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树莓派+声卡+手台搭建APRS详细攻略

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bd7ipa (Lv6注册用户)

2024-01-14 21:00:34 关注Ta
起因：户外徒步活动时，需要定位、轨迹、方向等功能，虽然手机有相当完善的功能，但限于电池寿命、4G/5G信号覆盖不全，部分山区信号弱的情况不太好用。因此，想通过无线电APRS的形式，进行位置报告。同时，对于远在家里的亲人，也可以实时掌握自己的位置，万一真的出现意外情况，还能协助救援，对于喜欢户外活动的人士来说，意义重大，非手机可比。
目标：用树莓派+USB声卡+手台，搭建一个集 网关、中继、追踪器（定位）于一身的小基站。
可以实现：人持手台进山，基站放车内（或地势开阔海拔高且有4G/5G信号的地方）。
1.    手台的位置信息可以通过基站的网关上报到aprs地图服务器（基站需要能连wifi，有线网络也行，但户外有线不太现实），家人可以通过地图服务器获知你的位置。
2.    两台手台之间，如果因为信号覆盖不能相互通联，可以通过基站的中继功能相互报送位置信息，方便户外活动与队员联系。
3.    基站本身有定位功能，定时对外发送自身坐标，方便户外活动地图不好使或者迷路时，有一个明确的目标方位。


起初是在咸鱼上收的一位大佬的DIY成品，但它没有wifi，不带GPS定位功能。在自己加GPS的过程中，进行了深度折腾，从零开始，装系统、编译软件、换声卡、换手台、加装GPS模块，一步一步，把所有步骤几乎都走了一遍，遇到了不少坑，本着火腿精神，把整个过程整理出来，方便有兴趣的友台在DIY的过程中避免踩坑。

话不多说，马上开始。开始前，先总结一下需要的硬件、软件：
1.   硬件：
a)     树莓派（1B就可以，就是装系统编译软件会慢点，我也试过用4B，除了编译更快以外，其他并无区别。网上大佬说香橙派也可以，我手上没有香橙派，没试过，理论上能装linux就可以）。
b)     USB声卡，某宝上十几块钱就有，搜CM108声卡就行，大板和迷你版我都试过，都可以，没问题的，看你喜欢。
c)     手台，本来咸鱼上买回来的时候就有一个手台，我为了方便更换为宝峰UV5R，可以手置频，双段接收，这点在户外会更方便，与其他驴友通联的时候，可以更方便的更改频点。
d)     GPS模块，我是某宝是买的“维特智能”的GPS+BD北斗模块，外接天线版本
e)     3.3V继电器模块（记得一定是3.3V的继电器，树莓派的GPIO口只提供3.3V电压，5V的模块驱动不起来），用于控制PTT。咸鱼上购买回来时，它是用一个三极管+电阻接到PTT上，后来我换成UV5R时不知为何一发射声卡就重置，导致程序退出，后来换成继电器控制就没事了，就是每次发送继电器吸合噪音比较大，介意的可以找找固态继电器看能不能实现。
f)      DC-DC可调降压模块（两个），因为我用的是12V电源，树莓派需要5V供电，手台需要7.4V供电，所以用两个。
g)     USB无线网卡我用的是箱底找到的RTU8188SU芯片的网卡，大家可以某宝随便入，只要linux下不需要另外装驱动就可以了。
h)     音频转接板，某宝上搜APRS手台手机转接板（BH4TDV作坊）。对了TDV大佬家有TNC网关等APRS相关设备的成品，不希望折腾的可以直接上成品。
i)      对讲机K头线。
2.   软件：
a)     操作系统：DietPi，基于debian的迷你系统，非常适合低配置电脑使用。官网https://dietpi.com/
b)     Direwolf：Dire Wolf是一款开源的软件“声卡”AX.25数据包调制解调器/TNC和APRS编码器/解码器。它可以单独用于观察APRS流量，作为跟踪器、digipeater、APRStt网关或互联网网关（IGate）。官网：https://github.com/wb2osz/direwolf/

接下来，我将一步一步带你从零开始搭建这个小基站。过程中需要一点简单的动手能力（焊接线路，并不难），以及一些linux基础，有基础可以更好的理解，没有基础一步一步来应该也能成功的。遇到问题多去网上搜索，国内貌似玩APRS的人不多，可能是由于政策原因，但国外还是很多人玩的，所以多到国外网站上查资料能更容易的找到问题答案。

