренними RC и PLL тактовыми генераторами на частоте 16 МГц. Это превышает номинальные характеристики чипа при работе от 3,3 В, хотя я не обнаружил ни одного своего чипа, который бы не работал на этой тактовой частоте при этом напряжении. Но, как говорится, «ваш опыт может отличаться» (your mileage may vary). Т.е. Это сработало для меня в моих tests с по крайней мере восемью различными чипами из разных партий, но может не сработать для вашего чипа, или, скажем, в некоторые холодные дни, или когда батарея слишком разрядится, или... что угодно.(Конечно, если вы хотите запустить свой КСВ-метр на 3,3 В, вам также необходимо заменить модуль повышающего DC-DC стабилизатора, показанный на схеме, на более подходящую версию с номинальным выходным напряжением 3,3 В).
Ключевой факт, который следует отметить: Проверяйте и перепроверяйте покупаемый OLED-дисплей, чтобы убедиться в его совместимости. Если вы хотите использовать 0,96-дюймовый OLED, убедитесь, что он использует контроллер SSD1306. Если вы хотите использовать 1,3-дюймовый OLED, проверьте, что он использует контроллер SH1106, и проверьте, при каком напряжении он работает, предпочтительно 5 В.
Загрузки:
ВАЖНО: Это программное обеспечение и прошивка предоставляются только для личного некоммерческого использования. Это означает, что вы можете использовать программное обеспечение в своем собственном КСВ-метре и делиться им с другими бесплатно при условии, что вы сохраните details об источнике конструкции, т.е. www.zl2pd.com и т.д. Вы НЕ МОЖЕТЕ перепродавать программное обеспечение или конструкцию без письменного разрешения владельца авторских прав (это я, Эндрю, ZL2PD). Это включает такие вещи, как клубные наборы. Однако разрешение в большинстве случаев readily дается бесплатно при условии четкого указания источника. Пожалуйста, также обратите внимание, что повторная публикация или предоставление доступа к конструкции и/или программному обеспечению в любой форме на других веб-сайтах и т.д. также НЕ разрешается без разрешения.(Извините, folks. Проблемы с некоторыми лицами и компаниями, которые копируют и перепродают мои разработки как свою собственную работу для получения прибыли, вызвали необходимость выделить эти обязательства).
Программное обеспечение для КСВ-метра (включая исходный код Bascom и HEX-файл для прямого программирования ATtiny45 или ATtiny85, а также программное обеспечение для более крупного 1,3-дюймового OLED)
В ZIP-файле содержатся:
swr08_t85.bas Исходный код BASCOM для ATtiny85
swr08_t85.hex Стандартный HEX-файл в формате Intel для прямого программирования ATtiny85 для этого проекта
swr08_t45.hex Стандартный HEX-файл в формате Intel для ATtiny45 для этого проекта
swr08_130sh1106LCD_t85.hex HEX-файл для программирования ATtiny85 с 1,3-дюймовым OLED для этого проекта
swr08_130sh1106LCD_t45.hex HEX-файл для программирования ATtiny45 с 1,3-дюймовым OLED для этого проекта
Примечание: Подробности о fuses документированы near the top исходного кода.
Графика для передней панели (только для 0,96-дюймового OLED. Не совместима с 1,3-дюймовыми OLED-дисплеями)
Файл корпуса для 3D-принтера в формате STL (только для 0,96-дюймового OLED. Не совместим с 1,3-дюймовыми OLED-дисплеями)
Комментариев нет:
Отправить комментарий