Cette balise a été conçue pour émettre automatiquement des trames WSPR sur la bande radioamateur des 20 mètres.
Elle fait suite à la V1.0 qui elle n’était pas connectable.

Présentation

Le projet repose sur un ESP32U qui assure la gestion générale de la balise :
Génération des trames WSPR, programmation des émissions, affichage, interface utilisateur et serveur Web.

Une horloge DS3231 permet à la balise de fonctionner de manière totalement autonome, sans nécessiter de connexion Internet permanente.
Le Wi-Fi reste une fonction optionnelle destinée principalement à la configuration et à la synchronisation de l’heure.

La chaîne générale est :
ESP32U → Si5351 → filtre passe-bas →  amplificateur RF → filtre passe-bas de sortie

ESP32U – Le contrôleur principal

L’ESP32U constitue le cœur de la balise.

Il assure notamment :

• la génération du message WSPR ;
• le pilotage du Si5351 ;
• la lecture de l’horloge DS3231 ;
• le calcul des créneaux d’émission ;
• la gestion de l’écran TFT ;
• la lecture de l’encodeur KY-040 ;
• la gestion du contact CW manuel ;
• la mémorisation des paramètres ;
• la connexion Wi-Fi optionnelle ;
• le fonctionnement du serveur Web.

Si5351 – Générateur RF

Le Si5351 génère directement le signal RF utilisé pour l’émission.
Il est piloté par l’ESP32 via le bus I²C.

Pour le WSPR, l’ESP32 fait varier très légèrement sa fréquence afin de produire les quatre tonalités FSK du protocole WSPR.

Le niveau de sortie du Si5351 peut être sélectionné par logiciel :
2 mA / 4 mA / 6 mA / 8 mA et dans mon montage, le réglage 4 mA a notamment été testé.

Après filtrage et sur une charge de 50 Ω, nous avons mesuré environ +5 dBm.

Filtre passe-bas après le Si5351

Le signal brut produit par le Si5351 est de nature numérique et contient donc de nombreuses composantes harmoniques.

Un filtre passe-bas 20 mètres est installé après le générateur.

Son rôle est de conserver essentiellement le fondamental autour de 14 MHz et d’atténuer les harmoniques supérieures.
La mesure effectuée après ce filtre montre une belle sinusoïde d’environ 1,12 Vpp sur 50 Ω.

Amplificateur RF

Un premier amplificateur a été réalisé autour d’un 2N5109.

Son rôle est d’amplifier les quelques milliwatts provenant du Si5351 pour obtenir une puissance RF suffisante pour l’émission WSPR.

Les essais ont montré qu’il était possible d’obtenir plusieurs centaines de milliwatts, mais également que l’étage devenait sensible à la charge présentée par le filtre de sortie.

Un courant de repos d’environ 60 mA a notamment été testé avec un échauffement raisonnable du transistor.

Un nouvel étage utilisant un 2N3866 est également étudié afin d’obtenir une puissance de l’ordre de 300 mW avec une bonne stabilité. C’est ce dernier qui a été retenu.

Filtre passe-bas de sortie

Un deuxième filtre passe-bas est prévu après l’amplificateur RF.
Il est indispensable, même si un filtre est déjà présent après le Si5351.

En effet, l’amplificateur RF peut lui-même recréer des harmoniques. C’est le même que celui trouvé dans la V1.0

La chaîne devient donc :

Si5351 → LPF  → amplificateur → LPF → antenne

Le filtre final doit notamment réduire les composantes à :

• 28 MHz : deuxième harmonique ;
• 42 MHz : troisième harmonique ;
• Ainsi que les harmoniques supérieures.

DS3231 – Horloge temps réel

Le DS3231 fournit à la balise une horloge précise et indépendante.

C’est particulièrement important pour le WSPR, car les émissions doivent commencer sur des créneaux temporels précisément définis.

La présence du DS3231 permet à la balise de continuer à fonctionner même si :

• le Wi-Fi est absent ;
• la box Internet est arrêtée ;
• Internet est indisponible.

Le Wi-Fi n’est donc pas nécessaire au fonctionnement normal de la balise.

L’heure peut également être synchronisée par NTP lorsque le Wi-Fi est disponible.