先放两张整体图，这样能更直观的理解它



首先是硬件的搭建：
1.   直流12V DC进来后，先通过两个降压模块，分别给树莓派和手台供电（手台也可以直接某宝买个借电器，它里面就有12V转7.4V的降压板）。
2.   树莓派两个USB接口，一个插无线网卡，另一个插USB声卡，我这里因为声卡后还要接3.5mm插头，位置有点挤，所以直接用线焊到声卡的USB口上。
3.   树莓派GPIO口：
a)     5V+GND è GPS模块的VCC+GND
b)     GPIO14、GPIO15 è GPS模块的 RxD、TxD
c)     GPIO18、3.3V 、GND è 继电器模块的 IN、DC+、DC-
d)     GPIO23+GND è 外壳的其中一个LED上，LED正极和GPIO23之间串联一个680欧的电阻
e)     声卡的指示灯、网卡的指示灯，分别用延长线焊到外壳的其中一个LED上
f)      K头线制作音频线，自己根据线序定义图，焊到音频转接板上



接下来是软件方面：
首先是安装操作系统：
1.   准备一张8G以上的SD卡（如果是树莓派4B/3B，用的是TF卡，而操作是完全一毛一样的，跟着做就好）。
2.   去DietPi的官网下载系统镜像，（记得根据自己的树莓派板子来下载）。下载好后，解压出来备用。文件名应该是DietPi_RPi-ARMv6-Bookworm.img，如果是树莓派4，对应文件名应该是DietPi_RPi-ARMv8-Bookworm.img


3.   系统烧录：下载Rufus便携版（官网：https://rufus.ie/zh/），插入SD卡，打开Rufus：
a)     选择SD卡，如果有多个U盘或SD卡插在电脑上，请确认不要选错了
b)     选择刚刚解压出来的系统镜像文件
c)     其他保持默认，点击开始，等待烧录完成。
d)     烧录完成后，别急着弹出SD卡，用windows记事本打开SD卡里面的dietpi.txt文件，找到
AUTO_SETUP_NET_WIFI_ENABLED=0这行，把0 改为1，保存关闭。这样首次开机它会自动打开wifi
e)     然后打开dietpi-wifi.txt文件找到
aWIFI_SSID[0]='' 这行，在等于号后面的单引号内，输入你的wifi名（注意它貌似大小写敏感的，不一定支持中文，建议用英文网络名）
aWIFI_KEY[0]=''  这行，在等于号后面的单引号内，输入你的wifi密码
f)      其他不用改，保存关闭文件。


4.   把SD卡从电脑弹出，插入到树莓派中，上电开机。
5.   过一两分钟，连上你的路由看看机器名叫“DietPi”的机子是否获取了IP地址，记下它的IP地址
6.   用SSH工具（比如PuTTY）连接到树莓派，登陆名：root，密码：dietpi
7.   这里需要稍等片刻，系统首次启动会运行一堆脚本，基本不用管它，让它自己跑就行。但是需要留意，首次启动它会连接上GitHub获取最新版本号，我家里用的联通的宽带，有时可以有时不行，多试几次，或者不同时段试试就可以了。实在不行就科学上网大法，具体的步骤不在此篇范围内，就不多赘述，请自行百度。
8.   期间还会询问你一些简单的问题，比如是否参加用户调研，是否修改默认密码等等，大家沉下心耐心看看界面提示，根据自己需要进行选择即可。
9.   然后会让你进行一些软硬件设置，这里我们全部设置都不要更改，保持默认，直接选择最后一项“安装系统”即可（如图）

10.  一切就绪后，应该看到如下的界面，这就证明DietPi系统已经安装完成


接下来就是软件安装了，下面的所有操作默认都以root身份运行
首先打开USB声卡及串口：
运行
复制代码
  1. dietpi-config

出现下面界面，选择Audio Options -> Sound card

选择“hw:0,0 Device USB Audio”，按回车键安装



完成后一路“Back”，直到最上层，先别急着退出。接下来设置串口，以便GPS和树莓派能正常通讯。
在最上层选择“Advanced Options”



选择“Serial/UART : Manage available devices”

按照图片的方式选择，console选择off，device选择on



完成后，一路“Back”到最上层，然后“Exit”退出

此时可以验证一下声卡，运行以下两条命令，看看是否正确识别到音频播放及录音设备
复制代码
  1. aplay –l

复制代码
  1. arecord -l

如果看到如下界面，则声卡正常



然后设置一下国内源，以便更快的安装软件：
复制代码
  1. nano /etc/apt/sources.list


把文件内容改为如下的：

复制代码
  1. #deb http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ bookwormmain contrib non-free
  2. deb http://mirrors.ustc.edu.cn/raspbian/raspbian/bookworm main non-free contrib


