Всё прогрессивное человечество празднует 18 апреля Международный день радиолюбителя. В этот день в 1925 году на Международной радиолюбительской конференции в Париже был основан Международный союз радиолюбителей (IARU).
Связь без проводов тогда воспринималась как нечто фантастическое, и вызывала массовый интерес. Радиоволны без всяких затруднений распространялись через любые национальные границы, и для координации и представления интересов национальных радиолюбительских организаций на международном уровне требовался наднациональный орган. Им и стал IARU.
В те времена единственным доступным радиолюбителям способом связи был радиотелеграф. Потом стала появляться и голосовая связь, но ещё очень долгое время в глазах широких народных масс радиолюбительство ассоциировалось с писком «морзянки».
Для работы радиотелеграфом нужен телеграфный ключ, и выбор ключа имеет очень большое значение. А ещё телеграфный ключ можно сделать самому, о чём и пойдёт речь далее.
Немного истории
Изначально радиотелеграфисты пользовались классическими «прямыми» ключами. Модификаций этих ключей было множество, но наиболее распространённым на территории ex-СССР остаётся один из советских армейских ключей (на рисунке выше). Такой ключ монтируется на край стола, и работа на нём производится движением кисти руки в лучезапястном суставе вверх-вниз при находящемся «на весу» локте. Нужно добавить, что профессионально приобретённый радистами тендовагинит лучезапястного сустава гордо именуется ими «стеклянный кулак».
Разгрузить руку радиотелеграфиста удалось с помощью телеграфных ключей с двумя рабочими направлениями (вправо и влево). Работа на таких ключах производится движениями кисти руки, поставленной на ребро. Рычаг такого ключа находится между полусогнутыми большим и указательным пальцами.
Для сокращения количества движений кистью стали применять сначала механическую, а затем и электронную «обвязку», обрабатывающую положение рычага ключа. По традиции, восходящей ещё к ключам «BUG» производства Vibroplex (на рисунке выше), при нажатии вправо электронными ключами обычно передаётся серия точек, а серия тире – при нажатии влево. Впрочем, ключ можно настроить и наоборот, кому как удобно.
Главное, точный расчёт
Электронный ключ имеет перед «прямым» ещё одно важное преимущество. Электронная «начинка» ключа автоматически выдерживает длительности элементов кода Морзе, даже если рычаг ключа «недожат».
Длительность элементов рассчитывается следующим образом. За базовую длительность принимают время передачи точки. Длительность тире равна трём длительностям точки. Пауза между элементами знака равна одной длительности точки. Пауза между знаками равна длительности тире, а пауза между словами – семи длительностям точки.
Теперь, как считается длительность точки. Эталонным словом (W в аббревиатуре WPM) является слово PARIS, буквы в составе которого, с учётом всех пауз, включая паузу после слова, содержат ровно пятьдесят базовых длительностей. При скорости 1 WPM длительность точки принимается равной 1,2 с. При скорости 20 WPM длительность точки будет уже, соответственно, 60 мс.
Скорость передачи в WPM переводится в скорость в «знаках в минуту» умножением на коэффициенты. Для текстов, составленных из 26 латинских букв, применяется коэффициент 4,22. Для цифровых радиограмм с нулём, передаваемым полностью, применяется коэффициент 2,9. Если ноль передаётся как «Т», значение коэффициента будет равно 3,17. Для равномерно смешанного текста из 26 латинских букв, четырёх знаков препинания (знак вопроса, дробная черта, запятая, точка) и 10 цифр применяется коэффициент 3,65.
Дорого, но мило...
Сейчас в качестве механической основы преобладают двухрычажные («двухлопастные») ключи.
«Фирменные» телеграфные ключи даже выглядят дорогими, но им есть альтернатива в виде напечатанных на 3D-принтере. Качество у них, конечно, невысокое, но на первых порах и такое сойдёт. Для отладки решения мне распечатали такой вот «двухлопастной» ключик:
И ямбом жечь сердца людей
Наиболее популярным режимом работы двухрычажного электронного ключа в настоящее время считается режим, допускающий нажатие второго рычага при нажатом первом («щипок»).
Рассмотрим, как это работает. Пусть нажат левый рычаг, и ключ генерирует серию точек: «ти-ти-ти…» Нажимаем одновременно с левым ещё и правый рычаг. Ключ начинает издавать: «ти-та-а-ти-та-а-ти-та-а». По аналогии с двухсложным ямбом это и называется «ямбическим» (iambic) режимом.
Что интересно, если при «щипке» ключ после «та-а-та-а-та-а» стал декламировать двухсложным хореем («та-а-ти-та-а-ти-та-а-ти»), этот режим всё равно будет «ямбическим».
«Ямбических» режимов – два. В режиме «Iambic A» при одновременном отпускании двух нажатых рычагов передача прерывается на последней сформированной посылке. В режиме «Iambic B» же, передача прервётся только когда сформируется «второй слог». Обычно радиолюбители используют режим «Iambic B».
Программная реализация «ямбических» режимов двухрычажным ключом была осуществлена в далёком 1998 году американским радиолюбителем Steven T. Elliott (K1EL) для своего легендарного электронного ключа на микроконтроллере PIC12C509A. Практически все последующие реализации подобных ключей являются адаптациями этого решения.
