CHJ2311.1 矢量驻波表带天调控制器资料贴 [复制链接]

     就这两个板翻来覆去的改翻来覆去的做折腾了我大半年  BG6RDF的软件现在还在迭代版本 完善使用功能  这真TM是一个大坑 全套价格下来要2000大洋  虽然比原版的LP-100A便宜一半  但各位朋友如果没有矢量参数的检测或者连续的在线式大功率检测的需求  看看就得了  别跳坑 跳进来就出不来  一般检测用标量驻波表就可以 大功率的成品比如纳胜、钻石、大华一类的那种小磁环的驻波表一般发射检测时间不建议超过10秒（有的品牌说明书会明确标明什么功率可以连续在线使用，什么功率发射时间不允许超过多少秒 注意看自己的说明书 如果没有写看看外形尺寸就知道里面的桥环不会很大 ） 但是用来检测天馈系统是足够的 而且成熟的大功放均有完善的保护机制 我强烈建议 喜欢类似设备的去支持原版的LP-100A 或者更进阶的LP-500/700！！！！！！！   
起因：
   年初600W功放项目基本结束，准备给未来的功放配套一个大功率的ATU，老朋友EU2AV有现成的方案，据他介绍俄罗斯联邦和白俄罗斯本地的朋友制作了几套使用的还不错，故成本价搞来了几套PCB开始了制作过程，这个天调功能还是不错的  有外置UART可以和软件联动 也可以自动探测频率存储对应的LC组合 磁环也够大 屏幕也是彩屏的 但是制作的过程中发现 老外对磁环温度的耐受性非常好 1KW的双磁环桥 用2组FT50-43*2做叠合 对你没看错 EU2AV也改版了N7DDC的大功率ATU 桥环用50-43叠起来的那个版本就是EU2AV设计的  别说1KW了 几百瓦就开始热了 。该硬件有一个相位检测的功能用了一个FT50-43可以自动调整LC的前后方向，但是不管怎么调整 这个相位检测第一功率刚上百就发热 第二涉及到确认LC方向的相位检测电压不归零 ，最重要的是里面的调谐算法是错误的 而且LC匹配的方法是最简单粗暴的纯粹的逐次逼近法  真是的是最暴力的那种逐次逼近一步一步往上爬的暴力匹配 经过RDF的修改 软件修正了算法的错误 取消了相位检测的功能 原有菜单是否启用相位检测改为了功率校准 改进了ATU的算法 类似N7DDC的预估靶区逼近靶点的办法 调节速度大大提升。达到了可用的状态。但是经过讨论对内部的相位检测功能比较感兴趣，虽后期精简了 但是他第一版的相位检测使用了SG-2020的类似电路 当时想还原原始设计，重新制作LC板子 复现相位检测的功能 但是RDF提出建议既然要复现 那知名度最高的LP-100 硬件资料是开源的 应该可以借鉴，但是既然借鉴何不另成体系，虽然LP-100烧写文件是公开的 但是源代码没有 而且MCU使用的是PIC的比较古老的型号屏幕也是2002的  RDF在为功放制作控制器的时候已经完成了LCM4002的使用 而且功放控制器用的是STM32F405RGT6 用起来比较顺手 那就干脆用LP-100的前段加STM32F405缝合成一个新的矢量驻波表  405的IO比原版的PIC要更多 算力也更加强大 可以实现更多的功能  至此 这个东西就开始推进了。 至于EU2AV的1KW天调 现在是烂尾状态 等这个项目结束 回头在重新做PCB 驻波检测磁环加大 取消相位检测 然后再封箱。关于EU2AV的天调大家可以去油管或者bing.com国际版搜索EU2AV 他的网站有详细介绍。
过程：
     这个是我画过最痛苦的一套板子 成品板修改了5次 未做板仅在软件上的过程版修改了无数次  功能是一加再加 ，更难受的是我用的是立创大众版 这软件元素一多 特别是过孔一上 挪动任意一个原件都要等待好长一段时间   好在经过最终几个版本的迭代和功能的最终确定 最终版本的PCB 于上个月完成且是当月第一个完成的板子  故名称中的2311.1来源于此 。其中的CHJ C不必说 H和J分别是我和BG6RDF所在省的首字母 现在看这个名称颇有俄式风格。  在版本迭代中RDF最终完成了矢量算法和校准  ATU功能的实现  现在达到了一个可用的状态。
关于LP-100：