然后运行一次更新命令：apt install update
完成后，开始安装软件，运行以下命令：
复制代码
  1. apt install cmake make build-essential libasound2-devlibudev-dev git gpsd libgps-dev gpsd-clients



这个过程会比较慢，毕竟是1代树莓派，耐心等待即可。如果是树莓派4B会快很多。

等一切安装妥当，就可以配置gpsd服务了
复制代码
  1. nano /etc/default/gpsd
内容修改为：
复制代码
  1. START_DAEMON=”true”
  2. USBAUTO=”true”
  3. DEVICES=”/dev/ttyAMA0″
  4. GPSD_OPTIONS=”-n”



配置gpsd为自启动
复制代码
  1. dpkg-reconfigure gpsd


运行：
复制代码
  1. systemctl enable gpsd
  2. systemctl start gpsd



接下来可以验证GPS模块是否正常，输入以下命令
首先设置串口波特率为115200
复制代码
  1. stty -F /dev/ttyAMA0 115200


然后运行GPS客户端看看GPS信息：
复制代码
  1. cgps


如果看到有很多输出一直在滚动就证明串口和GPS模块已经可以正常通讯了，按“q”键退出软件。

接下来下载和编译direwolf，依次运行以下命令：
复制代码
  1. cd ~
  2. git clone https://www.github.com/wb2osz/direwolf
  3. cd direwolf



这里因为要连github，有时不太好连，多试几次就可以了。

下载完后，就可以进行编译安装了，依次运行以下命令：
复制代码
  1. mkdir build
  2. cd build
  3. cmake -DUNITTEST=1 ..   <--注意这里别漏掉两个“..”
  4. make -j4
  5. make test
  6. make install
  9. make install-conf




树莓派1B的编译过程有点慢，以上所有命令跑完大概需要1小时，耐心等待就好了，一个命令完成后再进行下一个命令。如果是树莓派4B那就很快了，大概二十分钟内就能完成。

完成后，就可以试试运行一下看看是否正常了，运行以下命令：
复制代码
  1. direwolf –c direwolf.conf


看到类似下图的信息就证明软件及硬件都正常跑起来了。上面的一大堆提示不用管，意思就是强调不要以root身份运行，有时间的朋友可以折腾一下以普通用户身份运行程序。


先CTRL-C退出。


接下来就可以调整一下配置文件，以便让系统按照我们希望的方式运行。运行以下命令：
复制代码
  1. mv direwolf.conf direwolf.conf.bk

