elektronik.si 23 SATNC za 10Mbps NBPv2 in Ethernet 3D printer Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Pisarniški pozivnik na kavo

Transcript

1 Cena:0,00 Revija o elektroniki in računalništvu ISSN elektronik.si 23 Janur 2014 SATNC za 10Mbps NBPv2 in Ethernet 3D printer Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Pisarniški pozivnik na kavo

2 Društvo elektronikov Slovenije Društvo elektronikov Slovenije Poljanska cesta 20/a, 1000 Ljubljana Web: Matična številka: Davčna številka: SI TRR: pri SKB d.d. Društvo in aktivnosti Včasih je prava muka tule napisati tistih nekaj stavkov, ker preprosto ni dogajanja. No tokrat ni tako. Je čas 3D tiskalnikov. Na forumu je toliko prispevkov o tej napravi, da se včasih že težko znajdemo. No, kakorkoli, 3D tiskalniki že delujejo. Vsekakor je tako masovna gradnja teh naprav (okrog 80) tako fascinantna, da seveda v tako majhnem prostoru, kot je Slovenija, ne more neopazno mimo. Se je pa zato skoraj izmuznil mimo dogovor (pogodba) Društva elektronikov Slovenije s Fakulteto za Elektrotehniko v Ljubljani. Dogovor je zelo pomemben, saj definira mnogo tesnejše sodelovanje fakultete z društvom, kot je sicer že bilo do sedaj. Z dogovorom bo društvo imelo možnosti uporabo prostorov za svoja predavanja, prav tako pa uporabo tehničnih sredstev fakultete. S tem smo pridobili tudi kar nekaj predavateljev, fakulteta pa se bo s svojimi laboratoriji lahko enakopravno udeleževala akcij in projektov društva. Tesna povezava obeh sogovornikov se bo odražala tudi v skupnih akcijah, ki bodo označene z logo oznakami obeh partnerjev. Vsekakor bo to pustilo pomembno sled v delu društva v bodoče. Urednik Revija o elektroniki in računalništvu je občasnik Društva elektronikov Slovenije. Glavni in odgovorni urednik: Darko Volk Lektorji: Darko Kenda Matjaž Vidmar lektorira le svoje članke Uredniški odbor: moderatorski team foruma Slika na naslovnici: Darko Volk Revija je v elektronski obliki, praviloma v pdf formatu. Sestavni deli revije so lahko tudi druge datoteke, ki predstavljajo izvorno kodo programske opreme objavljene v reviji. Vsi sestavni deli revije so zapakirani v ZIP ali RAR format. Revija objavljena na internetu je dostopna vsem uporabnikom ki je javni forum. Cena revije je 0 eur. Avtorstvo člankov objavljenih v tej reviji je izključna last avtorjev. Revija si ne jemlje nikakršne pravice glede objavljanja člankov v drugih medijih, če je le naveden vir in avtor. Izdelava projektov objavljenih v reviji je dovoljena zgolj za lastno uporabo. Za izdelavo v komercialne namene je potrebno pisno soglasje avtorjev. Uredniški odbor ne odgovarja za morebitno škodo nastalo pri in zaradi izdelave v reviji objavljenih projektov oziroma zaradi nestrokovne uporabe le teh. ISSN Kazalo po reviji SATNC za 10Mbps NBPv2 in Ethernet dr Matjaž Vidmar S53MV Radio Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Boštjan Vončina S55O Radioamaterstvo Matej Kogovšek S56WIX 3D printer: Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika: Uvod in elektronika Luka Mustafa Musty 3Dp Andrej Lippai Kroko 3Dp Boris Zalokar BorisZ 3Dp Programiranje 3Dp elektronike Tilen Majerle Tilz0r 3Dp Domen Vnuk Domenius 3Dp Pisarniški pozivnik na kavo Gregor Maček Mucek Razno 2

3 S53MV SATNC za 10Mbps NBPv2 in Ethernet 1. Ethernet vmesniki za mikrokrmilnike SATNC za NBPv2 in Ethernet Vmesnik za Ethernet je zahtevno vezje, ki vsebuje razmeroma hitro logiko, številne analogne funkcije in je energijsko požrešno. Proizvajalci mikrokrmilnikov se zato izogibljejo vgradnji celotnega Ethernet vmesnika na isti čip mikrokrmilnika, saj ta znatno zvišuje ceno in porabo čipa. Preprosti mikrokrmilniki so sploh brez Etherneta. Zmogljivejši mikrokrmilniki imajo vgrajen samo številski del, to se pravi Ethernet MAC. Zahteven in požrešen analogni Ethernet PHY moramo dodati kot zunanji, ločen čip, povezan prek MII ali RMII na mikrokrmilnik. Mikrokrmilniki večinoma niso opremljeni z zunanjim vzporednim vodilom, ki potrebuje veliko število električnih priključkov. Zmogljivejši mikrokrmilniki sicer omogočajo tudi zunanje vzporedno vodilo, kar pomeni zahtevno in drago večslojno tiskano vezje ter obilico možnosti za napake. Precej manj zahtevno je zaporedno vodilo SPI, ki potrebuje le štiri žice: takt, vhodni zaporedni podatki, izhodni zaporedni podatki in strobe (ali select), kdaj so podatki sploh veljavni. Krmiljena enota je lahko preprost pomikalni register iz družine 74xxx. Čeprav je SPI počasnejši od vzporednega vodila, je zaradi enostavnosti zelo razširjen in priljubljen v svetu mikrokrmilnikov. 10Mbps in še posebno 100Mbps Ethernet je v vsakem primeru hitrejši od tistega, kar zmore mikrokrmilnik. Priklop Ethernet vmesnika preko vodila SPI predstavlja še dodatno ozko grlo. Proizvajalci čipov so se zato dolgo časa izogibali izdelavi SPI<>Ethernet vmesnikov. Eden prvih SPI<>Ethernet vmesnikov je bil Microchip ENC28J60. ENC28J60 zmore samo 10Mbps Ethernet po kablu UTP in prav tako 10Mbps na vodilu SPI. S stališča uporabnika mu manjka predvsem Auto-MDIX, to je samodejna menjava sprejemne in oddajne parice kabla UTP. Zahtevnejši uporabnik pri ENC26J80 pogreša nadzor pretoka (flow control), ki je v primeru omejene količine pomnilnika tako ENC28J60 kot mikrokrmilnika še kako pomemben. Kljub navedenim pomanjkljivostim je ENC28J60 izredno priljubljen med uporabniki mikrokrmilnikov. Kljub začetniškim napakam obstaja za ENC28J60 dosti programske opreme. Nanj prisegajo vsi sovražniki SMD čipovja, ki ne znajo spajkati. ENC28J60 je edini Ethernet vmesnik, ki ga danes lahko še kupimo v DIL ohišju in zataknemo v 28-pinsko DIL podnožje... Proizvajalec Microchip je razvil in izdelal nekaj naslednikov ENC28J60, ki zmorejo tudi 100Mbps Ethernet, Auto-Negotiation, Auto-MDIX in nadzor pretoka: ENC424J600 3

4 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet in ENC624J600. Žal SPI teh naslednikov ne preseže 14Mbps, kar ostaja ozko grlo! Boljši izdelek je ponudil proizvajalec Micrel v obliki čipa KSZ8851SNL. Poleg Auto-Negotiation 10Mbps/100Mbps, Auto-MDIX in nadzora pretoka, čip KSZ8851SNL podpira SPI do 40Mbps: KSZ8851SNL vsebuje celovit Ethernet MAC in PHY za 10Mbps in 100Mbps. Sprejete Ethernet okvirje hrani v 12kbyte vmesnega pomnilnika, čakajoče okvirje na Ethernet oddajo pa v 6kbyte vmesnega pomnilnika. Mikrokrmilnik dostopa do obeh vmesnih pomnilnikov preko vodila SPI. Začetek in konec prenosa sprejetih podatkov označuje CSN (Chip Select Negated). Mikrokrmilnik pošlje ukaz za branje pomnilnika na vhod SI (Serial In). Podatki iz sprejemnega vmesnika nato zapustijo KSZ8851SNL preko izhoda SO (Serial Out): 4

5 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Na podoben način mikrokrmilnik vpiše podatkovni okvir v pomnilnik, namenjen Ethernet oddajniku. Tudi tu začetek in konec prenosa označuje CSN. Ukazu za vpis v pomnilnik sledi podatkovni okvir, vse preko vhoda SI. Izhod SO ostaja v tem primeru neaktiven: Na podoben način dostopa mikrokrmilnik tudi do številnih notranjih registrov KSZ8851SNL. Ukaz na začetku je vedno 16-biten in vsebuje naslov in velikost registra. Sledi branje oziroma vpis od 8 do 32 podatkovnih bitov: 5

6 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet KSZ8851SNL se vedno obnaša kot SPI slave. Takt SCLK torej proizvaja mikrokrmilnik, ki se obnaša kot SPI master. Zahtevna resinhronizacija podatkov na uro Etherneta je izvedena znotraj KSZ8851SNL. V načinu master lahko mikrokrmilnikov SPI dela z največjo možno hitrostjo. Obljubljenih 40Mbps je tudi v resnici dosegljivih z razpoložljivimi mikrokrmilniki. Na Ethernet strani zmore KSZ8851SNL prav vse, kar zahteva standard IEEE 802.3x iz leta 1997 za 10Mbps in 100Mbps po UTP kablu. Preprosto povedano, IEEE 802.3x je vse tisto, kar zmorejo naši hišni računalniki, usmerjevalniki, modemi, WiFi naprave, spletne kamere itd. Edino gigabitni Ethernet so izumili kasneje, je pa vsa oprema zanj navzdol združljiva z IEEE 802.3x. Oprema za 10/100Mbps Ethernet (IEEE 802.3x) pozna tri osnovne načine delovanja: V nepovezanem stanju udeleženec oddaja kratke in redke "link" impulze. Sogovornik na drugem koncu tako ugotovi, da je zveza živa in prižge lučko LINK. Ne samo to, z "link" impulzi se da hitro ugotoviti, katera parica je oddajna in katera sprejemna. "Link" impulzi torej omogočajo Auto-MDIX, torej samodejno menjavo paric glede na to, ali je med udeležencema vzporedni ali križni kabel. 6

