Aggiornato al 5 Maggio 1999
 Creato il 25 Novembre 1995
Controller per Ripetitore AUDIO
 
                                                                IW3GRW    Luca Subiaco
                                                                IW3GRX    Paolo Subiaco

                                                      Articolo Apparso su Radio Rivista           

Da alcuni mesi sono in funzione nella provincia di Treviso e Belluno alcuni ripetitori audio radioamatoriali totalmente gestiti da microcontrollore.
Infatti, l'esigenza di poter controllare in modo versatile un ripetitore,che dovra` necessariamente gestire piu` tipi di identificazione (CW,vocale), essere utilizzato in diverse modalita` (abilitazione mediante tono 1750, tono subaudio, squelch, con coda, senza coda, ecc.) e per motivi di complessita` circuitale, ho deciso di addottare la strada piu` facile e conveniente: l'utilizzo del microcontrollore single-chip 68705P3S, di facile reperibilita` e programmabilita`, che consente di eliminare innumerevoli porte logiche, contatori, timers, eccetera, rendendo il progetto sicuramente piu` semplice ed affidabile.

In questo modo bastera` effettuare piccole modifiche al programma per cambiare tutta la parte di gestione del ripetitore, mentre attraverso i toni DTMF sara` possibile programmarne le funzionalita` da remoto in modo affidabile e sicuro in quanto i toni DTMF non verranno riportati all'uscita del ponte (quindi non verranno ascoltati); inoltre, il controller richiede l'invio di un codice di accesso consistente in una sequenza di toni DTMF prestabiliti, che deve essere ricevuta dal ripetitore entro un certo tempo massimo.

Proprio per il fatto che i toni DTMF non verranno riportati all'uscita del ponte, finalmente molti disturbatori si stancheranno di trasmettere le varie musichette DTMF, tutt'oggi molto frequenti.

Caratteristiche

Come detto poc'anzi, le caratteristiche del controller sono strettamente correlate al programma che si vuole utilizzare; e` quindi possibile modificare il software per ottenere un controller dalle funzionalita` piu` diversificate, grazie all'estrema versatilita` determinata dal microcontrollore.

Dopo aver prodotto diverse versioni di software, ci siamo fermati nel momento in cui abbiamo soddisfatto tutte le nostre esigenze.

Attualmente, le possibiita` sono le seguenti:
- Consente quattro modi di funzionamento:

- Consente di essere telecomandato a distanza attraverso codici DTMF

- E' previsto un watch-dog per la verifica del corretto funzionamento del microcontrollore: nel caso in cui la CPU dovesse bloccarsi per uno sbalzo di tensione, o per qualsiasi altra evenienza, viene rilevata la sua inattivita` da un circuito esterno che provvede al reset hardware di tutta l'unita` di controllo.

- Esistono due tipi di identificazione: CW e vocale.
L'identificazione CW e` variabile a seconda dello stato del ponte, ovvero oltre al nominativo del ponte vengono appese delle informazioni che indicano quale programma e` in funzione, e lo stato del ponte (disabilitato,mancanza della tensione di rete, eccetera).

L'identifazione vocale avviene utilizzando un DAST a quattro canali configurabili; in questo modo si possono avere 4 identificazioni diverse da 4 secondi, oppure 2 identificazioni da 8 secondi, o ancora una da 8 secondi e due da 4, o una identificazione unica da 16 secondi.

Il tempo massimo di identificazione dipende dal tipo di DAST ( integrato ) che viene utilizzato; in genere le ultime due cifre della sigla del DAST indicano il tempo massimo in secondi, ad esempio ISD1016 ha un tempo massimo di registrazione di 16 secondi, ISD1020 di 20 secondi, e cosi` via.

Si possono utilizzare indifferentemente gli integrati ISD1012/16/20 in quanto sono pin-to-pin compatibili.

- Le identificazioni vocali sono programmabili ciclicamente da remoto, e trasmesse quindi secondo una sequenza che viene determinata dal manutentore del ponte, e modificabile in qualsiasi momento.
Sia l'identificazione CW che vocale possono essere disabilitati.

- Possibilita` di trasmettere dopo l'identificazione vocale anche l'ora corrente grazie agli orologi "parlanti" che si trovano in commercio per poche migliaia di lire !!

- L'ora e`anche richiamabile da qualsiasi utente trasmettendo il tono DTMF corrispondente al tasto '#' .
 

Funzionalita` del telecomando
 

Per controllare il ponte da remoto e` necessario trasmettere un codice di abilitazione composto da 3 toni DTMF, entro un tempo massimo di circa 2 secondi.

