UHF-Bake mit Micrel-Chips

Reinhard Weiß - Bauprojekte

UHF-Bake mit Micrel-Chips

Für die Ortung gestrandeter Modellflugobjekte wollte ich ein Funkbaken-System entwickeln, das klein und kompakt aufgebaut ist und einige hundert Meter Reichweite haben sollte. Zwar gibt es sicher einige preiswerte fertige Funk-Module, die man irgendwie umbauen könnte, jedoch sind meine Anforderungen doch sehr speziell. Die Basis sollen Funkchips von Micrel sein, die zusammen mit Atmel ATtiny-Mikrocomputern ein einfaches, aber programmierbares System erlauben, das leicht auf spezielle Bedürfnisse von Anwendern konfigurierbar ist (z.B. Programmierung über BASCOM). Gegenüber bestehenden Selbstbauprojekten möchte ich nicht nur einfache Bakensignale aussenden, sondern auch Zusatzinformation etwa über die Betriebsspannung, oder unterschiedliche Kennungen, wenn mehrere Systeme nebeneinander verwendet werden. Die Systeme sollen im freien 433 MHz-Band arbeiten, jedoch prinzipiell unterschiedliche Kanäle verwenden können. Zur Verbesserung der Empfangseigenschaften sollte es auch möglich sein, ein moduliertes Signal auf einem tragbaren Funkempfänger (Funk-Scanner) zu empfangen. Der Stromverbrauch sollte sehr niedrig sein, so dass etwa gepulste Systeme bzw. Codefolgen mit Pausen erforderlich sind. Zur Speisung sollten möglichst Li- (Akku oder Primärzelle) oder LiPo/LiIon-Zellen verwendet werden.

Derzeit ist nur die Hardware (Sender, Empfänger, Service) entworfen und Platinen gefertigt, die jedoch weder aufgebaut noch erprobt sind. Bei der Firmware steht nur das Pflichtenheft als Entwurf zur Verfügung, eine Programmierung in BASCOM ist beabsichtigt. Teilweise kann dabei auch im ersten Schritt auf andere kompatible Selbstbauprojekte zurück gegriffen werden.
Ich beschreibe hier den bisher erreichten Entwicklungsstand.

Andere Selbstbauprojekte

Folgende ähnliche Selbstbauprojekte sind mir bekannt:

http://fmtv.us/rf_beacon.html mit einer technisch eleganten Lösung von fmkit (mit CC1070 oder Fertigmodulen von Hope, etwa RFM42B oder RFM02, auch bei www.pollin.de), interessante Diskussionen dazu über das Forum http://fpv-community.com/forum/showthread.php?tid=81; Prototypen können für 50 $ per paypal bestellt werden, allerdings macht der Aufbau keinen so professionellen Eindruck :-)
http://www.flohjagd.de/ ein "Fuchs" (Foxy) für Amateurfunk-Spiele basierend auf MICRF102 und ATTiny45 (AVR) von Roland Walter www.rowalt.de, leider etwas veraltet, aber ausführlich dokumentiert

Die Systeme arbeiten im 433 MHz-Band, das für Amateurfunk (lizenzpflichtig) und Short Range Devices (ISM/LPD/Jedermannfunk) freigegeben ist. Zu beachten sind die Frequenz- und Leistungsgrenzen! Je nach Ausführung sind Leistungen im Bereich von 1 bis 10 mW vorgesehen, bei ca. 433,92 MHz. Das System von fmkit ist sehr flexibel für eine große Auswahl an Frequenzen/Bändern und Sendeleistungen, was aber zumindest für die (legale) Benutzung in der EU weitgehend uninteressant ist. Eine Daten-Aussendung im 446 MHz-Band, um mit preiswerten PMR-Walkie-Talkie als Empfänger arbeiten zu können, ist bei uns nicht legal, ebensowenig eine Ausgangsleistung von 50 mW.

Mein Entwurf

Meine Bakenentwürfe basieren auf unterschiedlichen Designs (3 verschiedene Sender), aber in erster Linie auch auf dem AVR-Programm von Roland Walter (BASCOM-Programm), mit folgenden Bestandteilen und Varianten:

Sender mit Micrel MICRF102 mit PCB-Antenne und AVR ATTiny45-20 (um 0 dBm, 433,92 MHz), Projekt 12/2010
Sender mit Micrel MICRF112 mit PCB-Antenne und AVR ATTiny45V-10 (um +10 dBm, 433,92 MHz), Projekt 13/2010
Sender mit Micrel MICRF113 mit PCB-Antenne und AVR ATTiny45V-10 (um +10 dBm, 433,92 MHz), Projekt 14/2010
alle Sender für 1s LiPol-Batterien mit Service- u. ISP-Schnittstelle
Empfänger mit Micrel MICRF002 mit angebauter Dipolantenne, Projekt 11/2010,
sehr einfach/provisorisch (siehe Foxy); mit Anschaltung, Projekt 04/2011, und Spannungsüberwachung 03/2011;
besser sind LPD-Radio-Scanner als fertiges Handgerät
Service-Adapter für die Sender zum Testen und Konfigurieren (ext. Stromversorgung, Tastenfeld, ISP-Schnittstelle), Projekt 10/2010