7 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet 100Mbps naprave oddajajo "fast link pulse" (FLP) v gručah od 17 do 33 impulzov. Vsak drugi impulz s svojo prisotnostjo oziroma odsotnostjo prenaša informacijo, kaj naprava zmore: 10Mbps, 100Mbps, half-duplex, full-duplex, nadzor pretoka itd. FLP tako omogoča Auto Negotiation: sogovornika se dogovorita med sabo, kaj znata obe strani in kako naj se pogovarjata naprej. V načinu 10Mbps je oddajnik vključen samo med oddajo koristnega podatkovnega okvirja. V primeru redkega prometa oziroma daljše odsotnosti podatkovnih okvirjev zvezo vzdržujejo "link" impulzi. V načinu 100Mbps je oddajnik stalno vključen. Praznino med okvirji zapolnjuje znak IDLE kode 4B5B, ki ga skrambler pretvori v psevdonaključno zaporedje. Poraba oddajnika okoli 200mW sploh ni zanemarljiva! Učinkovita zveza potrebuje tudi nadzor pretoka ali flow control. Nadzor pretoka naj bi preprečil, da oddajnik pošilja več, kot sprejemnik uspe obdelati. Stari RS232 terminali so uporabljali žico RTS/CTS (hardverski nadzor pretoka) oziroma dogovorjene ASCII znake XON <CTRL-Q> in XOFF <CTRL-S>. Zelo podoben nadzor pretoka predpisuje tudi Ethernet. V načinu half-duplex prejemnik preprosto zaustavi pošiljatelja tako, da zasede kanal z neprekinjeno oddajo sinhronizacijskega zaporedja (backpressure). V načinu full-duplex je standardiziran "pause" okvir, po delovanju zelo podoben XON in XOFF. Pause okvir je vedno naslovljen na dogovorjeni skupinski naslov C Poleg opisa naloge vsebuje še zahtevani čas čakanja od 0 do časovnih enot: 7

8 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Nadzor pretoka je lahko dvorezen meč. Če en odsek omrežja hkrati uporablja več različnih uporabnikov, lahko en sam uporabnik s prevelikimi zahtevami sproži nadzor pretoka in zaustavi tudi promet vseh ostalih. Kdaj torej oddati "pause frame" in kakšna naj bo njegova vsebina, ni preprosto vprašanje? IEEE 802.3x predpisuje samo to, kaj storiti ob sprejemu takšnega okvirja. Zahtevnejša stikala in usmerjevalniki danes uporabljajo še bolj komplicirane "pause" okvirje z namenom, da en sam požrešen uporabnik ne ustavi vseh udeležencev. Vsi ti novi okvirji še niso standardizirani! Kljub standardu IEEE 802.3x iz leta 1997, proizvajalci Ethernet opreme dosti let niso upoštevali vseh njegovih zahtev, še posebno ne tistih o nadzoru pretoka. Starejši PC računalniki, izdelani okoli leta 2000, niti WRT54 s programom Tomato sploh ne poznajo nadzora pretoka, čeprav v FLP javljajo sogovorniku obratno. Šele v računalniški opremi, izdelani po letu 2010, nadzor pretoka običajno deluje tako, kot je napisano. TCP/IP/Ethernet zveza vsebuje torej živopisan sklad protokolov, ki ima še dosti več ravni, kot to predpostavlja OSI: 8

9 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Integrirano vezje KSZ8851SNL ponuja celovito rešitev za vse spodnje ravni do vključno Ethernet MAC in "pause frame". KSZ8851SNL samodejno zaustavi sogovornika, ko se njegov sprejemni pomnilnik zapolni in ponovno požene zvezo, ko se njegov sprejemni pomnilnik sprosti. Višje ravni izvedemo v mikrokrmilniku. Vsi sodobni mikrokrmilniki so opremljeni z enim ali več SPI vmesniki, ki se lahko neposredno poveže na KSZ8851SNL. RATNC je učinkovit naslednik ATNC, ki zmore NBPv2 s hitrostjo 10Mbps in več na radijski strani. RATNC uporablja preizkušeno jedro EATNC z mikrokrmilnikom LPC2387, LPC2388 ali podobnim. RMII vmesnik je povezan na programirljivo logiko EPM3032, ki RMII podatke uokvirja v HDLC za radijsko zvezo. Na računalniški strani žal Ethernet ni neposredno na razpolago, saj vsi mikrokrmilniki vsebujejo en sam RMII vmesnik, ki je že uporabljen na radijski strani! RATNC potrebuje dodaten, zunanji pretvornik SLIP<>ETH. To pomeni dodaten EATNC za učinkovito TCP/IP zvezo. Povezava med RATNC in EATNC je SLIP po RS232. Slednji predstavlja ozko grlo, saj razpoložljivi mikrokrmilniki ne zmorejo kaj dosti več kot 3.7Mbps (5.5Mbps z navitim taktom) na UARTih. RATNC sicer ima dva prosta SPI vmesnika. SPI1 je že napeljan na pripadajočo vtičnico na tiskanem vezju, saj se v EATNC uporablja za radijsko zvezo. Na sproščeni SPI1 v RATNC lahko torej priključimo SPI<>Ethernet vmesnik, kot je KSZ8851SNL ali podoben. Nova naprava dobi dolgo ime "SPI<>Ethernet RATNC" ali skrajšano SATNC: 9

10 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Ker so vmesniki SPI v načinu master približno 10-krat hitrejši od UARTov istega mikrokrmilnika, ozko grlo povezave na PC računalnik izgine. Zaradi odsotnosti ozkih grl se prenosna zmogljivost TCP/IP zveze preko SATNC kar podvoji v primerjavi z RATNC! Seveda lahko istočasno uporabljamo tudi sproščeni UART1, na primer v lokalni zanki ASV. SATNC je tudi navidez zelo podoben RATNC. Edina razlika je v dodatnem SPI<>Ethernet vmesniku s KSZ8851SNL, ki je vgrajen pod oba RS232, da na fotografiji skoraj ni viden: Poleg novega vmesnika SPI<>Ethernet potrebuje SATNC le majhno predelavo mikrokrmilnika iz RATNC oziroma EATNC: nižje vrednosti dušilnih uporov na SPI1. V tem članku je dodatno opisana še predelava bitne sinhronizacije: kako zamenjati oscilator za 80MHz z lažje dobavljivim in cenejšim overtonskim kristalom za 40MHz. Sledijo navodila za gradnjo in ohišja za samostojen SATNC in za mali ASV za domačo uporabo s SATNC in ATNC. Na koncu še programska podpora in doseženi izjemni rezultati s SATNC. 10

11 Dr Matjaž Vidmar 2. Vmesnik SPI<>Ethernet s KSZ8851SNL SATNC za NBPv2 in Ethernet Integrirano vezje KSZ8851SNL vsebuje skoraj vse gradnike visokozmogljivega SPI<>Ethernet vmesnika razen kristala za 25MHz, ločilnega transformatorja za UTP kabel, dušilnih uporov na vodilu SPI, svetlečih diod in napajanja: KSZ8851SNL potrebuje štiri ločena napajanja: 1.8V in 3.3V, vsaka napetost za analogni in za digitalni del posebej. Regulator za 1.8V je vgrajen v KSZ8851SNL, regulator za 3.3V je pa zunanji LM KSZ8851SNL je vgrajen v zelo majhno ohišje 32-MLF, ki ima poleg 32 priključkov še osrednji "pad" za hlajenje: 11

12 Dr Matjaž Vidmar Pozor! Isti proizvajalec Micrel izdeluje celo družino različnih integriranih vezij z oznako KSZ8851. Inačice KSZ MLL, KSZ MQL in KSZ MQL so opremljene z 8-bitnim, 16-bitnim oziroma 32-bitnim vzporednim vodilom, zato v SATNC niso uporabne! Samo KSZ8851SNL podpira vodilo SPI! SPI<>Ethernet vmesnik je izdelan na enostranskem tiskanem vezju z izmerami 40mmX60mm: Večina gradnikov je SMD na spodnji strani tiskanine: Ethernet ločilne transformatorje dobimo z najrazličnejšimi oznakami: LinkCom LAN1102, WE-MIDCOM , BOURNS SM51108L, KE KE-0041S, Pulse H2019NL itd. Razporeditev priključkov in električne lastnosti naj bi bile zelo podobne. Z ohm-metrom v vsakem primeru preverimo razporeditev priključkov, še posebno v primeru, če smo transformator odspajkali iz stare Ethernet naprave, kjer je udar strele mogoče kaj spremenil vezje? 12

13 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Na gornji strani tiskanine so le kristal za 25MHz, en žični mostiček za napajanje 1.8V, en dušilni upor 33Ω in vsi konektorji: Gradnjo SPI<>Ethernet vmesnika začnemo z zahtevnim spajkanjem ohišja KSZ8851SNL. Tiskano vezje moramo naprej res enakomerno pociniti. Nato nastavimo KSZ8851SNL čimbolj točno na svoje mesto. Obilica stearina bo pomagala, da spajka doseže vse priključke pod ohišjem 32-MLF (podobno QFN32). Končno spustimo kapljo cina z druge strani skozi izvrtino premera 2mm točno sredi ohišja KSZ8851SNL, da zacinimo osrednji ozemljitveni "pad" na maso tiskanega vezja. Opisani SPI<>Ethernet vmesnik sicer nima nobene nastavitvene točke in bi moral delati takoj po priklopu napajanja, tudi brez mikrokrmilnika. Ob vzpostavljeni Ethernet zvezi se mora prižgati vsaj LED0, pri 100Mbps zvezi pa še LED1. Smiselno je preveriti frekvenco kristala 25MHz, kjer odstopanje komaj 1kHz lahko privede do izpada Ethernet zveze! Frekvenco lahko pomerimo edino na enem od priključkov kristala tako, da zaporedno z vhodom frekvencmetra vežemo kondenzator majhne kapacitivnosti od 1pF do 3pF. 13