Il codice viene settato al momento della compilazione del software, e deve essere inviato prima di ogni comando.
I comandi del menu` principale sono i seguenti:

Tono Funzione:

D -> Setta il funzionamento NORMALE del ponte con tono a 1750 Hz (default);
1 -> Setta il funzionamento con Tone-Squelch;
2 -> Setta il funzionamento in modo SQUELCH con la coda;
3 -> Setta il funzionamento in modo SQUELCH ma senza coda;
4 -> Cambia lo stato logico del pin 16 del microcontrollore; puo` essere utilizzato per impostare la potenza del ponte (alta o bassa), oppure per la sensibilita';
5 -> Abilita o disabilita la trasmissione dell'ora;
6 -> Da un impulso positivo di 0,5 secondi sul pin 18 del microcontrollore: puo` essere utilizzato per cambiare la frequenza del ponte;
7 -> Abilita o disabilita il ponte, ovvero il ripetitore non andra' piu' in trasmissione finche' non verra' nuovamente riabilitato;
8 -> Cambia lo stato logico del pin 26 del microcontrollore;
9 -> Cambia lo stato legico del pin 27 del microcontrollore; Come si puo' vedere dallo schema elettrico, i pin 26 e 27 vengono sfruttati per la selezione del canale del DAST da trasmettere, quindi i toni 8 e 9 non possono essere utilizzati per altri scopi quando sulla scheda viene montato il circuito riguardante il DAST;
0 -> Fa trasmettere l'identificazione del ponte;
A -> Resetta il ponte ripetitore: fa quindi assumere tutti i valori di default;
C -> Fa trasmettere lo stato del ponte;
* -> Accesso al sottomenu identificazioni:

# -> Accesso al sottomenu CW: # -> Fa trasmettere l'ora (non serve il codice d'accesso);
N.B.: Quando si entra in un sotto-menu', il ponte resta in attesa di ricevere i toni appropriati atti a concludere la procedura. Viene quindi inibito il timer che fa uscire il ponte dalla procedura di telecomando scaduti i
due secondi.

Descrizione dello schema elettrico
 

Per comodita', lo schema elettrico e' stato suddiviso in 3 blocchi.

In Figura 1 viene riportato il decoder DTMF (costituito dall'integrato U2 8870), il microcontrollore U1 68705-P3 , il circuito di watch-dog che verifica la corretta attivita` del processore (parte in basso composto da U5c e da Q5 e Q3) , ed infine dal circuito che rileva la presenza della tensione di rete (composta dall'optoisolatore U3 e dal transistor Q1) che consente di segnalare attraverso l'identificazione CW quando il ponte sta' utilizzando la batteria come sorgente di alimentazione.

L'integrato MT 8870 , prodotto dalla Mitel , e` un CMOS a basso consumo in grado di verificare costantemente se un codice DTMF viene ricevuto dal modulo ricevitore del ponte <DTMF IN> ; e` rigoroso dover utilizzare il quarzo X1 da 3.579 MHz affinche` i toni vengano correttamente decodificati.
L'integrato U1, MC 68705-P3 o MC 68705-P3S costruito dalla Motorola, e` un microcontrollore finestrato single-chip 8 bit, che contiene al suo interno 116 byte di RAM e quasi 2K di EPROM , due timer e 20 bit di I/O .
Proprio perche` il programma viene memorizzato nella eprom interna,e`possibile riprogrammare U1 piu` volte, cosi` da rendere possibile l'upgrade di un nuovo software senza dover riacquistarlo.
Questo integrato funziona con un quarzo X2 che, per il corretto uso delle temporizzazioni, deve essere da 4 MHz o leggermente inferiore.

Bisogna fare attenzione a non iniettare sugli ingressi <SQUELCH> <TONE SQUELCH> una tensione che superi i 5 volt o tensioni negative; in questi casi sara` necessario riportare i segnali d'ingresso ai valori TTL (0-5 volt) attraverso
circuiti appropriati.

Le uscite <POTENZA> <WATCH> e <MEMORIA> dovranno essere trattate come tali .
Se non vengono rispettate queste norme, molto probabilmente si potra` danneggiare U1 .

Il circuito di watchdog verifica la presenza di onde quadre alla frequenza di circa 36 Hz generate dal microcontrollore e presenti sul piedino 19 di U1 ; poiche` l'onda quadra viene generata solo nel caso di funzionamento normale,
se questo si blocca il watchdog provvedera` al reset hardware dell'unita` di
controllo; ad ogni reset il ripetitore assumera` i valori di default.
Infine, il fotoaccoppiatore U3 insieme a Q1 provvedera` a fornire un segnale logico 1 al pin 25 di U1 nel caso in cui ai capi di <ACIN1> e <ACIN2> non sia presente un segnale di valore superiore ai 10 volt.
I due ingressi <ACIN1> e <ACIN2> dovranno pertanto essere collegati al secondario del trasformatore che servira` per alimentare il ripetitore; il valore di R68 deve essere aumentato nel caso in cui la tensione nel secondario del trasformatore sia maggiore di 17Volt alternati, in modo da alimentare il led del fotoaccopiatore con circa 5 mA.

