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Si4732レシーバーキットを作る

SSBの復調が可能なDSPラジオが1台あっても良いなと思い(製品は遊べないから)Si4732使用のキットを購入した(数年前なら上位互換のSi4735のボードがあって自作できたようだ)

キットはアマ無線家が設計公開したものを中華が(勝手に?)製品化しているらしい・・・が,キットで購入できて助かる

今回はAliexpressにて未完成品バッテリー無しを選択し¥3,798で購入(同等品がAmazonでは5K前後から)

2Wで届いた箱は凹んでいて中身は大丈夫か!

IMG_20220210_194336.jpg

開けてみて梱包は適当でも大丈夫の様だったので良し

IMG_20220210_194354.jpg

パーツを展開してみて・・・

IMG_20220211_092838.jpg

(パーツリスト)

  • 本体のボード(機械で付けられるパーツは実装されている)
  • Arduino NANO(ソフトウェアが書き込まれているはず)
  • OLED(汎用品)
  • BNCコネクタ(メス)
  • SW × 2
  • ロッドアンテナ
  • スピーカー
  • PH端子付きケーブル × 2
  • BP76108:FMバンドパスフィルター(?)

で,最後のフィルター(最初セラロックに見えた)は,購入前に見ていたイメージには無かった予定外パーツだった

また,Si4732は裏面に実装されていたはずなのに無かったため再度ネットで確認する事になる

(ボード全体:表)

IMG_20220211_093023.jpg

(ボード全体:裏)

IMG_20220211_093102.jpg

基板にある刻印と見ると

IMG_20220211_131151.jpg

ATS20+用らしく2022.01.15に製造されたようだ(これは最新なのか?)

そこでATS20+を検索してみると同じ基板のイメージを発見(以下は流用)

ATS.jpg

Si4732は表面に実装,FMバンドパスフィルターが追加されている事が判った

尚,FMバンドパスフィルターは刻印面が前面となる(左から入力,Gnd,出力ピン)

(Si4732の実装)

IMG_20220211_131207.jpg

パーツの半田付けは熱による弊害もほとんど無いので慣れている人なら直ぐ終わる

IMG_20220211_153721.jpg

NANOとOLEDを取り外しできるようにしようかと考えたが,最終的なケースを想定すると高さを消費するのが勿体ないので操作部品(スイッチとローターリーエンコーダ)に合わせたOLEDの高さのみ調整した(5mmアップしている)

IMG_20220211_153758.jpg

完成したので電源を入れるが,説明書も無いので電源が何なのか見て判断するしかなく,USB-Cを接続してみる

基板に実装されている赤LEDが発光,電源SWと思われるSWをONするとNANOのPOWERランプが点灯

しかし・・・OLEDは何も変わらない・・・つまり動作していない

まず電源を疑い電圧を見れるとことで観るが問題なさそう・・・更にネットで電源について収集したが情報なし

バッテリーを付けていないので関係するかと思ったが情報はない

次にNANOのミニUSBに電源を接続(電源SWは関係ないなしでNANOは通電)するが変わらず

もしかしてソフトウェアが書き込まれてないのかと疑い,何かシリアル接続で情報が出てこないものかと調べたりしていたところで

ふとOLEDを見ると・・・ん?

IMG_20220211_163811.jpg

これは?(本当に,どうしたものか困ったところで,偶然観えた光景だった)

IMG_20220211_163803.jpg

ニッパーでぶった切って試したところ問題なく動作した

OLEDがケース入りだったのであまり観えていなかったのもあるが中華製は気を付けなければならないって教訓だね

これがGNDとVCCでなくて良かったと思うべき・・・と考えれば幸せ

IMG_20220211_164408.jpg

まずはFMとAMで受信を確認して問題なさそうなことを確認(ここでAliexpressにOKを出した)

(参考)