Écran TFT ST7735 128 × 160

L’écran couleur ST7735 constitue l’interface principale de la balise.
L’affichage a été spécialement conçu pour rester lisible sur ce petit écran.

Il indique notamment :

• QRZ
• Locator
• La fréquence d’émission ;
• L’heure UTC ;
• La puissance WSPR programmée ;
• L’heure du prochain créneau d’émission.

Pendant une transmission WSPR, un écran spécifique indique que la balise est en émission.

Le programme a également été optimisé pour éviter le clignotement de l’écran lors de la mise à jour de l’heure.

Encodeur KY-040

Le KY-040 permet de commander localement la balise sans ordinateur ni téléphone.

La rotation de l’encodeur permet de parcourir les différentes options du menu et son bouton-poussoir permet de sélectionner une fonction.

Il permet notamment d’accéder aux réglages d’émission et aux fonctions principales de la balise.

Contact CW manuel

Une entrée supplémentaire de l’ESP32 est réservée à un contact CW.

Lorsque ce contact est fermé, la balise peut produire une porteuse RF continue.

Cette fonction est particulièrement utile pour :

• contrôler la fréquence ;
• régler l’amplificateur RF ;
• régler les filtres ;
• mesurer la puissance ;
• effectuer les mesures à l’oscilloscope ;
• tester l’antenne.

Elle évite d’avoir à attendre une trame WSPR pour effectuer les réglages RF.

Interface Web Wi-Fi

Le Wi-Fi est volontairement optionnel.

Lorsque la balise réussit à se connecter au réseau Wi-Fi, son adresse IP est affichée pendant environ 3 secondes au démarrage.

Il suffit ensuite d’entrer cette adresse dans le navigateur d’un ordinateur, d’une tablette ou d’un smartphone connecté au même réseau.

La page Web permet notamment :

• De visualiser l’état de la balise ;
• De modifier l’indicatif ;
• De modifier le locator ;
• De régler la fréquence ;
• De régler la puissance WSPR déclarée ;
• De modifier l’intervalle entre les transmissions ;
• De régler manuellement le DS3231 ;
• De synchroniser l’horloge par NTP ;
• D’appliquer une correction au Si5351 ;
• D’activer ou désactiver les transmissions ;
• De consulter le compteur de trames ;
• De consulter la température du DS3231 ;
• De redémarrer l’ESP32.

Les paramètres importants sont mémorisés dans la mémoire non volatile de l’ESP32.

Fonctionnement sans Wi-Fi

L’une des caractéristiques importantes du projet est son autonomie.

Une fois configurée, la balise peut fonctionner simplement avec :

ESP32U + DS3231 + Si5351 + écran + étage RF

Le DS3231 fournit l’heure et l’ESP32 détermine automatiquement les prochains créneaux d’émission.

Le Wi-Fi peut donc être indisponible sans empêcher les transmissions WSPR.

Après avoir branché le montage sur mon antenne « en V » à 1,80m du sol, les repprts sont arrivés sur le site WSPR.MAP.

Architecture générale

La balise complète peut être résumée ainsi :

DS3231
↓
ESP32U
↓
Si5351
↓
Filtre passe-bas 20 m
↓
Amplificateur RF
↓
Filtre passe-bas 20 m de sortie
↓
Charge 50 Ω / antenne

Objectif final

L’objectif est d’obtenir une petite balise WSPR 20 mètres d’environ 300 mW, autonome, stable en fréquence et suffisamment propre spectralement pour être raccordée à une antenne.

Le choix d’une puissance relativement faible est parfaitement adapté au principe du WSPR : Ce mode est précisément conçu pour permettre la détection de signaux extrêmement faibles sur de très longues distances.

La priorité du projet n’est donc pas d’obtenir la puissance maximale, mais d’obtenir une émission stable en fréquence, correctement synchronisée et spectralement propre.

Voici le tableau de câblage complet de la balise WSPR 20 m F4HQJ avec :

• ESP32U
• Si5351
• DS3231
• ST7735 128×160
• KY-040
• Contact CW manuel

Alimentation

Toutes les masses doivent être reliées ensemble.

Si5351

Découplage :

• 100 nF entre VCC et GND
• 10 µF entre VCC et GND

au plus près du module.