  LP-100/LP-100A是大名鼎鼎的矢量驻波表 知名度相当高 全球范围内卖出去了500多套 其中不带A的LP-100使用的是2002屏幕且图纸是公开的 烧写程序也是公开了 已经有朋友复现了LP-100这个驻波表 ，有的朋友应该已经投入使用了  。LP-100A升级成了VFD屏幕显示效果更好  原版的LP-100A国内也有不少朋友购入 反馈也是相当的正面
  关于CHJ2311.1可以实现的功能和与LP-100的关系:
    我们设计制作的这个驻波表 射频前端和功率检测头 完全照抄LP-100   后端STM32F405部分和外置接口则按照预想的要求重新规划 内部算法则是BG6RDF完全自行开发， 内部的数学算法 校准  UI等编程 均由BG6RDF一人完成 我则负责PCB设计 硬件采购 机箱设计 BG2KVG设计了半截子耦合器外壳的CATIC的图纸（后被废弃） BG5FIK设计完整了耦合器不锈钢钣金外壳图 BG2KVY画了电池架子的图纸  BG2KLY BG2KVG BG6JDV BG6QBT BD7YA BG7NFO BG5FIK BG4PJB 负责掏钱和我一起折腾 大半年的时间 这东西基本有了雏形了 未来的使用场景已经明确 发展方向也有了定位 发个帖留个念想 大致说一下硬件的架构 可以实现的功能 外置接口的配置 和未来可能会实现的功能
  硬件及功能介绍 ：
    和LP-100相同的略  具体可以参考LP-100A的用户手册 里面写的很详细  检测头使用LPC-1  连续功率1.5KW 断续功率3KW  桥环使用FT140-61 2只 组成一个V-I桥  注意：不是一般意义的标量检波二极管桥  如果想实现矢量 要用LP-100A那种的电压-电流桥  具体实现方法 本坛有大佬已有解析可移步学习
   显示系统：LCM4002 40*2 字符屏  背光常亮不可关闭
   按键 ：
MEUN ： 菜单 按键灯不可关闭
POWER  ：长按2S开机 开机后按键灯常亮  
5向开关 ：上下左右外加中间键   用来对系统进行基本操作  
BYPASS：天调直通模式 启用时背光亮 ATU模式熄灭 亮灯与ATU互斥  
ATU: 启动天调模式  启用时亮 BYPASS模式时熄灭  
RESET:：复位按键兼报警灯 当系统内部触发任意一项与设置相关的报警项目时 屏幕会显示报警信息并提供相关信号给设备或者PA 掐断功率的输出 此时该按键的背光灯和蜂鸣器会以1S间隔闪烁与报警 使用者需排除故障后 按此按键完成复位
BUZZ：面板预留的一个与显示板蜂鸣器开孔对应的透音孔 当触发报警时 会与RESET按键的背光组成一套强提醒的系统 ，BUZZ可独立关闭 防止夜间扰民
  外部RCA接口
TO-PA-BYPASS*2  连接外置PA 的对应端口 也可以理解为让PA一直处于RX状态即ATU部分的直通功能  
TO-PA-PTT*2 连接外置PA的PTT接口 用于功放的收发转换
以上两个接口都预留了对的共2组 有些巨佬功放是两型同型号的做合路输出  2对接口方便这样使用  大佬有1个功放的 可以只接一组    
TO-RIG-TUNE-IN： 连接电台设备 告知系统有ATU 比如ICOM就有类似的接口
FROM-RIG-TUNE-IN：连接电台的TUNE-OUT接口  比如我制作的奥德赛就有类似接口  当点击TUNE的时候 输出一个小功率 并伴随一个高电平 告知ATU进入调谐状态  
FROM-RIG-PTT：用来连接电台的PTT接口  当射频系统驻波过大或超过设置项目的阈值，均对外置PA发送BYPASS信号并暂停输出PTT的信号  强制让PA进入RX状态使电台以小功率进入后端的天馈系统防止产生更大的损失。
    其他接口
   ATU-LC：3.5立体声4节接口  SPI信号 用来驱动3只74HC595与2003 用来驱动天调的LC板  LC板规划9组电容 9组电感  电容从5P起跳 电感为0.05uh起跳  均为倍数增加  LC板子内置BYPASS可对射频信号进行硬直通 LC板子的调节信息均为主机提供 LC仅为电容、电感和 LC投入方向与 BYPASS的承载板 无法脱离主机使用
    TNC*2  分别为电压和电流接口连接至耦合器对应的位置
    TYPE-C接口：外部数据接口  使用CH342K 转换来自F405的2组TTL信号  现阶段可以实现校准数据的导入与导出
    NRST按键： STM32F405重启按键 当程序跑飞或者不正常时 按此按键可以重启，该按键用处不大且按键在机器后面 操作并不方便  不如开关机来的暴力 且开关机用了单独的一个芯片 完全不受程序跑飞的影响 ，但是405的NRST引脚且无法复用，故预留该实体按键
    供电模式选择开关： 分BATT和DC模式
    BATT模式 ：使用内置锂电池供电  系统整机静态耗电约250ma 屏幕刷新时的动态约350ma 我制作的4S2P 7000mah 18650电池组经实测可以使用8个小时以上 此状态可以从机箱侧面的充电接口为LC模块供电 当频繁使用ATU且天馈系统ATU投入继电器过多时  预计7000mah电池使用时间将缩短1-2小时左右 ，机箱的位置也可摆下4S3P电池组 经实测使用时间基本提高1.5倍  
    DC模式 ：内置锂电池与主受电断开 系统由外置5521DC供电 电压12-16V  因内部有1117-ADJ为器件提供10V电压 故最低电压理论上不可低于11.25V 最高电压不建议高于16V 虽然锂电池满电最高电压可以达到16.8V 但是带载状态下 电池会比较快速的进入单节4V以下的能量区间，且LC板12V继电器最大耐受电压为18V 故 DC供电使用12-16V比较合理 常用的13.8V最好
     DC接口 5521内正外负 *2
  两个接口并联 可为主机供电的同时 用跨接线为LC模块供电
  EXT-UART接口
  3.5MM立体声4节接口*2  对应的是CH342K前端的两组F405输入的原始TTL信号 且接口出RX TX GND外还有随动的5V供电  小板上安装200ma的PTC 可挂栽耗电能力不大于150MA的外置模块
这两个TTL可在系统中设置为3.5或者USB输入 当启用COM1 或者 COM2为EXT时 对应的3.5接口才会输出5V电压  同时设置项增加了SAVE选项 可以让使用者决定配置信息是否永久保存或者断电默认至USB 该SAVE选项是防止使用者误操作带电插拔UART设备  但不管是否有此功能 使用者均需养成在插入任意外置附件前主设备均需关机的习惯
   需注意有些模块是5V的TR的IO也是5V 为防止烧毁405的3V3 IO 转接板应增加3V3-LDO并驱动BSS138将5V的IO转换成3V3的低电平 如果有些模块是3V3 则增加LDO为3v3模块供电
     STM32-PROG接口
   3.5MM立体声4节接口  升级固件用  定义为SWD CLK 3V3和GND 用来连接STM-LINK V2等编程器  使用廉价V2经测试  30CM成品4节AUX线 优质的短杜邦线材 可以不用开机直接刷写
如果无法连接目标版那就要主机供电才能刷了
   GND接口
M4手拧螺丝 用来连接GND 抗扰