14 Dr Matjaž Vidmar Pozor! Opisani SPI<>Ethernet vmesnik ne vsebuje nobenih zaščitnih gradnikov (omejevalnih diod ipd) razen ločilnega transformatorja. Takšen UTP priključek je primeren samo za notranjo rabo, kratke povezave in brez PoE, sicer lahko prenapetosti poškodujejo KSZ8851SNL v SATNC oziroma DP83848 v EATNC! 3. Mikrokrmilnik za SATNC SATNC za NBPv2 in Ethernet Vmesnik SPI je zelo širok pojem. Mikrokrmilniki običjno razpolagajo s štirimi signali: SCK (Serial ClocK), MOSI (Master Out Slave In), MISO (Master In Slave Out) in SSEL (Slave SELect). Predstavniki družine LPC23xx vsebujejo vsak po dva enaka, neodvisna SSP (Synchronous Serial Port): SSP0 in SSP1. Vsak SSP je možno programirati kot SPI oziroma druga podobna vodila v način master ali slave. Vsak SSP lahko dela s podatkovni besedami od 4 bitov do 16 bitov. Vsak SSP ima 8-stopenjski FIFO na oddaji in prav tako 8-stopenjski FIFO na sprejemu. Skupaj torej 8x16 bitov vmesnega pomnilnika na oddaji in prav toliko na sprejemu. Prav vmesni pomnilnik je tisto, kar omogoča učinkovit in zmogljiv prenos podatkov med procesorjem ARM in vmesnikom SSP. KSZ8851SNL deluje vedno kot SPI slave in potrebuje signale CLK, SI, SO, in CSN. Prvi trije natančno ustrezajo tistemu, kar zna SSP1 iz družine LPC23xx. CSN označuje le začetek in konec prenosa, torej ne ustreza SSEL LPC23xx. Ker CSN ne preklaplja prav pogosto, ga procesor ARM povsem učinkovito krmili neposredno preko izhoda P0.5, neodvisno od SSP1. Končno izhod P4.28 poskrbi za zanesljiv RESET KSZ8851SNL ob vklopu napajanja: 14

15 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet V SATNC lahko uporabimo katerokoli mikrokrmilnik za EATNC oziroma RATNC: staro inačico LPC2387, novo inačico LPC2387 ali LPC2388. Na gornji sliki je prikazana inačica z LPC2388, prirejena za delovanje v SATNC. SATNC je preverjen tudi s starim LPC2368, a ga ne priporočam, ker ne zmore tako visokih frekvenc ure kot njegovi izboljšani nasledniki. Vse izvedbe mikrokrmilnikov, stari/novi LPC2387 in LPC2388, imajo na vtičnico napeljane SCLK1, MOSI1, MISO1, P0.5 in P4.28. Edina sprememba so nižje vrednosti dušilnih uporov na vseh petih signalih, torej petkrat 33Ω za KSZ8851SNL namesto petkrat 270Ω za bitno sinhronizacijo EATNC. V SATNC ostane SSEL1 povezan na P0.4 preko upora 270Ω, torej neuporabljen. Spodnja stran tiskanine mikrokrmilnika LPC2388, prirejena za delovanje v SATNC, izgleda takole: Na gornji strani tiskanine mikrokrmilnika LPC2388 ni opaznih sprememb. Na spodnji sliki sta oba mostička na priključku JTAG v neaktivnem položaju: 15

16 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Na priključku JTAG z mostički sicer prikličemo BOOTLOADER (zadnji mostiček na vrhu na sliki), resetiramo mikrokrmilnik (tretji od zgoraj 15-16) oziroma programu SATNC sporočimo, naj uporablja manjši pomnilnik LPC2368 ali LPC2378 (RTCK preko upora 1.8kΩ, peti od zgoraj 11-12). 4. Bitna sinhronizacija in skrambler za 10Mbps V SATNC lahko vgradimo bitno sinhronizacijo in skrambler z EPM3064 kot v RATNC oziroma enakovredno starejšo enoto s TTL vezji družine 74xxx iz AX.25 TNCja za 10Mbps, zasnovanega z MC68HC000 in SAB82532 leta Obe bitni sinhronizaciji delata s taktom X8 in obe vsebujeta enak (združljiv!) skrambler K9NG/G3RUH. Takt X8 zahteva kristalni oscilator za 80MHz za delovanje pri 10Mbps. Kristalni oscilator za 80MHz v kovinskem ohišju DIL z napajanjem +5V sicer ni najsodobnejši gradnik, a ga danes z malo sreče še vedno lahko kupimo. Večina nas ima zaloge takšnih oscilatorjev iz razdiranja starih 386 PC računalnikov pred dvema desetletjema. Če oscilatorja za 80MHz ne moremo dobiti, lahko v EPM3064 sprogramiramo izpopolnjeno vezje "doscbsyn", ki vsebuje oscilator za overtonski kristal 40MHz in njegovo frekvenco podvoji na 80MHz: 16

17 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Dodatno vezje "doscbsyn #1" v EPM3064 vsebuje kristalni oscilator in podvojevalnik frekvence. Kristalni oscilator je preprost inverter med "oscin" in "oscout". Zunanje RLC vezje poskrbi za delovno točko inverterja kot ojačevalnika in vsiljuje nihanje kristala na tretjem overtonu. Podvojevalnik frekvence so EXOR vrata z izhodom "mulout". Signal 40MHz pripeljemo na en vhod EXOR neposredno, na drugi vhod "rcin" pa zakasnjen "rcout" z zunanjim RC vezjem (kapacitivni trimer 10pF): Preostalo vezje "doscbsyn #2" v EPM3064 je popolnoma enako programu "bitsync" v bitni sinhronizaciji RATNC z zunanjim oscilatorjem za 80MHz: Tudi nova 10Mbps bitna sinhronizacija s kristalom za 40MHz je izdelana na tiskanem z enakimi izmerami 45mmX60mm in enakim razporedom zunanjih priključkov: 17

18 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Večina gradnikov je SMD na spodnji strani tiskanine: Na gornji strani tiskanine so le štirje konektorji (RTX, RMII<>HDLC, CIGOPLD in DCD-LED), dva žična mostička, overtonski kristal za 40MHz, kapacitivni trimer za podvojevalnik frekvence in uporovni trimer za DCD: 18

19 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Podvojevalnik frekvence zahteva skrbno načrtovanje vezja in nastavitev kapacitivnega trimerja, sicer bo 80MHz signal tako popačen, da bo bitna sinhronizacija bistveno slabša od prvotne inačice z zunanjim kristalnim oscilatorjem za 80MHz! Težave podvojevalnika povzroča preklopni prag vhodov EPM3064, ki je približno 1.25V pri napajanju 3.3V, torej hudo nesimetričen. Pri gradnji moramo najprej preveriti delovanje oscilatorja za 40MHz. Izhodni signal mora biti simetričen, torej mora biti enosmerna komponenta na izhodih "oscout" (nogica 35, takt 40MHz) in "rcout" (nogica 42, invertirani takt 40MHz) čimbolj enaka. Simetrijo oscilatorja sicer popravlja upor 220kΩ iz vhoda "oscin" (nogica 37) na maso. Ko oscilator za 40MHz dela zanesljivo in proizvaja simetričen signal, lahko nastavimo trimer v podvojevalniku. Kapacitivni trimer nastavljamo z opazovanjem enosmerne komponente na izhodu EXOR "mulout" (nogica 10). Enosmerna komponenta naj bi bila čim bližje polovici napajanja EPM3064. Poskusi so pokazali, da lahko namesto kapacitivnega trimerja vgradimo tudi fiksen kondenzator. Simetrijo podvojevalnika nastavlja upor 1.2kΩ iz "rcin" (nogica 40) na maso. S hitrim osciloskopom in primerno sondo na "mulout" (10) preverimo, da se sode in lihe periode 80MHz med sabo ne razlikujejo za več kot 10%. 19

20 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Tudi program "doscbsyn" za EPM3064 vsebuje samo eno res dobro vezje za DCD (nogica 33). Izhod "test" (nogica 34) je predviden za preizkušanje delovanja bitne sinhronizacije z dovolj hitrim osciloskopom za 10Mbps. 5. Izdelava SATNC Za SATNC je treba izdelati naslednje enote: 1) eno bitno sinhronizacijo in skrambler in sicer eno od dveh enakovrednih inačic, s kristalom za 40MHz ali z oscilatorjem za 80MHz, 2) en RMII<>HDLC pretvornik z EPM3032, 3) eno od treh enakovrednih inačic mikrokrmilnika z dušilnimi upori 33Ω na SPI1: stari LPC2387, novi LPC2387 ali LPC2388, 4) en SPI<>Ethernet vmesnik s KSZ8851SNL, 5) dva krmilnika RS-232, povsem enaka tistim iz ATNC, EATNC, MATNC ali RATNC in 6) en napajalnik za 5V, priporočam stikalno inačico z MC33063 ali LT1578, da se SATNC manj segreva. V primerjavi z RATNC ima SATNC dodan vmesnik SPI<>Ethernet s KSZ8851SNL, vse ostale enote so enake. Z malo truda se da SATNC vgraditi v ohišje z enakimi zunanjimi izmerami kot RATNC. Dno ohišja SATNC je izdelano iz aluminijeve pločevine debeline 1mm: 20

21 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Napajalnik je privit naravnost na dno ohišja. Vtičnici DB-9 nosita pripadajoča RS-232 krmilnika. Vmesnik SPI<>Ethernet nosi na enem koncu vtičnica RJ-45, na drugem pa dva vijaka M3 s proti-maticami na primerni višini nad dnom. Vmesnik SPI<>Ethernet je skrit pod oba krmilnika RS-232, da je na slikah komaj viden. Preden začnemo z izdelavo ohišja, velja pomeriti višino ločilnega transformatorja in izmere vtičnice RJ-45, da bomo vmesnik sploh lahko zataknili v omejen prostor. Bitna sinhronizacija in RMII<>HDLC pretvornik sta pritrjena s po štirimi vijaki M3, kjer po dve matici M3 določata oddaljenost od dna ohišja. Končno se na RMII<>HDLC pretvornik natakne še tiskano vezje mikrokrmilnika in pritrdi z dvema daljšima (30mm) vijakoma M3 in proti-maticami na primerno višino nad dnom: 21

22 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet 22

23 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Pokrov je izdelan iz aluminijeve pločevine debeline 0.6mm in sega spredaj in zadaj 7mm preko robov dna ohišja. KSZ8851SNL lahko krmili dve svetleči diodi LED0 (LINK/ACT) in LED1 (100Mbps). Na prednjo ploščo je poleg DCD-LED vgrajena samo LED0 (LINK/ACT) ter vseh pet vtičnic: radijska postaja, napajanje, ETH in dve RS- 232: 23

24 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet V SATNC lahko vgradimo tudi bitno sinhronizacijo s kristalnim oscilatorjem za 80MHz: 24

