雪崩ビーコン・チェッカーの試作
GPSに同期したGDOの10MHz出力を使って雪崩ビーコン用の周波数カウンタを試作しましたが、屋外ではGDOを持ち運べないので使えません。 また、市販のDDSモジュールは温度変動があるのでやはり屋内用です。 秋月電子のサイトを見ていたら12.8MHzのTCXO (Temperature-Compensated Xtal Oscillator)を見つけました。
温度補償のついた周波数カウンタを作ろうと思っていたのですが、パルス計測と受信信号強度の計測も比較的簡単に出来るので追加し、結局は雪崩ビーコンの送信特性チェッカーになりました。 機能はPSoC内のハードに負うところが大きく、(説明するのが面倒・・・という意味で)やや煩雑になりました。
1. 試作機の構成
今回はPSoC-5LP内部のPLLを使い、12.8MHzのTCXO出力を5倍して64MHzをバス・クロックにしました。
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| 【図-1】 ブロック構成図 |
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| 【図-2】 GPS 10MHzを使った周波数補正 |
本試作ではETSIで規定している最少パルス幅70msでも計測できるように、ゲート時間を65msにしています。 実際、雪崩講習会でデモをしたときに、BCAのTracker3(T3)でゲート時間70ms(実質75ms以上のパルス幅が必要)のときに計測できないT3がありました。 レシプロカウンタのカウント周波数をバス・クロックを2分周して32MHzにしています。これで誤差が±0.22Hzになります。 バス・クロックは自由に分周出来るので、100kHzで雪崩ビーコンのパルス幅(On-Time)も計測できるようにしました。 TCXOは例によってGDOで校正できるようにしています。
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| 【図-3】 使用したTCXO |
2. 周波数とパルス幅、発信周期の計測
手配線の試作機で、手元にある雪崩ビーコンを測ってみました。雪崩ビーコン波形モニタですでにわかっていたのですが、Trackerのパルス幅、発信周期はともに短めです。
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| 【図-4a】 PIEPS FREERIDE |
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| 【図-4b】 BCA TRACKER3 |
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| 【図-4c】 BCA TRACKER DTS |
3. 送信出力の確認機能
当初は周波数とパルス幅の計測だけ考えていましたが、本試作でRFアンプに使用したNXP SA606には受信信号強度がわかるRSSI端子があるので、ビーコンの送信出力をチェックする機能も追加しました。
もともとFM復調のためIF出力をリミッターアンプに入れるので、リミッターアンプ出力もRSSI電圧として現れてきます。今回はMIXerをバイバスする変則的な使い方なので、リミッターアンプは使っていません【図-5】。Vo(RSSI)の電圧は安定しているので、ADCはそれほどまじめにサンプリングする必要はなく、PWMで65msゲートの間に5msのサンプリング信号を作って、この立上がりで変換することにしました。
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| 【図-5】 SA606のRSSI端子出力 |
Excelで距離とVo(RSSI)の近似式を出して【図-6】、ファームで計算すると距離表示が可能になります。 同様にSA606に既知の457kHz信号を入力してVo(RSSI)の値を実測して、RSSIを表示するようにしました。
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| 【図-6】 基準ビーコンとの距離D[m]とVo(RSSI)[V]の実測値 |
4. まとめ
雪崩ビーコンの(1)周波数、(2)パルス幅、(3)発信周期、(4)送信出力をチェックする機能が実現できました。 想定している用途は、雪崩講習会などで受講生の所有するビーコンが正しく動作しているか具体的に確認することです。 主要部品のPSoC5LPのモジュールは秋月電子でJPY1,950で手に入り、TCXOはJPY600です。 RFアンプのNXP SA606は少々高価でマルツでJPY918で入手可能です。
手配線の試作機を全国雪崩講習会でデモしたところ、地方講習会でも使いたいという要望があったため、基板化してタカチの透明なフタの付いた防水ケースに入れました。概ね配布は完了しましたのでご活用ください。
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| 【図-7】 基板化した雪崩ビーコン・チェッカー |
5. 追記
最近のモバイルバッテリは急速充電対応で制御が複雑になっています。本機のような小電流で使うものは使えないか途中でシャットダウンする場合がありますので用途を確認して使用してください。例えば以下の機種はRaspberry Piなどのマイコン機器用に作られているので切れることはありません。
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| 【図-8】 IoT機器用モバイルバッテリ |
