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Associazione Radioamatori Italiani            

Luigi Colombo I2BGB e Jimmy Cesana IW2CFT

Sistema di controllo stazione Meteo

Meteo7

Sistema parlante per il controllo di stazioni meteorologiche

Dicembre 2003

I2BGB/IW2CFT

Contenuto

Il presente documento contiene la descrizione del progetto Meteo7; è diviso in tre parti:
a. Descrizione del sistema
b. Personalizzazione del software
c. Guida operativa

Il progetto Meteo7 è costituito dai seguenti oggetti presenti sul sito arimonza.it:

• Meteo7.doc questo documento
• Meteo7.wav un esempio dei messaggi di Meteo7 (registrati dal vivo)
• Meteo7.pic schema elettrico, disposizione componenti, lista componenti
• Meteo7.hex software PIC
• Mkmeteo7.exe programma DOS per configurazione software PIC

Esiste una disponibilità limitata di circuiti stampati (doppio rame 135x75 mm) ed EPROM contenenti i messaggi vocali (rivolgersi a I2BGB).

Per ogni ulteriore informazione rivolgersi a IW2CFT jycesana@tin.it

Il progetto del sistema Meteo7, cioè l’idea, le informazioni, la documentazione, il disegno dell’hardware ed il software, viene reso disponibile così com’è, senza nessuna garanzia di integrità, completezza, funzionalità ed esattezza e senza nessun’altra garanzia implicita o esplicita. L’utilizzatore del progetto del sistema Meteo7 si assumerà quindi tutti i rischi inerenti la realizzazione del sistema e l’uso dello stesso. In nessun caso gli Autori saranno responsabili di qualsivoglia danno diretto o indiretto conseguente alla realizzazione o all’impossibilità di realizzazione e all’uso o all’impossibilità di uso del sistema Meteo7.


A Descrizione del sistema 3
A.1 Schema a blocchi 3
A.2 Costruzione 4
B Personalizzazione del software 6
B.1 Configurazioni previste 6
C Guida operativa 8
C.1 Modalità di funzionamento 8
C.2 Modalità di test 8
C.3 Modalità operativa 9
C.3.1 Opzioni 9
C.3.2 Funzionamento in modalità operativa radio full duplex 9
C.3.3 Funzionamento in modalità operativa radio half duplex 9
C.3.4 Funzionamento in modalità operativa telefono 9
C.4 Controllo remoto del sistema 9
C.4.1 Sequenza speciale *#* 9
C.4.2 Impostazione dell’orologio 10
C.4.3 Taratura dell’orologio 10
C.4.4 Impostazione delle password 10
C.4.5 Impostazione del codice di squelch 11
C.4.6 Brandeggio della telecamera 11
C.4.7 Regolazione del volume audio del risponditore 12



A Descrizione del sistema
Il sistema è costituito da un circuito elettronico a microprocessore in grado di gestire alcuni sensori e dispositivi tipici di una stazione meteorologica (o di una casa in montagna) ed è disegnato in modo da essere governato remotamente attraverso il telefono o la radio.
Infatti il sistema è predisposto alla ricezione di codici bitonali DTMF ed agisce, in funzione dei codici ricevuti, con l’emissione degli appropriati messaggi vocali, ad esempio, a seguito dell’invio di una richiesta di informazioni sulle condizioni meteo il sistema risponderà con le seguenti frasi:

“Stazione meteorologica xxx, metri yyy. Situazione:
Venerdi 30 Gennaio 2004 ore 10 e 45 minuti
vento da Nord velocità 25 chilometri orari
attenzione, raffiche fino a 40 chilometri orari 
temperatura esterna meno 18 gradi centigradi
arrivederci”

oppure a seguito dell’invio di una richiesta di lettura della tensione della batteria che alimenta la stazione, il sistema risponderà con la frase: 

“La tensione della batteria è di volt 12 e 35”

La descrizione completa delle funzionalità del sistema e di come governarlo è riportata nel successivo capitolo C.
A.1 Schema a blocchi

La parte a sinistra del microprocessore costituisce l’interfaccia utente del sistema. Le richieste inviate dall’utente (sequenza di codici bitonali DTMF) vengono ricevute, in funzione della configurazione del sistema, dall’interfaccia telefonica o dall’interfaccia radio e passate al microprocessore attraverso il DTMF decoder. Il microprocessore elabora la richiesta e risponde all’utente tramite il sistema vocale che convoglia la risposta verso la linea telefonica o verso la radio.