Alle Sender-Entwürfe sind optimiert auf geringes Gewicht (um 10 g inkl. LiPol) und kleine Größe (um 30x40 mm). Zu allen Entwürfen habe ich ein doppelseitiges Leiterplattenlayout mit SMD (THT beim Service-Adapter) mit SprintLayout erstellt und Leiterplatten-Prototypen fertigen lassen. Allerdings habe ich bislang noch nichts bestückt und testen können.

Sender MICRF102, Modul 12/2010

Leiterplatte 44,8 x 28,6 mm, doppelseitig kaschiert.

Antenne integriert.

ICs: ATtiny45-20SU (SO8), MICRF102YM (SOIC8), MCP1624 (SOT23-6) oder MCP1640T-I/CHY
Trimmer C7: muRata TZC03 oder TZBX4Z060BA
Quarz: 13,560 MHz (ESR< 20)
Schalter S1: Segor SS 1xUM-SMD
X1: Stiftleiste DIP10-2,54
X2: S2B-PH-K-S(LF)(SN) von unten montiert;
X2 Kabelanschluss PHR-2 mit BPH-002T-P0.5S
Batteriezelle: LiPo 3,6 V / 70 oder 180 mAh (Völkner A16431 bzw. A13745)
C2, 13, 14: 0805
C3, 5, 6, 8-10: 0603
C1, 11, 12: 1206
Rx: 0805
L2, 3: 1210

Sender MICRF112, Modul 13/2010

Leiterplatte 40,3 x 32,8 mm, doppelseitig kaschiert.

Antenne integriert, wahlweise Stababtenne anschließbar.

ICs: ATtiny45V-10SU (SO8), MICRF112YM (MSOP10)
T1: Si2315BDS (SOT23)
Trimmer: muRata TZC03 oder TZBX4Z060BA
Quarz: 13,560 MHz
Schalter S1: Segor SS 1xUM-SMD
X1: Stiftleiste DIP10-2,54
X2: S2B-PH-K-S(LF)(SN) von unten montiert;
X2 Kabelanschluss PHR-2 mit BPH-002T-P0.5S
Batteriezelle: LiPo 3,6 V / 70 oder 180 mAh (Völkner A16431 bzw. A13745)
C1, 2, 7, 12: 0805
C3, 5, 6, 8-11, 13, 14: 0603
L2: 0603
L1: 0805
Rx: 0805

Sender MICRF113, Modul 14/2010

Leiterplatte 40,3 x 33,7 mm, doppelseitig kaschiert.

Antenne integriert, wahlweise Stababtenne anschließbar.

ICs: ATtiny45V-10SU (SO8), MICRF113YM (SOT23-6)
T1/T2: Si2315BDS (SOT23)
Trimmer: muRata TZC03 oder TZBX4Z060BA
Quarz: 13,560 MHz
Schalter S1: Segor SS 1xUM-SMD
X1: Stiftleiste DIP10-2,54
X2: S2B-PH-K-S(LF)(SN) von unten montiert;
X2 Kabelanschluss PHR-2 mit BPH-002T-P0.5S
Batteriezelle: LiPo 3,6 V / 70 oder 180 mAh (Völkner A16431 bzw. A13745)
C1, 2, 6, 12: 0805
C4, 5, 7-11, 13, 14: 0603
L1: 0805
L2: 0603
Rx: 0805

Empfänger MICRF002, Modul 11/2010

Leiterplatte 41,3 x 29,8 mm, doppelseitig kaschiert.

Dipol-Antenne (X2/X3) mit Reflektor anschließbar (2x 164 mm Strahler, 350 mm Reflektor, Abstand 154 mm, Messing Durchmesser 3 mm).

Am rechten Ende ist eine Stiftleiste zum Anstecken der Anschaltung 04/2011 (s.u.), die auch im Stromlauf (rechts) enthalten ist.

ICs: MICRF002YM (SOIC16), LP2985IM5-5.0 (SOT-23-5)
T1: BSS138 (SOT-23-3)
Trimmer C6: Reichelt TZC03 20P
Quarz: 6,7458 MHz
Antennenklemmen X2/X3: Völkner D29626
X7: Stiftleiste gewinkelt SIL5-2,54
R1: 0805
C1: 0603
C2-4, 7-9: 0805
L1, 2: 0603

Anschaltung für Empfänger, Modul 04/2011

Leiterplatte 131,8 x 29,8 mm, doppelseitig kaschiert.

