Con il gruppo aprspuglia è nata la necessità di estendere la copertura APRS nella mia regione inserendo un digipeater nella zona rurale interna della provincia BAT. Purtroppo non è facile avere una postazione dotata di energia elettrica, quindi ho deciso di costruire un digipeater solare dotato di batteria, mantenendo il costo il più basso possibile, e di installarlo in una masseria il cui proprietario si è reso disponibile ad ospitarci.
Di seguito vado a elencare le varie parti che lo costituiscono e le varie fasi di costruzione.
KIT PANNELLO SOLARE + REGOLATORE
Il kit solare che ho comprato è questo, da aliexpress, a circa 30$:
Le caratteristiche principali di pannello e regolatore sono le seguenti:
Solar Panel Specifications:
– Material: PET
– Panel: monocrystalline solar panel
– Powers: 180W (max.)
– DC Output: 12V 2.5A
– USB Output: 5V 1.7A
– Transformation efficiency: 20%
– Proof rate: IP65
– Item weight: 452g / 15.9 oz
– Panel size: 420 * 280mm / 16.54 * 11.02in
Controller Specifications:
– Voltage: 12V/24V/48V (auto)
– Charging Current: 10-100A
– Output Current: 10-100A
– Max Solar input: ＜50V
– Floating charge voltage: 13.7V (default, adjustable)
– Discharge stop voltage: 10.7V (default, adjustable)
– Discharge reconnect voltage: 12.6V (default, adjustable)
– Self-consume: ＜10mA
– USB output: 5V 3A USB ports
– Operating temperature: -35℃ to 60℃
– Item weight: 128g / 4.52oz
– Item size: 133 * 70 * 31mm / 5.5 * 2.76 * 1.22in
Penso che la potenza dichiarata non sia realistica, ma anche se consideriamo la metà del valore dichiarato, dovrebbe essere sufficiente per caricare una batteria al piombo da 7Ah. Alcuni facili calcoli sul budget energetico dimostrano che questa configurazione è sufficiente per mantenere in vita il digi durante tutto il giorno, anche durante una giornata nuvolosa.
Le batterie al piombo possono danneggiarsi se completamente scariche, quindi il regolatore ha una protezione che interviene se la batteria si scarica molto, staccando il carico.
Questo ovviamente significa che il digipeater è spento fino a quando il sole non inizia a ricaricare la batteria e a far risalire la tensione fino a superare la soglia di “Discharge reconnect voltage”.
Le utenze devono essere collegate ai morsetti “LOAD” del regolatore per sfruttare questa opzione.
La tensione di arresto della scarica predefinita è impostata su 10,5 Volt, che è quella ottimale per una batteria al piombo da 12V.
Il pannello solare è poggiato su una sottile lastra di plastica. È pensato per uso da campeggio e non fisso, quindi ho dovuto costruire un supporto per fissarlo stabilmente al palo.
Con circa 10€ di staffe e profili quadrati in alluminio, ho costruito un semplice “scheletro” per il pannello. La struttura è tenuta assieme con alcuni dadi e bulloni da 10 mm. Il pannello solare viene montato sulla struttura con gli stessi bulloni e con della colla siliconica.
Come si vede dalla figura, il pannello rimane inclinato a circa 45° (inclinazione ottimale per la nostra latitudine) e sufficientemente lontano dal palo.
Un’altra parte del pannello che non è affatto progettata per uso esterno è quella dei connettori, nonostante le caratteristiche del pannello riportino tenuta stagna IP65 🙂 .
Come si vede dalle immagini, il pannello è dotato di una piccola scatola con un regolatore interno e due porte USB, che nel nostro caso non servono. Da questa scatola è disponibile anche un cavo di alimentazione con jack femmina, che è quello da cui si può prelevare la tensione proveniente direttamente dai pannelli. Per rendere il pannello adatto all’esterno, ho dovuto racchiudere questa scatola nera all’interno di una scatola elettrica in PVC, incollata al pannello.