25 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet 25

26 Dr Matjaž Vidmar 6. SATNC v vozlišču ASV SATNC za NBPv2 in Ethernet SATNC se lahko poveže v lokalno zanko RS-232 vozliča ASV z ATNCji, EATNCji, MATNCji, RATNCji in drugimi SATNCji. Edina omejitev je hitrost RS-232, ki lahko doseže le 3.7Mbps (ura 59MHz) oziroma z navijanjem ure na 73MHz do 4.6Mbps ali na 88MHz do 5.5Mbps. Takšne hitrosti sicer zadoščajo za ATNC, EATNC ali MATNC, so pa ozko grlo za zmogljivost RATNC ali SATNC. Kot zelo uporabna kombinacija se je izkazala vgradnja SATNC in ATNC v eno ohišje skupaj z vezjem za daljinski RESET. Takšna kombinacija SATNC+ATNC je uporabna na prehodih v internet, kot samostojno malo vozlišče in ne navsezadnje tudi za doma. Pri tem SATNC omogoča hitro zvezo 10Mbps na 2.3GHz ali 3.4GHz. ATNC je rezerva Mbps v pasu 430MHz. Dno ohišja kombinacije SATNC+ATNC z vezjem za daljinski RESET je izdelano iz aluminijeve pločevine debeline 1mm: 26

27 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Tudi v ASV lahko za 10Mbps uporabimo bitno sinhronizacijo s kristalom za 40MHz oziroma z oscilatorjem za 80MHz: 27

28 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Pokrov je izdelan iz aluminijeve pločevine debeline 0.6mm in sega spredaj in zadaj 7mm preko robov dna ohišja: Na prednjo ploščo so vgrajene štiri svetleče diode (dve DCD, RESET napajanja in LINK/ACT), šest vtičnic (dve radijski postaji, vhod/izhod napajanja +12V, ETH in RS-232) ter preklopnik za izbiro RS-232 (ATNC, SATNC ali zunanja lokalna zanka): 28

29 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Preklopnik za izbiro RS-232 sklene lokalno zanko v položajih 1 (nadzor ATNC) in 2 (nadzor SATNC). V položaju L se zanka razklene, da lahko vanjo dodamo še zunanje udeležence: ATNC je vezan za telemetrijo temperature, SATNC pa za telemetrijo napajalne napetosti. Oba ATNC oziroma SATNC lahko prožita daljinski RESET: 29

30 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet 30

31 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet 31

32 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet 7. Dosežki SATNC Uporabniški vmesnik oziroma ukazi SATNC (inačica programa "s21") so zasnovani tako, da bi bil SATNC čimbolj podoben svojemu predhodniku EATNC. Povsem jasno, vsi časovni parametri SATNC, izraženi v mikrosekundah, so pri 10Mbps za en velikostni razred krajši kot pri EATNC: SATNC ob vklopu prečita dve heksadecimalni ID števili: 32-bitni ID mikrokrmilnika in 16-bitni ID SPI<>Ethernet. 1800FF35 označuje LPC x označuje KSZ8851SNL, kjer je x inačica čipa. Če SATNC ob vklopu ne najde veljavnega podpisa KSZ8851SNL, izključi vsakršno nadaljnje delo s SPI<>Ethernet in se obnaša kot RATNC. 32

33 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Podatkovni list KSZ8851SNL predpisuje delovanje SPI v načinu CPOL=0,CPHA=0 (Clock POLarity, Clock PHAse) in priporoča 8-bitni SPI prenos. Poskusi so pokazali, da pride v tem načinu KSZ8851SNL SPI kvečjemu do 30Mbps in še to samo s kratkim povezovalnim kabelčkom. Ozko grlo je v zakasnitvi izhoda SO. Čudežno dela KSZ8851SNL dosti boljše v načinu CPOL=0,CPHA=1 in pride do 36Mbps tudi s pol metra ploščatega kabla do LPC23xx. Žal pri 44Mbps ne dela več. Da dela KSZ8851SNL pri vseh možnih urah mikrokrmilnika, je v programski opremi "s21" hitrost SPI nastavljena na eno četrtino ure mikrokrmilnika. To se pravi 15Mbps pri uri 59MHz oziroma 22Mbps pri uri 88MHz. Pri taki nastavitvi deluje predpisani CPOL=0,CPHA=0 tudi s pol metra ploščatega kabla. SPI1 LPC23xx deluje večinoma v 16-bitnem načinu, saj so vsi dostopi do notranjih registrov KSZ8851SNL 16-bitni. Prenos podatkov iz sprejemnega FIFO oziroma v oddajni FIFO KSZ8851SNL je celo 32-biten. Žal določeni ukazi KSZ8851SNL zahtevajo tudi 8-bitni način, kar pomeni zamuden preklop SPI1 med 8-bitnim in 16-bitnim načinom delovanja. KSZ8851SNL sicer lahko proži prekinitve, vendar v SATNC te prekinitve niso napeljane do mikrokrmilnika. Prekinitve lahko proži tudi SPI1, vendar te v sedanji inačici programske opreme niso uporabljene. Zahvaljujoč se FIFO vmesnem pomnilniku 8x16bit v samem SPI1 (SSP1) LPC23xx, procesor ARM preprosto, a zelo učinkovito prazni sprejemni FIFO SPI1 oziroma polni oddajni FIFO SPI1 kar iz glavne zanke programa. Učinkovitost 10Mbps zveze sem meril s FTP prenosom preko dveh SATNCjev in dveh UWBFM radijskih postaj. Na obeh koncih zveze sem skrbno izbral dva računalnika, ki preverjeno obvladata vse zahteve IEEE 802.3x vključno z nadzorom pretoka v obeh smereh. Torej brez starih gonilnikov za Windows niti nezanesljivih pingvinov. Ukaz X deluje pri SATNC nekoliko drugače kot pri EATNC, ker je Ethernet PHY drugačen. Ukaz X naj bi pokazal tudi sposobnost sogovornika za nadzor pretoka "FLOW". Lažnivim Oknom in sleparskim pingvinom tu ne gre verjeti! Zanesljiv preizkus nadzora pretoka je edino to, kako dolg ping se prebije skozi celotno verigo? FTP prenos datoteke velikosti 400Mbyte izgleda takole: 33

34 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Časovne parametre obeh SATNC sem za ta preizkus zmogljivosti jasno navil za najhitrejši prenos, kar ni najprimernejša niti zanesljiva rešitev v pravem omrežju. Uri obeh mikrokrmilnikov sem navil na 88MHz, kar pomeni 22Mbps na SPI1. Kar se je za rekordni prenos izkazalo zelo pomembno, tečnobo brez DCD (ki rešuje zvezo v primeru motenj oziroma zataknjenega DCD) je bilo treba nastaviti na nič! CuteFTP je nameril čisti prenos byte/s. Surova zmogljivost 10Mbps prenosne poti je byte/s, kar pomeni izredno dober izkoristek prenosne poti 73.6% ob upoštevanju naslednjih izgub, kjer vsaka odnese nekaj odstotkov: 1) HDLC uokvirjanje, glave in repi, 2) HDLC vrivanje ničel, 3) NBP glave z naslovi, 4) NBP potrditve sprejema, 5) IP glave z naslovi, 6) TCP glave s števci, 7) TCP potrditve sprejema in 8) vsa ponavljanja na NBP in TCP ravneh! 34

35 Dr Matjaž Vidmar SATNC za NBPv2 in Ethernet Preprosto povedano, SATNC je dvakrat hitrejši od svojega predhodnika RATNC. RATNC ovira predvsem ozko grlo SLIP. WiFi naprave na podobni prenosni poti in s podobnimi močmi oddajnikov ne dosegajo tako visokih izkoristkov. Zasluga visoke učinkovitosti SATNC gre brezhibnemu in učinkovitemu nadzoru pretoka v KSZ8851SNL, kar pomeni malo ponavljanj in veliko TCP okno. Takšne zmogljivosti SATNC zagotovo ne bi mogli doseči z ENC28J60 oziroma drugimi zastarelimi SPI<>Ethernet vmesniki, ki ne dosegajo potrebnih hitrosti na SPI niti ne izpolnjujejo zahtev IEEE 802.3x. Nadzor pretoka bi bilo zelo težko vgraditi v EATNC, kjer bi moral procesor ARM sestaviti zahtevo za upočasnitev zveze ravno v trenutku, ko mu zmanjka časa pri prepisovanju pomnilnika. Ozko grlo omrežja ostaja lokalna zanka ASV, ki je vezana na RS-232. Pot naprej naj bi bila jasna: zamenjati SLIP zanko v vozlišču ASV z Ethernet povezavo med SATNCji. To naj bi razrešilo ozko grlo vozlišča. NBP okvirji imajo daljše glave in so zato nekoliko daljši od tistega, kar predpisuje Ethernet. Na srečo sodobno čipovje vključno s KSZ8851SNL že podpira daljše Ethernet okvirje vse do dolžine najmanj 2kbyte. 35

36 S55O, S56WIX Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Uvod Namen tega članka je deliti svoje izkušnje pri izdelavi stackmacha za HF antene in komande s slovenskimi radioamaterji. Premalo je domačega čtiva glede anten in izdelav s problemi in rešitvami, ki se izkažejo kot dobre prakse. Kot človeku, ki ni iz stroke, pa upam, da boste oprostili kakšne netočnosti oziroma, ko bom kaj v članku navedel po»ljudsko«. Kaj je to»stack«in»stacking«? Poskusil bom opisati pomen besed stack in stacking, ki jih bom uporabljal v nadaljevanju. Slovenščina direktnega prevoda teh besed nima 1, zato se v radioamaterskem slengu uporablja poslovenjeni angleški besedi stack in stackiranje. Kaj pa to v praksi pomeni?»stack«je angleška beseda, ki pomeni zlaganje ene stvari na drugo oziroma v našem primeru skupno povezavo več anten v isto ali različnih smereh. Tako dobimo t.i.»antenna array«ali skupino (matriko) anten. Za lažjo predstavo so na spodnjih slikah primeri različnih načinov stackiranja anten v isto smer. Slika 1: Vertikalni stack 1 Opomba lektorja: za angleški izraz stack v slovenskem jeziku obstaja ustrezna beseda sklàd, ki v tem primeru pomeni: kar sestavljajo zlasti drug na drugem urejeno zloženi kosi, predmeti. Iz tega je izpeljan tudi glagolnik skladati, ki ima enak pomen kot angleška beseda stacking. 36

37 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Slika 2: Horizontalni stack Slika 3: Quad stack ali H-stack Teorija a) Stackiranje v isto smer Večina radioamaterjev stackira antene, da bi povečali dobitek antene nad tistim, ki ga lahko dobijo z eno anteno ali zaradi zmanjšanja širine snopa. Povečanje dobitka antene je posledica zmanjšanja širine snopa, pri čemer je treba opozoriti, da se zmanjša širina snopa samo v ravnini stackiranja. Če bomo torej antene stackirali vertikalno, se bo širina snopa zmanjšala le vertikalno, pri horizontalnem stacku pa se bo zmanjšala širina snopa v horizontali. Večinoma na višjih frekvencah pa se uporablja tudi vertikalno-horizontalno stackiranje (angl. Quad Array) ali H stackiranje, ki omogoča izrabo dobitka obeh stackiranj. Zmanjšanje širine snopa antene ima lahko večji pomen za učinkovitost antenskega sistema kot sam dobitek, vendar večina ljudi še vedno stackira antene zaradi povečanja dobitka antenskega sistema. 37