Dieses Leiterplatte wird mit Empfänger 11/2010 (s.o.) zusammengesteckt (Buchse am linken Ende). Der Reflektor des Empfängers ist auf dieser Platine am rechten Ende vorgesehen (X8/X9). Beide Module werden in ein Rohr mit 31 mm Innendurchmesser eingebaut (Mindestlänge 175 mm), was als Haltearm zum Peilen dient. Die Schaltung ist beim Stromlauf 11/2010 mit abgebildet. Am linken Ende ist die Spannungsüberwachung angeordnet, die im Wesentlichen der Schaltung 03/2011 entspricht. In der Mitte ist ein Ausschnitt für eine 9 V-Batterie.

IC: LP2951ACN (DIL8), ICM7555 (DIL8; MAXIM, Intersil, Harris: für geringen Ruhestrom)
Ls1: EPM 121 (RM7,6 oder RM10)
Rx: RM12,7
S1: ALCO TT-11 (RM 2,54)
X1: Reichelt EBS 35
X6: Buchsenleiste gewinkelt SIL5-2,54
X8, 9: Völkner D29626
C1, 2: RM5
LED1: RM2,54

Service-Adapter für die Sender, Modul 10/2010

Leiterplatte 79,4 x 69,9 mm, doppelseitig kaschiert.

Zum Testen und Programmieren der Sender, die über Stiftleisten angesteckt werden können.

IC: LP2950ACZ5.0 (TO92)
Ls1: EPM 121 (RM7,6 oder RM10)
X1: NV-Buchse ROKA (Völkner D24005)
X6: Wannenstiftleiste RM2,54, DIL6, stehend
X8, 10: Wannenstiftleiste RM2,54, DIL10, stehend
X7, 9: IC-Stiftleiste RM2,54, DIL10 oder DIL6
X2: Stiftleiste RM2,54, 3-polig
X3-5: Stiftleiste RM2,54, 4x2-polig
S9-12: Reichelt TASTER 3301
X11: Flachsteckzunge 6,3 mm, gewinkelt, D=1 mm
T1, 2: BC337 TO92-CBE
C1, 3, 4: RM2,5
C2, 5, 6: RM5
R1-8, 12: RM12,7
Trimmer R10: RM10, liegend
LED1-3: RM3

Interessante Probleme entstehen schon bei der Bauteilebeschaffung. Laut Micrel werden bei der Senderausgangsstufe Induktivitäten von 680 und 820 nH benötigt (MICRF112/113). Nur gibt es offenbar weltweit keine solchen Bauteile, deren Resonanzfrequenz (SRF) weit genug über 433 MHz liegen würde. Die von Micrel angegeben Bestellnummern sind einfach falsch. Die SRF (Eigenresonanzfrequenz) sollte eigentlich ein Mehrfaches der Betriebsfrequenz betragen, aber die besten Bauteile haben bei 680 nH max. 650 MHz (Vishay IMC-0805-01) oder bei 820 nH gar nur 550 MHz (Vishay IMC-0805-01). Auf Nachfrage sagt Micrel dann, dass das nicht so schlimm sei..

Noch in keiner Weise gelöst ist die Firmwareseite, die ich zwar vom Foxy übernehmen möchte, aber einige wesentliche Abwandlungen wünschenswert macht. Zum Beispiel wählbare Tonfolge (Rufzeichen/Morsecode, ähnlich wie bei Foxy) bzw. Modulationsfunktion (normal, Dauerstrich, tonlos), sowie zusätzlich eine Spannungsüberwachung des Akkus (die den ausgesendeten Ton hörbar beeinflusst).

Für die Firmware-Entwicklung habe ich außerdem AVR-Experimentierplatinen (ähnlich Roland Walter) und ISP-Programmer und Adapter entworfen, aber auch noch nicht zusammengebaut oder getestet.

Aussichten

Für ein zukünftiges Projekt wäre auch das Konzept von fmkit sehr zu empfehlen (Module von Hope), das erheblich anpassungfähiger ist, d.h. programmierbare Frequenzen, Leistungen, Funktionen (etwa auch die dynamische Leistungssteuerung für das erleichterte Peilverfahren), allerdings auch mehr Programmieraufwand bedeutet, weil ich dafür noch keine Ausgangsbasis habe. Mir geht es aber darum, zunächst eine einfache und schnelle Lösung für das Projekt zu finden, indem ich Vorarbeiten anderer (hier Roland Walter) sinnvoll nutze. Eine komfortable Lösung kommt vielleicht später.

(Entwicklungsstand 05.09.2011, zuletzt überarbeitet 09.10.2021)

nach oben

Men�

Home