GPS маяки, радиомаяки и другие системы поиска ракет.

apakhom> Вторая серия про то как работает (звонки, СМС, карты)

и третья про то как искал "чемоданчик" в огороде

Неожиданно испытал трудности с картами: на разных телефонах ссылка из СМС "по умолчанию" открывается в разных приложениях. Если выбрать браузер (у меня "хром") - то все более менее нормально: включаешь GPS, видишь свое местоположение и... пошел на красную метку "ракеты".

А вот на сяоми (Redmi 3s) "по умолчанию" предлагает открыть ссылку в картах. Вот тут - сплошные проблемы: метка "ракеты" отображается всего 20 секунд, потом гаснет и начинаются предложения про магазины, кафе и проч. расположенные рядом. Масштабирование - никак не хочет работать.

Интересен опыт "знатоков" - как (и на чем) вы "отрабатываете" метку?

apakhom> Интересен опыт "знатоков" - как (и на чем) вы "отрабатываете" метку?

На Google Maps. Но на самом деле гуглом я почти не пользуюсь. А за городом смартфон определяет свое положение ± километр. Я заношу последнюю координату в автомобильный GPS-навигатор, и он мне строит маршрут к месту приземления.

apakhom>> Вторая серия про то как работает (звонки, СМС, карты)
На электронную почту загляни.

Massaraksh> Вкратце, на прямой видимости на 32 мВт он получил дальность уверенного приёма >11км.

Что-то нет бурных восторгов

А ведь - хорошая вещь! Еще в институте изучали широкополосные шумоподобные сигналы... никак не думалось, что будет так доступно.
Плюсы - очевидны.
Несколько цифр "в минус":
- примерно 1200 руб (с доставкой) за единицу
- 8 байт за полторы секунды!

В качестве "хилой" альтернативы можно предложить nRF24L01 (50 руб/шт с доставкой).
Дальность в прямой видимости в паре "обычный" - LNA без пропадания пакетов при любом положении антенн у меня получилась 700 м. Можно и дальше, но пакеты (я слал 16 байт 125Кбит/с) начинают теряться.

apakhom> Что-то нет бурных восторгов
А чем восторгаться?
Для каких то задач, наверное, очень круто.
Есть эти модули, игрались, мне не подходит. Уж очень медленно.

pinko> Эти китайские модули (на картинке) имеют версии 20 мВт и 1 Вт

А есть еще на 100мВт, наверно получше будет чем 20мВт.

pinko> В эти выходные я протестирую 1Вт модуль и сообщу вам результаты. До сих пор 20мВт на земле дает 1.6км!

1Вт модуль, когда положен на землю в траве, дал расстояние 3.3 км через деревья и здания.


Mihail66> А есть еще на 100мВт, наверно получше будет чем 20мВт.

Моя ошибка - модуль бывает 20дБм то есть 100мВт, но в спешке я написал 20мВт.

Про модуль - не знаю других производителей, я тестировал только модули Ebyte. Также UART мне не нравится, я предпочитаю SPI протокола.

pinko> Моя ошибка - модуль бывает 20дБм то есть 100мВт, но в спешке я написал 20мВт.
pinko> Про модуль - не знаю других производителей, я тестировал только модули Ebyte. Также UART мне не нравится, я предпочитаю SPI протокола.

Есть еще 18дБм, но он наверно совсем слабенький.

А в целом мне очень нравится не зависеть от сотового оператора, и к тому же дальность приема в высоту должна получиться в разы больше, чем над поверхностью Земли.

pinko> Для 1Вт версии требуется радиатор, я поместил маленький, который держит модуль на 60 градусов, но я заменю его с большего размера на другой специально разработанной печатной плате.

После более тщательного изучения спецификаций, я рассчитал что 1Вт ВЧ и 2Вт тепловая мощность потребляются во время передачи.