DS3231

Le DS3231 partage le bus I²C avec le Si5351.

Découplage :

• 100 nF
• 10 µF

Écran ST7735

KY-040

Ajouter :

• 100 nF entre + et GND

Contact CW manuel

Configuration :

GPIO26 —- contact —- GND

L’entrée est configurée en :

INPUT_PULLUP

Sortie RF

Découplage alimentation ESP32

Au plus près de l’ESP32 :

Découplage alimentation driver RF

Sur le +13 V :

+13V

│

470µF

│

100nF

│

RFC

│

Collecteur

Le 100 nF doit être au plus près du transistor.

Résumé des GPIO utilisés

Télécharger le fichier WSPRV2_ESP32.ino

Bonne réalisation. F4HQJ

Vous pouvez contacter Frédéric à l’adresse ci-dessous:

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Nextion, c’est quoi?

Nextion est une solution d’interface homme-machine (HMI) combinant un processeur intégré et un écran tactile avec le logiciel Nextion Editor pour le développement de projets personnalisés .

À l’aide du logiciel Nextion Editor, vous pouvez développer rapidement une interface graphique utilisateur en glissant-déposant des composants (graphiques, texte, boutons, curseurs, etc.) piloté par des instructions au format texte ASCII en liaison série qui interagissent avec l’affichage.

L’afficheur Nextion HMI se connecte via un port série TTL (5V, TX, RX, GND) afin de fournir des notifications d’événement sur lesquelles le système est connecté. (microcontrolleur/micro ordinateur).
Ce dernier peut facilement mettre à jour la progression et le statut sur l’affichage Nextion à l’aide d’instructions ASCII textuelles simples.
On utilise des microcontrôleurs comme par exemple l’Arduino ou des micro ordinateurs tel que le Raspberry Pi, Orange pi, etc.
N’importe quel système qui possède une liaison série est compatible, il suffit d’utiliser le protocole série fourni sur le site support.

L’objectif est de réduire les charges de travail de développement de l’interface graphique HMI.

Un développement web ou la réalisation complète d’un système HMI avec un écran standard demande un temps de développement considérable.

Les nouveautés:

Taille d’affichage disponible en 7.0″ et 10,1″
MCU embarque puissant 200Mhz et jusqu’a 128Mo pour le projet HMI
Effet de chargement multiple pour les pages et les composants
Fonctions de lecture video/audio/animation
Accepte les composants avec fond transparent
Déplacement et glissement des composants
Prise en charge de plus de polices (anti-aliasing/propotionnel)
Supporte les images PNG

Nouveaux composants disponibles:

La lecture des instructions de programmation sur le site dédié permet de nous montrer toutes les fonctionnalités et comment les programmer et interagir.
Je me suis donc concentré sur la description des fonctions uniquement pour la série “Inteligent”.

Possibilité d’écrire et de lire des données en mémoire EEPROM, cette fonction était déjà existante sur les Version K “advanced”

Possibilité de bouger un composant

Possibilité de jouer un fichier audio

Transfert de fichier par liaison série

Suppression d’un fichier externe

Renommer un fichier externe

Recherche si un fichier est existant

Lire le contenu d’un fichier et voir le contenu à travers la liaison serie

Définition de la couche du composant

La prise en charge de l’audio amène les fonctionnalités suivantes:

Un equaliseur est disponible sur l’écran mais non visible en mode debug depuis le programme windows.
min is 0, max is 15

eq0 (31Hz), eq1 (62Hz), eq2 (125Hz),
eq3 (250Hz), eq4 (500Hz), eq5 (1000Hz), eq6 (2000Hz),
eq7 (4000Hz), eq8 (8000Hz), eq9 (16000Hz)
exemple de commande: eq6=7

Le réglage 7 est équilibré pas de gain et pas d’atténuation.
Réglages de 0..6, pour l’atténuation
Réglages de 8..15, pour le gain

Remarque: L”equaliseur va de eq0 à eq9,
eql modifie le groupe eq0, eq1 et eq2 à 4 , mais la comande eq1=3 ne modifié pas eql à 3, eq0 and eq2 reste à 4.

Le réglage du volume

Disponible sur l’écran Nextion, mais pas en mode debug sur le simulateur.
mini 0, maxi 100
Le réglage du niveau est conservé et repris au démarrage.