38 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Z uporabo več anten v isti smeri se poskuša doseči naslednje cilje: - ojačanje snopa žarčenja v želeni smeri, - dosego ožjega kota snopa žarčenja, - izboljšanja (povečanja) "nul" 2 in dušenja v neželenih smereh. Kot primer za lažje razumevanje v nadaljevanju na spodnjih slikah navajam primerjavo sevalnega diagrama samostojne antene in vertikalnega stacka dveh anten. Na diagramu 2 je lepo vidno zoženje snopa sevanja pri nižjem kotu in zmanjšanja dobitka v neželenih smereh. Teoretično lahko s stackiranjem pridobimo do 3dB dobitka na antenskem sistemu pri določenem kotu, v praksi pa to pomeni med 2dB in 3dB, če je stack izveden pravilno. Diagrama vertikalni stack Slika 4: Vertikalni diagram samostojne antene Slika 5: Vertikalni diagram stacka dveh anten Diagrama horizontalni stack Slika 6: Horizontalni diagram samostojne antene 2 Opomba lektorja: Smer, pri kateri ojačanje izjemno upade, lahko tudi do nič. Slika 7: Horizontalni diagram horizontalnegatacka dveh anten 38

39 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda S stackiranjem torej izboljšamo dobitek antene v želeni smeri. Pri tem pa ne smemo pozabiti, da s tem zmanjšamo dobitek pri ostalih kotih, kar pomeni, da v teh smereh manj»slišimo«in imamo tudi šibkejši signal, ker ima s stackom sedaj pod temi koti antenski sistem manj dobitka. Torej je treba pred stackiranjem vedeti, zakaj to počnemo in kaj želimo z njim pridobiti. b) Stackiranje v različne smeri Pri uporabi stackinga v različne smeri hkrati je namen takšne vezave anten doseči oddajo in sprejem v več smereh hkrati (npr. šolski primer za S5 je smer Severne Amerike in Japonske). Pri tej vrsti stackiranja torej ni dobitkov zaradi povezave anten v antenski sistem, le moč delimo v želene smeri in tako povečamo možnost za vzpostavitev zveze z korespondenti iz različnih smeri. Pri tej vrsti stackiranja je treba biti pozoren na pozicije anten, ko se lahko dobitki celo odštevajo, tako da moramo to upoštevati pri načrtovanju te vrste antenskega sistema. c) Stackmatch Stacker oz. Stackmatch je naprava, ki se uporablja za delitev moči med več antenami. Lahko se uporablja za preklop posamezne antene ali več anten»v stacku«ali za hkratno oddajanje v več smereh. Gre v bistvu za delilnik moči in hkratno prilagajanje več anten tega sistema čim bliže 50 Ω (ki je potem preko koaksialnega kabla vezano na TRX). SJ2W stackmatch, ki sem ga izbral, vsebuje UN-UN transformator v razmerju 2.25:1 in na ta način se pri stackiranju dveh 50 ohmskih anten na izhodu stackmatcha dobi približno 56 Ω oziroma 37,6 Ω pri stackiranju treh anten. Posledično tako dobimo razumen SWR na TRX v obeh primerih. Stackmatch se lahko uporablja tudi kot klasični preklopnik treh anten. Idejni začetki in zakaj stackmatch? Začetek zgodbe seže v leto 2011, ko smo na S51A (S53APR) začeli razmišljati o stacku anten v dveh smereh. Na 7 MHz smo imeli dve anteni, a le navadne antenske on/off preklopnike. Takoj je na misel prišel stackmatch, ki bi ta problem rešil, a bežen pogled na cenovni razpon tovarniških škatlic nas je hitro spravil na realna tla. Cene, višje kot 400 EUR na kos (microham) niso bile za naš žep. Nekaj telefonskih klicev, par debat z drugimi hami in brskanja po internetu, so hitro pokazala na pravo smer, ki bi bila lahko tako tehnično kot finančno ustrezna. Moj prijatelj z WWYC (World Wide Young Contesters), Mikael (Mike) SJ2W, dela na univerzi kot mladi raziskovalec in ima pod streho že marsikateri uporabni radioamaterski projekt. Med drugim je naredil tudi tiskano vezje za stackmatche, ki delujejo brez problemov tako pri njemu kot pri veliko drugih resnih postajah. Odločitev je padla - samogradnja torej! 39

40 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Na njegovi PCB v2 sem naredil prvi stackmatch in ga zložil v vodoodporno škatlo Plastrona. Prvi poskus se je pokazal kot uspešen, pri navitju toroida sem sledil navodilom in ga naredil primarno za nižje bande. Toroid v tem stackmatchu je ovit na način, da ima najboljši SWR na 10 MHz, torej je njegova prilagoditev dobra na področju 1,8-14 MHz, pri višjih frekvencah pa se SWR krivulja dvigne. Cilj optimizirati SWR na 7 MHz, ki sem ga zasledoval, je bil izpolnjen. Spodbudno! Hočemo več? Tekmovanja se vrstijo, antene postavljajo in naenkrat je bilo v zraku več anten tudi za gornje bande. Jaz pa sem imel le en stackmatch, ki omogoča stackiranje do 14 MHz. Ideja o nadgradnji S51A postaje in povezovanja več anten ter uporaba monobanderjev oziroma tribanderjev je pripeljala do tega, da sem začel razmišljati o izdelavi PCB z uporabo SJ2W načrta. Tukaj vstopi v zgodbo moj dobri prijatelj Matej S56WIX, ki ima kot inženir, ki dela v razvoju, veliko znanja, in mi je do sedaj pomagal pri elektroniki pri veliko mojih»čudnih«projektih. Matej je opravil levji delež z izrisom ploščice in pri vseh naslednjih fazah - brez te pomoči ta projekt ne bi nikoli uspel oz. bi ostal le na papirju. Njegov prispevek je bistven, da sem lahko sploh razmišljal o tiskanju PCB. Nastalo je tole: Slika 8: PCB Stackmatch Ker se tiskanje takih ploščic (obojestranskih, cm) splača šele pri večjih količinah, sem razposlal nekaj ov in interesentov je bilo dovolj, da smo lahko naredili dovolj veliko serijo ploščic, da je bila cena dovolj ugodna. Vsi so bili istega mnenja, da se stackmatchi potrebujejo in da bodo sodelovali pri tem projektu, čeprav niso vedeli, kako bo zadeva izpadla. Hvala vsem za zaupanje. 40

41 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Elementi, potrebni za izdelavo Stackmatcha: Slika 9: Elementi za RF (bistveni del) 41

42 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Slika 10: Sestavlen PCB Vsak resen projekt mora imeti lično škatlo, ki potem doda trudu za izdelavo piko na i. Tudi estetika v radioamaterstvu nekaj pomeni in ličen shack je vreden nekaj truda. Tako sem pripravil prototipno škatlo, ki bi ustrezala našim potrebam (končna verzija je seveda pobarvana). Glede na dejstvo, da nam postavitve v večini primerov ne omogočajo oz. ne potrebujemo zunanje montaže, sem se odločil za škatlo po navdihu 4o3a stackmatch škatlic. Lovro S50LD je skupaj zaspajkal prvi prototip, ki zgleda takole: 42

43 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Slika 11: Sestavljen prototip stackmatcha Sedaj so prišle na vrsto meritve ali zadeva sploh deluje tako kot mora ali smo ustrelili mimo. Aleš S59MA je prijazno naredil meritve, ki so pokazale, da je stackmatch tudi brez popravljanja prilagoditve s kondenzatorji uporaben na celotnem tekmovalnem HF spektru. Meritve prototipa so objavljene na: 43

44 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Meritve so pokazale naslednje: Tabela1: SWR po izhodih Meritve prilagoditve SWR z dvema ali tremi antenami so torej več kot odlične. V primeru, da bi hoteli imeti še boljšo prilagoditev za posamezen band, se da prilagoditev na 50 Ω izboljšati s paralelno vezavo kondenzatorja na tuljavo, kot je to naredil Robi S57AW za S50G stack za 10 m. Za navdušence v Tabeli 2 še meritev dušenja v prepustu: Tabela2: Dušenje v prepustu po bandih in antenah Tabela 3 prikazuje izolacijo izhoda antene 1 proti izhodom za anteni 2 in 3. Meritve ostalih dveh so podobne, tako da navajam le eno. Tabela3: Izolacija ANT1 proti ANT2 in ANT3 po bandih 44

45 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Glede prave vrednosti velikosti zadostne izolacije po posameznih bandih bodo povedali tisti, ki so bolj izkušeni pri tem, za efektivno delo so zgornje meritve dovolj dobre za delo. Velja pa pravilo, več je bolje! Sledila je še priprava škatel v črni izvedbi, ki so izpadle zelo dobro. Slika 12 : Končni videz stackmatcha in komande (s53f) Aleš S59MA je bil navdušen nad ponovljivostjo rezultatov, ki so zelo primerljivi zgoraj navedenim. Skratka, projekt stackmatch je uspel! Vse svoje naprave za radioamaterstvo preizkusim pod velikimi obremenitvami in tako potem mirno z njimi delam pri moči 1,5 kw. Napravo raje predimenzioniram in tako zmanjšam število možnih problemov, kot pa da naredim takšno, da mi jo lahko normalno delo uniči. Stackmatch je z lahkoto zdržal test s 3 kw SSB oziroma 2 kw RTTY, torej je popolnoma ustrezen za delovanje v HP kategoriji. Sam preklopnik brez kontrole za preklapljanje je brez vrednosti, to pa me je prisililo v iskanje novih rešitev. O tem v nadaljevanju 45