Новая конструкция передатчика мощностью 1Вт для лучшего теплаотвода и специально изготовленного алюминиевого радиатора для этой цели.

pinko>> Для 1Вт версии требуется радиатор, я поместил маленький, который держит модуль на 60 градусов, но я заменю его с большего размера на другой специально разработанной печатной плате.
pinko> После более тщательного изучения спецификаций, я рассчитал что 1Вт ВЧ и 2Вт тепловая мощность потребляются во время передачи.
pinko> Новая конструкция передатчика мощностью 1Вт для лучшего теплаотвода и специально изготовленного алюминиевого радиатора для этой цели.

Выглядит очень красиво. Но, если 1 ватт ВЧ уходит в антенну и к.п.д. антенны близок к 100%, то в нагреве он не участвует вовсе. Если антенна согласована (к.с.в. маленький, близок к 1), но к.п.д. антенны заметно ниже 100%, то греется сама антенна, а не модуль.

Так что, из общей потребляемой мощности этот 1 Вт можно смело вычесть.

Если общая потребляемая мощность 2 Вт, то к.п.д. выходного каскада несколько больше 50%, что хорошо, и в 2020 году похоже на правду.
Если общая потребляемая мощность 3 Вт, то к.п.д. выходного каскада в районе 35%, что было приемлемо в ламповые времена, но сейчас не должно устраивать.

Можешь процитировать datasheet, чтобы сделать окончательный вывод о потребляемой мощности от источника питания?

Б.г.> Можешь процитировать datasheet, чтобы сделать окончательный вывод о потребляемой мощности от источника питания?

Б.г.>> Можешь процитировать datasheet, чтобы сделать окончательный вывод о потребляемой мощности от источника питания?

pinko> 30 dBm

Ну, да, 30 дБм - это 1 ватт выходной мощности.
Если 630 мА, значит, 1 ватт в антенну и 2 ватта нужно отводить радиатором.

Ток, кстати, можно бы и померять.

Б.г.> Ток, кстати, можно бы и померять.

Привет Б.г. прости за короткий ответ раньше, был на работе.

Кстати я также был удивлен когда прочитал datasheet. Первое, что я сделал, было измерить выход и вход.

ВЧ-выход - действительно 30dBm, замерял с помощью ВЧ-детектора и получил ~1Вт.

Вход - измерил ~2.9Вт что есть около 40% КПД, нормальным для усилителя класса АB, я думаю.

pinko> я сделал новый трекер на основе GPS-LoRa слежения, поэтому не требует GSM сетей. Первые тесты очень перспективны.
pinko> Сегодня проверил 100мВт передатчик - размещенный на земле в траве, а ресивер с штыревой антенной у меня в руках ... еффективная дальность приема через деревья, один мост и пару домов составляет 1,6км.

Очень хорошая штука получилась! Привожу картинку "деревенских поездок" с 20dBm вариантом (тот, что слева). Деревья помешали, свернул бы в поле, глядишь и 3 км бы было

apakhom> Очень хорошая штука получилась! Привожу картинку "деревенских поездок" с 20dBm вариантом (тот, что слева). Деревья помешали, свернул бы в поле, глядишь и 3 км бы было

Мне тоже очень приятно, что это сработало так хорошо. Надежное отслеживание было основным недостатком - до сих пор.

Теперь другие энтузиасты-ракетчики могут использовать модули и етот проект как платформу и строить на ней.

pinko> Эти модули могут обеспечить еще большую дальность, но китайская реализация использует кристаллы вместо TCXO. Таким образом, достижимое максимальное расширения спектра есть 2048 (4096 по спецификации), а минимальная ширина полосы 31.25кГц (7,8кГц по спецификации).

Вчера открыл модули и как подозревал, они используют кристаллы. С немножко работой мне удалось заменить кристаллы с таких на термокомпенсированные (TCXO).

Дрейф практически исчез и теперь ширина полосы канала можно уменьшить. Скоро проверю, как это отразится на дистанции.

apakhom> Собрал "небольшую прослойку между человеком и картой" для Android. Может быть кому-нибудь пригодится...

