Relais Neubau DB0UC

Nach nun mehr 30 Jahren Betrieb benötigt unser aktuelles Relais Benjamin III einen Ersatz. Nachdem der Beschluss hierzu Mitte letzten Jahres erfolgt ist, wird derzeit an einer Neuentwicklung des Relais gearbeitet. Parallel hierzu werden die vom bestehenden Aufbau zu übernehmenden Komponenten wie Duplexer, Antenne oder die HAMNET-Konfiguration überprüft und ggf. überarbeitet bzw. ausgetauscht.

Konzept

Ende 2020 haben die Planungen für den Neubau begonnen. Nachdem alle Anforderungen gesammelt waren, wurden zwei grundlegende aufeinander aufbauende Konzepte erarbeitet, die sich in der Art der Steuerung unterscheiden (siehe unten). Als Sender und Empfänger wird je ein kommerzielles Funkgerät verwendet. Nach langer Recherche fiel die Wahl auf Motorola GM340 Betriebsfunkgeräte, die sich durch ihre Großsignalfestigkeit und Empfangseigenschaften auszeichnen.

Funktionen

Folgende Funktionen wurden von den Mitgliedern gewünscht und werden nach und nach umgesetzt:

• Sprachausgabe: Die Kennung des Relais soll (zumindest direkt nach dem Auftasten) in Sprache gesendet werden
• CTCSS-Unterstützung: Sende- und Empfangsseitig soll CTCSS unterstützt werden. Empfangsseitig bleibt CTCSS jedoch optional, sodass ein normaler Relaisbetrieb mit 1750Hz-Ton möglich bleibt.
• Erhalt des BCD-Rogerbeeps: Wie Benjamin III soll auch das neue Relais die Signalstärke eines Durchgangs als Rogerbeep in BCD-Code senden
• Erhalt der Echolink-Funktion: Auch das neue Relais soll Echolink unterstützen.
• Notstrom-Unterstützung: Die Relaissteuerung wird so ausgelegt, dass im Akku- bzw. Notstrombetrieb verschiedene Parameter automatisch angepasst werden, um Strom zu sparen. Dazu gehören bspw. Sendeleistung oder die Relais-Leerlaufzeit (Zeit nach einem Durchgang, in der ein leeres FM-Signal gesendet wird). Auch eine “Nachtschaltung” wäre denkbar, bei der das Relais bspw. von 01:00 Uhr bis 06:00 Uhr automatisch deaktiviert wird.
• Keine bzw. längere Sendezeitbegrenzung: Das aktuelle Relais schaltet einen Durchgang nach 180s stumm und gibt einen Warnton aus. Aus heutiger Sicht ist eine Sendezeitbegrenzung bzw. “Quasselsperre” nicht mehr notwendig und verhindert bspw. Rundsprüche. Das neue Relais soll eine deutlich längere Sendezeitbegrenzung aufweisen, die nur im Fehlerfall (z.B. Durchgang >30 Minuten) greift.

Erste Ausbaustufe

In der ersten Ausbaustufe ist vorgesehen, die beiden Funkgeräte mit dem Einplatinencomputer Raspberry Pi 3B+ zu steuern. Als Software kommt die Open-Source-Lösung SvxLink von SM0SVX zum Einsatz, die neben der Relaissteuerung auch die Anbindung an Echolink übernimmt. Über eine Aufsteckplatine von DF2ET mit dem Namen Svx-Hat werden beide Funkgeräte mit dem Raspberry Pi verbunden. Diese enthält neben einigen GPIO-Leitungen auch ein Soundinterface, über das das Empfänger-Audio digitalisiert und im Raspberry Pi verarbeitet wird. Die Audioaufbereitung und Detektion des Ruftons bzw. eventueller CTCSS-Töne geschieht in Software. Das aufbereitete Audio wird anschließend über das Soundinterface ausgegeben und analog an das TX-Funkgerät gegeben.

Diese Variante bietet einige Vorteile. Da auf dem Raspberry Pi ein Linux-Betriebssystem läuft, kann das Relais ggf. auch aus der Ferne umkonfiguriert werden. Auch das Senden einer Sprachkennung oder der Einbau weiterer Funktionen ist duch die hohe Rechenleistung und Speicherkapazität des Raspberry Pi problemlos möglich.

Ein gewichtiger Nachteil ist jedoch der Wartungsaufwand. Wie jedes Betriebssystem benötigt auch das Linux auf dem Raspberry Pi regelmäßige Software-Updates. Zudem wird als Speichermedium eine microSD-Karte verwendet, wie sie auch in Smartphones oder Digitalkameras zum Einsatz kommt. MicroSD-Karten sind jedoch in der Regel nicht für den 24h-Dauereinsatz ausgelegt und können nach einigen Jahren Betrieb kaputt gehen. Das gesamte System müsste dann auf einer neuen Karte neu aufgespielt und eingerichtet werden.

Zweite Ausbaustufe

Die zweite Variante ersetzt den Svx-Hat durch eine selbst zu entwickelnde Platine, welche die Steuerung des Relais übernimmt. Der Raspberry Pi wird in diesem Konzept lediglich als Echolink-Gateway verwendet und ist für den eigentlichen Betrieb des Relais nicht erforderlich. Die eigentliche Relaissteuerung wird durch den Microcontroller STM32L476RG mit eigenentwickelter Software übernommen.

Dieses Konzept bietet den Vorteil, dass bei einem Ausfall des Raspberry Pi nur die Echolink-Funktionalität beeinträchtigt wäre. Ein Nachteil ist der deutlich höhere Entwicklungsaufwand, da sowohl Platine als auch Software komplett neu entwickelt werden müssen.

Aktueller Stand

Bereits Anfang des Jahres konnte der Aufbau der ersten Ausbaustufe erfolgreich in Betrieb genommen werden. Hierdurch haben wir die Möglichkeit, bei einem Ausfall des aktuellen Relais in relativ kurzer Zeit einen Ersatz bieten zu können.
Parallel zu den Tests der ersten Variante wurde die Entwicklung des zweiten Konzepts mit eigener Platine voran getrieben. Seit April haben wir gemeinsam eine erste, grobe Version des Schaltplans erarbeitet. Weitere Optimierungen des Schaltplan fanden in den letzten Wochen statt, sodass wir Anfang Juli die ersten Bauteile bestellen konnten. Leider hat uns auch hier die aktuelle Chip-Knappheit einige Steine in den Weg gelegt. Im Laufe der Entwicklung musste so für die einen oder anderen Bauteile ein Ersatz gefunden werden. Allen voran die geringe Verfügbarkeit von Mikrocontrollern hat uns einige Schwierigkeiten bereitet.

Ausblick

Nachdem nun eine erste Version des Schaltplans fertiggestellt ist und Bauteile bestellt wurden können wir mit dem Layout der eigentlichen Platine beginnen.

Anton DL8AW, Max DF2MX, Robert DK2RO