aprs – F4IAI

Le projet de station météo APRS mobile : le matériel de la V2

Alors que la version 1 de la station été basée sur une Arduino UNO et plusieurs capteurs (voir présentation du matériel de la V1), la version version 2 est basée une Raspberry et une station Davis Vantage Vue.

La Version 2 de la station lors d’une présentation pour les pompiers du Gard. En vert est encadré l’ISS ; le bloc qui contient les capteurs. En bleu est encadré la console qui reçoit et affiche les données météo pour les renvoyer à la Raspberry.

La station météo

Les différents capteurs de la V1 ont été remplacés par une station plus professionnelle, une Davis Vantage Vue.

La station est en deux blocs : l’ISS qui contient les capteurs (cadre vert sur la photo ci-dessus), et la console qui reçoit et affiche les données (cadre bleu sur la photo ci-dessus).

La liaison entre les deux blocs se fait en 868 Mhz, cette fréquence est nettement mieux pour notre utilisation que les 433 Mhz, d’une part car la bande des 433 Mhz est très occupée, d’autre part car le poste radio va émettre sur les 144 Mhz et il sera proche physiquement de la station météo, donc plus on est éloigné en fréquence moins il y aura de brouillage de la part du poste radio.

Les données météo (température, hygrométrie, vitesse et direction du vent, pluviométrie) sont transmises toutes les 2 secondes à la console.

La Raspberry

La Raspberry (PI2 minimum) remplace l’Arduino Uno. Sur cette Raspberry sont installés les logiciels Weewx, YAAC et Direwolf. Chaque logiciel a un rôle précis :

Weewx lit les donnés de la station qui est branchée en USB (grâce au data logger de Davis Instrument) et construit grâce à un plugin un fichier .txt
YAAC est un client APRS. Il est chargé de lire le fichier .txt généré par Weewx pour le transformer en trame APRS. La trame APRS est ensuite envoyée au TNC virtuel
Direwolf est le TNC virtuel. Il va transformer la trame envoyée par YAAC en une trame audio (la raspberry n’ayant pas de carte son intégrée, il faut rajouter une carte son USB). Direwolf gère également le PTT du poste radio grâce à un montage sur les GPIO (voir schema ci-dessous)

Montage pour permettre à la Raspberry de contrôler le PTT du poste.

Au final, comment la station fonctionne ?

L’ISS de la station météo envoi ses données à la console sur 868 Mhz. La console est reliée par USB à la raspberry grâce au data logger vendu par Davis Instrument.

Les données sont lues par la raspberry grâce au logiciel Weewx, qui génère toutes les minutes un fichier .txt. Ce fichier .txt est ensuite récupéré par le client APRS « YAAC », qui va généré une trame APRS avec les données saisies par l’utilisateur à l’installation du logiciel (position GPS, indicatif…) et les données météo actualisées toutes les minutes. Cette trame est envoyée à intervalle régulier au TNC virtuel.

Le TNC virtuel, ici Direwolf, récupère la trame et la transforme en trame audio. Cette trame audio est générée grâce à une carte son USB, la raspberry n’ayant pas de carte son intégrée. C’est également Direwolf qui bascule le poste en émission grâce à un montage PTT sur les GPIO.

Fin de cette petite présentation du matériel de la V2.
D'autres articles dédiés aux logiciels utilisés seront mis en ligne.

Le projet de station météo APRS mobile : création de la trame météo

La librairie présentée dans l’article précédent nous permet d’envoyer une trame APRS grâce à une simple arduino Uno. Cependant cette trame il faut savoir quoi mettre dedans.

La composition d’une trame météo

Plusieurs schémas sont possibles pour faire une trame météo. La liste des trames APRS est disponible dans ce document.

Le schéma retenu est le suivant :

4401.27N/00437.22E_188/007g008t079r000p000P000h40b09947adrasec30

Le découpage est le suivant :

4401.27N → Latitude au format Degrés Minutes en décimales

00437.22E → Longitude au format Degrés Minutes en décimales

188 → Direction du vent en degrés

007 → Vitesse moyenne du vent en mph

g008 → Vitesse rafale de vent en mph

t079 → Température actuelle en °F

r000 → Pluviométrie de la dernière heure en inch

p000 → Pluviométrie sur les dernières 24h en inch

P000 → Pluviométrie depuis minuit en inch

h40 → Humidité en %

b09947 → Pression atmosphérique en mb

adrasec30 → commentaire

L’acquisition des données

Les données des différents capteurs sont acquises grâce à leurs librairies et programmes. Ces acquisitions se font dans le fichier principal du programme.