  • イヤフォンジャックでSPは切れる
  • NANOの電源ミニUSBで動作(SWは関係ない)
  • バッテリーが無いとタイプC電源では動作しない
  • SPとバッテリーのコネクタはPH端子(極性は日本の一般的な物の逆になっている:中華製だと大抵は逆)

バッテリーが無いとUSB-Cの電源は使えない(SWも意味なし)のでUPS用の購入してたバッテリーをPH端子に付け替えて使用

IMG_20220211_182100.jpg

また,外部端子(イヤフォンジャック)があるのでコンパクト化を優先してスピーカーを前に購入したラジオキットの極小の物にした

バッテリーとスピーカーは基板の下に置くようにしてケースを作る予定

IMG_20220211_200834.jpg

消費電力は140mA前後のようだ

IMG_20220211_202058.jpg

(感想)

  • ロータリーエンコーダの動きが鈍い(自身で作った物と同じ様な動きなので文句言えないw)

ラズパイ(rasbian)でNOAA受信を試す

NOAA受信のサーバ化においてNOAAの受信データをWXtoImgで画像化したいのでLinux版を動作させることになるのだが,コマンドで実行できるものと勝手に思い込んでいたのが間違いで(判ってないだけかもしれないが)GUIでしか動作できそうにない

先日SDRサーバ化したNanoPiNEOでは(画面出力が無いので)WXtoImgが動作しないため,本来予定していたラズパイで再度試行することにした

IMG_20220205_125838.jpg

ソフトウェアセットアップ

まずはラズパイOS(Rasbian)の最新版を手に入れようとサイトを見てみると64ビット(AMD64)版が正式にあったのでDLした(4日にDLしたのだがリリース直後だったようだ)

最小インストールしたかったのでサーバで良いとLite版をマイクロSDに書き込んで起動したのだがSSHでアクセスできない

いつのまにかSSHはOFFになっていて書込みツール(Raspberry Pi Imager)のオプションでSSHをONしないと使えないようだ

WS20220208_001.png

右下のアイコンを選択してオプション設定を開く

WS20220208_002.png

SSHをONさせる(他に無線LANも接続設定できるようになっている)

この後,先日行った手順でSDRサーバをセットアップして,GUI環境を整えWXtoImgをセットアップしようとしたら動作しないことが判る

実はWXtoImgは32ビット版で64ビット版では動作しない

ということで最初に戻って32ビット版Rasbianを今度はデスクトップ版をセットアップしなおしSDRサーバとWXtoImgをインストールした

以下のメモはLite版に追加する場合でありデスクトップ版には含まれている

(メモ1:デスクトップ環境)

# apt install xserver-xorg
(軽量なxfce)
# apt install xfce4 xfce4-terminal
(デフォルトのPIXEL)
# apt install raspberrypi-ui-mods
(フォント)
# apt install fonts-noto

(メモ2:VNCサーバ)

# apt install realvnc-vnc-server

# systemctl enable vncserver-x11-serviced.service
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/vncserver-x11-serviced.service → /lib/systemd/system/vncserver-x11-serviced.service.
# systemctl enable vncserver-virtuald.service
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/vncserver-virtuald.service → /lib/systemd/system/vncserver-virtuald.service.

# systemctl start vncserver-x11-serviced.service
# systemctl start vncserver-virtuald.service

(メモ3:その他)

SDRサーバをクリーンインストールしたので必要パッケージとして以下が必要なのが判明

$ sudo apt install libusb-dev
$ sudo apt install libusb-1.0-0-dev

WXtoImgのインストール(コマンドは/usr/local/binに登録される)

# dpkg -i wxtoimg-armhf-2.11.2-beta.deb
環境設定

RTL-SDRの出力をWXtoImgに渡すのにラズパイには標準でマイクのハードウェアが無いことに気付く

WXtoImgの入力が(/deb/dsp)なのでPIPEでできるかなとやってみたが駄目だった(以下)