La parte alla destra del microprocessore è l’interfaccia del sistema verso la stazione meteorologica. In particolare si notano:
• Gli ingressi dei sensori meteorologici (direzione del vento, velocità del vento, temperatura esterna)
• L’ingresso del sensore della temperatura interna della stazione
• L’interfaccia di brandeggio della telecamera; sul connettore sono forniti i segnali per gestire:
o accensione e spegnimento della telecamera
o zoom-in, zoom-out
o rotazione azimutale
o elevazione
• Due relé bistabili che possono essere usati quali attuatori di dispositivi presenti nella stazione
A.2 Costruzione

Nella foto successiva è visibile uno dei prototipi completamente assiemato (lato componenti). Si notano:
1. DIP switches per impostare le varie modalità operative e di test
2. Connettore ingresso della tensione di alimentazione (da 12 a 13.8 VDC)
3. Reed relé per PTT
4. Due relé bistabili
5. DTMF decoder
6. Microprocessore PIC16F877
7. Eprom messaggi vocali
8. Connettore segnali di brandeggio della telecamera
9. Altri connettori
10. Connettori per sensori meteo

L’ultima versione del circuito stampato è leggermente diversa da quella mostrata nella foto, soprattutto nella disposizione dei connettori. In ogni caso si raccomanda di fare riferimento allo schema elettrico e alla disposizione dei componenti.

Nella foto successiva è visibile il lato saldature della stessa scheda.

B Personalizzazione del software
B.1 Configurazioni previste
È possibile configurare il sistema in funzione dell’impiego a cui esso viene destinato; la configurazione consiste nell’assegnare un identificativo alla stazione che viene scritto permanentemente nella memoria del microprocessore. Sono previste le seguenti configurazioni:

Risponditore telefonico In questa configurazione il sistema non ha un proprio identificativo e risponde alla chiamata con una musichetta anonima di benvenuto. Questa è la configurazione di default, quindi non è necessario, in questo caso, personalizzare il software.
Stazione meteorologica In questa configurazione il sistema risponde alla chiamata con l’emissione del proprio identificativo di stazione. Tale identificativo è composto dal nominativo della stazione e dall’altitudine sul livello del mare a cui la stazione è installata. È possibile personalizzare il software per impostare sia il nominativo che l’altitudine. 
Stazione radioamatoriale In questa configurazione il sistema risponde alla chiamata con l’emissione del proprio identificativo di stazione. Tale identificativo è composto dal nominativo della stazione e dal QTH locator. È possibile personalizzare il software per impostare sia il nominativo che il QTH locator.

Nota bene: il sistema non è in grado di “leggere” in modo compiuto il nominativo di stazione e il QTH locator ma si limiterà a sillabarli, mentre l’altitudine verrà “letta” correttamente. 

Ad esempio supponiamo di identificare la stazione meteorologica installata sul monte Grappa a metri 1540 con il nominativo MG1. Il sistema emetterà il seguente messaggio: 
“Stazione meteorologica emme gi uno, metri millecinquecentoquaranta” oppure
“Stazione meteorologica mike golf uno, metri millecinquecentoquaranta”

Nel caso di stazione radioamatoriale (ad esempio IR2RRR locator JN45ON) il sistema emetterà il seguente messaggio: “Ponte ripetitore i erre due erre erre erre, locatore ilunga enne quattro cinque o enne” oppure
“Ponte ripetitore india radio due radio radio radio, locatore QTH giuliet november quattro cinque oscar november.

La sillabazione di default è quella normale (a, bi, ci, di, e, effe, ecc.). Con apposito comando descritto in seguito si può attivare la sillabazione aereonautica (alfa, beta, charly, delta, eco, foxtrott, ecc.). 

Per personalizzare il software viene fornito il programma MKMETEO7. Eseguendo tale programma da una finestra DOS viene prodotto il file MYMETEO7.HEX che conterrà la versione personalizzata del software. Ecco come si svolge l’elaborazione:

C Guida operativa
C.1 Modalità di funzionamento
Sono previste quattro modalità di funzionamento:
· Modalità di test
· Modalità operativa via radio half duplex (stesso canale per ricevere e trasmettere)
· Modalità operativa via radio full duplex (un canale per ricevere, un canale per trasmettere)
· Modalità operativa via telefono

La scelta della modalità di funzionamento viene effettuata al momento dell’accensione del sistema e dipende dal settaggio dei DIP switches presenti sulla scheda, come di seguito specificato:

DIP switches Modo di funzionamento
4 3 2 1 
0 0 0 0 Modalità operativa via radio half duplex
1 1 1 0 Modalità operativa via radio full duplex
1 1 1 1 Modalità operativa via telefono

Tutte le altre configurazioni dei DIP switches attivano la modalità di test (vedi paragrafo successivo).

