Что общего между сотовым телефоном и походной миской?



Многие слышали об «охоте на лис» — особом варианте спортивного ориентирования — спортивной радиопеленгации. Ещё в детстве, посещая радиокружок, я много читал об этом виде спорта и даже мечтал собрать собственный пеленгатор. Но мы переехали, я перестал ходить в кружок, увлёкся программированием, торчал перед компом и уже так и не собрал…

И вот, спустя 20 лет я сделал это в крайне необычной форме…

В последнее время я много играюсь с SDR и рассказываю о своих опытах: раз и два.

Собираясь с детьми в поход вместе со школьной компанией, я решил к так любимым детьми, но уже привычным верёвочным переправам, ориентированию, пережиганию верёвочки костром на время добавить охоту на лис.

Идея пришла спонтанно: зимой для сравнения я купил на Aliexpress несколько разных SDR приёмников (на самом деле это DVB-приёмники, немного о них тут) и с их помощью изучал качество антенн и дальность работы устройств Z-Wave. В какой-то момент заметил, что в соседнем диапазоне (на 868.1 МГц, тогда как Z-Wave на 869.0 МГц) раз в минуту что-то шумит, мне стало интересно, «откуда звук» и пошёл искать источник по уровню сигнала и направлению. В итоге это оказалась охранка у соседей. Так я подумал, что из «из спичек и желудей» можно сделать неплохое развлечение.

Делаем!

Лиса

Начнём с передатчика. Дома и у коллеги с последнего CCC 2015 остались замечательные rad1o badge. Эта игрушка отлично подходит на роль «лисы».


Для rad1o есть прошивка совместимая с HackRF, что позволяет использовать rad1o с GNU Radio и другими программами для SDR.

Для лучшей дальности вместо штатной F-антенны, настроенной на 2.4 GHz я припаял SMA коннектор и накрутил штыревую антенну на 868 МГц.

Для генерации сигнала я использовал GNU Radio. Проект состоял просто в генерации сигнала из Signal Source прямо в osmocom Sink. Также подкрутил RF Gain и амплитуду сигнала, чтобы увеличить дальность.

rad1o оказался удобен ещё и наличием аккумулятора, а также тем, что при отключении от USB (т.е. от GNU Radio на моём ПК) он продолжал генерировать последние данные, т.е. тупо светил на нужной мне частоте. Это позволило после включения передачи вынуть USB и отнести «лису» на заданное место. Система получилась компактной и абсолютно автономной.

Радиопеленгаторы

Самое важное — собрать детекторы с более-менее узкой диаграммой направленности, да ещё и в простом исполнении, носимые, два или три комплекта, желательно без колхоза, ибо времени до похода было маловато.

В качестве приёмника я взял DVB-стики из прошлой статьи, подключил их к сотовому телефону под Android, используя USB OTG переходник. Для визуализации я выбрал уже знакомую мне по прошлым экспериментам RF Analyzer. Программа имеет удобный режим отображения спектра в текущий момент и в виде waterfall. Фото проги было на КДПВ.

Т.к. DVB жрёт невероятно много энергии, были подготовлены несколько power bank для подзарадки телефонов «в поле».

Отдельно хотел обратить внимание на очень удачный переходник USB OTG от Olimex. В отличии от гибкого кабеля, на котором болтается приёмник, он обеспечивает жёсткую фиксацию. А ещё он настолько мал, что его просто удобно носить с собой на всякий случай.

Антенна

Штатный штырь от моих DVB-приёмников — это хорошо, но не очень направленно. Я хотел сделать номальные направленные антенны, например Ягу. Но на DVB-приёмниках используются разъёмы MCX, штекеров для которых я за 4 дня так и не нашёл в Москве. Резать антенны мне не очень хотелось, и я стал искать сносный рефлектор для штатных.

Первая мысль — ну можно же штырь засунуть в консервную банку, получится крутой волновод. Многие так делают на дачах для уверенного приёма 3G. Но быстрый расчёт показал, что банка мне нужна не консервная, а скорее из под краски, диаметром не менее 21 см (иначе волна туда «не влезет» из-за того, что моя частота ниже частоты отсечения). С такой банкой бегать не хотелось… Да и нужно было искать банки, выливать краску, пачкать руки. Повышать частоту тоже не хотелось, т.к. в густом лесу волны менее 30 см легко задерживаются деревьями да и антенны для передатчиков на 868 МГц были под рукой в большом количестве от работы, связанной с Z-Wave.