Il transistor Q4, serve per mandare in trasmissione il trasmettitore; la resistenza presente sul collettore di Q4 e' opzionale e va aggiunta nel caso si sia in possesso di un trasmettitore che necessita di una tensione positiva
per essere posto in trasmissione. I trasmettitori commerciali vanno in trasmissione quando il PTT viene posto a massa, quindi la resistenza R76 non deve essere presente.

Come si puo' vedere dalla Fig. 1, la base dello stesso transistor e' collegata ad una resistenza connessa al jumper J2, il quale serve a invertire lo stato logico del PTT.

In fig. 2 e' rappresentato lo schema elettrico della parte di bassa frequenza e del decodificatore della nota a 1750 Hertz.
Le tre porte NOT U5a-b-d sono necessarie per realizzare un oscillatore a frequenza impostabile dal trimmer R25 per generare la nota del CW.

L' oscillatore verra' abilitato soltanto quando sara' presente un 1 logico sull' ingresso <CW OUT> , e l' ampiezza della nota e' regolabile attraverso il trimmer P1.

Il trimmer P2 dosa il volume dell' identificazione vocale proveniente da <DAST BF> , mentre P3 dosa il volume proveniente dall'identificazione dell'ora.

L' induttanza L1 insieme al condensatore C20 e' una rete LC atta a rendere piu' comprensibile la modulazione proveniente dall' orologio; se all' ingresso <WATCH BF> e' presente un segnale decente, l' induttanza puo' essere ommessa e il condensatore portato a 100 nF.

L' operazionale U11c serve per preamplificare e bufferizzare il segnale BF proveniente dal ricevitore; il guadagno del circuito e' dato circa dal rapporto fra R30 e R29 e deve essere aggiustato se necessario affinche' l'uscita
dell'operazionale (pin 8) non vada in saturazione e non sia troppo basso.

Il transistor Q2 ha la funzione di MUTE, e serve per impedire che la BF del ricevitore vada al trasmettitore nel caso vengano ricevuti toni DTMF: questo circuito e' utile per silenziare il ricevitore quando si sta' trasmettendo l' identificazione vocale, il CW , e la coda.

L' integrato U9 e' utilizzato per vedere quando e' presente un tono a 1750 Hz. Per la taratura, e' sufficiente iniettare un segnale a 1750 Hz e regolare il trimmer multigiri P9 affinche' l' uscita <1750TONE> vada ad un livello logico 1 , ovvero a circa 5 volt.

Il trimmer P4 regola il volume del segnale proveniente dal ricevitore.
L' operazionale U11a non e' altro che un miscelatore dei quattro segnali audio ed il trimmer P8 regola il volume generale. E' stato inserito anche un controllo TONI per migliorare ulteriormente la qualita' della modulazione,
composto da P5 che regola i toni BASSI, P6 per quelli MEDI e P7 per gli ACUTI.
L' ultimo operazionale U11d serve per bufferizzare l' uscita audio.
In figura 3 e' rappresentato lo schema elettrico del DAST (identificazione vocale) e l' alimentatore. L'integrato U10 e' un demultiprexer da due a 4 linee, e serve per selezionare il canale del DAST da trasmettere.

L' alimentatore e' protetto dalle inversioni di polarita' grazie al diodo D2 e dalle sovratensioni dal Zener DZ1 e dal fusibile F1.

Connessione dell'orologio

 
In figura 4 e` riportato uno schema che mostra qual'e` l'hardware aggiuntivo necessario per l'implementazione dell'orologio.

E' innanzitutto necessario acquistare un "orologio parlante", ormai molto diffuso in commercio, aprirlo e togliere la batteria interna, in quanto consuma quasi un milliampere durante l'idendificazione.

Il circuito stampato che abbiamo realizzato supporta gia` l'hardware per il collegamento dell'orologio, consistente nella batteria al Nickel-Cadmio da 2.4 o 3.6 volt e dal circuito di ricarica.

Come si puo` vedere nel layout del controller, vicino alla batteria e` posto il connettore 4 pin CN-C , che dovra` essere collegato all'orologio attraverso quattro fili.
Due di questi portano l'alimentazione, e devono essere collegati dov'era prima connessa la batteria interna precedentemente rimossa; un altro deve essere collegato all'uscita altoparlante (il quale puo` essere rimosso), e l'ultimo deve essere collegato al pulsante per la richiesta di trasmissione dell'ora .