Contrôle de la lecture du fichier

mini est 0, maxi est 2
0 (stop), 1 (reprendre), 2 (pause).
Remarques: Les instructions de lecture permettent de configurer et de lancer la lecture audio. audio0 et audio1 ne sont utilisés que pour contrôler le canal.
Si le canal est en pause, il peut être repris. Si le canal est arrêté, l’instruction de lecture est nécessaire pour le redémarrer. La lecture audio est globale, elle continue après avoir quitté et changé de page.
Si vous souhaitez que l’audio cesse en quittant la page, vous devez l’ajouter l’événement dans la sortie de page.

PARTIE LOGICIEL NEXTION EDITOR VERSION 0.58

Le guide utilisateur est disponible sur le site de Nextion

Nombreuses améliorations apportées à la nouvelle série Intelligent

– Nouveau support d’encodage pour: Shift-JIS
– Nouvelles polices proportionnelles avec anti-aliasing
– Nouveaux débits de transfert de données supportés
– Conception et composants:
Conception basée sur des couches
– Zoom sur l’espace de travail étendu
– verrouillage des composants
– Nouveau composant Xfloat, ComboBox Switch, SLText, GMov, Video, ExPicture *
– Améliorations apportées aux composants Series Intelligent *
– Pages de transitions, déplacement du composant par commande*
– la transparence graphique maintenant supportée *
– Améliorations des instructions de commande
– Les instructions prennent désormais en charge le CRC optionnel (control de transfert de données)
– Nouveau composant d’exécution déplacer et faire glisser *
– NON logique, conditions combinées, nouveaux événements
– Prise en charge audio 2 canaux *

Remarque: – Tous les éléments marqués * ne sont disponibles que pour les écrans HMI Intelligent Series.

Si votre projet HMI a été développé avec Nextion Editor 0.53 ou une version antérieure, nous vous recommandons d’utiliser la version LTS pour la maintenance du projet, car la dernière version 0.58 n’est pas totalement compatible avec votre code source existant et votre conception d’interface graphique.

– Nouveau composant Xfloat
– Nouveau ComboBox Switch, SLText, GMov, Video, ExPicture *
– Améliorations apportées aux composants Intelligent Series *
– transitions de page, déplacement du composant d’exécution et déplacement *
– la transparence graphique maintenant supportée * Améliorations de l’instruction
– Les instructions prennent désormais en charge le CRC optionnel
– Nouveau composant d’exécution déplacer et faire glisser *
– NON logique, conditions combinées, nouveaux événements
– Prise en charge audio 2 canaux *

On retrouve sur l’image ci-dessus les nouveaux composants disponibles et la compatibilité sur le typed’ écran.

Switch, ComboBox, SLText, Gmov,Video, ExPicture sont les nouveaux composants de l’écran “Intelligent” en voici la description:

Switch est un bouton double état combinant du texte et des graphismes.

ComboBox est utilisé pour présenter une liste sélectionnable avec l’attribut .path contenant les options ligne par ligne. Le déplacement se faire

SLText est utilisé pour présenter une zone de texte déroulante avec .txt contenant des données multilignes.

Gmov est utilisé pour présenter une animation, avec jusqu’à 16 composants Gmov sur une page HMI.

Vidéo est utilisé pour présenter un film, avec jusqu’à 6 composants vidéo sur une page HMI.
Fichiers de type:*.mkv, *.mp4, *.mov, *.avi, *.mpeg, *.mpg, *.rm, *.wmv, *.rmvb, *.3gp, *.mp3 and *.wav audio

ExPicture est utilisé pour présenter les images stockées dans une carte RAM ou microSD.

Voici la liste des écrans disponibles avec des écrans résistifs ou capacitif.

Conclusion:
L’écran Nextion est très présent dans les montages électroniques, cette nouvelle version “Intelligent” va permettre d’augmenter encore le domaine d’application et surtout de proposer une finition graphique exeptionnelle.
Les images à fond transparent, les transitions possibles entre les pages, et les nouveaux composants vont largement participer au résultat final de vos projets.