В общем игрался я с фольгой, железными листами и прочими подручными средствами, пока накануне вечером при сборке рюкзака не наткнулся на обычные такие походные миски. Вот он рефлектор моей мечты!

Как всегда готовится я начал заранее, а сделал всё в последний вечер ;)

Оказалось весьма удачно, что их диаметр был примерно ?/2. Стенка у миски под 90° дну, к ней можно прикрепить антенну. К миске магнитится штатная анетнна плохо (у антенны снизу магнитик есть), но если приделать с обратной стороны маленький плоский магнит, то держится просто отлично. К тому же у миски есть удобная ручка, за которую её можно держать и направлять в нужную сторону.

Есть ещё один важный момент. Просто приладить миску — мало. Чтобы сделать её хорошим противовесом и отсечь сигнал с внешней стороны было решено подключить её к земле. Для этого я аккуратно вскрыл ножку антенны, где находится магнитик и металлическая шайба диаметром 2.5 см, которая выполняет роль ground plane. Подпаял к этой пластине короткий проводок, залил место пайки каплей из пистолета, чтоб пайка не отвалилось в ту же минуту, т.к. провод нужно было гнуть.



Подключал к миске этот провод путём прижимания магнитом. В походных условиях вместо тестера использовал светодиод и батарейку CR2032 для проверки, что ток от внешнего кольца разъёма MCX (земля у антенного штекера) идёт до миски, т.е. миска подключена к земле.

В итоге получился вот такой комплект:


А в собранном виде это превратилось в это:

ФСО где-то рядом

Всё это происходило недалеко от Горок-10 (Рублёвка), потому я на вский случай выбрал разрешённые у нас частоты для нелицензируемой гражданской связи с ограничением по мощности 20 мВт. Выбрал 868.0 и 869.0 МГц. Лису было «слышно» метров за 300, потому я не сильно беспокоился, но объясняться с местными работниками охраны, почему я занял какие-то там частоты в любом случае не очень хотелось.

Кстати теперь металлическая миска стала прибором двойного назначения, и её могут отнять у любого походника!

Побежали

Сначала я проверил игрушку на двух взрослых, которые про такую игру только отдалённо слышали. Ну, и на себе — я пошёл забирать передатчик после проверки и забыл, под каким деревом он стоял. Пришлось самому искать лису ;)

После проверки идеи на состоятельность и отработки технологии дали всё это детям (с 2 по 8 классы). Минута объяснений, что ищем и куда смотерть, и они убежали с миской в руке.





Лисы было две, две команды искали два разных передатчика. В результате одной команде потребовалось менее 5 минут на поиски, другой минут 10 на хаотичное метание по поляне, после чего они напали на след, и поняли, что смотреть проще на цвет в watefall, а не на график сверху.

Цена

Лиса:

• ~$250 HackRF или rad1o badge

Радиопеленгатор:

• $8 DVB-приёмник на Aliexpress (у меня он был)
• 240 руб USB OTG (можно взять и дешевле)
• ~200 руб миска (уже была) — также позволяет принимать пищу
• ~10 руб магнитики (тоже были на холодильнике)
• 43 руб прога RF Analyzer — можно и из сурсов собрать бесплатно, но можно и автору сказать спаибо
• 0 руб сотовый телефон (есть у каждого в школьника)

Что можно улучшить

Это был первый опыт. Получилось весело, но в следующий раз мы же сделаем лучше!

Конечно улучшение антенны поможет быстрее определять направление. Яга выглядит очевидным кандидатом, но можно и другие попробовать. Кроме того, Ягу можно сделать на месте руками соревнующихся из подручных лесных материалов и заготовленных металлическийх штырьков.

Для усложнения можно передавать не всё время, а, например, раз в минуту. Но для этого уже нужно сделать передатчик видимым с большего расстояния, иметь направленную антенну и раздать карты. Это будет уже больше похоже на классический спортивный вариант.

Далее, можно не просто «светить», а передавать FM-сообщение с подсказками. В RF Analyzer есть встроенный декодер. Или азбукой морзе. Это уже требует или постоянно подключенного ПК, или написание l0adable для rad1o — программки для прошивки rad1o. Для удобства там есть rflib.

Также интересно будет не сообщеать точные частоты, а просто указать широкий диапазон. Пусть команды ищут ближайший и выбирают порядок прохождения маршрута.

Бонус

По купону GT_ARDF в течение недели в магазине 5smart.ru скидка 10% на весь ассортимент Z-Wave оборудования.

А ещё смотрим наши новые обучающие видео про автоматизацию дома своими руками.