Не является исключением и реализация электронного ключа в проекте UHSDR немецкого радиолюбителя Andreas Richter (DF8OE) по мотивам SDR-трансивера mcHF шотландской радиолюбительницы Krassi Atanassov (M0NKA).
«Ямбический» электронный ключ на Black Pill
В основу решения, описываемого в этой публикации, легла реализация модуля DDS и модуля электронного ключа в проекте UHSDR. Решение это, в свою очередь, работает «поверх» драйвера составного устройства USB из одноимённой публикации.
Аппаратной платформой решения является недорогая отладочная плата Black Pill с микроконтроллером STM32F411CEU6 «на борту».
Ссылка на проект электронного ключа на Black Pill.
Тем, кто намеревается внести в проект CubeMX изменения, следует иметь в виду «Неочевидный нюанс 2» из вышеуказанной публикации.
Схема соединений Black Pill с «обвязкой» приведена на рисунке выше. Большая часть этой «обвязки» (OLED-дисплей, клавиатура, энкодер) нужна только для изменения параметров электронного ключа. Дисплей U2 служит для отображения меню, энкодер и кнопка энкодера S1 служат для навигации по пунктам меню, выбора пункта меню и изменения параметра; запись изменений производится по нажатию кнопки S2, а также кнопки энкодера S1; выход без сохранения – по нажатию кнопки S3.
Режимы работы ключа: «Iambic B» (по умолчанию), «Iambic A», «Ultimatic», «Straight». Скорость передачи: 4 – 60 WPM (по умолчанию 14 WPM). Тон сигнала: 300 – 1000 Гц (по умолчанию 700 Гц). Параметры электронного ключа по умолчанию задаются в модуле DSP (dsp_if.c) при инициации этого модуля.
Для работы без изменения параметров по умолчанию «обвязку» можно исключить вместе с модулем UI (user_if.c) и драйвером OLED-дисплея. В этом случае достаточно только подключить телеграфный ключ к портам PB0 и/или PB1, а также обеспечить подключение отладочной платы к компьютеру по USB.
Электронный ключ при подключении к компьютеру по USB должен определяться как составное устройство, состоящее из звукового устройства «Selenite TRX» и виртуального COM-порта. Для правильной работы электронного ключа нужно определить номер COM-порта и включить прослушивание для контроля сигналов на компьютере:
Помимо составного устройства USB, модуля UI и модуля DSP, электронный ключ состоит из модуля PTT (ptt_if.c), определяющего состояние контактов телеграфного ключа и линий DTR и RTS виртуального COM-порта.
Модуль DSP формирует сигналы телеграфных посылок и помещает их в буфер звукового устройства USB. В состав DSP для этого включены модули DDS и CW.
Квадратурный сигнал с тоном 300 – 1000 Гц формируется методом прямого цифрового синтеза (DDS) из таблицы синуса, содержащейся в модуле DDS (dds_if.c). Фронты полученных сигналов сглаживаются в модуле CW (cw_gen.c) фильтром Блэкмана-Харриса для устранения характерных искажений в виде «чириканья» (CHIRP) тона телеграфных посылок.
Обработчик состояния телеграфного ключа содержится в модуле CW и вызывается из модуля DSP при обращении хоста USB к входному буферу каждую 1 мс.
При использовании «прямого» ключа или линий DTR и RTS обработчик при «нажатии» направляет сигнал, сформированный в модуле DDS, через фильтр Блэкмана-Харриса и далее генерирует тон телеграфной посылки до момента «отпускания» ключа или линий. После «отпускания» сигнал формируется ещё небольшое дополнительное время, достаточное для обработки ниспадающего фронта фильтром, после чего модуль PTT запускает обработчик тайм-аута по выходу устройства из режима передачи.
При использовании режимов «Iambic» или «Ultimate» обработчик состояния телеграфного ключа запускает другой обработчик, работающий по схеме, разработанной в своё время K1EL.
Надо помнить, что обучение работе с любым телеграфным ключом состоит в выработке моторных навыков на уровне рефлексов. Переучиваться бывает крайне трудно. При этом ничто не мешает, например, использовать «ямбический» электронный ключ, как обыкновенный. Нужно просто не делать «щипки». А кому-то для работы в эфире вполне себе хватает и «классики».
В заключение открою ещё один небольшой секрет: некоторые радиолюбители используют вместо телеграфного ключа компьютер. Для этого в описываемом решении использован виртуальный COM-порт.
Управлять данным электронным ключом с компьютера можно, к примеру, с помощью популярной программы CwType. Вид основного окна программы CwType приведён ниже:
А это настройки программы для работы с электронным ключом, виртуальный COM-порт которого определился как COM7:
▍ От автора
В заключение хочу всех поздравить с Международным днём радиолюбителя. И неважно, какой телеграфный ключ выбран. Неважно, как ведётся радиообмен. Важно, чтобы это объединяло людей и доставляло им радость!
Изображения телеграфных ключей производства компании Vibroplex взяты из открытых источников и приведены для ознакомления. Остальные изображения и иллюстрации сделаны автором.
Выражаю благодарность Steven T. Elliott (K1EL), Krassi Atanassov (M0NKA), Andreas Richter (DF8OE) за их неоценимый вклад в развитие радиолюбительского движения.
73! de RD9F
Telegram-канал с розыгрышами призов, новостями IT и постами о ретроиграх 🕹️
Автор: Дмитрий Руднев
