【火腿课堂】无线电小白的解药：对讲机、Arduino Nano、卫星、数据包和APRS

HackerBoxes：业余电台、Arduino Nano、卫星、数据包和APRS

您准备好了开启业余无线电之旅了吗？HackerBoxes推出了功能强大的手持式VHF / UHF对讲机探索无线电通信，搜索业余卫星，并基于与Arduino兼容的微型Nano AVR板开发您自己的莫尔斯电码或数字分组无线电项目。

盒子里包括些啥？

双频（2m / 70cm）手持无线电收发器

天线，耳机，1500 mAh电池，台式充电器

Nano AVR开发板-兼容Arduino IDE和代码

Nano 原型套件

收发器接口连接器

远足指南针（业余卫星跟踪器）

关于无线电通讯：

通过电磁场中的射频振荡进行通信（通常称为无线电通信）是一项了不起的技术，在智能手机，Wi-Fi，卫星电视，GPS，RFID卡甚至是车库门开启器的现代世界中，我们经常使用这种技术在我们周围实施无线电通讯。

无线电通信系统至少包括发射机，信道和接收机。发射机接收输入信号（例如语音或音乐），并将其转换为射频信号（例如商用FM广播电台的101MHz）。然后将该射频信号驱动到发射天线中。发射天线完全搅动周围的电磁场，就像扔进湖中的岩石搅动水产生波纹一样。由于该字段将信号从发送器（TX）传输到接收器（RX），所以将其称为通道。

相隔一定距离，电磁场中的波纹会移动接收天线中的电子。电子移动也称为电流。该电流耦合到接收器中，并从射频转换回基带。结果信号（希望）与进入发射机的原始输入信号（例如音乐或语音）一样。当然，将添加来自通道的任何噪声，失真或干扰。

当需要双向通信时，每一侧都包括发射机和接收机。该组合称为收发器。实际上，将输入信号转换为射频（RF）信号的过程可能意味着很多不同的事情，实际上是整个研究领域。虽然某些无线电通信系统（例如4G手机数据）非常复杂，但是传统的AM / FM商业广播相对来说却相当简单。

双段对讲机

关于拿到该收发器的第一件事是就是确保它能够在需要许可证进行传输的频率上进行传输。如果您不是获得电台执照的无线电爱好者，或者尚不确认您所在国家/地区的法律，则不应按下对讲机侧面的PTT（一键通）按钮。在VHF / UHF频段中有很多可以收听和探索的内容，而无需进行传输。紧急情况通常此“不发送”规则例外。

VHF：136-174 MHz

UHF：400-520 MHz

广播：65-108 MHz（仅限RX）

4W发射器

HT是“手持收发器”或“ Handy Talky”的缩写。

业余无线电入门

要了解有关业余无线电的更多信息，您肯定可以在网上找到很多很棒的资源。您还应该加入当地的无线电协会，查看会员的工作。

您可能有兴趣获取业余无线电许可证。您需要了解一些基本的电子设备，有关无线电工作原理的一些知识，然后是一些操作规则。通过莫尔斯电码测试的要求已被删除。此免费电子书几乎涵盖了您需要的所有内容。

业余卫星

业余卫星是任何人都可以使用基本无线电接收器接收信号的卫星。获得许可的业余无线电爱好者还可以使用语音（FM，SSB）和数据通信（AX.25，分组无线电，APRS）向卫星发送信号。OSCAR 1是第一枚业余卫星，于1961年12月12日发射。距人造卫星I人造卫星Sputnik I仅四年之后。

仅使用手持对讲机就可以接收的一些卫星信号：

• SO-50在436.695MHz

• 145.980MHz上的FOX-1A

• 145.825MHz的国际空间站（数据包突发）

用于DISH或DirectTV的卫星处于高空地球同步轨道。它们似乎从地面静止不动。

相反，业余无线电卫星的轨道要低得多，这意味着它们相对于地球表面运动。非常多。为了发现特定卫星何时会在您所在的区域上空，使用了一些计算机软件来显示相对于地球的运动的“地面轨迹”。网络上有大量此类软件，以下是一个简短的下载清单：

• 基于Web的快速简便的跟踪器

• OSX上的MacDoppler

• Windows版Nova

• 适用于Android和iOS的PocketSat

• 适用于iOS的Satellite Explorer Pro

• 适用于Android的Satellite AR

一旦看到卫星何时以及如何越过头顶，您将需要前往外面并使用指南针找到方位。这里有一些方法：

完全降低静噪，通过菜单调整静噪或按住MONitor（监视）按钮。不要将鞭状天线对准卫星，而是将其垂直放置并尝试将其转过来以测试各种极化。调整接收频率以进行多普勒频移：进入地平线时，频率将高于标称值，并且将随着卫星落在天空的另一侧而逐渐降低到低于标称值。一旦通联上，您可以使用增益更高的鞭状天线或更好的八木定向波束来提高性能。

