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Ｃ９９ＵｓｂＡｎ (Ver1.0.3)
プログラムを起動すると左のようなフォームが開きます。 Ｃ９９ＵｓｂＡｎはＵＳＢ−Ａｎと呼ばれる ＵＳＢに接続してパソコンからデジタル入出力やアナログ入力ができるインターフェースボードを使って、ローテータを自動制御してアンテナを衛星の方向へ向けるためのプログラムです。 フォームには、ＣＡＬＳＡＴ９９で選択されている衛星の方位(Az)と仰角(El)をDDE(Deg)で数値表示し、同心円のグラフに赤い点でプロットします。 同心円のグラフは衛星が見える方向を N,E,S,W の方位と一番外側の円が仰角０度、中心が天頂方向の仰角９０度として表示します。 実際のローテータ（アンテナ）が向いている方向は、ローテータが出力する電圧をＵＳＢ−ＡｎのＡ／Ｄコンバータ機能を使って数値として取り込みます。 取り込まれた情報はUSB-An(V)で数値を表示し、C99UsbAn.INIに設定されている、方位０，３６０度、仰角０， １８０度の時のローテータの電圧情報を基に角度情報に変換し、方位軸と仰角軸として表示します。 ４つの矢印は、ローテータを上下左右に動かすためのボタンで、手動ボタンが点滅しているときに有効です。 自動ボタンを押すとＣＡＬＳＡＴ９９から取り込んだ衛星の方位と仰角の方向にローテータを自動制御し、制御している矢印ボタンが点滅します。 自動制御中は 水色の扇型の表示が現れ、実際のアンテナの方位と仰角を表示し、扇の先端が衛星の位置を示す赤い点を追いかけるように制御・表示します。 扇の開き具合は制御誤差の許容量で、低軌道の衛星では初期設定の５度で十分な精度で追尾できます。 自動ボタンには自動Ｎと自動Ｆの２つのボタンがあります。 自動Ｎボタンでは仰角ローテータの０度〜９０度の範囲を使って衛星を追いかけます。 自動Ｆボタンではフリップモードと呼ばれる動作で仰角ローテータの９０度〜１８０度の範囲を使って衛星を追いかけます。 衛星が方位ローテータの回転起点を横切る場合にはフリップモードを利用すると連続した追尾を行うことができます。 衛星の仰角が０度以下になるとローテータの制御は停止します。 １，２，３のボタンは、あらかじめC99UsbAn.INIに設定された方向にアンテナを向けるためのボタンです。 アンテナが設定された方向に向くとローテータの制御は停止します。
USB-Anとローテータの接続インターフェースの例
USB-An基板の右下の自由に使える場所にソケットを追加しました。 J２の0,1,2の３ビットを使ってローテータの回転制御を行います。 方位と仰角の電圧はJ4の0,1に接続します。 また、J３にジャンパー接続を追加して、USB-Anの動作モードをアナログ８ビット２CH入力／３ビットデジタル出力として動作するようにしています。
USB-Anからの３ビットのデジタル出力を受けてローテータの左右回転停止、上下回転停止のON/OFF信号に変換する基板です。 BCDコードを10本の信号線に変換するSN74LS42、信号を保持するためのRSフリップフロップSN７４２LS７９A、4組のオープンコレクタ出力のためのトランジスタ２SC1815、ローテータからの角度電圧のためのLPFを構成する抵抗とコンデンサなどが実装されています。
コネクタで接続した状態です。 動作に必要な電力はUSBから供給され、基板間を接続するコネクタから自作の基板にも供給することが出来るので、別途電源 を供給する必要はありません。
