FT-817用 山岳移動のためのFT8インタフェースの制作(その1)

制作と改造過程を掲載しています。

♦目次♦ 

1号機の制作

コネクタを基板につけてFT817とはケーブルで接続する方法に変更(2019年6月29日)

USBシリアル変換モジュールからIC(MCP2221A)への変更と小型GPSの内蔵 (2019年7月5日)

USB4ポートハブコントローラチップ SL2.1Aの実験(2019/07/17)

Windows10でのFT8用サウンド関連の設定メモ

WSJT-X FT-817での設定例

 

 

Windowsタブレットを接続した受信試験 USBハブのSW_ONによるLEDが目立つ

FT817で山岳移動で使うFT8用のインタフェースを作製しました。

人が多い山頂付近ではMICを片手に話していると結構目立つし迷惑になるので、CW等と同じように音を出さないで通信でき、通常の交信とは違い休憩で軽食中でもQSOできるFT8は興味があります。ただし、無線機にアンテナだけでも結構な重さと容積になるので、このうえに接続用のインタフェースとパソコン(タブレット)をもっていくとなると重さが心配です。でも、実際にやってみないとわからないのでまずは小型のWindows10タブレットを購入して、FT8用のインタフェースを作製することにしました。

PCはWindows10のタブレットを使う予定で、購入したタブレットには標準のUSBポートがあり、SPアウト端子はあるがMIC入力端子がないので、USBハブを間にいれてサウンドボードとUSB-シリアル変換を行うことにした。PCからFT817の制御はCATを使うことにした。そうするとシリアルはTxとRxだけで済むので変換モジュールの選択肢が広がる。山岳移動専用に使うので、RTSやDTRを利用したRTTYやCWの制御は行わないFT8専用としてコンパクトになるようにしたつもりですが。。。

♦構成・特徴

 USBハブ(4ポート)を内蔵

 USBサウンドカードとUSBシリアル変換モジュールは内蔵USBハブに接続して、Windowsタブレットからは1本のUSBケーブルで接続

 送受信制御はCATを使う

 DATAはトランスで分離、CATはフォトカプラで分離

 

♦回路

下記の回路図(pdf)ネットにあった回路図 を参考にして、RTSの回路は除いた。なお、一部のRの値は手持ちの部品の関係で一部変更しています。(2.2k > 2.7k、47k > 10K) 、サウンドボードとのカプリングコンデンサ4.7μはUSBサウンドボード側にコンデンサが搭載されていたのでカットしています。

 

 

CATコントロール用の配線図(PC817フォトカプラによる分離)

 

♦部品等

USBーシリアル変換はamazonから安価な
KKHMF CH340モジュール STC マイクロ コントローラー USBーTTLシリアル
サウンドボードは
ポータブル USBサウンドカード USBオーディオ 5.1 
USBハブは秋葉原で4ポートのSW付の安価なもの
トランスは秋葉原のシオヤ無線で安価なSD-23(STではない互換品<310円/2019/04現在> 2k:2k)、音質を求めるわけではないで大丈夫でしょう
FT817側の端子であるミニDINは6Pinは昔のKBM用デットストックを切断して利用、8Pin用は新規購入。
ケース 秋月で販売されているプラスチックケース SK-16
基板 秋月のBタイプ
 *基板とケースについてはもっと小さくしたかったが、USBハブをケース内に内蔵してUSBコネクタを撤去することにしていたが、USBコネクタの撤去が難しかったのでこのサイズになってしまった。