以上就是该设备大致就是这些硬件指标和外部接口
    现阶段完成的功能
     现阶段完成了功率表的校准 显示等相关功能 具体校准和使用的视频可以移步BILIBILI BG6RDF的频道观看
ATU当初预想是使用主机获得的带相位信息的参数对ATU进行秒调  但是这个功能在低频实现的相当完美 高频段因器件 馈线 PCB的走线等分布参数的原因并不能做到秒调 现阶段仍采用的是基于驻波参数的快速逐次逼近法  系统预留了计算LC板子分布参数的功能 以后更新软件的时候会慢慢的琢磨
   希望未来可以实现的功能
  1： 系统LC板分布参数测算 通过测算LC在不同组合不同频率下的分布参数的差异  进而将这些分布参数带入到计算中 从而使矢量天调的矢量参数真正的发挥作用 做到秒调
  2： 现阶段ATU LC组合所对应的LC匹配频率是从射频信号采样过来 这就造成2个问题 第一 主机不发射 系统不知道是什么频率 进而调用该频率下的LC组合会比发射信号慢一拍 第二就是因为405计数器的误差有KHZ级别 虽然满足了10波段校准的区分 但是并不能精确的匹配设备的发射频率 ，如果EXT-UART外置接口可以和电台进行直接通讯 获取电台的精确频率 这样做到调频即调用当前频率范围内的频率组合 做到发射前即匹配完成 那使用起来将会更加方便  另外外置的UART可以提供更多的发挥空间 比如蓝牙模块 WIFI模块 做到和电脑上位机的通讯或者手机APP的通讯 这就是我预留2路EXT-UART的初衷  当然了 现在UART的功能比较原始 仅能读出当前ADC的数据  保存或者复写最重要的校准信息的数据  但是随着慢慢的使用 功能也会一点点的完善
.3:现阶段的天调LC板子使用的是3个T68 6个T94 理论可以抗住100W连续FT8的轰击  选择这个方案做测试一来磁环便宜 板子面积小 用来验证ATU功能比较合适 当然只要接口定义满足LC驱动板理论上这个驻波表配上不同功率的LC板子 可以变身成不同功率的天调  如果LC分布测算的功能完成了 那真的能做能调谐的频率做到秒调 主机不变 想配多大功率的LC就是变身成为多大功率的天调。
     以上 是CHJ2311.1的基本介绍 有说的不详细的或者有错误的地方 希望各位朋友脑补并自行纠正
      下一楼 会发出一些实物图片和图纸与现阶段的说明书  供大家参考

