Balise multimodes HF v1

Par Anthony F4GOH et Christophe F4GOJ.

Caractéristiques de la balise HF :

• Ensemble modulable.
• Programmable sur les bandes amateur du 80m au 10m.
• Puissance de 20 à 37dbm selon les bandes.
• Modes : BPSK ,QPSK, RTTY, Hellschreiber, CW, WSPR.
• Émission sur 3 bandes alternativement.
• Synchronisation avec une horloge en temps réelle.
• Affichage sur écran LCD 4×20.
• ROSmètre.
• Boîte d’accord optionnelle.
• Logiciel dédié pour faciliter la programmation de la balise.
• Cout 50€ max sans la boîte d’accord.

La balise se compose de cartes modulaires :

• La carte principale Arduino et DDS
• La carte PA, filtres passe-bas et ROSmètre
• La carte fille I²C + horloge en temps réel
• L’afficheur LCD 4×20
• L’alimentation à découpage 5V
• La boîte d’accord (qui sera décrite dans un autre article)

L’ensemble est architecturé autour d’un arduino nano, celui-ci pilote un module AD9850 par liaison série matérielle (SPI). L’alimentation de l’AD9850 est contrôlable par l’arduino ce qui permet de réduire la consommation dans le cas où la balise est alimentée par une batterie. Une sortie à modulation de largeur d’impulsion du microcontrôleur est utilisée pour régler le gain de l’amplificateur de puissance réalisé à l’aide de 4 mosfets BS170 en parallèle. L’arduino contrôle aussi la commutation des relais des filtres passe-bas en sortie de l’amplificateur. Le bus I²C permet de gérer l’afficheur LCD, l’horloge en temps réel ainsi que la boîte d’accord si celle-ci est connectée. Deux convertisseurs analogiques-numériques de l’arduino sont utilisés pour mesurer les puissances directe et réfléchie nécessaires pour contrôler la boîte d’accord. Le choix d’une alimentation à découpage en module à base d’un LM2596 s’est imposé pour son très bon rendement. L’arduino nano dispose un convertisseur USB intégré utilisé pour téléverser le programme et configurer la balise à l’aide d’un logiciel dédié. L’ensemble des schémas et typons est disponible ici : HF Beacon v1 PCB zip

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Carte Arduino et DDS La carte principale est composée principalement des deux modules arduino nano et DDS AD9850. Reste la commande d’alimentation du DDS par le transistor Q1, le filtre passe bas BF pour moyenner la commande de gain PWM de l’étage PA. Le connecteur J4 rassemble les commandes du PA, et le connecteur J3 est dédié à la communication (BUS I²C, liaison Série) Le potentiomètre n’est pas utilisé dans la version actuelle du logiciel. Un LM385-2.5V est indispensable pour avoir la meilleure précision possible lors de la mesure de la puissance directe et réfléchie.

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Carte PA, filtre Le PA se compose de 4 bs170 en parallèle. La commande de gain peut être réglable manuellement ou par la commande de gain de l’arduino. Cette sélection est faite par le cavalier J32. La carte dispose de 4 emplacements de filtres dont 3 sont commutables par des relais. L’utilisateur réalisera ses propres filtres du troisième ou cinquième ordre selon ses besoins en fonction de ses bandes préférées. Le coupleur tandem pour mesurer les puissances directe et réfléchie est réalisé par tore binoculaire BN-43-202 (2×25 spires). Les puissances émises en HF étant relativement faibles, l’utilisation de diodes de redressement est à proscrire. Deux amplificateurs logarithmiques AD8307 fourniront aux convertisseurs analogiques numériques de l’arduino deux tensions continues variables, images des puissances.

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Carte I/O Afin de ne pas surcharger la carte principale, une carte d’extension permettra de connecter tous les périphériques. Le module horloge DS3231 est enfiché directement sur cette carte. Ce module a été choisi car il est compensé en température et offre une précision de 2ppm de -40 à 85° Les connecteurs I²C restant sont utilisés par l’afficheur LCD et la boîte d’accord. L’afficheur LCD 4×20 caractères sera équipé d’un module I²C PCF8574 pour LCD1602. Cela permet de libérer beaucoup de broches au niveau du microcontrôleur.

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Logiciels

Le programme de l’arduino est disponible ici : hfbeaconv1.ino

Celui-ci nécessite plusieurs librairies :

AD9850SPI : https://github.com/F4GOJ/AD9850SPI/archive/master.zip

HFBEACON : https://github.com/F4GOJ/HFBEACON/archive/master.zip

RTC3232 : https://github.com/JChristensen/DS3232RTC/archive/master.zip

Liquidcrystal_i2c : https://github.com/jenschr/Arduino-libraries/archive/master.zip

Installation des librairies :

• Téléchargez les différentes librairies.
• Décompressez chaque fichier. Vous obtiendrez un répertoire contenant tous les fichiers de la librairie avec un nom comprenant le nom de branche, typiquement nomdelalibrairie-master.
• Renommez le répertoire en supprimant « -master »
• Copiez le répertoire renommé dans le répertoire Arduino \libraries.

Un logiciel dédié de configuration écrit en visual basic est disponible ici : HF Beacon configuration

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Assemblage et contrôles

Carte Arduino DDS :

Commencer par réaliser la carte principale Arduino.

Faire les vérifications d’usages sur les alimentations sans les modules puis insérer l’arduino nano.

Programmer le microcontrôleur à l’aide de l’environnement Arduino 1.0.6 avec le fichier hf beacon v1.ino

Par défaut le programme est en mode debug ou le configurer comme tel.

Utiliser le moniteur série, afin de vérifier la communication (57600 bauds)

Taper sur h pour help, commandes de debug et de test

Insérer maintenant le DDS AD9850.

Retourner dans le menu debug, puis touche « a » pour mettre sous tension le DDS.

Touche « 2 » pour sélectionner la bande 40m.

Positionner le cavalier J2 en position 1-2 (sortie TTL) puis régler le potentiomètre du module DDS afin d’obtenir un signal carré de 7,100Mhz sur la sortie SMA de la carte.

Vérifier la tension de commande de gain aux bornes de C8 (touche « e » incrémentation, touche « d » décrémentation).

La tension ne doit pas dépasser 3V pour une consigne max de 255.

Carte PA filtres :

Commencer par souder les 4 transistors, relais, connectique et composants discrets. Remplacer la self L21 par une résistance de 1kΩ.

A l’aide du potentiomètre, J32 en position 2-3, vérifier la commutation du drain des transistors.

Connecter la carte PA à la carte Arduino et vérifier la commutation des relais (touches w, x, c, v).

Retirer la résistance de 1kΩ et souder maintenant la self L21 Implanter un filtre 40m sur l’emplacement LP1 par exemple.

Souder un fil momentanément entre la sortie des filtres et le connecteur SMA de sortie PA. (Avant de mettre le coupleur tandem)

Connecter une charge de 50Ω

Retourner dans le menu debug

Touche « a » allumer le dds

Touche « 2 » bande 1

Touche « a » allumer le dds

Touche « e » plusieurs fois pour augmenter le gain

Mesurer la puissance de sortie en fonction de vos appareils de mesure

Terminer par souder les AD8307 et le coupleur tandem.

Recommencer le processus de debug, en mesurant le SWR a l’aide de la touche « y »

Sur charge 50Ω le SWR devrait être proche de 1,0

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Félicitations à Claude F8BOJ pour le montage de la balise