♦制作

1.まずは、購入したUSBハブの各ポートが正常に機能しているかを購入したSBボードで接続し、すべてのポートがOKであることを確認した。
2.USBハブから4ポートのUSBコネクタを外そうとしたが、基板が薄くハンダ吸い取り線で取り外そうとしたが、スルーホールがとれそうなので1個だけ外して中止とした。この1個分のスペースにCAT制御の回路を実装することにした。
3.USBハブにUSBシリアル変換モジュールとサウンドボードをさして、トランスを配置してケース内にうまく収まるかを確認
4.サウンドボードのイヤホン端子とマイク端子を撤去
5.USBシリアル変換ボードのドラーバーをダウンロードしてインストール、USB変換モジュールが認識されるか確認
6.USB変換モジュールのTX,Rx,Vcc,GNDの引き出し
7.サウンドボードの出力、入力の引き出し
8.CATコントロール用の基盤上での配線
9.リグからのDATA,ACCコード接続用のXHコネクタの配線等
10.USBハブからのUSBケーブルが短いので他で使用していたUSBケーブルを切断して適当な長さにして接続(要ノイズ防止フェライトコア)

♦試験・調整
1.PC接続して、CAT制御ができるかを試験
2.FT817のACC端子を接続してPCのソフトからCAT制御ができるか試験
  WSJT-Xを使いました。
3.Windows上で今回使用したサウンドボードの設定をする
  ここが一番面倒でした。設定項目が多岐にわたるので。
4.FT-817のDATA端子に接続してデコードできるか試験

 *デコードまではOKですが、変更申請中なのでここまで(2019/06/12済)

 *Windowsタブレットをこのために購入して使ってみたがあまり使いかってがよくない。サイズが9インチで、WSJT-Xの操作ではタブレットとして操作がよくなく、余っていたUSBハブのポートに無線マウスをさして使うことにした。したがってUSBハブは3ポート使用となった。

反省点等
・コンパクトにつくるためには、USBハブは横差しではなく縦差しを使いUSBコネクタを外して実装すると小型になる

・USB変換モジュール、サウンドボードもUSBコネクタを外して縦置きにすると実装密度を上げることができる

・トランスの高さがあるので各モジュールは縦置きがよい(ケースの高さが決まる)

・トランスの位置決めが重要のようだ(配線の自由度はあるが)

・USBハブは4ポートのものが安価に出回っている。USBコネクタは1個だけは外さないで残したほうがよい(試験用として)

・サウンドボードのイヤホン端子(出力)は外さないで残しておくと、Windowsのサウンド設定でマイク端子からのフィードバック音をモニタできるので都合がよい。(タブレットで出力を他の端子にすればよいけれども)

・DATA端子は使用するのは3端子分(CAT制御でPTTは使用しない)なので、通常の3.5mmのステレオ端子を使うとケースがすっきりするし、運搬がよくなる(2号機で採用)

・ACC端子は4端子が必要なので、USB端子(A)などを利用する手もある。(2号機で採用)

以上の反省点をふまえてよりコンパクト(秋月のSK-12に収まる程度)な2号機を作製する予定

なお、重量は接続ケーブル、無線マウスドングルを含めて、177gでした。ケーブル類の重量が大半(USBケーブルも変更)


コネクタを基板につけてFT817とはケーブルで接続する方法に変更(2019年6月29日)

USBのAタイプと3.5mmのステレオ端子としました。なお、1カ所(DATA)XHコネクタは残置してあります。

 3.5mmの端子はいつものAitendoで購入したあったオーディオジャック(3.5) [PJ-307G-2](ピッチがユニバーサル基板に合うので使いやすい)、USBコネクタは手持ちのものを使いましたが、基板とのあいだにスペースができたので、エポキシの基盤を間に入れて高さを調整しました。

 USBコネクタはAitendoで扱っているUSBコネクタ(A/オス) [U3P-AM01] を使いましたが、ケーブルのサイズが合わないので蛍光ペンの廃棄物でカバーして補強した。また、3.5mmのケーブル径にあうプラグは手持ちの金属製のものを使ってみましたが、重量があるので変更の必要があります。この方法は、ミニDINプラグの半田付けをする必要がなく信頼性が増しますが、ケーブルが太くなるので取り回しと重量が増えるのが欠点です。

 


USBシリアル変換モジュールからIC(MCP2221A)への変更と小型GPSの内蔵 (2019/07/05)