46

47 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Med programi lahko izbiramo tako, da držimo določeno kombinacijo tipk pri vklopu vezja. Zadnja izbira se shrani v EEPROM mikrokrmilnika in se ohrani tudi po izklopu vezja. Na ploščico pride ženski DB9 priključek, velikost ploščice (45 59 mm) pa omogoča, da lahko v večjo škatlo damo tudi več komand. Programi komande 1. SJ2W Stackmatch kontrola Privzeti program čipa. Tipke 1-3 so za krmiljenje posameznih anten (on/off). Z držanjem katerekoli tipke za anteno več kot 400 ms se aktivira le ta antena, ostale pa se deaktivirajo. Stanje, kjer ni aktivna nobena antena, ni možno. Shema preklopov relejev za SJ2W stackmatch: 2. Preklopnik 1xN (6 max) Pritisnjena tipka pomeni aktivacijo njene antene (izhoda) in deaktivacijo ostalih. Stanje, kjer ni aktivna nobena antena, ni možno. Slika 13 : PCB za komando 3. Vklop izklop +12 V Vsaka tipka deluje kot preklopnik za +12 V on/off na posamezni nožici za krmiljenje drugih naprav (oziroma relejev/distribucijskih plošč). 4. 4O3A Stackmatch Preklopnik za stackmatch s pozitivnim delovanjem (ant 1 = +12 V na ant 1, ant 2 = +12 V na ant 2,...). Tipke 1-3 so za krmiljenje posameznih anten (on/off). Z držanjem katerekoli tipke za anteno več kot 40 0ms se aktivira le ta antena, ostale se deaktivirajo. Stanje, kjer ni aktivna nobena antena z napajano komando, ni možno. 47

48 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Zaščita preklopov V fazi izdelave programov smo uspeli v čip in na ploščico integrirati še zaščito pred vročim preklopom (t.i.»hot switching«ali menjava antene med oddajanjem). Na ploščico lahko pripeljemo PTT, ki onemogoča delovanje tipk preklopnika, kadar je PTT vezan na GND. Druge uporabe Komande se sedaj v praksi uporabljajo pri Sj2W stackmatchih, 1x6 in 1x4 preklopnikih (homemade in microham), K9AY loopih, za preklop beverigev ipd Zaključek Za nami je zanimiv projekt, ki se je spreminjal in dopolnjeval v času izdelave in ob iskanju najboljših rešitev za posamezne dele. V projekt so bile implementirane ideje tako o zaščiti preklopov kot o preklopu na eno anteno z držanjem posamezne tipke več časa, ki so se porodile na mailing listi sodelujočih. Odlična izkušnja, pri kateri sem se veliko naučil in upam, da smo s tem projektom osrečili kakega hama z novo igračko, ki mu bo prinesla zadovoljstvo pri delu s postajo in antenami. V primeru, da bo dovolj velik interes, lahko ponovimo izdelavo ploščic tako za stackmatch kot za komando. Če ste interesenti, lahko to sporočite na moj (s55o@ hamradio.si). Dokumentacija projektov je dostopna na: 48

49 Boštjan Vončina,Matej Kogovšek Stackmatch SJ2W za 3 antene in univerzalna komanda Viri: Internetne strani: Knjige: - Low-Band DXing, John Devoldere, ON4UN 49

50 Kroko,BorisZ,Musty Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika Uvod in elektronika Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika: Uvod in elektronika Izdelava objektov z metodo 3D tiskanja dodajanjem materiala, omogoča izdelavo kompleksnejših izdelkov v mnogo krajšem času kot CNC stroji z metodo odvzemanja materiala (vrtanje, frezanje, struženje ipd.). V preteklih nekaj letih je zaporedje inovacij in njihovih odprtokodnih implementacij omogočilo razmah 3D tiskanja tudi v domači delavnici. Skupinski projekt društva v naše domače delavnice tako postavlja 3D tiskalnik, s katerim se nam odpira kup možnosti za učinkovito izdelavo orodij, izdelkov in splošno uporabnih predmetov; izdela lahko vse od okraskov in igrač do kompleksnih mehanskih sistemov, od ohišij za našo elektroniko pa do gospodinjskih naprav. Nenazadnje pa ga lahko uporabimo tudi v svoje profesionalne namene za maloserijsko proizvodnjo. Slika1: Postopek izdelave z dodajanjem materiala Tehnologija 3D tiskanja obstaja že od 80-tih let in je v industriji pogosto uporabljena na skoraj vseh področjih, vse od nanotehnoloških sistemov pa do gradnje hiš, od biotkiv do prehrambnih izdelkov. Slika2: RepRap Mendel odprtokodni tiskalniki 50

51 Andrej Lippai Boris Zalokar Luka Mustafa Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika Uvod in elektronika Prav vsi 3D tiskalniki pa delujejo po enakem principu: željen izdelek je najprej potrebno razrezati v posamezne plasti, jih pretvoriti v strojno kodo in izvesti proces mehanskega nanašanja. Pri tem si pomagamo z digitalnim 3D modelom izdelka in programsko opremo, ki upoštevajoč mehanske zmožnosti 3D tiskalnika in materiala, kot so višina plasti, premer tiskalne šobe, tališče materiala itd., pripravi potrebne datoteke za tisk. Za tiskalnike, primerne za domačo uporabo, je najpogosteje uporabljen 3D model izdelka v formatu STL, ki opiše zunanjo površino objekta z velikim številom trikotnikov. Ujemanje oziroma kvaliteta STL modela s skonstruiranim pa je odvisna od resolucije števila uporabljenih trikotnikov, kot kaže primer na sliki 3. Za domačo uporabo so privzete nastavitve ob ustvarjanju STL dokumentov povsem primerne. Slika3: Stanfordski zajec v različnih kvalitetah Skupinski projekt temelji na odprtokodnem tiskalniku Ultimaker classic, saj je le-ta narejen primerno za pripravo kit-kompletov, sama konstrukcija omogoča odlično kvaliteto tiska, obenem pa je primerna za kasnejše nadgradnje in modifikacije ter je primerne kompaktne oblike, da lahko najde prostor v vsaki delavnici. V treh iteracijah prototipa po originalnih načrtih smo le-te močno izboljšali, uporabili lažje dobavljive in primernejše dele ter pripravili podlago za kasnejše izboljšave. Po dobrih štirih mesecih razvoja smo tako dobili mnogo boljši tiskalnik, ki se lahko postavi ob bok tudi drugim tiskalnikom višjih cenovnih razredov. V osnovni konfiguraciji je naš tiskalnik primeren za tisk bio-razgradljivega termoplastičnega Slika4: Naloga tiskalnika je, da plasti, ki predstavljajo prereze modela "naloži" eno na drugo materiala PLA (polilaktidna kislina, angl. polylactic acid), ki ima tališče pri približno 160 stopinjah Celzija in je med bolj cenovno ugodnimi in na tržišču razširjenimi materiali za 3D tiskanje v domači delavnici. Z nadgradnjo tiskalnika z ogrevano tiskalno mizo in pokrovi stranic pa bo možno tiskati plastične materiale, ki zahtevajo enako- 51

52 Andrej Lippai Boris Zalokar Luka Mustafa Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika Uvod in elektronika merno temperaturo okolja, ki preprečuje njihovo neenakomerno ohlajanje ter s tem deformiranje. Med najbolj popularnimi je gotovo ABS (akrilonitril butadien stiren), plastika, s katere so narejene tudi otroške igrače in kocke, omembe vreden pa je gotovo tudi najlon, ki je primeren za hranjenje in stik z živili. Elektronika 3D tiskalnik je pravzaprav numerično krmiljena naprava CNC s tiskalno glavo namesto orodja za odstranjevanje materiala. Elektronika za krmiljenje je zasnovana na osnovi odprtokodnih načrtov in neposredno kompatibilna z odprtokodnim firmware-om Marlin, ki ga uporablja tudi Ultimaker ter je na voljo in podprt v programu za pripravo tiska Cura. Zaželena je uporaba firmware-a, objavljenega na forumu za naš tiskalnik, ki že vsebuje vse kalibracijske vrednosti, ki jih je pri uporabi originalnega firmware-a potrebno ročno vnesti. Srce elektronike je mikrokrmilnik Atmel Atmega2560 ( 8-bitni AVR, osnovan na RICS arhitekturi z 256 kb flash spomina, 8 kb SRAM-a in 4 kb EEPROM-a. 100 pinsko ohišje nam ponuja kar 86 IO linij. Integrirana periferija, kot so časovniki, PWM, USART in AD pretvorniki, omogoča učinkovito krmiljenje 3D tiskalnika. Ostalo elektroniko lahko razdelimo na posamezne sklope: Napajanje Za napajanje elektronike uporabljamo 24 V napajalnik moči 100 W. Ta služi za napajanje koračnih motorjev, grelcev in pameti, ki potrebuje napetost 5 V in tok vsaj 500 ma. Uporabljen je Microchipov MCP16301 ( en/devicedoc/25004a.pdf) switcher, saj bi bilo 10 W toplotne izgube na linearnem regulatorju res preveč. Pomnilniška kartica Pomnilniška kartica, na katero naložimo datoteke za tisk, da med pogosto dolgotrajnim procesom tiskanja ne potrebujemo računalnika, potrebuje napajanje 3,3 V z majhnim tokom. Uporabljen je LDO linearni regulator LD1117S33 ( st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/cd pdf). Mikrokrmilnik s SD kartico komunicira preko SPI protokola preko 74HC4050 level shifterja ( za ujemanje nivojev 3,3 V in 5 V med kartico in mikrokrmilnikom. 52

53 Andrej Lippai Boris Zalokar Luka Mustafa Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika Uvod in elektronika USB komunikacija Za USB komunikacijo z računalnikom skrbi mikrokrmilnik Atmel ATmega16U2, na katerem je naložen originalni Arduino firmware. Njegova naloga je pretvorba USB signala v UART in resetiranje glavnega mikrokrmilnika za potrebe programiranja preko vmesnika USB. Sama USB povezava je na vhodu zaščitena z diodo PRTR5V0U2X ( ki ščiti vhode pred elektrostatično razelektritvijo. 53