Programmatore/lettore del DAST
 

In figura 5 e` mostrato lo schema elettrico di una schedina aggiuntiva che serve solo per la programmazione dell'integrato DAST che verra` inserito nel controller.
L'integrato U2 serve per ridurre e stabilizzare la tensione di alimentazione da 12 a 5 volt, e dovra` essere montato su un piccolo dissipatore; anche i n questo caso non ci sono problemi di inversione di polarita` grazie al diodo D8.
Gli integrati U3 e U4 servono solo per creare le temporizzazioni necessarie all'integrato U1 ( l'integrato ISD10xx che dovremo programmare ).

Il microfono utilizzato e` una capsula preamplificata alimentata attraverso le resistenze R11 e R12, mentre per l'altoparlante e` consigliato utilizzarne uno di impedenza di 8 ohm o maggiore.

Attraverso i 4 dip-switch SW1 si potra` selezionare uno dei quattro canali da programmare; ovviamente non e` possibile selezionare piu` canali contemporaneamente, ma si potra` abilitare solo un canale per volta .

Premendo il pulsante di Play SW2 e` possibile ascoltare la registrazione del canale selezionato da SW1 ; tenendo premuto invece il tasto Rec SW3 si potra` invece registrare il messaggio sul canale selezionato; durante la
registrazione il led D10 rimarra` acceso .

Se il tempo di registrazione e` superiore a 4 secondi, il resto del messaggio verra` memorizzato nei canali successivi.
Per terminare la registrazione e` sufficiente rilasciare il pulsante REC .
Memorizzati i messaggi voluti, sara` quindi possibile rimuovere U1 dalla scheda di programmazione ed inserirlo nella scheda del controller.

Collegamento ai connettori

 
Il connettore CN1 andra` collegato al trasmettitore;

1 -> 13.8V : alimentazione trasmettitore (non protetto da fusibile)
2 -> PTT : manda in trasmissione il ponte
3 -> MIC : da collegare all'ingresso modulazione del trasmettitore
4 -> GND : da collegare alla massa del trasmettitore
5 -> : non collegato

Il connettore CN2 andra` collegato al ricevitore;

1 -> 13.8V : alimentazione ricevitore (non protetto da fusibile)
2 -> SQUELCH : da collegare all'uscita squelch del ricevitore
3 -> : non collegato
4 -> GND : da collegare alla massa del ricevitore
5 -> BF IN : da collegare all'uscita BF del ricevitore

Il connettore J1 deve essere collegato alla fonte di alimentazione del ponte, che deve variare dai 12 ai 15 Volt.

Sul connettore CN-A sono presenti i seguenti ingressi:
1 -> TONE SQUELCH : da collegare al decoder per i toni subaudio
2 -> DAST IN : da non usare, poiche` gia` collegato internamente
3 -> TONE 1750 : da non usare, poiche` gia` collegato internamente
4 -> SQUELCH : gia` collegato al connettore del ricevitore CN2 mentre nel CN-B sono presenti le seguenti uscite:

1 -> MEMORIA : puo` essere utilizzato per cambiare frequenza al ponte
2 -> WATCH : gia` collegato al connettore CN-C
3 -> POTENZA : puo` essere utilizzato per impostare la potenza del ponte
4 -> MUTE : da non usare, poiche` gia` collegato internamente

Il connettore CN-C va collegato all'orologio parlante:

1 -> +3.6V : da collegare al positivo dell'alimentazione dell'orologio
2 -> WATCH BF : da collegare al buzzer dell'orologio
3 -> WATCH : da collegare al pulsante per la trasmissione dell'ora
4 -> GND : da collegare al negativo dell'alimentazione dell'orologio

Come si puo' notare osservando il layout, sullo stampato e' stata riservata una piccola area multiforo in cui e` possibile inserire alcuni componenti per effettuare modifiche o implementazioni varie.
 

CONCLUSIONE

Sono disponibili anche i circuiti stampati del controller realizzati su vetronite doppia faccia con fori metallizzati con vernice prottettiva (vista lato componenti, vista lato rame), il microprocessore gia` programmato, ed eventuali componenti di difficile reperibilita`.

La disposizione dei componenti del ripetitore e del programmatore del dast.

Per ulteriori informazioni, scrivere o telefonare a:
 

Luca Subiaco
via Castelletto 115
31010 COL SAN MARTINO (TV)
Telefono: 328.3730010 

packet: iw3grw@iw3grx

e-mail: iw3grw@gw.ir3ip.ampr.org