Arduino TNC y Arduino TNC Plus
Arduino TNC es un proyecto abierto de KISS TNC para AFSK 1200 cuya historia incluye varias etapas de desarrollo y aportaciones de varios radioaficionados.
El proyecto comenzó con Robert Marshall KI4MCW, que creó un módem AFSK por software sin utilizar un circuito de módem dedicado.
El audio se muestreaba con el ADC de un microcontrolador AVR, mientras que la demodulación AFSK y la decodificación AX.25 se realizaban por software.
Proyecto original de KI4MCW:
https://sites.google.com/site/ki4mcw/Home/arduino-tnc
Experimentos y desarrollo por George Smart M1GEO:
https://www.george-smart.co.uk/arduino/arduino_tnc/
Versión de hardware polaca:
https://hamspirit.pl/SQ9MDD/?p=337
Arduino TNC Plus:
https://hamspirit.pl/SQ9MDD/?p=541
Código desarrollado por SQ9MDD y SQ5RWU:
https://github.com/SQ9MDD/arduino_tnc
Idea del proyecto
La idea era sencilla: utilizar un microcontrolador AVR popular como módem AFSK sin un chip de módem especializado.
Esquema funcional:
Radio |audio + PTT |Arduino |AFSK / AX.25 |KISS |ordenador / aplicación APRSArduino se ocupa de:
- muestreo de audio,
- demodulación AFSK,
- decodificación AX.25,
- generación de la señal de transmisión,
- control PTT,
- comunicación KISS.
La aplicación externa realiza las funciones de nivel superior de APRS o Packet Radio.
Orígenes: KI4MCW
Robert Marshall KI4MCW comenzó a trabajar en Arduino TNC alrededor de 2010.
El proyecto era un módem APRS experimental por software pensado principalmente para plataformas Arduino basadas en AVR.
Uno de sus objetivos principales era realizar la mayor parte posible del trabajo directamente en el código del microcontrolador.
En lugar de utilizar un dispositivo como TCM3105 o MX614, el audio recibido se enviaba directamente al ADC del procesador.
Radio |audio |ADC |algoritmo de demodulación |AX.25Las versiones posteriores añadieron, entre otras funciones:
- recepción AFSK 1200,
- KISS,
- DCD,
- corrección automática del bias del ADC,
- transmisión de paquetes,
- soporte UART.
El código se optimizó intensamente para los recursos limitados de los AVR.
Demodulación por software
El aspecto más interesante del proyecto original fue prescindir de un módem analógico dedicado.
Arduino muestreaba la señal de audio y detectaba los tonos:
1200 Hz2200 Hzutilizados por el AFSK Bell 202 clásico de APRS.
Este enfoque permitía construir un módem completo con muy pocos componentes.
Al mismo tiempo exigía un código cuidadosamente optimizado porque el ATmega328P dispone de recursos de procesamiento limitados.
Experimentos de M1GEO
George Smart M1GEO probó en detalle el proyecto KI4MCW y experimentó con su propio circuito de entrada.
Su trabajo incluyó:
- filtrado de entrada de audio,
- estabilización del bias del ADC,
- reducción de ruido procedente de USB,
- análisis de la frecuencia de muestreo,
- pruebas de distintas versiones del código KI4MCW.
M1GEO utilizó la versión 0.14 y obtuvo un buen funcionamiento como KISS TNC.
También experimentó con el envío de datos APRS por Bluetooth a un teléfono y diseñó su propia placa.
Esto demuestra una característica importante de Arduino TNC: el proyecto era suficientemente abierto y sencillo como para adaptarlo a distintos usos.
Versión polaca de Arduino TNC
Sobre la base de los trabajos anteriores, SQ9MDD documentó una versión de hardware.
El objetivo era crear una interfaz TNC sencilla y económica que pudiera construirse con componentes fácilmente disponibles.
Configuración típica:
Radio |Arduino TNC |USB / KISS |Raspberry Pi / PC |software APRSLa construcción se probó tanto con material de prueba WA8LMF como en el canal APRS real.
Funcionó bien como módem pequeño para Raspberry Pi, un iGate o una estación doméstica.
Desarrollo del software por SQ5RWU
Łukasz SQ5RWU realizó una contribución importante a las versiones posteriores del código.
El historial de desarrollo incluye:
- comprobación CRC de las tramas recibidas,
- correcciones de estabilidad,
- mejoras en recepción,
- mejoras en transmisión,
- limpieza del código,
- correcciones necesarias para un funcionamiento estable.
La versión:
0.15.3contiene un conjunto importante de correcciones y mejoras de SQ5RWU.
Después se preparó:
0.15.4marcada como versión estable.
Al arrancar, el dispositivo muestra:
Arduino TNC v.0.15.4KISS
Arduino TNC funciona como un KISS TNC clásico.
Configuración típica:
Radio |Arduino TNC |KISS |APRSBox / Xastir / Linux AX.25 / otro softwareKISS es una interfaz estándar y sencilla entre un TNC y una aplicación.