ロジックICの回路を組もうと適当なICの型番を見つけても実際にパーツを入手することは難しくなっているのが現状のようです。 SN74LS42やSN７４LS279Aも例外ではなく、今後さらに入手は困難になるように思われます。 一方、ＰＩＣ−ICは秋葉原などでは容易に入手することが出来て、プログラムで機能を記述することで、ロジックICを組み合わせた機能を実現 することが出来ます。 このような現状からUSB-Anから出力されるローテータの制御コードを右左上下の回転制御信号に変換するロジックをPIC16F84Aを使って実現してみました。 変換のために必要な部品は、PIC16F84Aとセラロック(10MHz)の２つです。 PIC16F84Aにはデジタル入出力端子が今回の制御には十分な数があって、ポートAを入力に、ポートBを出力に使っています。 ポートBは８ビットあるため、右左上下の基本的な制御の４ビットと負論理の４ビットを出力するようにプログラミングしました。 制御の対象によって使い分けたり、制御の状態を表示するために利用することが出来ます。 ロジックICを使った回路では、頻度はかなり少ないのですがローテータ制御信号を保持するRS−FFの信号が誤った状態で2秒間保持される現象を確認していましたが、PIC1６F84Aでは内部に書き込んだプログラムによって監視、変換、出力しているため、改善されました。
ロジックICを使った場合には少なくても２個のICが必要でしたが、PIC16F84Aで同じ機能を実現しています。 負論理の出力にはLEDを接続してモニタ機能に利用しました。 正論理出力はトランジスタ(2SC1815)のオープンコレクタ出力に使っています。 インターフェースの基板サイズも小さめになっています。 もちろん、先に示したインターフェースの例で実用的にローテータを制御することが出来ます。
このプログラムでは、ＵＳＢ−Ａｎを制御するための設定や追尾の精度を高めるためにC99UsbAn.INIを変更・設定することができます。 C99UsbAn.INIの初期設定は次のとおりです。
[ANTENNA] 順番に、Ｃ９９ＵｓｂＡｎの設定の意味と設定の方法を説明します。 RotatorKiten = N 方位(Az)のローテータを左に回し切った時に、アンテナの指向性がどちらを向いているかを設定する値です。 Ｃ９９ＵｓｂＡｎではこのアンテナの向きを北、東、南、西の４方向のいずれかに設定できます。 上の設定例は北にしたときのもので、N,E,S,W のうちの１文字を設定します。 アンテナの指向性を設定した方位へ正確に設定してください。
RotatorAzFit = NO ローテータのポテンションメータの非直線性によって、回転軸の角度と角度電圧の関係を最小角と最大角の情報を与えただけでは、中間の角度で誤差が生じます。 このため、回転角と角度電圧の関係をテーブル(Az-V.TXT,El-V.TXT)に記述して与えて、より高精度なアンテナ制御を行います。 テーブルのデータを使って、直線近似から１２次の曲線近似まで計算することができ、近似計算を行うか行わないかを指定(YES/NO)することができます。また、近似計算の次数を1〜12で指定します。
RotatorAzOffset = 0 この３つの値は、フォームにある３つのスライダーの設定を保存するものです。 通常、プログラム終了時に自動的に保存し、プログラム起動時に読み込んで設定します。
RotatorAzSpeed = 2 自動制御時のローテータ回転速度を手動で可変することができますが、プログラム起動時の設定倍数(1〜10)を保存します。初期設定は２倍になっていますが、ローテータの回転速度や衛星の方位・仰角の変化スピードによっても最適値は変化しますが、よく使う値に変更することができます。
RotatorAzMin = 0 Ｃ９９ＵｓｂＡｎでは、アンテナの方位(Az)の回転範囲をプログラムから制限することができます。 設定の方法は、回転範囲の最小値と最大値の数値を与えます。 初期設定では０〜３６０度か回転範囲として設定されていて、全範囲に回転することができます。
RotatorElMin = 0 Ｃ９９ＵｓｂＡｎでは、アンテナの仰角(El)の回転範囲をプログラムから制限することができます。 設定の方法は、回転範囲の最小値と最大値の数値を与えます。 初期設定では０〜 １８０度が回転範囲として設定されていて、水平方向から天頂、さらに天頂からアンテナが反転した水平方向までの全範囲に回転することができます。