1号機に小型GPSを内蔵するために、USBシリアル変換モジュールを使用した方式から、変換ICを利用した方式に変更しました。変換用のICは各種あります。TxとRxだけの変換をするならばUSB-シリアルブリッジ [PL2303SA](SOP8)などがありますが、ドライバー等の問題があります。また、SOPタイプになると変換基板が必要になるので必ずしも小さくなるわけではないので、秋月で販売されているDIPタイプのMCP2221A-I/Pを使用することにした。14pinのDIPタイプでこれをUSBハブは4ポートなので2個使ってCAT用の制御用とGPS用に使ってみることにしました。MCP2221A-I/PはあのMicrochip社の製品で16F1455を利用した製品のようで、Windows10ではいわゆるドライバーが不要となるため使いやすい。UARTだけでなく、I2C等の制御にも使えるようです。なお、データシートによると19200bpsまではエラー0%を保証しているのでCATやGPS用であれば十分です。価格が安く秋月で販売されているので入手も容易です。ただし、このICは通信関係はTxとRxだけしか端子がないので、他のRTSやDTRでの制御をする場合は専用のUSBシリアル変換チップを使ったほうがよいでしょう。(2019/07/12修正)

 GPSについては、Aitendoで在庫処分として販売されている小型のGPSモジュール(TTL UART出力GPSモジュール [GM-242T] 外形寸法:8x42x6.5mm)を使い、バックアップ用の電池はCR1632とした。さすがに、アンテナ部分が小さいので感度的には不利ですが、GPSを時計補正に使うので問題がないでしょう。タブレットにいれたカシミール3Dでも動作しましたので、位置確認にも使えました。

回路図(pdf)は下記に変更しました。なお、回路図には記載していませんが、MCP2221Aの電源部には10μの積層セラミックを入れてあります。pin11のVUSB(3.3v)端子は今回は使用しないので、0.33μFのコンデンサはつけてありません。(2019/07/06追記)

*U2への配線は、回路図ではUSBハブから電源ラインを引き出していますが、実際は2pのコネクタでDP,DMだけを取り出して、電源部分はU1に接続しています。(2019/07/06)

1号機からの実装変更は、あとからIC等を追加しているのであまりよい配置になっていない。USBシリアル変換モジュールを使うよりもこのICのほうが簡単でした。*Tx,Rxだけを使う場合に限定されますが

 これから同様の機能を実現するならば、USBハブコントローラチップ(SOP)を使った基板 [M4-FE1.1S]*1やチップ(FE1.1s)や(SL2.1A)を変換基板を使用して実装すると、コンパクトですっきりした配線になると思われます。まあ、実際にこのチップを使用してみたことはありませんが。SL2.1AはSOPタイプなので変換基板へのハンダ付けも楽にできそうです。

SL2.1Aを使用した実験記事を追加しました。(2019/07/17)

*1:この変換された基板は引き出しのピンのピッチが2.54mmではないので、通常のユニバーサル基板への取り付けは工夫が必要です。 チップ単体で購入してDIPタイプへの変換基板を使う手もありますが、SSOP28になるので半田付けが難しそう。やはり、市販の安価なUSBハブを分解・利用したほうが簡単なようです。(2019/07/08追記)

小型のGPSモジュールをケース内に入れてありますが、固定してないので最終的には上部になるように固定する予定です。

接続ケーブル(3.5mm3P)用のコネクタ・プラグも金属制(24g)からプラスチック製に変更しました。

♦MCP2221Aの仮想COMポートの注意点

MCP2221Aを使用するとCOMドライバーによる仮想COMとならないために、COM番号がデバイスの画面には表示されません。(この説明は自信がありません、結果として下記のようになりました)
Windows10の場合は、Windowsシステムツール > コントロールパネル > デバイスマネージャー から
ポート(COMとLPT)により確認することになります。

Windows10で設定のデバイスを表示した場合、通常のCOMドライバーを使うものであれば仮想COMとして番号が表示されるが、MCP2221Aは通常の汎用ドライバなので表示されないようです。