Во как интересно. А мы то как раз на этом прокололись. Навигатор с собой забыли. А на Андроидном ГуглМапсе не сумели маршрут по прямой построить.

pinko> Вчера открыл модули и как подозревал, они используют кристаллы. С немножко работой мне удалось заменить кристаллы с таких на термокомпенсированные (TCXO).

Скажи-ка, товарищ Pinko, а где можно почитать подробнее про эту твою разработку? Она мне интересна и с точки зрения повторения, и с точки зрения использования опыта для систем радиоуправления летательными аппаратами. Дело в том, что LoRa уже давно используется для создания модулей дальней связи для РУ моделей. Но их проблема в том, что присутствуют разрывы связи. Если эта проблема решается просто заменой кварца, то множество пилотов скинутся, и поставят тебе памятник при жизни!
Ну и да, сегодня ракета с gsm gps маяком ушла из зоны сотового покрытия, и не смогла передать свои координаты. Земля ей пухом. Но на будущее, хочу собрать систему на модулях LoRa.

Tarastadva> Скажи-ка, товарищ Pinko, а где можно почитать подробнее про эту твоюб разработку?...

apakhom сейчас тестирует - он может написать больше с точки зрения пользователя.

В эти выходные я сделаю подробную статью в своем блоге, с подробностями о микросхемах SX127x и их тонкостях который я нашел.

Tarastadva> Но их проблема в том, что присутствуют разрывы связи.

Причина этой проблемы найдена и есть обходной путь - причина в автоматической вычислении центральной частоты при каждом полученном пакете - я тоже об этом напишу.

pinko> В эти выходные я сделаю подробную статью в своем блоге, с подробностями о микросхемах SX127x и их тонкостях который я нашел.

Отлично! Жду!

pinko>> В эти выходные я сделаю подробную статью в своем блоге, с подробностями о микросхемах SX127x и их тонкостях который я нашел.
Tarastadva> Отлично! Жду!


Извини за задержку, погода не позволила провести тесты на поле. На моем блоге буду писать когда организовал все - там все по Английском. Ну вот на Русском...



Сегодня сделал тест с прямой видимостью. Я хотел протестировать версию 100мВт, 1Вт и 4Вт. 100мВт и 1Вт используют модули, тогда как 4Вт используют голый чип и усилитель (с пассивными компонентами конечно).

Но после того, как я увидел дальность на 100мВт, я решил отложить и спланировать лучший тест для 1Вт и 4Вт передатчиков.

Конечно, на земле дальность ниже - от 300м до 3км в зависимости от положения антенны и местности. Таким образом, для ракет было бы идеально получать и записывать координаты постоянно в воздухе и когда связь потеряна перейти к последним координатам, а затем продолжить прием когда будет достаточно близко.





Первом передатчик 100 mW был поднят на крышу здания на высоте 25м и 70м над уровнем моря. Канал LoRa был установлен с SF11 и полосой 62,5 кГц. И я поехал на машине на другой конец бухты Черного моря. Пока регулярно останавливаюсь, чтобы проверить сигнал используя небольшую штыревую антенну.




Наконец сигнал перестал приниматься там, где красная стрелка показывает на холмах на заднем плане. Это 20 км от старта по прямой.

Затем поставил направленную Яги антенну с 5 директорами. Затем я проверил в какой-то момент 28,5 км, и сигнал был получен с отношением сигнал/шум больше чем 2 (eто означает что я могу пойти еще дальше - см ниже). Затем я сдался, поскольку дорога уходит за холмы.




О SX1279 LoRa чипах и модулях:

I. Эти чипы, из-за схемы модуляции, могут принимать и извлекать сигнал с SNR (отношением сигнал/шум) ниже чем 0. Поэтому очень важно выбрать центральную частоту плюс ширину модуляции с наименьшими помехами.

В моем случае я выбрал 416,3000 МГц - как можно увидить в зоне интереса никаких помех на сканере:




II. LoRa SF (Spreading Factor) - Чем выше - тем больше дальность и невосприимчивы к помехам. Эти чипы имеют рейтинг до SF 12 (2¹²). Однако эти модули и чипы я не смог заставить работать надежно с SF12 - ни с кристаллами, ни с TCXO. SF11 является максимум. Я спросил на форуме производителей, но пока не получил ответа.