UsbAnAzMin = 0 ローテータの回転位置は、ローテータのコントローラーから出力される角度に対応した電圧情報をＵＳＢ−Ａｎのアナログ入力機能を使ってＣ９９ ＵｓｂＡｎに取り込まれます。 プログラムが動作中は USB-An(V)のフレームに、この電圧値が表示されています。 ＵＳＢ−Ａｎのアナログ電圧の入力範囲は０〜５Ｖなので、ローテータのコントローラーからの出力電圧が方位０〜３６０度で入力範囲になるようにあらかじめ確認・調整が必要です。 初期設定では、方位のローテータの回転軸が０度の時の電圧が０Ｖ、３６０度回転した時の電圧が５Ｖの場合です。 これらの設定値と USB-An(V) Az: の電圧値から方位軸の角度は、つぎの関係から求めています。 方位軸の角度 = (電圧値 - UsbAnAzMin) / (UsbAnAzMax - UsbAnAzMin) * (RotatorAzMax - RotatorAzMin) + RotatorAzMin 設定の手順は以下を参考にしてください。 ・方位のローテータを RotatorAzMin の方向に設定します。 ・上の状態で、USB-An(V) Az: に表示されている電圧を UsbAnAzMin = の値とします。 ・方位のローテータを RotatorAzMax の方向に設定します。 ・上の状態で、USB-An(V) Az: に表示されている電圧を UsbAnAzMax = の値とします。 ・C99UsbAn.INIを変更して、Ｃ９９ＰＩＣＮＩＣを起動して、動作を確認します。 ※Az-V.TXTを使う場合には一時的に無効となります。
UsbAnElMin = 0 方位軸と同様な考え方です。 初期設定では、仰角のローテータの回転軸が０度の時の電圧が０Ｖ、１８０度回転した時の電圧が５Ｖの場合です。 これらの設定値と USB-An(V) El: の電圧値から仰角軸の角度は、つぎの関係から求めています。 仰角軸の角度 = (電圧値 - UsbAnElMin) / (UsbAnElMax - UsbAnElMin) * (RotatorElMax - RotatorElMin) + RotatorElMin 設定の手順は方位の設定方法を参考にしてください。 ※El-V.TXTを使う場合には一時的に無効となります。
Preset1Az = 0 フォームにある１，２，３のプリセットボタンの設定値です。 Preset1では方位０度、仰角０度が初期設定の値です。 方位のPreset1Azには０〜３６０度、仰角のPreset1Elには０〜１８０の値を設定することができます。 Preset2,Preset3についても同様です。 ボタンの上にカーソルを移動するとボタンに設定されている方位と仰角がポップアップ表示され、確認することができます。
frmMainTop = 0 この２つの設定値は、フォームの表示位置を保存するためのものです。 プログラム終了時に自動的に保存し、プログラム起動時に読み込んで設定します。
Ｃ９９ＵｓｂＡｎの改訂履歴
Version 1.0.3 (2011/01/23) ・カーソルキーでのローテータ回転でキー押し込み時の処理を修正した。
Version 1.0.2 (2010/08/14) ・方位仰角画面でアンテナ方向の描画での不具合を修正した。
Version 1.0.1 (2010/07/26) ・カーソルキーでローテータを制御した時に連続してUSB-Anにコマンドを送る不具合を改修した。
Version 1.0.0 (2010/04/25) ・「ＪＲ１ＨＵＯのＷｅｂサイトへようこそ！」で公開。
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プログラムＣ９９ＵｓｂＡｎは、ＣＡＬＳＡＴ９９の拡張プログラム
として動作します。 動作に必要なデータはＤＤＥ機能を使ってＣＡＬＳＡＴ９９から取得しますから、Ｃ９９ＵｓｂＡｎを起動する前にＣＡＬＳＡＴ９９を起動しておいてください。