例)Windows10  設定 > デバイス での表示

 

デバイスマネージャーで確認すると COM番号が表示される

デバイスのプロバティで各TABを見ると下記のように表示される

全般TAB Microsoftの汎用ドライバーが割り当てられている

ポート設定 この例ではCATに合わせて4800bps等に設定

ドライバーTAB Microsoftの汎用ドライバーが使われている

詳細TAB プロバティでドライバを選択した場合の表示例
Microsoftの汎用ドライバになっていることが確認できる


USB4ポートハブコントローラ SL2.1Aの実験(2019/07/17)

 Aitendoで販売されているUSB4ポートハブコントローラチップを秋月電子通商の変換基板に載せて使用できるかの確認をしてみました。回路はデータシートに掲載されているもので、下記の回路としました。このチップは在庫も大部あるようで、SOP16タイプなので変換基板へのハンダ付けも容易でした。使いやすいく価格も安価なのでFT8程度の速度の自作には手ごろの感じです。ただし、USB側の配線は高速伝送なので基板上の配線は極力短くする必要があるようです。いまごろ、USB2.0ハブコントローラチップを使って自作する人はあまりいないようです。FT8のインタフェースをタブレットで使うための目的がなければ、たぶん使うことはなかったでしょう。

組み立ては、当初はブレットボードで確認したら各線が長すぎたようで動作が不安点であったため、バラック状態で各パーツを半田付けして正常に動作することが確認できました。だだし、4ポート同時に動作する実験はしていません。各ポートを単独での動作は問題なかった。簡単な回路(部品追加)で4ポートのハブを構成できるので、FT8のインタフェースに十分に使えると思えます。なお、コンパクトにすることを優先するなら、変換基板は幅の狭い秋月のSOP16ピン(1.27mm)DIP変換基板 金フラッシュ がよいかもしれません(DIP16サイズになる)。

今回は変換基板に幅があったので、12MhzのXTLは変換基板に穴を開けて裏側で配線してみました。変換基板上のVccとGND間に積層セラミック10μFをつけてあります。

秋月:SOP16ピン変換基板 Aitendo:SL2.1A
バラックで組み立てて実験
最終的にXTLは変換基板に0.8mmの穴を開けて裏側で配線(2.6mmで基板面をすくう)

 

参考回路図  SL2.1Aを使用してFT817のFT8のインタフェースを作製する場合の例(まだ全体を作製していないのであくまでも参考です) 内臓するGPSは秋月で販売の「GPS受信機キット 1PPS出力付き 「みちびき」3機受信対応」を想定しています。実装時は、2段重ねにしてUSBシリアル変換ICの上側に載せることを考えています。(2019/07/22追記)

4ポートは(4)CAT制御用、(3)GPS用、(2)サウンドボード用、(1)他USB機器接続用(無線マウス等)に割り当て。(4)のポートはUSBタイプAを基板に実装する。 ()内はSL2.1AのUSBポート番号

下記の図は、上記で検討した回路図をもとに各部品を配置した検討図になります。基板は秋月電子通商のBタイプを想定。このレイアウト等はあくまでも参考です。USBサウンドモジュールを立てて実装すると一回りサイズを小さくできそうです。(2019/07/22追記) SL2.1AおよびMCP2221Aにある10μFのコンデンサ(積層セラミック)は図には表示されていません。

 


♦関連記事♦

FT-817用 山岳移動のためのFT8インタフェースの制作(その2)


 

Windows10でのFT8用サウンド関連の設定メモ 

 Windows10ではサウンド関連の設定が各所にあるので、備忘録として残しておきます。

 ・ポイントは

   マイク入力(リグからの出力)はスピーカーからモニタできることを利用すると、マイクに正常に信号が入力(Rigの受信音)されいることが確認できる。

   サウンドの入、出力の名称やアイコンは個別(FT8とか)に設定するとあとで解り易い

   サンプリングの設定は48Kとする

   AGCは無効にする

   マイクのプライバシー設定項目でマイクアクセスが許可になっていること

  しかし、WindowsはバージョンやUpdateで設定位置がよく変わるので迷ってしまう。

下記はWindows10 HOME バージョン1809の例

デバイスの認識状況を確認します。 <設定>から<デバイス>を選択

サウンドボードは認識されて、USBシリアル変換はCOM5ポートになっていることを確認

 