主板与子板

持续关注

都是能折腾的牛人 ，赞，关注

带电压随动的EXT-UART 使用2个3.5MM 4节立体声插座 内含5V GND TX RX 选择后该端口供电 并配指示灯

耦合器 仿至LP-100 外壳尺寸（不含突出物 ）60*60*130 磁环采用FT140-61  漆包线0.8MM 1mm钣金拉丝不锈钢  设计了一个简易的标签 立创面板打印  指标与LPC-1相同 连续发射1500W  50%断续发射 3000W

装箱的过程图 电池可以使用4S3P或者4S2P锂电池  用2P的时候可以用图上的3D打印架子 用3S的时候 用STM-1 3mm尼龙绑带固定架配合扎带固定
机箱使用R5铝型材角铝 配3MM的4面侧板 前面板1.5MM 后面板2MM 整体装箱后质感非常好 就是有些重 面板用8个六面螺丝固定到侧板上 这样正面就只有4个面板螺丝固定孔  后面板开了一个槽孔 为后期的扩展做准备  现阶段没什么想法 以后白嫖一个PCB遮挡上

不错不错

用了朋友的激光雕刻机制作前后面板的丝印 效果非常好  后面预留的外置接口暂时没有什么想法 过几天用白嫖的PCB堵上 接地的M4拉铆螺母等买到专用工具装上就好了  至此 主机基本完成 下一步就是校准 和配套200W ATU LC板子的制作了

DIY的不错，是个大工程。

  为驻波表配套的200W ATU模块已经完成了  
  主机与LC模块均有2个5521DC插头可以跨接供电  当使用内置电池时候 从主机的电池充电口引出为LC模块供电  SPI模块使用 3个74HC595+3个2003通过一根3.5MM4节成品AUX线材与主机连接  LC板为一个9*9的一个ATU模块 电感从0.05UH 至12.8UH倍数增加磁环使用了微金属的T68-2*3+T94*6 电容从5P到1.2nf 倍数增加 电容使用C1206 630V/1KV 串联获得更大的耐压  内含LC-LC切换  BYPASS硬切换  后面4级电容使用一个隔离继电器   当后面4个较大电容不介入时继电器断开尽量减小分布电容 输入端使用最短路径接入PCB 同时采用M母头 与耦合器直接外挂硬连接   至此 所有的模块均已经完成   从去年折腾到现在的矢量驻波功率表+ATU控制器完美收工   另：控制器是内置的  也就是说 同样的主机 只要遵循接口定义  换装不同的LC模块就可以组成不同功率的ATU 等有时间把LC驱动板换成595+2803 磁环改为T130*3+T200*6 继电器改为HF115F 做个1KW ATU玩玩

主机 耦合器 LC模块合体  项目顺利完工！！

录个演示视频 吧，更直观些