Cependant, pour pouvoir envoyer les données, elles doivent être sous la forme de « string », ce sont les différentes chaines de caractères (String) qui seront assemblées pour former la trame APRS. Il faut donc penser à convertir les résultats des lectures des capteurs qui peuvent donner des valeurs sous d’autres format (sous le format « float » par exemple).

Outre les formats qui doivent être respectés, tout (ou presque) est permis pour lire les données des capteurs.

L’assemblage de la trame

Une fois les données récupérées, il faut encore les assembler pour obtenir le bon format.

En ce qui concerne les coordonnées GPS, on peut utiliser les variables prévues à cet effet dans la librairie.

Pour la direction du vent on peut utiliser la variable « tempaprscourse », pour la vitesse moyenne on peut utiliser « tempaprsspeed », par contre pour les autres informations il n’y a pas de variable pré-établie. Du moins au premier abord, car il suffit simplement de les mettre dans la variable dédiée au commentaire.

Lorsque les décodeurs APRS vont recevoir la trame, si elle est bien construite ils ne considéreront pas les informations de la variable « tempsaprscomment » comme des commentaires, mais comme des données météo. Pour cela il faut assembler dans la variable « tempaprscomment » les caractères qui définissent les données (« g », « t », « h »…) et les données en elles mêmes.

C’est là où il est important d’avoir augmenté le nombre de caractères autorisés.

Vous pouvez maintenant utiliser la librairie Arduino pour envoyer des informations météo.

Le projet de station météo APRS mobile : présentation générale de la librairie Arduino

Comme indiqué dans l’article de présentation du matériel de la V1, la station est organisée autour d’une carte Arduino Uno, je pense qu’il n’est pas nécessaire de présenter ce qu’est une Arduino Uno tellement cette petite carte est répandue…

Tous les capteurs sont donc connecté à cette Arduino, et c’est elle qui est chargée de collecter les données et de construire la trame APRS pour l’envoyer.

la librairie utilisée

Après avoir récupéré les données, l’Arduino va construire une trame APRS. Cette construction se fait grâce à la librairie aprslib. En téléchargeant cette librairie, vous avez 2 fichiers exemples. Un fichier avec GPS, un autre sans GPS. Je n’ai pas essayé le fichier avec GPS, je me suis contenté de la version sans GPS et je saisissais les coordonnées manuellement.

Pour pouvoir paramétrer plus facilement le programme, je vous conseille de déplacer le fichier d’exemple dans le dossier avec tous les autres fichiers :

Le dossier avec tous les fichiers de la librairie (APRS_tuto.ino étant le fichier exemple).

Lorsque vous ouvrez le fichier .ino avec l’IDE Arduino (ou tout autre IDE compatible), vous allez donc avoir également tous ces fichiers. Pensez juste à modifier dans le fichier .ino le #include <aprslib.h> par #include « aprslib.h ». Vous pourrez donc modifier facilement différents paramètres répartis dans ces fichiers :

Dans le fichier aprslib.cpp vous trouverez la structure de la treme APRS.
Capture de la structure de la trame dans aprslib.cpp

Vous pouvez par exemple changer le symbole à la ligne 74 (le symbole pour les station météo est ‘_‘).
Le fichier config.h est le fichier dans lequel j’ai paramétré le plus de chose.
Configuration du SSID, de l’indicatif de destination et du WIDE.

A la ligne 43 se trouve le SSID, par exemple en saisissant 13 cela donnera F4IAI-13. A la ligne 46 se trouve l’indicatif de destination, je ne l’ai pas changé. A la ligne 53 se trouve le WIDE, le chemin. Pour être répéter un maximum de fois je l’ai modifié en WIDE3-3.

Configuration des pins.

Vous pouvez modifier les pins de l’Arduino pour le PTT et le pin duquel sortira la trame audio. Le pin audio (à la ligne 101) doit être la sortie 3 ou la sortie 11. Le pin de PTT n’a lui pas pas besoin d’être forcément une sortie PWM.
Le fichier radio_hx1.cpp est le fichier du PTT. Vous pouvez inversé les états du pin en modifiant les LOW en HIGH et HIGH en LOW aux lignes 28, 38 et 52.
C’est ici que l’on peut inverser les états du PTT.
Enfin, le fichier .ino contient le programme principal.

C’est ici tout que tout le reste se paramètre. A la ligne 45 vous pouvez saisir votre indicatif (sans le SSID qui a été saisi dans un autre fichier). A la ligne 46 vous pouvez saisir l’heure, à la ligne 47 la latitude, à la ligne 48 la longitude (la latitude et la longitude doivent être en degrés minutes décimales, j’utilise ce convertisseur pour les obtenir en sélectionnant le format « marine »).