 

次に、<設定>から<システム>を選択

<サウンド>を選択します

サウンドのウィンドには出力と入力のデバイスの選定があります。先ほどの<デバイス>で選択しているUSBサウンドボードを選択されていることを確認して、出力デバイスの<デバイスのプロパティ>を選択します。

 

デバイスのプロパティでは、解り易く名称を変更するとよい、また、無効にはなっていないこと、立体音響は「オフ」になっていることを確認します。

 

サウンドの出力デバイス項目の「サウンドデバイスを管理する」を選定する

 

 サウンドの設定画面から「サウンドの詳細オプション」を選定して、アプリからサウンドデバイスが使えるようになっているか、レベルを含めて確認します。

 

この例では、WSJT-Xをインストールしているのでこのアプリで今回使うUSBサウンドボードが選択されて使用できるようになっていること、およびレベルを確認、設定する

 

デバイスのプロバティに戻って、「追加のデバイスのプロパテイ」を選択します。

 

TAB画面が表示されるので、各TABを順次設定します。

まずは、全般TAB ここでは先に変更した名称の出力名が表示されるので、アイコンを変更できます。この例ではPinプラグにしてあります。
また、デバイスの使用状況欄は「このデバイスを使用する(有効)」になっていることを確認する。

 

レベルTABに移り、レベル設定を行います。実際に受信時にデコード状況を見て再設定しますが、ここは大きな数値にして、マスターでレベル調整するとやりやすいようです。

 

Enhancements TABはEnhanceは不要なので選択されていないこと

 

詳細TAB ここではビットレートを16ビット、48000Hzに設定します。

 

立体音響TABでは 立体音響が オフ になっていることを確認

 

出力の追加プロパティの設定に続いて、入力の「追加デバイスのプロパテイ」を設定します。

 

全般TABでは、アイコンの変更ができます。ここでは出力と同様にPinプラグに変更しています。
デバイスの使用状況欄では、「このデバイスを使用する(有効)」になっていることを確認

 

聴くTABでは、Micから入力した信号をSPから出力してMic入力が正しく機能しているかを確認することができます。その場合は「このデバイスを聴く」を選択して再生する機器を選択します。FT8のインタフェースの入力部分が正常に動作してPCに取り込まれているかの確認がここでできます。「このデバイスを聴く」にしておくと、指定されたサウンドボード(例えば今回USBにさしているボードのイヤホン端子)から無線機からの受信音が聞こえてきます。聞こえてくればサウンドボードは正常に機能していると思われます。

 

カスタムTABでは、AGC項目が「チェックされていない」ことを確認します。

 

レベルTABではMic入力レベル設定を行います。大きな値にして、マスター設定項目で設定したほうが運用上はよさそうです。

 

詳細TAB ここでは、サンプリングレートを 16ビット、48000Hz に設定します。

 

サウンドの設定に戻り、「サウンドコントロールパネル」を開きます。

 

サウンドの設定状況を確認

再生TAB 先ほど設定した出力デバイスが規定になっていることを確認

 

録音TAB  先に設定したMic入力デバイスが既定のデバイスになっていることを確認

 

サンウンドTAB

 

通信TAB

 

サウンドの設定項目で「マイクのプライバシー設定」からマイクが使えるようになっているかを確認します。

 

マイクがアクセス許可されて、アプリがマイクにアクセスできるようになっていることを確認します。


WSJT-X FT-817での設定例

 

Mode、Split Operation は [None」とすること。そうしないと、FT817でモードをDIGにしていても、送信時にUSBになりデータが送信できない SerialPortの番号はは各自のWindowsの状況による