III. Ширина полосы - чем менше - тем больше дальность и невосприимчивы к помехам, но она очень зависит от температурного дрейфа и ускорения. SX1279 имеет возможность вычислять дрейф частоты при каждом приеме пакета и может принимать с дрейфом до 49% пропускной способности.

а) В этих модулях используются кристаллы и как я упоминал в первых сообщениях, следует их замену с TCXO или в конструкциях с голыми SX1279 надо TCXO - чтобы решит эту проблему. Поэтому я реализую в своих устройствах подпрограмму, которая регулирует центральную частоту приема после каждого полученного пакета. Недостатком является то, что если связь потеряна и дрейф значительный - можно потерять связь и тогда придется вручную настраивать центральную частоту пока связь не будет зафиксирована, а затем сработает подпрограмма для автоматической регулировки частоты. Для минимизации этой проблемы надо более широкая полоса пропускания - 62,5 кГц во всех тестах работает.

б) Ускорение временно изменяет свойства кристалла в TCXO. В тестовых запусках, которые проводил apakhom, полосы пропускания 62,5 кГц оказалось достаточно, чтобы покрыть температурный дрейф и изменения ускорения - то есть без потери связи. У него есть версия с кристаллами - таким образом, также присутствует температурный дрейф. Версия с TCXO должна быть протестирована - возможно, она будет достаточно стабильна при ускорении для снижения пропускной способности и таким образом, увеличения дальности связи.

IV. Свойства пакета:
- тип пакета - експлицитны с фиксированной длиной
- преамбула минимум 16 бит (чтобы иметь время для правильны настроики схему автоматического усиления)
- циклическая скорость кодирования 4/8 (удвоить длину пакета, но может исправить большинство ошибок)
- CRC включен
- установил байт синхронизации - %10001000
- установить оптимизации для низкую скорость передачи данных

V. Важно видеть файл с ошибками (errata datasheet) и делать то, что они инструктируют

LoRa Receiver:

У моего ресивера перед модулем есть 10dB малошумящий усилитель LNA (BGA427) с полосовым фильтром после LNA. В моих тестах это дало мне увеличение приема сигнала на 8дБ и увеличение отношения сигнал/шум на 2 пункта по сравнению с тем же приемником без LNA. Связа на 30км была с LNA - версия без LNA имела максимум около 20 км.



Версия 1Вт и 4Вт:

1Вт - модул требует 5 вольт питание , поэтому я сделал импульсный регулятор с 3,8 на 5 вольт. Как упоминалось в первых сообщениях, ВЧ-усилитель в этом модуле имеет КПД около 50% и необходимо рассеивать 1 Вт тепла, поэтому необходим радиатор - без радиатора постоянная трансмиссия перегревает модуль..




4Вт - В этом передатчике использую микросхема SX1279 и RF2173 ВЧ-усилитель, который представляет собой усилитель 5Вт GSM. Дизайн работает при напряжении 3,7 вольт и потребляет около 7,5Вт, что означает, что необходимо уделять особое внимание отводу тепла - около 3,5Вт. В моем случае сделал печатная плата из 4 слоев и средние слои передают тепло в сторону, где отводится специальному радиатору (которой сделал на работе ).

Этот передатчик потребляет около 2 ампер и надо использоваться с хорошими LiPo батареями. Блокирующий диод перед 3,3В регулятором и конденсаторы после него очень важны, также важны фильтрующие конденсаторы - без всего этого схема будет сбрасываться во время передачи - от высокой мощности ВЧ сигналом, которая немного сдвигает нула и высокое потребление тока - потребовалось некаторое время, чтобы найти и решить проблему.




Вывод - 100мВт версии передатчика и приемника с МШУ хватит для отслеживания и нахождения, вероятно для 99% любительских ракет.

П.с. 1Вт и 4Вт версии я буду тестировать, но из чистого любопытства - сомневаюсь, что они мне когда-нибудь понадобятся.