A la ligne 49 vous avez la direction, à la ligne 50 la vitesse. Enfin, à la ligne 51 vous pouvez saisir le commentaire que vous voulez, il faudra juste penser à augmenter le nombre de caractères de votre variable tempaprscomment en fonction de la longueur de votre commentaire (pour cela il faut modifier la valeur de la ligne 35).

Le delay() de la ligne 59 vous permet de choisir l’intervalle de temps entre 2 émissions, la durée doit être saisie en millisecondes.

C'est la fin de cette présentation de la librairie utilisée, n'hésitez pas à me contacter si vous avez des questions. Vous pouvez trouvez un article sur l'envoi de trames météo avec cette librairie ici.

Le projet de station météo APRS mobile : le matériel de la V1

Comme il faut bien commencer par quelque chose, pour la station météo APRS il a été choisi de commencer par du matériel principalement de récupération. Voici donc une présentation du matériel utilisé pour la station V1.

Les capteurs :

L’anémomètre / girouette

L’anémomètre / girouette est issus d’une de mes ancienne station météo, il s’agit d’un LaCrosse TX23. Nous lisons les données qu’il envoi grâce à une librairie Arduino dédiée, cette librairie nous permet de récupérer la vitesse et la direction du vent toutes les 2 secondes. Les fils sont connectés à l’Arduino de la manière suivante :

Fil marron : fil de données, sortie PWM nécessaire,
Fil rouge : +5v,
Fil vert : ne pas connecter,
Fil jaune : masse.

le pluviomètre

Le pluviomètre est celui issus d’une de mes ancienne station météo. C’est un Oregon Scientific PCR800. Il fonctionne avec un godet et un ILS (interrupteur à lame souple). Étant donné qu’il est conçu pour envoyer ses données à la console de la station d’origine sur le 433Mhz, nous avons soudé des fils aux bornes de l’ILS pour récupérer ses données câble. Pour avoir la pluviométrie, il nous suffit donc de compter le nombre de changements d’états de l’ILS avec l’Arduino qui correspond aux nombre de basculements du godet.

le thermomètre / hygromètre

Le thermomètre / hygromètre n’est lui pas de récupération. Il s’agit d’un DHT22 que l’on trouve entre 5 et 10€ sur internet. Au début nous avions essayé le DHT11, moins cher, mais aussi moins précis, avec une plage de fonctionnement moins grande et qui consomme plus en énergie.

Quelques différences entre le DHT11 et le DHT22 :

	DHT11	DHT22
Consommation	2,5mA	1,5mA lors d'une mesure, 50µA au repos
Mesure de la température	de 0°C à 50°C, avec une précision de +/- 2°C	de -40°C à 80°C, avec une de précision de +/- 0,5°C
Mesure de l'Hygrométrie (Humdité)	de 20% à 80%, avec une précision de +/- 5%	de 0% à 100%, avec une précision de +/- 2 à 5%
Fréquence de mesure	1 mesure par seconde	4 mesures par seconde

Pour lire les données du DHT22 (comme pour le DHT11 si c’est celui que vous avez), il suffit d’utiliser la librairie Adafruit Sensor et la librairie DHT Sensor.

le baromètre

Le baromètre (ou capteur de pression atmosphérique) n’est pas un capteur de récupération. Il s’agit d’un BMP180, que l’on trouve autour de 10€ sur internet. Nous l’utilisons uniquement pour la pression atmosphérique, mais il peut également donner la température et l’altitude.

Paramètre	Plage de fonctionnement et précision
Pression atmosphérique	de 300hPa à 1100 hPa, avec une précision de +/- 0,03 hPa
Température	de -40°C à 85°C, avec une précision de +/- 2°C
Altitude	de -500m à 9000m par rapport au niveau de la mer, avec une précision de +/- 0,25m

Il communique les données à l’Arduino en I2C, pour les lire il faut installer la libraire BMP085/BMP180, et faire les branchements suivants :

Pin VCC sur le 3.3V (ATTENTION, selon votre version du capteur, il peut ne pas supporter le 5V, je vous conseille donc d’utiliser le 3.3V),
Pin GND sur la masse,
Pin SCL sur A5,
Pin SDA sur A4.

Le contrôle de la station:

Comme indiqué au fil de cet article, la station est basée sur une carte Arduino, plus précisément sur une Arduino Uno.