C.2 Modalità di test
La modalità di test serve, in fase di collaudo e di installazione, per tarare i vari circuiti presenti sulla scheda del controllore e per il corretto collegamento e posizionamento dei sensori esterni. Sono previste le seguenti funzioni in relazione alla configurazione scelta attraverso i DIP switches:

DIP switches Funzione eseguita Scopo
4 3 2 1 
0 0 0 1 Lettura continua della tensione della batteria(volt e due decimali) Regolazione trimmer P4 per la corretta lettura della tensione di alimentazione
0 0 1 0 Lettura continua della temperatura interna(gradi centigradi) Verifica del corretto collegamento del sensore della temperatura interna. Usando i tasti asterisco e cancelletto è possibile tarare correttamente la lettura della temperatura. Il valore di taratura, valido anche per la lettura della temperatura esterna, viene memorizzato permanentemente nel sistema.
0 0 1 1 Lettura continua della temperatura esterna(gradi centigradi) Verifica del corretto collegamento del sensore della temperatura esterna. Usando i tasti asterisco e cancelletto è possibile tarare correttamente la lettura della temperatura. Il valore di taratura, valido anche per la lettura della temperatura interna, viene memorizzato permanentemente nel sistema.
0 1 0 0 Lettura continua della direzione del vento(N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) Verifica del corretto collegamento e posizionamento della banderuola. Quando il posizionamento della banderuola è intorno ai gradi 0, la parola Nord è preceduta da un segnale sonoro che indica che la banderuola è posizionata precisamente sul Nord. 
0 1 0 1 Lettura continua della velocità del vento(chilometri orari) Verifica del corretto collegamento dell’anemometro
0 1 1 0 Lettura continua dei messaggi registrati nel sistema Evidenza dei messaggi registrati nel sistema e della loro qualità audio
0 1 1 1 Elencazione numeri da 0 a 65535 Prova dei circuiti di riproduzione audio
1 0 0 0 Test continuo dei due relé Prova di accensione/spegnimento dei relè e dei dispositivi ad esso collegati
1 0 0 1 Riproduzione sequenziale di tutta la EPROM Consente di collaudare I circuiti di riproduzione audio, attraverso l’impiego di EPROM particolari
1 0 1 0 Test della tastiera bitonale Consente di collaudare il buon funzionamento della tastiera bitonale
1 0 1 1 Test del brandeggio della telecamera Consente di collaudare, attraverso la tastiera bitonale, l’elettronica di brandeggio della telecamera



C.3 Modalità operativa
C.3.1 Opzioni
Nella modalità operativa è possibile, attraverso appositi comandi descritti in seguito, attivare/disattivare le seguenti opzioni:

Opzione Attiva Disattiva Default
Stazione Il sistema riporta la situazione meteorologica rilevata attraverso I sensori. Viene emesso il messaggio “Stazione non operativa”. Questo è particolarmente utile nel caso che i sensori meteorologici non siano funzionanti o quando siano in manutenzione.Quando la stazione non è operativa anche il messaggio di beacon non viene emesso. Attiva
Beacon Viene emesso il messaggio di beacon ogni mezzora (solo per modalità radio e solamente se la stazione è operativa). Viene emesso il messaggio di beacon solamente al momento dell’accensione (solo per modalità radio e solamente se la stazione è operativa). Disattiva
Squelch Il sistema si attiva a seguito della ricezione di tre codici bitonali prestabiliti, modificabili all’occorrenza con apposito comando. Il sistema si attiva a seguito della ricezione di tre codici bitonali qualsiasi Disattiva
Data/ora Insieme alla situazione meteorologica il sistema riporta anche la data e l’ora Il sistema riporta solo la situazione meteorologica senza data e ora Disattiva
Sillabazione Il sistema sillaba le lettere utilizzando il metodo aereonautico dove A=Alfa, B=Beta, C=Charly,… Z=Zulu Il sistema sillaba le lettere in maniera normale cioè A=A, B=Bi, C=Ci,… Z=Zeta Disattiva