# mkfifo /dev/dsp
# aplay -r 48000 -f S16_LE < /dev/dsp
# rtl_fm -f 137.9125M -M fm -s 200000 -r 48000 > /dev/dsp

他に仮想サウンドサーバ的な方法もありそうだが,外部チューナ化も検討できる思いUSBサウンドカードを購入

IMG_20220208_202057.jpg

デジタルをアナログ出力してアナログで取り込みデジタル化するのかって思うけど・・・アナログで接続

IMG_20220208_200437.jpg

WXtoImgの入力をUSBマイクにする

WS20220208_012.png

(注)sample rate は 44100 に設定しないと入力エラーとなる

これまでに記録してあった受信音でテスト受信を行ってみると認識しているようなので問題なさそう

WS20220208_013.png

ただし,ビットレートが異なるためかズレがあって画像にはならない

次はリアルで確認する予定

SDRサーバ(RTL-SDR)を試す

いつのまにかラジオ関係で楽しんでいるが,本来の目的はNOAA画像受信である(NOAAのカテゴリを作ることにした)

現在NOAA受信用のQFHアンテナはTV(衛星+地デジ)アンテナのケーブルと共用して室内に送っているためノイズが多く受信状態が良好でない場合がある

本来どのくらいの感度があるのか確認するため直接QFHアンテナで受信確認することにした(もっと早くやるべきだったのだけど休日の明るい時にNOAAが近づく事が無かったので遅くなった)

受信試験

衛星の位置が良かったこともあってか感度も良く良好に受信できた

SA_01300114.jpg

(選択にて元の画像が表示される)

受信音もクリアだったのでTVとケーブルを共用しているせい(後日,TVアンテナを外して受信してみたところ室内でもノイズが減ったので間違いない)か経路でノイズを拾っている疑いがある

対策としては,

①QFHアンテナは野外に受信サーバを設置して直接接続

②ノイズ元を取り除く(TVのせいならLPFで対応できるかも

③専用のケーブルで室内に引き込む

があり,そもそも①を前提に考えていたので②③は後回しにしていた(①の実施にあたりラズパイZERO2を調達する予定なのだが4か月も技適待ちなのである)

SDRサーバ

丁度良いので運用は先になるがSDRサーバを試す

サーバはarmbianでセットアップされているNano Pi NEO2があるのでRTL-SDRを試す

IMG_20220201_210215.jpg

RTL-SDRは以下で説明されているが簡単には動かない

https://osmocom.org/projects/rtl-sdr/wiki/Rtl-sdr

いろいろ嵌ったが次の手順で行えば動作する(実行時のメッセージは省略)

開発環境設定

$ sudo apt install cmake
$ sudo apt install libglib2.0-dev

DL&コンパイル

$ mkdir SDR
$ cd SDR
$ git clone git://git.osmocom.org/rtl-sdr.git
(変更あり:https://osmocom.org/projects/rtl-sdr/wiki/Rtl-sdr
$ git clone https://gitea.osmocom.org/sdr/rtl-sdr.git
$ cd rtl-sdr/
$ mkdir build
$ cd build
$ cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
$ make
$ sudo make install

(注)コマンドは「/usr/local/bin」にセットアップされる

動作環境設定

$ sudo ldconfig
$ sudo cp ../rtl-sdr.rules /etc/udev/rules.d/
$ sudo su
# echo 'blacklist dvb_usb_rtl28xxu' > /etc/modprobe.d/blacklist-rtl.conf

(注)「rtl-sdr.rules」は既にコピーされているかもしれない

再起動

$ shutdown -r now

嵌った時

cmakeでエラーになるとか,makeでlibusb.h が無いとかリンクでライブラリが無いとか嵌ることがあるが「libglib2.0-dev」のインストールで解決するようだ

もしエラーが消えないなら追加で以下を試してみると良い(追記:クリーンインストール時,以下が必要であった)

$ sudo apt install libusb-dev
$ sudo apt install libusb-1.0-0-dev

テスト

$ rtl_test

サーバ起動

$ rtl_tcp -a 192.168.xxx.xxx

(追記:以下で良い)
$ rtl_tcp -a 0.0.0.0

(オプション)