Ho tagliato via il jack di alimentazione e saldato un cavo 2x1mm che va alla scatola del digipeater, passando attraverso un passacavo a tenuta stagna. Di seguito alcune immagini dettagliate.
RADIO
La radio è una delle parti più importanti del progetto. Una delle cose belle del APRS è che si possono usare quasi tutte le vecchie radio amatoriali VHF, anche anni ’80 per sperimentare.
Una radio portatile ha il vantaggio di essere piccola e generalmente consuma molto poco rispetto alle veicolari. Lo svantaggio è la potenza di uscita, che di solito si aggira sui 5 W e la modesta sensibilità in ricezione.
Per quanto riguarda la potenza di uscita, nel nostro caso (digipeater di riempimento “fill-in”) non rappresenta un problema, perchè questa potenza è più che sufficiente per raggiungere il primo i-gate disponibile, a meno di 30Km.
Luigi IZ0YAY mi ha prestato una radio Intek KT-210, che ha un consumo estremamente basso in quanto non ha nemmeno il display digitale, ma semplici switch rotativi per impostare la frequenza.
Un ulteriore vantaggio di questo sistema di selezione della frequenza è che la radio torna subito in frequenza se l’alimentazione viene interrotta e ripristinata.
I ricevitori sulla maggior parte delle radio portatili lasciano molto a desiderare quando si tratta di selettività. La radio Intek che abbiamo scelto però ha un ricevitore decente e assorbe solo 65 mA in modalità di ricezione, il che è perfetto per uso solare.
Inoltre, si deve considerare che il luogo di installazione è libero e lontano da forti sorgenti RF come trasmettitori o ripetitori di trasmissioni TV/radio. La fattoria è sperduta sulla Murgia Pugliese 🙂
La radio non ha un jack di alimentazione dedicato, perché è progettata per essere utilizzata sempre con il suo pacco batteria, quindi ho realizzato un cavo con due terminali ad anello che ho fissato sui contatti a molla dedicati al pacco batteria:
TNC
Il TNC è un’altra parte fondamentale del digi. Ho scelto il progetto “VP-Digi” del mio amico OM polacco SQ8VPS , che al momento è il TNC più potente e flessibile con capacità di digipeater, secondo me.
Il consumo energetico è molto basso, poiché si basa su una scheda di sviluppo Bluepill (microcontrollore STM32). Piotr ha reso disponibile il codice sorgente su github: https://github.com/sq8vps/vp-digi , quindi ognuno è libero di ampliare il progetto!
VP-Digi offre 8 beacon configurabili e un digipeater APRS, che è in grado di gestire 4 alias di tipo n-N (es. WIDEn-N, NYn-N) e 4 alias semplici (es. CITY, AREA).
Inoltre, il digipeater incorpora la funzione di “viscous delay” introdotta dal software aprx (l’unico software che la implementa, che io sappia), che può ridurre il traffico non necessario.
Per chi non conoscesse questa funzione, sostanzialmente il TNC, dopo aver ascoltato un pacchetto che è adatto ad essere ripetuto, si mette in ascolto per un periodo di tempo configurabile (tipicamente 5 secondi), e se nessun altro l’ha ripetuto, lo ripete lui. Questo consente di limitare notevolmente il traffico inutile sul canale.
C’è anche la possibilità di filtrare i pacchetti in base al nominativo del mittente, sia in modalità blacklist che whitelist.
Il TNC è dotato di una porta USB e due porte UART. Tutte possono funzionare indipendentemente in KISS TNC, frame monitor o modalità di configurazione. La configurazione avviene tramite semplici comandi utilizzando un qualsiasi programma terminale seriale (es: PUTTY) ed è memorizzata nella memoria flash del STM32.
Il circuito attorno al bluepill è veramente minimale, e consiste solo di un filtro di ingresso audio, un filtro di uscita audio + trimmer, un BJT per la commutazione TX e una coppia di led per l’indicazione di TX e rilevamento portante digitale (DCD). Vista la semplicità del circuito, ho deciso di montarlo su una scheda “millefori”.