C.3.2 Funzionamento in modalità operativa radio full duplex
1. Al momento dell’accensione viene emesso il messaggio di beacon che è composto dall’identificativo della stazione ed eventuali altre informazioni. È possibile, attraverso l’attivazione dell’opzione di beacon, ripetere il messaggio di beacon ogni mezz’ora.
2. Successivamente il sistema si mette in attesa di codici bitonali (DTMF) provenienti dal ricevitore. Il sistema si riattiva dopo aver ricevuto tre codici bitonali. È prevista la seguente casistica:
a. Se l’opzione di squelch non è stata attivata, tre codici qualsiasi attivano la riproduzione da parte del sistema della situazione meteorologica
b. Se l’opzione di squelch è stata attivata allora i tre codici bitonali devono corrispondere a tre codici prestabiliti (sequenza di squelch). La sequenza di squelch può essere impostata all’occorrenza attraverso apposito comando descritto in seguito. Se la sequenza di squelch non corrisponde a quella prestabilita il sistema non emette nessun messaggio e ritorna al punto 2 precedente.
c. In ogni caso la sequenza *#* (asterisco, cancelletto, asterisco) predisporrà il sistema a ricevere comandi speciali, come meglio descritto nella sezione successiva.
3. Dopo aver ricevuto la sequenza di squelch corretta, il sistema riporterà la situazione meteorologica e ritornerà al punto 2 precedente.

C.3.3 Funzionamento in modalità operativa radio half duplex
Il funzionamento è identico a quanto esposto per la modalita full duplex con la differenza che il sistema, prima di attivare la trasmissione, attende che il canale trasmissivo sia libero.
C.3.4 Funzionamento in modalità operativa telefono
Il funzionamento è identico a quanto esposto per la modalita full duplex, tranne che per la funzione di beacon che non viene attivata e per l’attesa dell’arrivo di una chiamata telefonica prima di iniziare la decodifica dei toni.

C.4 Controllo remoto del sistema
Il sistema può essere controllato remotamente attraverso l’invio di codici bitonali specifici (comandi).
C.4.1 Sequenza speciale *#*
Quando viene inviata una sequenza di squelch con I codici *#* (asterisco, cancelletto, asterisco), il sistema si predispone a ricevere comandi speciali inviati attraverso la tastiera bitonale, previa immissione da parte dell’utente di una password che autorizzerà all’esecuzione di detti comandi speciali. Il funzionamento del sistema in questo caso è il seguente:
1. Dopo aver ricevuto la sequenza *#* il sistema emette il messaggio “Procedura di sicurezza numero x.”.
2. L’utente, utilizzando l’elenco delle password (vedi spiegazione successiva), risponderà con i quattro numeri corrispondenti al numero della procedura di sicurezza. Un segnale sonoro confermerà l’esattezza della password, in caso contrario verrà emesso il messaggio “Codice errato” e si dovrà riprendere da capo immettendo *#*.
3. Dopo aver ricevuto il codice di sicurezza atteso, il sistema si predispone a ricevere ed a eseguire I seguenti comandi:

Comando Descrizione
0 Esce dalla modalità comandi e ritorna ad attendere la sequenza di squelch
1 Dice se il relé 1 è acceso o spento
2 Dice se il relé 2 è acceso o spento
3 Dice se la stazione è operativa o inoperativa
4 Dice se la funzione di beacon è attiva o disattiva
5 Dice se la funzione di squelch è attiva o disattiva
6 Dice se la funzione di inclusione della data è attiva o disattiva
7 Riporta la temperatura interna in gradi centigradi
8 Riporta la tensione della batteria in volt e due decimali
9 Riporta la data e l’ora dell’orologio del sistema
*0 Attiva la sillabazione delle lettere in modalità aereonautica (Alfa, Beta, Charly, Delta, Eco, ecc.)
*1 Accende il relé 1
*2 Accende il relé 2
*3 Attiva la stazione
*4 Attiva la funzione di beacon
*5 Attiva la funzione di squelch
*6 Attiva l’inclusione della data e dell’ora nel messaggio della situazione meteorologica
*7 Impostazione dell’orologio del sistema (vedi descrizione dettagliata successiva)
*8 Impostazione delle password (vedi descrizione dettagliata successiva)
*9 Impostazione del codice di squelch (vedi descrizione dettagliata successiva)
#0 Attiva la sillabazione delle lettere in modalità normale (A, B, C, D, E, ecc.)
#1 Spegne il relé 1
#2 Spegne il relé 2
#3 Disattiva la stazione
#4 Disattiva la funzione di beacon
#5 Disattiva la funzione di squelch
#6 Disattiva l’inclusione della data e dell’ora nel messaggio della situazione meteorologica
#7 Brandeggio della telecamera (vedi descrizione dettagliata successiva)
#8 Taratura dell’orologio (vedi descrizione dettagliata successiva)
#9 Regolazione del volume audio del risponditore (vedi descrizione dettagliata successiva)