Arduino Nano

Nano AVR是一个完整的基于ATmega328的Arduino兼容产品，采用超小型封装。它具有与常规大小的Arduino基本相同的功能，并且可以很容易地插入面包板或穿孔板。

如果您以前从未使用过Arduino，那么此Instructable是一个很好的初学者指南。

请注意，最近的Nanos大量使用CH340 / CH341串行驱动器芯片。通常需要在计算机上安装CH34x芯片的驱动程序（适用于OS X，Windows和Linux），以便Arduino IDE与这些开发板通信。

Nano原型套件

Nano原型套件可用于使用Arduino Nano制作各种电路的原型。

原型穿孔板

4/22电缆

1K电阻

10K电阻器

100K电阻

100nF电容器

发光二极管

瞬时按钮

蜂鸣器

可以从4/22电缆上取下护套，以露出四种不同颜色的22号实心线进行原型制作。

由于Nano可以正确安装在无焊面包板上，因此这是测试和调整接口电路的好方法。但是，在无焊面包板上构建的电路并不是特别坚固，因此很高兴学习如何使用简单的穿孔板制作“永久”原型。

莫尔斯电码的产生与实践

莫尔斯电码是一种对信息进行编码的方法，该信息使用短符号进行频繁传输，使用较长符号进行较少传输。例如，E和T是一个符号，而Q和Z是四个符号。无线电运营商称莫尔斯电码传输为连续波，因为它们是通过开关键控（OOK）产生的。因为载波是单个频率，所以CW带宽非常低，因此在功率和频谱使用上都非常有效。

该实验可以在穿孔板上或在无焊面包板上使用Nano原型套件进行构建。可以通过USB端口从计算机接收键入的文本，然后可以从该文本生成CW。可以在LED上看到CW，并在蜂鸣器上听到CW。

一个可以轻易修改的项目将是从一块硬编码文本而不是从USB串行通道生成CW。例如，您可以对Nano进行编程，使其从一本书的一章或从网站复制的文本生成CW。然后，您可以练习收听蜂鸣器的输出并“抄收”（或写下）听到的字母。这是学习使用莫尔斯电码的一种有趣方式。

与手持对讲机的接口

如果您想在电台上发送CW信号而不是在蜂鸣器上收听怎么办？音频信号可以通过最初用于连接耳机和麦克风的音频端口耦合到无线电中或从无线电中耦合出来。可以将这些音频信号编码为CW或（如我们将在后面看到的）其他数字模式，例如分组无线电。

手持对讲机通常使用两个音频连接器（一个3.5mm和一个2.5mm）来连接音频输入（MIC），音频输出（SPK）和一键通（PTT）。有些还提供电源和/或数据引脚。此处显示的插图和引脚排列信息适用于Kenwood（建伍）和Baofeng（宝峰）手持设备。其他对讲机的引脚排列可在网上轻松找到。

2.5毫米音频插头

Tip: 喇叭+

Ring: 数据发送（来自对讲机的数据）

Sleeve: 扬声器– / PTT /数据GND

3.5毫米音频插头

Tip: 对讲机提供+ 5V电源

Ring: 麦克风+

Sleeve: 麦克风-/ PTT /数据接收（数据到广播）

可以使用3.5毫米立体声到2.5毫米立体声音频跳线连接对讲机端口。只需将跳线切成两半，即可露出连接器中的所有六根信号线。然后可以将这些线焊接到您希望与之连接的任何电路中。

对于数据接口，可以使用TTL到USB模块，例如用于微控制器编程的模块，如图所示。专用的USB接口电缆也很容易获得。数据接口可用于将工作频率编程到对讲机中。

分组无线电

分组无线电是无线电通信的数字模式。它使用分组交换技术通过电台或无线通信链路传输数字数据。数据被打包成类似于与计算机LAN或Internet相关联的网络的数据包或数据报。当工作分组无线电时，终端节点控制器（TNC）是计算机和无线电之间的接口设备。TNC很像电话调制解调器，如果您年纪大就知道那是什么。

您可以使用Nano原型开发套件创建自己的TNC，以将计算机与手持对讲机接口。Mobilinked TNC是一个很好的例子。

自动数据包报告系统（APRS）

APRS是用于实时通信的基于无线电的系统。所有数据均被吸收到APRS Internet系统（APRS-IS）中，并在全球范围内分发，以进行无处不在的立即访问。

APRS以地图显示而闻名，任何人都可以在地图上放置信息。信息被分发到该区域中其他用户的地图或对该区域进行监视。附带的信息可以包括GPS定位，气象站，警报和各种其他数据对象。APRS由鲍勃·布鲁宁加（Bob Bruninga）在1980年代首次开发，其代号为WB4APR。鲍勃目前是美国海军学院的高级研究工程师。

APRS可以使用Packet TNC进行接口，也可以通过在计算机或移动设备（如智能手机或平板电脑）上运行的APRS软件（例如APRSdroid）进行接口。