Cette Arduino Uno récupère toutes les données des capteurs, construit la trame APRS et envoi la trame BF au poste radio (un article sur cette partie sera mis en ligne prochainement).

Afin d’éviter des branchements complexes, nous avons créé notre propre shield (plans disponibles en me contactant par mail : meteobruno@gmail.com ), sur lequel nous venons connecter un connecteur IDC 10 broches qui regroupe tous les capteurs.

Le GPS :

Le GPS est un GPS Trimble de radiosonde M10. Pour le réutiliser nous avons suivi les travaux d’un autre radioamateur, F1BSW. Il suffit de couper une piste et de souder quelques fils pour pouvoir le réutiliser : lien vers la page de F1BSW.

La radio :

Le poste radio utilisé est un TALCO CS3, programmé pour l’APRS. L’Arduino contrôle le TALCO (envoi de la trame et PTT) grâce à sa prise micro, dont voici les correspondances des fils :

Correspondance des fils sur la prise micro du TALCO

La batterie :

La batterie utilisée actuellement est une batterie 12V / 65 Ah de voiture. La conversion 12V vers 5V pour alimenter l’Arduino est assurée par le shield cité plus haut.

Voilà la fin de cette petite présentation des composants de la station. D'autres articles dédiés à des éléments comme le shield ou le GPS seront bientôt mis en ligne.

Continuer la lecture de Le projet de station météo APRS mobile : le matériel de la V1

Le projet de station météo APRS mobile : Présentation

Lors de situations météorologiques inhabituelles ou d’événements importants, il est essentiel d’avoir des relevés météo du terrain ; ce sont eux qui permettent le suivi en temps réel de la situation mais ils permettent également l’anticipation et la prévision de l’évolution pour les prochaines heures. Cependant, le maillage actuel des stations météo ne permet pas toujours d’avoir des relevés dans les zones voulues, de plus ces stations transmettent leurs données à travers internet, or ce réseau pour être altéré en cas de catastrophe majeure.

L’idée est donc de créer une station météo portable, déployable rapidement sur n’importe quel secteur, et entièrement autonome : son alimentation électrique est assurée par une ou plusieurs batteries (ce qui lui permet de tenir plusieurs jours), les transmissions des données sont assurées grâce à un poste radio qui émet sur le réseau APRS ; la station n’a donc ni besoin d’une alimentation électrique « classique » ni besoin d’une connexion internet.

Vidéo de présentation pour la finale nationale des Olympiades de Sciences de l’Ingénieur 2018 :

Cette station est réalisée dans le cadre des projets pluridisciplinaires pour mon BAC. Ces projets se réalisant par groupe, nous sommes 4 à travailler dessus :

SIRVENT Thomas,
JULIAN Bastien,
CHAUVET Louis,
BECAMEL Enzo (F4IAI, moi même).

En plus d’être un projet de BAC, cette station est à vocation de sécurité civile, elle est notamment développée avec l’ADRASEC 30/48, dont je fais partie, nous avons également le soutiens de HAND et sommes en contact avec le SDIS30 , il continuera donc même après le passage de l’épreuve de BAC (qui a eu lieu le 31/05/18).

Un grand merci à tous ceux qui aident ou ont aidé sur ce projet :

Laurent (F4BSB),
Fred (F4EED),
Yann GESHORS,
Clarisse PAUL,
Gael (F4HXS),
Vivien (F4FWH),
Mickaël HOAREAU,
Différents membres du radioclub nîmois F6KQK,
Et j’en oublie sûrement…

Différents articles plus techniques seront mis en ligne au fil du temps.

Station météo APRS : mise en place

L’idée de départ

L’envoi des données de la station APRS permet d’avoir un accès aux données temps réel. En effet, il suffit que la station, son ordinateur et son poste soient alimentés en électricité pour que les envois s’effectuent, pas besoin d’un accès internet.

L’accès aux données peut donc se faire de deux manières :

Avec un poste radio (ou une clé SDR) et un ordinateur,
Grâce au site aprs.fi

La station météo en elle même

La station météo une Oregon Scientifique WMR300, une présentation rapide est disponible ici.

La partie logicielle

Les données météo

Pour envoyer ses données sur le site météo, la station est connectée 24h/24 à un ordinateur. Sur cet ordinateur est installé le logiciel Weather Display, un logiciel payant mais très complet (il est possible de l’utiliser pendant 30 jours sans limitations avant de l’acheter). Weather Display permet entre autre de créer un fichier contenant les données formatées pour l’APRS. Ce fichier nommé WXNOW.txt est actualisé toutes les minutes.