54 Andrej Lippai Boris Zalokar Luka Mustafa Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika Uvod in elektronika Končna stikala Krmiljenje osi 3D tiskalnika uporablja povsem odprto krmilno zanko; končna stikala so uporabljena za začetno pozicioniranje tiskalne glave in mize na izhodišče in zaščito pred mehanskimi poškodbami, če programu za tiskanje ne vnesemo pravilnih dimenzij tiskalne površine. Končna stikala se priklopijo na 16-pinski IDC priključek s ploščatim kablom, ki ga razcepimo in povežemo z vsakim stikalom, ki sklene zanko ob pritisku vozička nanj. Razporeditev signalov je vgravirana v stranici tiskalnika. Driverji za koračne motorje Koračne motorje lahko natančno krmilimo na predvidljiv in ponovljiv način, kar nam omogoča izdelavo mehanskih sistemov z odprto krmilno zanko. Za krmiljenje samih motorjev z mikrokrmilnikom pa so potrebni driverji čipi, ki s krmilnih signalov korak-step, smer-direction in vklop-enable vključijo pravilno kombinacijo internih močnostnih tranzistorjev. Elektronika omogoča priklop 5 driverjev preko 10-pinskih IDC priključkov, na katerih je poleg krmilnih signalov tudi 5 V napajanje za logični del driverjev, medtem ko ti zahtevajo poseben močnostni dovod za napajanje samih koračnih motorjev. Merjenje temperature s termistorjem Temperaturo ogrevane mize ali komore merimo s termistorjem preko ADC vhoda mikrokrmilnika. Termistor skupaj s 4k7 uporom sestavlja napetostni delilnik. 10 uf kondenzator dodatno stabilizira morebitna hitra nihanja. Merjenje temperature s termočlenom Temperatura tiskalne glave je merjena s termočlenom, saj je natančnejši kot termistor. Za delovanje pa potrebuje še ojačevalno vezje, ki je izvedeno z čipom AD597 ( sheets/ad596_597.pdf). Slednji generira 10 mv signal za vsako stopinjo Celzija in ima vgrajeno kompenzacijo nelinearnosti termočlena. Uporabljen je isti ADC vhod kot pri meritvi s termistorjem, le da je odstranjen 4k7 upor in 10 uf kondenzator. Na tiskanini zato na enem izmed treh kanalov za merje- 54

55 Andrej Lippai Boris Zalokar Luka Mustafa Skupinski projekt izdelave 3D tiskalnika Uvod in elektronika nje temperature ta dva elementa nista položena. Razpored žic je vgraviran na ohišju tiskalnika. Pozor, razpored žic na elektroniki neposredno ne ustreza tistemu na vezju ojačevalca. Krmiljenje grelcev Za krmiljenje grelcev so uporabljeni močnostni tranzistorji tipa MOSFET. Zaradi lažje menjave je uporabljeno klasično pakiranje, ki omogoča preprosto montažo na hladilno rebro, vendar ga ob normalni uporabi ne potrebujejo. LCD zaslon Za prikaz napredka tiskalnika, tiskanje iz SD kartice in ročno upravljanje je uporabljen LCD zaslon z 20 znaki v štirih vrsticah (format 20x4), ki uporablja zelo popularen HD44780 krmilnik ( HD44780_LCD_controller). Podatki se na zaslon pretakajo preko preprostega 4-bitnega vodila. Razširitve Neuporabljenih 16 pinov je na voljo na letvici za kasnejše modifikacije in razširitve. 55

56 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Programiranje 3Dp elektronike 1. Uvod Pred vami je kratek vodič, v katerem je opisan postopek programiranja krmilne elektronike 3D tiskalnika Društva elektronikov Slovenije. Postopek je opisan po korakih, katerim je načeloma dobro slediti po vrsti. Potrudila sva se, da je vključenih čim več slik, saj slika pove več kot tisoč besed. 2. Zahteve Za programiranje elektronike je uporabljeno razvojno okolje Atmel Studio 6 in programator AVRISP mkii (v navodilih uporabljen originalen Atmelov, preverjeno deluje tudi z mkii klonom, katerega načrt je izdelal VolkD) s standardnim 6 pinskim priključkom. Potrebujete še napajalnik, ki zmore vsaj pol ampera toka (vključno z rezervo). Minimalna priporočena napetost, s katero se napaja elektronika, je 7 V, maksimalna pa 32 V. Med izdelavo vodiča je bila elektronika priključena na napetost 12 V. 3. Programiranje ATmega16U2 Najprej zaženemo Atmel Studio. Medtem ko se nalaga, elektroniko priključimo na napajanje in jo povežemo s programatorjem (Slika 1). Paziti je treba na pravilno polariteto priključitve napajanja, ki je ustrezno označena na sliki. Seveda moramo biti pozorni tudi na polariteto ISP priključka. Na sliko sem dodal tudi razpored nogic ISP priključka za pomoč pri povezovanju programatorjev z drugačnimi priključki. Slika 1: Priključitev elektronike 56

57 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Po tem, ko smo vse pravilno povezali, lahko začnemo s programiranjem. V Atmel Studiu kliknemo na»tools«in izberemo»device Programming«(Slika 2). Slika 2: Zagon vmesnika za programiranje Ko se nam odpre vmesnik za programiranje (Slika 3), najprej: preverimo, če imamo izbran ustrezen programator (Tool) AVRISP mkii; izberemo ustrezen mikrokrmilnik (Device) ATmega16U2; izberemo ustrezen vmesnik (Interface) ISP, in kliknemo»apply«; s tem se povežemo s programatorjem AVRISP mkii; pri»device signature«kliknemo»read«, da preverimo, ali smo izbrali pravilen mikrokrmilnik. Slika 3: Vmesnik za programiranje Sledi nastavljanje»fuse«bitov. Vse obkljukamo oz. izberemo tako kot kaže slika 4, ali pa vpišemo šestnajstiške vrednosti v»fuse Register«. V EXTENDED vpišemo»0xf4«, v HIGH vpišemo»0xd9«, v LOW pa»0xff«. Ko končamo z nastavljem bitov, se je potrebno ponovno prepričati, da so nastavljeni pravilno, v nasprotnem primeru lahko mikrokontroler zaklenemo in s tem postane neodziven za serijsko programiranje. Ko smo se prepričali v pravilno izbiro, je potrebno klikniti»program«. Po končanem programiranju»fuse«bitov preverimo, da se nam je v statusno okno izpisalo»read registers OK«. To pomeni, da je bilo programiranje uspešno izvedeno. 57

58 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 4: Nastavitev»Fuse«bitov Sedaj moramo samo še pretočiti».hex«datoteko. Hex datoteki za ATmega16U2 in za ATmega2560 dobimo na naslovu php?p=426169# Prenesemo obe.zip datoteki in ju razširimo v skupno mapo. Trenutno potrebujemo datoteko z imenom»m16u2_arduino-usbserial-atmega16u2- -Mega2560-Rev3.hex«, ki jo izberemo v izbirnem polju, tako kot prikazuje slika 5. Po končanem programiranju bi se nam moralo v statusnem oknu izpisati»verifying Flash...OK«, kar potrjuje pravilnost zapisa v pomnilnik mikrokrmilnika. 58

59 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 5: Programiranje»hex«datoteke 4. Programiranje ATmega2560 Sedaj, ko je ATmega16U2 uspešno sprogramiran, bo potrebno zagonski nalagalnik (bootloader) naložiti tudi na večji čip, ATmega2560. Najprej se prepričajmo, da smo»icsp«nožice pravilno povezali (levi pini na sliki 6, obratno obrnjen priključek!) s programatorjem. Po zgoraj opisanem postopku ponovno odpremo»device programming«okno v Atmel Studio. 59

60 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 6: Priključitev elektronike Ko se nam odpre vmesnik za programiranje (Slika 7) najprej: preverimo, če imamo izbran ustrezen programator (Tool) AVRISP mkii; izberemo ustrezen mikrokrmilnik (Device) ATmega2560; izberemo ustrezen vmesnik (Interface) ISP, in kliknemo»apply«; s tem se znova povežemo s programatorjem AVRISP mkii; pri»device signature«kliknemo»read«, da preverimo, ali smo izbrali pravilen mikrokrmilnik. Slika 7: Vmesnik za programiranje Znova je potrebno nastaviti»fuse«bite pri čipu. Vse obkljukamo oz. izberemo, tako kot kaže slika 8, ali pa vpišemo šestnajstiške vrednosti v»fuse Register«. V EXTEN- DED vpišemo»0xfd«, v HIGH vpišemo»0xd8«, v LOW pa»0xff«. Ko končamo z nastavljanjem bitov, se je potrebno ponovno prepričati, da so nastavljeni pravilno, v nasprotnem primeru lahko mikrokontroler zaklenemo in s tem postane neodziven za serijsko programiranje. Ko smo se prepričali v pravilnost izbire, je potrebno klikniti»program«. Po končanem programiranju»fuse«bitov preverimo, da se nam je v statusno okno izpisalo»read registers OK«. To pomeni, da je bilo programiranje»fuse«bitov uspešno izvedeno. 60

61 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 8: Nastavljanje»Fuse«bitov Sledi še zadnji del ročnega programiranja ATmege2560. Tokrat bomo potrebovali datoteko z imenom»m2560_stk500boot_v2_mega2560.hex«, ki jo izberemo v izbirnem polju, tako kot prikazuje slika 9. Kliknemo»Program«in počakamo, da se programiranje zaključi. Po končanem programiranju bi se nam moralo v statusnem oknu izpisati»verifying Flash...OK«, kar potrjuje pravilnost zapisa v pomnilnik mikrokontrolerja. 61

62 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 9: Programiranje bootloaderja Ročno programiranje je s tem postopkom zaključeno za oba čipa. Na ATmego2560 smo naložili bootloader, ki nam omogoča nalaganje programa na čip preko ATmege16U2. S tem nam ob naslednjem posodabljanju programa za 3D printer ne bo potrebno celotnega postopka opravljati ponovno, ampak bomo lahko program pretočili na ATmego2560 kar preko programa Cura, ki ga bomo naložili v naslednjem koraku. 5. Namestitev progama CURA in gonilnikov Da bo lahko elektronika komunicirala z računalnikom, potrebujemo ustrezne gonilnike. Ti se namestijo ob namestitvi programa Cura, ki se ga dobi na naslovu software.ultimaker.com/. Ko program prenesemo s spleta, začnemo z nameščanjem. Dejansko lahko skozi celoten postopek nameščanja klikamo»next«, le pri koraku»choose Components«moramo biti pozorni, da je izbran»install Arduino Drivers«(Slika 10). 62

63 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 10: Potrditev nameščanja Arduino gonilnikov Po končanem nameščanju se nam zažene še»device Driver Installation Wizard«, ki nam namesti gonilnike za Arduino. Ko končamo z namestitvijo gonilnikov, lahko priključimo elektroniko na USB vodilo. Gonilniki bi se morali namestiti samodejno (Windows 7). Če se nam je vse izšlo po načrtih, bi morali v upravitelju naprav (Device Manager) videti dodaten COM priključek, tako kot kaže Slika 7. Slika 11: Nov COM priključek Če imamo kakšne težave z gonilniki, jih lahko namestimo ročno. Dobimo jih na naslovu Namestitev je enostavna, najprej arhivsko datoteko razširimo v neko mapo. To mapo odpremo in si izberemo namestitev gonilnikov glede na operacijski sistem (32 ali 64-bitni). Za 32-bitni sistem zaženemo»dpinst32.exe«, za 64-bitnega pa»dpinst64.exe«. 63