Usage: [-a listen address]
[-p listen port (default: 1234)]
[-f frequency to tune to [Hz]]
[-g gain (default: 0 for auto)]
[-s samplerate in Hz (default: 2048000 Hz)]
[-b number of buffers (default: 15, set by library)]
[-n max number of linked list buffers to keep (default: 500)]
[-d device index (default: 0)]
[-P ppm_error (default: 0)]
[-T enable bias-T on GPIO PIN 0 (works for rtl-sdr.com v3 dongles)]

(チューナーが2個の場合)

IMG_20220201_210250.jpg
Found 2 device(s):
0: Realtek, RTL2838UHIDIR, SN: 00000001
1: Realtek, RTL2838UHIDIR, SN: 00000001

(1を選択して起動)

$ rtl_tcp -a 192.168.xxx.xxx -p 1234 -d 1
SDR#

①で「RTL-SDR TCP」を選択して②を実行

WS_001.png

IPアドレスとポート番号(デフォルトが1234)を入力

WS_002.png

SDR#はAGCを選択しても保持されないようなので毎回起動時にチェックする(サーバ起動時に選択もできるようだ)

HDSDR

ExtIO_RTL_TCP.dll」を入手してセットアップ(HDSDRのフォルダーに置く)する

起動して①のSDR-DeviceでIPアドレスとポート番号を入力しようとしても入力できないので②のoptioonsの「select input」→「Realtek RTL2832」を実行すると入力できるようになる

WS_011.png

(起動時は入力できない)

WS_012.png

(「Realtek RTL2832」を実行した後は,先に入力されているIPが選択された状態になる)

WS_013.png

ここで「192.168.xxx.xxx:1234」と入力しようとすると入力途中でハングアップする

ハングアップしたら強制終了しても再起動でハングアップするのでHDSDRのフォルダーにある「delete_settings.cmd」を起動前に実行する

IPアドレスとポート番号の入力はカット&ペーストで行う(入力途中に接続にいってハングアップしていると思われる)

停止して入力すれば問題ないようだ

マグネチック・ループアンテナを設置

マグネチック・ループアンテナを野外設置するのに主に防水対策のため手を加えた

給電部を解体,穴あけ加工した(ダイソー製)100均タッパーに通す

IMG_20220129_143920.jpg

アンテナ部であるフラループはタッパーとホットボンドで固定し隙間を埋めた

タッパー内は,4C-FBのエレメントからRG174(1.5D-2V相当)に繋いでバラン(フェライトコアで3回巻き)を設置し,出力はFコネ(メス)にした(インピーダンスが食い違うけど受信のみなので良いでしょう)

Fコネ(メス)のシールド部の素材が半田付けが困難で(前回アルミでやってみて駄目だったので)銅板を間に入れた

RG174シールドと銅板は半田付け,その他は圧着で接続している

IMG_20220129_152734.jpg

本体はカラフルなのは良いけど繋ぎ目からの浸水とプラスチックは紫外線でボロボロになるので全体を灰色のテープを巻いた

IMG_20220129_152921.jpg

この形は設置するのが難しい・・・

評価段階なので最終的にどうするかは考えるとして暫定で引っ掛かる所にぶら下げた

ダイポールアンテナの方は取り外し(これから)改良する予定

IMG_20220129_161346.jpg

昼間に中波を受信してみると感度は上がったがノイズが増えた

ガルバニックアイソレータをアースでノイズは除去できたので良い感じではある

ノイズを拾いすぎる感じがするので周辺の状態を見直す必要があるようだ

(思い出となるが)

1970年代では外に簡単な線(アンテナ)を出すだけで十分なクリアな受信ができたのだけど・・・

現代だとノイズの元となる機器が多すぎるだろうか,ラジオを聴くと解かった簡単にノイズを拾ってしまうように思える

アースによる効果が大きいようなのでバーチカルアンテナの方が良いのかな

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