Dopo aver eseguito il comando il sistema emetterà un messaggio sonoro e si predisporrà a ricevere altri comandi. Se nessun comando è inviato entro 20 secondi il sistema esce dalla modalità comandi e ritorna ad attendere la sequenza di squelch.
C.4.2 Impostazione dell’orologio
Dopo aver ricevuto il comando *7 il sistema emetterà un segnale sonoro; a questo punto occorrerà inviare altri 10 numeri con il seguente formato:
aammgghhmm (aa=anno, mm=mese, gg=giorno, hh=ore, mm=minuti)
Ad esempio la sequenza 0308151030 imposterà l’orologio al 15 Agosto 2003 ore 10:30.
Attenzione, l’impostazione dell’orologio viene persa tutte le volte che si spegne il sistema.
C.4.3 Taratura dell’orologio
Dopo aver ricevuto il comando #8 il sistema emette il messaggio “L’orologio è regolato avanti /indietro di nnn decimi di secondo al giorno” e si predispone a ricevere i seguenti comandi:

0 La taratura non viene modificata
*nnn Il sistema tara l’orologio in modo che guadagni nnn decimi di secondo al giorno
#nnn Il sistema tara l’orologio in modo che ritardi nnn decimi di secondo al giorno

Dopo aver eseguito il comando, e dopo aver salvato in modo permanente i dati di taratura dell’orologio, il sistema emetterà un messaggio sonoro e si predisporrà a ricevere altri comandi. 
C.4.4 Impostazione delle password
Dopo aver ricevuto il comando *8 il sistema emetterà un segnale sonoro; a questo punto occorrerà inviare 10 numeri di 4 cifre (totale 40 cifre) che costituiranno le nuove password. Supponiamo, ad esempio, che vengano inviati i seguenti numeri:

0123
4567
8999
9876
5432
1000
0011
2233
4455
9999

Il sistema comporrà, rispettando l’ordine di invio delle cifre, la seguente tabella di corrispondenza tra il codice di sicurezza e la relativa password.

Codice di sicurezza Password
0 0123
1 4567
2 8999
3 9876
4 5432
5 1000
6 0011
7 2233
8 4455
9 9999


Per default la tabella di transcodifica è inizializzata con i seguenti valori, in modo che la password coincida con il numero della procedura di sicurezza indicato dal sistema.

Codice di sicurezza Password
0 0000
1 1111
2 2222
3 3333
4 4444
5 5555
6 6666
7 7777
8 8888
9 9999

Le password vengono salvate permanentemente dal sistema.
C.4.5 Impostazione del codice di squelch
Dopo aver ricevuto il comando *9 il sistema emetterà un segnale sonoro; a questo punto occorrerà inviare altri 3 numeri che costituiranno il nuovo codice di squelch (la sequenza dovrà essere diversa da *#*). Questa informazione viene salvata permanentemente dal sistema.

C.4.6 Brandeggio della telecamera
Dopo aver ricevuto il comando #7 il sistema si predisporrà per ricevere i seguenti comandi di brandeggio della telecamera:

0 Il sistema esce dalla funzione di brandeggio e ritorna alla modalità comandi
1 Zoom in
2 Ruota la telecamera verso l’alto
3 Zoom out
4 Ruota la telecamera in senso antiorario
6 Ruota la telecamera in senso orario
8 Ruota la telecamera verso il basso
# Accensione/spegnimento telecamera

C.4.7 Regolazione del volume audio del risponditore
Dopo aver ricevuto il comando #9 il sistema risponderà con un numero da 1 a 9 a cui corrisponde al livello del volume impostato (1 volume minimo, 9 volume massimo). Si potrà rispondere con un nuovo valore da 1 a 9 per impostare un volume audio diverso. Il sistema risponderà con il numero a cui corrisponde il livello di volume scelto. Rispondendo 0 il sistema esce dalla funzione di regolazione del volume e ritorna alla modalità comandi.

Meteo 7 specifiche tecniche      

Meteo 7 software e doc             

INFORMAZIONI: info@arimonza.it