Fichier avec les données formatées généré par Weather Display.

l’envoi aprs

Maintenant que nous avons nos données, il faut les envoyer. Pour cela j’utilise le logiciel UI-VIEW, un logiciel gratuit (il suffit de s’enregistrer). Il est paramétrer pour lire les données du fichier WXNOW.txt et les envoyer toutes les 5 minutes.

Cependant, ce seul logiciel ne suffit pas pour l’envoi, il lui faut un TNC logiciel pour gérer le poste radio. J’ai choisi AGWPE, il est disponible sous une version gratuite et une version professionnelle qui elle est payante. Vous pouvez utiliser d’autres logiciel comme DIREWOLF ou SOUDMODEM. J’ai donc téléchargé la version gratuite d’AGWPE, elle suffit pour mon utilisation. Les premières difficultés sont apparues à la configuration de ce dernier. Sans rien connecter à la prise micro de mon ordinateur, AGWPE m’affichait un message d’erreur me disant que la carte son n’est pas valide. Le problème a été résolu en branchant sur la prise micro du PC une prise jack coupée sur de vieux écouteurs. La configuration finale d’AGWPE est dans mon cas celle-ci :

Configuration du port radio d’AGWPE (accessible depuis le menu « Propriétés »).

Il m’a également fallu régler la liaison entre UI-VIEW et AGWPE depuis UI-VIEW :

Configuration de liaison entre UI-VIEW et AGWPE (accessible depuis le menu « Setup » puis « Comms Setup »).

La partie logicielle est maintenant configurée.

La partie matérielle

Après avoir configuré les logiciels, il faut maintenant mettre en place le matériel pour que tout fonctionne.

le poste radio

Le poste utilisé est un Talco programmé pour l’APRS. En plus de le programmer pour l’APRS, il m’a fallu désactiver le Roger Beep.

La manipulation pour supprimer le Roger Beep :

Entrer en mode programmation sur le Talco :
- Allumer le poste,
- Rester appuyé sur le bouton M/A tout en tapant le code suivant : 84715033 (ou 60609124),
Avec les touches + et -, se rendre sur le menu pour accéder aux paramètres en fonction des adresses (juste après les menus de l’afficheur),
Taper l’adresse suivante : (0)024,
Taper le code C0, ça va désactiver le Roger Beep,
Appuyer sur la touche losange pour quitter le mode programmation.

l’antenne

L’antenne utilisée est une antenne GP, simple à réaliser. Le matériel nécessaire se limite à :

Une connectique SO239,
5 dominos d’électricien,
3 tiges d’aluminium de 1m de longueur, diamètre 4mm.

Pour la fabrication :

Couper 5 tiges d’aluminium d’une longueur de 49.5cm,
Sortir les dominos de leur protection en plastique (retirer les 2 vis pour appuyer avec un tournevis),
Assembler le tout comme sur l’image ci-dessous.

Il suffit ensuite de tailler les brins avec un analyseur. Après avoir taillé et incliné ceux de mon antenne, j’obtiens un ROS de 1,1.

Pour fixer l’antenne et éviter que les brins ne gagnent du jeu avec le temps, j’ai modélisé un support que j’ai imprimé avec mon imprimante 3D :

Une fois les 2 pièces imprimées et assemblées (et l’étanchéité effectuée avec du silicone) :

L’antenne installée sur son mat :

Les fichiers .stl du support sont disponibles ici.

la gestion du ptt

Ce fut pour moi le compliqué. En effet, il est simple de récupérer la trame sur la sortie écouteurs du PC, mais si l’ordinateur ne contrôle pas également le PTT du poste, ça va devenir compliqué. Après avoir reçu un peu d’aide (de F4EIR notamment), les choses sont devenus plus faciles. Il suffit de réaliser un montage qui, une fois connecté au port DB9 de l’ordinateur, passera le poste en émission pour permettre l’envoi des trames.

Montage permettant le contrôle du PTT grâce à la sortie RS-232 d’un ordinateur.

Ce schéma est assez simple et ne demande pas beaucoup de composants :

Une connectique DB9 (ou un adaptateur pour utiliser l’USB, ou une DB25 etc etc),
Une résistance de 33K ohms (ou de quoi en faire une équivalente),
Une diode 1N4148,
Un transistor BC548 (ne possédant pas de BC548 j’ai utilisé un BC547, ça fonctionne très bien).

Une fois le montage réalisé et connecté à la DB9 et au poste, l’ordinateur est en mesure de contrôler le PTT de la radio.

L’installation une fois terminée, la station est disponible sur l’APRS, et dans mon cas sur aprs.fi également.