Quelques applications en vidéo
Le site Itead pour l’achat de l’écran

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Projet de boitier pour intégrer votre électronique ainsi qu’un écran Nextion 2.4”, 2.8“ 3.2”, 3.5”. On retrouve beaucoup de montage autour du MMDVM,DSTAR, et RRF et c’est souvent des assemblages DIY.

Pour intégrer mon projet spotnik2hmi, je cherchais une solution.

J’ai donc décidé de dessiner un boitier composé de 2 ensembles haut et bas, les façades arrière et avant sont amovibles et donc personnalisables selon votre projet. La partie avant est inclinée pour une meilleure visibilité et intègre le rangement d’un stylet.

Ci dessous l’aperçu du projet:

Une phase de production série est envisageable, tout dépendra du nombre de personnes intéressées.
Le coût d’un tel boitier devrait être de l’ordre de 60 à 70 euros complet (2 façades, visserie, boitier partie basse et partie haute, stylet ).
Le mode de production et les quantités fabriquées feront varier les coûts.

Pour montrer votre interêt à ce projet, et si vous êtes intéressé par un boitier, merci d’utiliser le formulaire de contact.

La suite dépendra du nombre de retour, peut être un lancement Kickstarter ou équivalent.

Très prochainement les photos du prototype seront publiées.

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Pour passer de la phase prototype à la phase de mini série 6 cartes, j’ai réalisé un circuit électronique  afin de simplifier le câblage et d’avoir un version finale plus professionnelle.
Il y a donc maintenant juste une alimentation 12V sur bornier, puis le bouton déporté sur un coffret avec une prise RJ45 et le câblage moteur.

Le tout a été câblé dans un coffret industriel, ou il y a 6 cartes (3×2 cartes superposées dont une carte d’avance).
Une alimentation 12V alimente l’ensemble des cartes.

Le coffret est installé derrière le pas de tir et les câblages passent sous le plan de travail.

On constate qu’il n’y a plus rien mise a part le boitier sur le plan de travail.
Le boitier convient pour les gauchers et droitiers. Il peut être placé à n’importe quel endroit dans le cadre d’un tireur qui a un handicap.

Pour les fonctionnalités de ce boitier, je vous invite à lire le premier article sur le sujet

L’installation est en test et visible au club de tir de Rambervillers. Je remercie Jean-Luc, le président du club, qui s’investi particulièrement avec les jeunes à l’école de tir et qui a réalisé le câblage des moteurs et des boitiers bouton.

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Voici le système d’origine manuel qui utilise des grosses poulies pour ne pas avoir beaucoup de tour à faire.

Deux trous dia 3mm ont été percés pour insérer les deux fils qui vont permettre de guider la navette. Il y a juste 2 noeuds derrière, le réglage de la tension se fera de l’autre coté.

Voici les modifications apportées concernant le porte cible, celui-ci est fabriquer en impression 3D avec des inserts en aluminium dia 8mm pour éviter l’usure des frottements lors du déplacement.

Voici le système moteur en place, avec sa poulie.

Concernant la partie technique, j’ai utilisé une carte Arduino, une carte à base de L298N (Dual H bridge) pour le pilotage du moteur courant continu, est un bouton RGB.

Le moteur est un XD3420 qui tourne à 3000tr/min avec une poulie.

A l’issu de la période de test une carte électronique qui comprend toutes les connections sera certainement réalisée pour réduire le câblage et les connectiques.

Les améliorations techniques que l’on peut voir sur la video:

Indication de l’état sur le bouton RGB par voyant. L’utilisation de la commande dans un boitier filaire. Cela permet de changer le boitier de place facilement pour les gauchers et droitiers.

Le cycle de fonctionnement:
Bouton bleu la cible est prête à être envoyée.
Appui sur le bouton, le voyant passe au rouge lors du déplacement.
Phase de ralentissement à l’arrivée.
Quand il est vert, la cible est en place, il reste plus qu’a effectuer le tir.
J’ai ajouté une fonction de visualisation de l’impact par double-appui rapide ou appui prolongé.
Lorsque que la commande est prise en compte le voyant s’éteint, la cible revient de 3M, reste en position pendant 1,5s et se remet en place pour le deuxième tir.
Le voyant passe vert.
Quand on effectue un appui simple la cible revient sur le pas de tir.