64 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 12: Izbira namestitve gonilnika 6. Programiranje programa za delovanje printerja Čaka nas še zadnji del naloge. Sedaj elektroniko povežemo z računalnikom z USB kablom. Če odklopite zunanje napajanje in LED spodaj levo (gledano glede na zgoraj priložene slike elektronike) ne sveti, pomeni, da imate razklenjen kratkostičnik zraven USB priklopa (»2x1 pin header«). Pozor: Napajanje preko USBja ni nujno dovolj stabilno za pravilno delovanje elektronike. Hkrati sklenjen kratkostičnik in priključeno DC napajanje elektronike lahko uničita računalnik! Ko ste usposobili delovanje elektronike (zelena LED zgoraj desno sveti), odprite program»cura«. Če ste program zagnali prvič, vas vpraša po»first time run wizard«: Kliknite»Next«, Pod»What kind of machine do you have«izberite»ultimaker«in kliknite»next«, Izberite»Extruder drive upgrade«. Kliknite»Finish«in program se vam odpre. Sedaj bomo s programom»cura«naložili program za 3D printer v ATmego 2560: - Zgoraj desno kliknite»machine«-»install custom firmware «, - Če se pojavi opozorilo»warning: Installing a custom firmware does not guarantee that you machine will function correctly, and could damage your machine.«, kliknite»v redu«, - Odpre se vam okno, kjer izberete.hex datoteko. Zip datoteka je na voljo na Razširimo vsebino»elektroniksi-marlin-beta.hex.zip«datoteke in v Cura najdemo datoteko»elektroniksi-marlin-beta.hex«, nato kliknemo»odpri«(open), - Nalaganje programa se začne. Če ste pozorno sledili navodilom, bi morali dobiti spodnji rezultat. 64

65 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 13: Program uspešno naložen 7. Pregled pravilno naložnih progamov Če smo postopek pozorno sledili, se vam mora na LCD zaslonu nekaj izpisati. Če je LCD»prazen«se je potrebno poigrati s potenciometrom P1 na zadnji strani, da nastavimo pravilno napetost za kristale LCD-ja in s tem kontrast. Prikaz na zaslonu mora biti približno enak spodnji sliki, napaka MAXTEMP je pričakovana, saj nimamo priključenega termočlena. Slika 14: Osnovni prikaz na LCD zaslonu 65

66 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Po nastavitvi kontrasta preizkusimo elektroniko. Kliknemo na enkoder. Ob pravilnem delovanju slišimo kratek pisk oz. klik. Ob prvem kliku se prikaže spodaj prikazan meni. Slika 15: LCD menu, SD kartica ni vstavljena Z vrtenjem enkoderja se premikamo med izbirami, nekaj korakov na preskok v naslednjo vrstico je normalno delovanje. Za konec še vstavimo SD kartico in se prepričamo, da vidimo spodnji izpis (v 4. vrstici se zamenja»no card«s»print from SD«). Če kartica ni zaznana, jo je najverjetneje potrebno formatirati z datotečnim sistemom FAT. Priporočena velikost kartice je 1-4 GB. 66

67 Tilen Majerle Domen Vnuk Programiranje 3DP elektronike Slika 16: LCD menu, SD kartica vstavljena 8. Zaključek Elektronika je s tem pripravljena za uporabo in pripravljena za udeležbo na delavnici sestavljanja 3D tiskalnikov. Posodobljen firmware za elektroniko bo na voljo kasneje, za nadgradnjo bo potrebno le ponoviti zgoraj opisan postopek s programom Cura. 67

68 Mucek Mujo, dođi kod telefona, da te pozovem na kafu - pisarniški pozivnik na kavo Uvod in opis ideje Ideja za pozivnik se je porodila nekega jutra ob pitju kave, ki jo za več pisarn kuha pač za to zadolženi (ne)srečnik in mora potem, ko je kava skuhana, še hoditi okoli po pisarnah in zbirati delavno ljudstvo, da se udeležijo jutranjega rituala V osnovi je ideja preprosta; v čajni kuhinji se nahaja tipka, s katero lahko»dežurni kuhar«pozove ostale, da je dišeč napitek pripravljen in da naj se mu pridružijo. Ker je LAN ožičenje v poslovnih prostorih dandanes tako rekoč pravilo, sem se zaradi same enostavnosti izvedbe odločil, da za prenos signala uporabim kar obstoječo LAN inštalacijo. Sistem je zasnovan kot pozivnik za dve pisarni, ki se ga lahko uporabi ločeno (z dvema tipkama) ali pa se signal združi (mostiček na vezju), s čimer s pritiskom na le eno (prvo) tipko dosežemo piskanje v obeh pisarnah. Zaradi enostavnosti samega projekta je ta primeren tudi za čiste začetnike v elektroniki, sama tiskanina pa je tudi tako preprosta, da se jo zlahka naredi v domači delavnici z breskvico ali če je res sila celo z ustreznim flomastrom. Izdelava modula s tipko (kuhinja) Samo vezje in tiskanina je tako preprosta, da je skoraj škoda izgubljati besed. Vezje sestavljata dva RJ45 priključka za priklop mrežnega kabla, priključki (oz. zgolj padi) za cinjenje kablov do obeh tipk in baterije ter minimalna zaščita pred napačnim priklopom in morebitnim stikom na izhodu, ki sestoji iz SMD varovalke ter usmerniške diode. Battery Button 1 Button 2 J4 J3 2 1 J6 J5 F1 250 ma D1 1N4148W J1 J2 Pisarniški pozivnik na kavo Vezje sestavimo, vizualno pregledamo (za morebitnimi stiki) in priklopimo ustrezno baterijo ali akumulator. Napetost slednjega je odvisna od tega, kakšen piskač bomo uporabili; nekateri delujejo že od 3 V naprej, spet drugi potrebujejo za delovanje vsaj 5 V. Na splošno pa velja, da višjo napetost, kot mu dovedemo, bolj glasno bo piskal. Piskač lahko dobimo v trgovinah z elektroniko (Just, HTE ). Kot aktivno parico sem predvidel žili 7 in 8 (rjava/rjavo-bela) UTP kabla, ki v standardni 100-megabitni Ethernet komunikaciji 68

69 Gregor Maček Pisarniški pozivnik na kavo nista aktivni, kar pomeni, da bi z ustrezno modifikacijo LAN kabla po njem lahko celo hkrati peljali mrežo kot tudi signal za pozivnik. 69

70 Izdelava piskača (pisarna) Ideja pri piskaču je bila, da je le-ta čim manjši, tako da je lahko kar del mrežnega vtikača. Izdelava je še nekoliko enostavnejša od modula s tipko; potrebujemo le odslužen mrežni kabel (ali UTP konektor ter klešče za stiskanje) ter miniaturni piskač. UTP kabel odrežemo cca. 1 cm stran od konektorja. Olupimo zunanjo izolacijo vse do konektorja in prvih 6 žil (oranžna, zelena in modra parica) odrežemo. Seveda pazimo, da zraven ne odrežemo še rjave parice Rjavi parici odstranimo nekaj izolacije in piskač prispajkamo direktno na kabel tako, da je piskač z njim dejansko že fiksiran v sam konektor. Potrebno je paziti na polariteto in sicer je rjava žila minus, rjavo-bela pa plus (polariteta na piskaču je navadno označena na nalepki, s katero je prekrit; ta nalepka je sicer namenjena zaščiti piskača pri spajkanju v kopeli in jo je kasneje potrebno odstraniti, sicer duši zvok). 70

71 Gregor Maček Pisarniški pozivnik na kavo Po potrebi vse skupaj še malo učvrstimo s kapljo ali dve termičnega ali sekundnega lepila in čez zadnji del konektorja ter piskač poveznemo termoskrčljivo cevko. Povezovanje sistema Za prvi test lahko piskač kar direktno vključimo v eno izmed vtičnic na modulu s tipko. Ob pritisku na ustrezno tipko (seveda ob predpostavki, da je priklopljena tudi baterija oz. akumulator ) bomo zaslišali pisk, kar pomeni, da naša stvaritev deluje. Če želimo z eno tipko klicati dva piskača, vstavimo na svoje mesto še mostiček; v tem primeru tipka T1 aktivira tako izhod 1 kot izhod 2. Struktura omrežij je od objekta do objekta različna, na splošno pa velja, da so vse LAN vtičnice v objektu (oz. posameznem nadstropju) pripeljane v rack omare do t.i.»patch panelov«, na katerih so vtičnice označene z istimi oznakami (številkami, črkami) kot po samih pisarnah. Po domače povedano je to le»podaljšek«med vtičnico v pisarni na eni strani in vtičnico na panelu na drugi strani. Za delovanje našega sistema moramo tako seveda na samem patch panelu tudi povezati ustrezne vtičnice na patch panelu tako, da bodo piskači povezani do modula s tipko. Za to bomo potrebovali še kratek UTP kabel (t.i. patch kabel), s katerim bomo 71

72 povezali ustrezne vtičnice na patch panelu. Pomembno! Pred kakršnimkoli priklapljanjem našega modula v vtičnice se prepričamo, da vtičnice niso morebiti že povezane na obstoječo mrežno ali telefonsko opremo! To najlažje preverimo na samem patch panelu, kjer mora biti vtičnica prosta in ne povezana kam dalje! Primer: V kuhinji smo priključili modul s tipko na vtičnici z oznakama»k22«in»k23«. Piskače smo priključili v dve ločeni pisarni, v vtičnici z oznakama»25«in»46«. Na»patch panelu«moramo zdaj z enim kablom skleniti vtičnici»k22«in»25«ter z drugim kablom skleniti vtičnici»k23«in»46«. Opombe Izdelava pozivnika je mogoča tudi brez tiskanega vezja, v tem primeru pač zvežemo tipko, baterijo in LAN kabel (namesto vtičnice) kar»v zraku«. Za indikacijo delovanja na strani tipke je možno vzporedno z izhodom (rjavo/rjavo-belo žico) dodati tudi LED 72

73 diodo z ustreznim preduporom (ki ga določimo glede na napetost baterije). Avtor prispevka ne odgovarja za morebitno škodo ali poškodbe, ki bi nastale kot posledica izdelave ali uporabe omenjene naprave. Če niste prepričani o sami strukturi ožičenja, se o tem posvetujte z ustrezno osebo (računalničar, IT osebje ). 73