Gracias a ello el dispositivo no depende de un programa concreto.
AFSK 1200
El modo principal es:
AFSK 1200 Bd1200 / 2200 HzBell 202la modulación APRS clásica utilizada en VHF.
Arduino genera por software el audio de transmisión y controla el PTT.
Arduino TNC Plus
La siguiente etapa del proyecto fue Arduino TNC Plus, o ATNC+.
Se desarrolló como ampliación del diseño anterior.
Se mantuvo la funcionalidad básica, pero se amplió la interfaz de radio.
El cambio más importante fue la incorporación de:
TCM3105utilizado como etapa de regeneración de señal según una solución de Adam SP5RZP.
Esquema funcional:
Radio |trayecto de audio |TCM3105 |Arduino |KISS |ordenadorEl objetivo era mejorar la señal entregada a la parte digital y aumentar la fiabilidad de decodificación en condiciones reales de radio.
Cambios de hardware en ATNC+
Además del TCM3105, se introdujeron otras mejoras.
Entre ellas:
- condensadores de bloqueo de continua en las entradas de transformadores,
- trayecto de audio mejorado,
- posibilidad de controlar radios portátiles,
- jumper adicional de configuración,
- resistencia de 2,2 kΩ para determinados métodos de control PTT.
La placa ATNC+ es mayor que la versión original debido al circuito adicional del módem.
Software estable para ATNC+
Las pruebas de Arduino TNC Plus mostraron también la necesidad de nuevas mejoras del software.
Una gran parte de este trabajo fue realizada por SQ5RWU.
El resultado fue una versión estable utilizada con ATNC+.
El código está disponible aquí:
https://github.com/SQ9MDD/arduino_tnc
Este repositorio debe considerarse una línea de desarrollo posterior y corregida, no la versión original de KI4MCW.
Parámetros de comunicación
En la versión estable de Arduino TNC, el puerto serie trabaja a:
19200 bit/spara la interfaz KISS.
Aislamiento de audio
El diseño utiliza transformadores de aislamiento de audio.
Su función es separar eléctricamente la radio de la parte digital.
Esto ayuda a reducir:
- bucles de masa,
- ruido del ordenador,
- problemas de nivel de audio,
- interferencias relacionadas con USB.
Control PTT
Arduino controla el transmisor automáticamente.
El trayecto PTT utiliza aislamiento y un transistor.
Arduino |PTT |aislamiento |RadioEsto permite trabajar de forma segura con distintos tipos de radios.
Aplicaciones
Arduino TNC y ATNC+ pueden utilizarse como módem para:
- APRS iGate,
- estación APRS doméstica,
- Packet Radio,
- Raspberry Pi,
- ordenadores Linux,
- aplicaciones compatibles con KISS,
- proyectos experimentales propios.
Una instalación típica puede ser:
Radio |Arduino TNC Plus |USB |Raspberry Pi |APRSBoxValor educativo
Uno de los mayores valores de Arduino TNC es que permite estudiar todo el recorrido del paquete.
El proyecto muestra en la práctica:
- cómo llega el audio al ADC,
- cómo se detectan los tonos AFSK,
- cómo se decodifica una trama AX.25,
- cómo funciona CRC,
- cómo funciona KISS,
- cómo se genera la señal TX,
- cómo se controla PTT.
Es un proyecto muy útil para personas interesadas tanto en APRS como en microcontroladores AVR.
Historia del proyecto
El desarrollo puede resumirse así:
KI4MCW |Arduino TNC original por software |M1GEO |pruebas y desarrollo del trayecto de radio |SQ9MDD |versión de hardware polaca |SQ5RWU |correcciones y estabilización del código |Arduino TNC PlusNo es, por tanto, una construcción de un solo autor, sino el resultado de experimentos y mejoras sucesivas realizadas por varios radioaficionados.
¿Para quién es este proyecto?
Arduino TNC puede ser interesante para quienes:
- quieren construir su propio KISS TNC,
- experimentan con Arduino y AVR,
- quieren conocer AFSK 1200 en la práctica,
- necesitan un módem sencillo para Raspberry Pi,
- están interesados en AX.25,
- quieren comprender cómo funciona un módem por software.
Arduino TNC Plus resulta además interesante para quienes quieren utilizar el trayecto de radio ampliado con regeneración de señal.
Documentación
Fuentes principales:
- Arduino TNC original de KI4MCW: https://sites.google.com/site/ki4mcw/Home/arduino-tnc
- experimentos de M1GEO: https://www.george-smart.co.uk/arduino/arduino_tnc/
- Arduino TNC SQ9MDD: https://hamspirit.pl/SQ9MDD/?p=337
- Arduino TNC Plus: https://hamspirit.pl/SQ9MDD/?p=541
- código posterior de SQ9MDD/SQ5RWU: https://github.com/SQ9MDD/arduino_tnc