Le déplacement habituelle de ce type de système est de 4 à 5secondes, la temps mesuré par ce rameneur est de 2,3s.

L’installation est en test et visible au club de tir de Rambervillers

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Cette station propose 4 fonctions:
1-Fer à souder
2-Station air chaud
3-Alimentation
4-Voltmètre

Le colis:

Colis bien réceptionné avec un emballage de qualité et du polystyrene pour protéger le matériel.

Contenu du colis:
Station de soudage
Cable d’alimentation
Pompe à dessouder
Fer à souder
Support fer à souder et son éponge
Air chaud et son support
Pointes pour mesure
Adaptateur pour alimentation ou mesure
Stylo pour flux
Jeu d’embouts pour Air chaud
Jeu de pannes pour fer à souder
Une bobine d’étain
Une bobine de fil cuivre fin vernie
2 pinces brucelle
Notice d’utilisation

Voici la façade de la station de soudage:
On y retrouve 4 afficheurs, sur la gauche la partie soudage air chaud et fer à souder. Les boutons à coté des afficheurs permettent d’ajuster la température de consigne de la partie soudage. Le potentiomètre en dessous permet le réglage du flux d’air de la station air chaud.

Sur la droite, c’est la partie alimentation et mesure de tension. Le potentiomètre en haut à droite permet d’ajuste la tension d’alimentation (0 à 15V), le bouton juste en dessous permet la mise en route de l’alimentation.
Un autre interrupteur situé au-dessus des borniers de connexion est utilisé pour basculer les afficheurs soit pour l’alimentation ou soit pour la mesure.

Essai du fer à souder:
La température maximale est de 480°C le manche est petit et recouvert d’une texture adhérente, très bien. La montée en température est très rapide.

Essai de la station air chaud:
La température maximale est de 480°C le manche est également compact et ergo-dynamique . La montée en température est très rapide.

Essai du voltmètre ampèremètre, celui-ci est capable de mesure une tension de 0 à 30V.

Essai de l’alimentation, celle-ci peut fournir une tension de 0 à 15V à 2A. A noté qu’il y a un connecteur USB qui fourni lui 5V à 2A, pratique pour brancher les cartes Arduino, raspberry etc..

Voici une vue de ce qu’il y a à l’intérieur, le câblage est soigné pas de mauvaise surprise.

En conclusion, cet ensemble est vraiment très bien et fourni la globalité du matériel pour bien démarrer en électronique.

Vous pouvez trouvez ce kit à un prix inférieur à 150 euro port compris chez Banggood.

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• Détection automatique NPN et PNP sur transistors bipolaire, N-channel et P-channel MOSFETs, JFETs, diodes (double diodes inclus), N- et P-IGBTs, résistances (potentiomètres inclus), inductances, condensateurs, thyristors, triacs and batterie (0.1-4.5V)
• Détection automatique des diode zener（01-30V）
• Résultat sur affichage graphique couleur TFT taille (160×128)
• Opération avec une seule touche action
• Extinction automatique Auto Power Off (Temps réglable )
• Intègre une batterie Li-ion haute capacité rechargeable
• Mesure de la tension batterie Li-ion intégré.

Voici quelques captures d’exemples de mesures:

Batterie
Transistor BJT

Condensateur

Mofsets

Résistance et potentiomètres

Tyristors

Inductances

Triacs

Double diodes
Diodes

Notice en Français:
J’ai traduit le mode d’emploi et je le mets à disposition en français, ce qui vous montrera d’une part son utilisation et ses possibilités.

TELECHARGER LA NOTICE EN FRANCAIS

Conclusion:

Ce petit testeur multifonctions à un prix attractif (inférieur à 35€), peut devenir un de vos nombreux compagnon quotidien pour tester le bon fonctionnement des composants ou alors les identifier, idéale quand on récupère sur des anciennes platines électroniques.

Vous trouverez cet article chez Banggood sur le lien ici ou en cliquant sur le logo ci-dessous.

Vidéos:

D’autre part, je vous donne deux vidéos prises du net, une qui décrit le contenu du colis avec des exemple de mesure. Et l’autre, de chez Electro-bidouilleur, expliquant le fonctionnement de ce type d’appareil pour faire les mesures et ses limites.

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