先把原始配置文件改名，作为备份保存。

然后新键一个配置文件：
复制代码
  1. nano direwolf.conf


接下来逐个解释它们的意思

复制代码
  1. #使用GPSD服务
  2. GPSD
  3. #使用智能信标，下面的意思是运动时速大于60km/h时，每2分钟发送一次信标，低于5km/h时，15分钟发送一次。
  4. #后面的应该是跟转向角度有关，具体没仔细研究，有兴趣的可以看看官方手册，不需要的请注释掉它
  5. SMARTBEACONING 60 2:00 5 15:00 0:15 30 255
  8. #日志配置，请在/root目录下手动创建log文件夹，它会每天创建一个日志文件
  9. LOGDIR .
  10. LOGDIR log-files
  11. LOGDIR /root/log
  14. #下面设置的是一些时间参数，比如发送正式数据包的前后发送多长时间的空码等
  15. #因为树莓派的一些问题，貌似USB声卡会有一定的随机延迟，有时会把正式数据包的头给截掉
  16. #这时可以适当演唱TXDELAY的值。具体的需要大家亲测，这里的数值是系统默认值
  17. #x10 mSec per unit = 0 mSec.
  18. DWAIT 50
  21. #x10 mSec per unit = 100 mSec.
  22. SLOTTIME 10
  25. #probability for transmitting after each slottime.
  26. PERSIST 63
  29. #x10 mSec per unit = 300 mSec.
  30. TXDELAY 30
  33. #x10 mSec per unit = 100 mSec.
  34. TXTAIL 10
  37. #Half Duplex.
  38. FULLDUP OFF
  41. #声卡设置，如果你上面一直跟着我的步骤操作，0,0就对了，如果系统有多张声卡，请根据实际情况配置
  42. ADEVICE  plughw:0,0
  45. #单声道还是立体声，这里我们用单声道即可。立体声是2
  46. ACHANNELS 1
  49. CHANNEL 0
  52. #设置台站呼号
  53. MYCALL NONAME
  56. #调制解调器速率，对于大多数对讲机来说，设置1200就可以了，不需要修改
  57. MODEM 1200
  60. #PTT控制端口，如果按照我上面的硬件连接操作的，就是18，否则请根据实际情况修改
  61. PTT GPIO 18
  64. #数据载波指示端口（收到信标的时候会亮灯）。如果按照我上面的硬件连接操作的，就是23，否则请根据实际情况修改
  65. DCD GPIO 23
  68. #如果需要用APRS客户端来连接到本机，在这里设置端口
  69. AGWPORT 8000
  70. KISSPORT 8001
  73. #APRS无线信标
  74. #TBEACON 是GPS信标，当GPS成功定位后才会发送
  75. #delay是当软件启动后延迟多少分钟开始发送信标，这里是1分钟，也可以写成1:00
  76. #every是发送频率，这里是5分钟发送一次，也可以写成5:00
  77. #symbol是在地图上显示的图标
  78. #alt=1是发送海拔信息，如果不想发送设置为0即可
  79. #freq 是
  80. #comment是要发送的附加信息，用户手册上建议不要在此处写上频率信息，频率信息用freq参数设置
  81. TBEACON delay=1 every=5 symbol="CAR" alt=1 freq=144.640 comment="APRS DIGIPEAT From RaspberryPi 1200bps"
  84. #PBEACON是固定信标，比GPS信标多了lat、long、height等位置信息
  85. #用TBEACON还是PBEACON可以自行决定
  86. #PBEACON delay=0:30  every=1 symbol="CAR" lat=23^10.120344N long=113^17.119954E height=420 freq=144.640 power=05 gain=6 comment="APRS DIGIPEAT from RaspberryPi 1200bps"
  89. #中继设置，如果要打开中继功能，则需要这行参数，可以照抄
  90. #具体的参数含义我也没有仔细研究，有兴趣折腾的可以参考官方手册
  91. DIGIPEAT 0 0 ^WIDE[3-7]-[1-7]$|^TEST$ ^WIDE[12]-[12]$ TRACE
  94. #网关服务器设置
  95. IGSERVER asia.aprs2.net:14580
  98. #登录服务器的呼号及验证码，
  99. IGLOGIN BD7IPA 123456
  102. #向网关发送的信标信息，与APRS无线信标参数设置一样，可以自行调整。
  103. #留意这里多了一个 sendto=IG 的参数，这就表明这个信标是发送给互联网的，不会发送到手台
  104. TBEACON sendto=IG delay=1 every=5 symbol="CAR" alt=1 freq=144.640 comment="APRS iGate From RaspberryPi"
  105. #PBEACON sendto=IG delay=0:30  every=1 symbol="CAR" lat=23^10.120344N long=113^17.119954E height=420 freq=144.640 power=05 gain=6 comment="APRS iGate from RaspberryPi 1200bps"
  108. #发送到网关的路由，照抄即可，无需修改
  109. IGTXVIA 0 WIDE1-1,WIDE2-1
  112. #发送限制，为了避免过度占用频道做的限制
  113. #两个参数对应的是1分钟及5分钟内不能超过的发送次数
  114. #这里表明1分钟内不能发送超过6此，同时5分钟内不超过10次，各位可根据实际情况调整
  115. IGTXLIMIT 6 10




这个软件还有很多可以设置的参数，感兴趣的朋友可以去官网下载，比如IGFILTER等参数也很实用，可以限制中继只接收转发特定呼号的信息等。
https://github.com/wb2osz/direwolf/tree/master/doc

接下来，如果一切OK，运行：
复制代码
  1. direwolf –c direwolf.conf


过一会应该就能从aprs.cn 等网站上看到自己的信标了。


最后，我们来设置一下开机自动运行
先安装screen软件
复制代码
  1. apt install screen


安装完后，运行以下命令编辑定时执行文件
复制代码
  1. crontab –e


新增两行：
复制代码
  1. @reboot stty -F /dev/serial0 115200
  2. * * * * * /root/dw-start.sh >/dev/null 2>&1



第一行是每次启动时，把串口的波特率调整至115200
第二行是每分钟运行一个脚本，如果发现direwolf已经运行则退出，如果没有则30秒后启动direwolf

这样能确保如果程序意外退出后，还能自动启动起来

每次启动后，通过
复制代码
  1. screen –D –r direwolf

命令可以看到程序运行的情况

这时千万不要按CTRL-C退出，这样会中断程序的
如果想正常退出screen，可以按CTRL-A，然后按d键，就可以了。


好了以上就是从零开始一步一步搭建APRS网关的所有步骤了，希望大家都能很轻松的搭建自己的网关
73  BD7IPA


[ 此帖被bd7ipa在2024-01-14 21:06重新编辑 ]
2024-01-14 21:00:34
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