Qui sotto, l’immagine del risultato finale.
Per il filtro TX audio, ho usato la versione PWM, ma penso che non ci sia alcuna differenza sostanziale rispetto alla versione “ladder” (attenzione: selezionare PWM o ladder nella configurazione software del TNC!).
Il TNC è stato configurato come “fill-in digipeater” e con viscous delay attivo (vedi pagina VP-Digi). Il beacon è stato impostato ogni 10 minuti tramite WIDE1, WIDE2-1 (posso raggiungere gli igate di zona con due salti, quindi wide2-2 è inutile).
SCATOLA
La scatola è una delle parti più importanti del progetto! Ho scelto una Gewiss Box 38x30x12cm per alloggiare facilmente tutte le parti e lasciare un po’ di spazio libero per esigenze future (esempio: una batteria più grande).
Purtroppo la scatola GEWISS nel mio caso è la parte più costosa del progetto, ma è continuamente esposta al sole e alla pioggia ed è soggetta a forti escursioni termiche. È meglio avere una scatola di buona qualità per evitare il deterioramento di tutta l’elettronica interna e garantire la durata.
Come si vede dalle immagini, Il TNC è alimentato da una delle due porte usb disponibili sul controller, mentre la radio è alimentata direttamente dall’uscita a 12V del controller.
Ho aggiunto delle prese d’aria nella parte bassa della scatola e e una più alta per la circolazione dell’aria, e ho messo una retina su ogni tubo per evitare che gli insetti entrino nella scatola.
Ho utilizzato spezzoni di tubo elettrico in PVC da 40mm, raccordo tubo-scatola e un po’ di retina zanzariera (alluminio, così non si ossida) fissati al tubo con alcune viti e un anello in PVC ricavato dal tubo.
Qui sotto puoi vedere come ho fissato le staffe da palo alla scatola, che permettono l’ancoraggio sul palo. Ho usato del silicone per sigillare e impedire all’acqua di entrare nella scatola:
Tutte le parti sono state fissate all’interno della scatola tramite viti autofilettanti e alcune staffe fatte in casa.
Nell’ultima immagine ho misurato l’assorbimento in modalità rx ed è solo 66 mA, molto buono!
I cavi dell’antenna e del pannello solare entrano nella scatola tramite un passacavo stagno di questo tipo:
PRIMI TEST
Prima dell’installazione finale, ho deciso di testare il digipeater nella mia città.
Durante il periodo di prova non ho mai visto il tnc bloccato o spento, quindi l’energia solare è ben dimensionata e il digi è abbastanza stabile per l’installazione finale. Inoltre ho avuto modo di testarlo sotto la pioggia e verificare l’efficienza di tutte le parti sigillate.
Regolatore con pannello e batteria connessi 
Scatola dopo la prima pioggia 
Pannello dopo la prima pioggia
INSTALLAZIONE FINALE
Dopo la fase di test, ho pianificato l’installazione finale. La sede finale è un’azienda agricola nella Murgia, a circa 550 m di altezza. Il palo è stato fissato a uno dei pilastri della mangiatoia delle mucche. Il palo è alto solo 4 metri perché non è possibile installare controventi. L’antenna usata è una D-Original X-50. Di seguito alcune foto di me, del mio amico IZ0YAY e delle mucche durante l’installazione:
Il digipeater è attualmente in fase di test, ma la durata della batteria è molto buona (circa 2 giorni senza sole) e aiuta la copertura APRS nelle zone interne della Puglia:
Spero che questo articolo possa ispirare altri OM per la costruzione di applicazioni solari!
73’s
Alfredo IZ7BOJ
fantastico , questo è un mio sogno spero di poterlo realizzare presto ,ciao e grazie per la pubblicazione 73 de ik5zpz
Spero che riesca nella impresa, in ogni caso il gruppo è a disposizione per qualsiasi chiarimento. 73 Luigi IZ0YAY