写在前面

 

UVK5自带的DP32G030性能有点过于恰如其分了，无论是主频还是程序存储空间都是刚好能够实现设备的基本功能，扩展和魔改的空间有限。虽然目前已经有利用片外ROM作为程序存储空间扩展的技术，使之能够实现多种功能，但是一些高级功能依旧受限于MCU的本体性能而无法实现。

 

UVK5改装圈子里已有基于SI4732的短波扩展模块，该模块替换了原厂的BK1080广播接收芯片，使用I2C总线通信。

 

欸，I2C是吧，总线是吧，原厂K5的MCU的I2C总线里挂了一个屏幕、一个BK1080、一个EEPROM，那我再另外挂个劲大的也不是不行。俺寻思这个STM32做个I2C Slave也不是不行。

 

加都加了，看着那块地方的空间还挺大，那我再加一个GNSS模块也不是不行，这样就摇身一变成了打星快乐机。

 

演示视频：https://www.bilibili.com/video/BV1zvRNYdEdj

 

已实现的功能

 

• GNSS定位
• 实时卫星位置计算
• 实时多普勒频移计算
• 未来2小时的卫星轨迹预测

 

硬件改装

 

底下工程里的板子打出来直接就能用，上面的GNSS模块可以换成别的ATGM336型号。

 

安装步骤

• 把板载的BK1080拆了

• 把BK1080焊到模块的SOT-8焊盘上。注意：模块的焊盘比较窄，可能需要把芯片的两侧引脚往中间掰一下

• 把模块焊回BK1080的位置上，这里需要一点锡焊技巧，要从K5主板的焊盘拉锡桥到PCB的正面。当然你也可以加钱用更薄的板材制板，我选0.8mm是因为这个厚度不用加钱

• 选择GNSS天线，用尺寸8mm*8mm的，基本是能买到的最小GNSS陶瓷天线了

• 上热熔胶怼到LED的背面，注意调整方向使得馈线从侧面引出来然后从PCB顶部绕出去（箭头所示）

• 天线顶端与屏幕排线前端对齐

• 铝壳开槽，如图所示。基于原来的这个浅坑，两侧挫掉2mm，底部挫到和内侧底面平齐。左边顶部修掉3mm然后再加一个倒角走馈线

天线四周一定要留至少1mm空隙，不然天线收不到信号

• 馈线焊到GNSS模块的天线和GND引脚
  
• 把炒鸡电容焊上。注意：电容要翻过来装（看图，负极在上正极在下），所以别让SMT贴，单独买元件回来自己焊！

 

程序

 

K5端

 

介绍

 

工程源码在uvk5-firmware-cpeval-main.zip中

 

gayhub项目地址：https://github.com/wabulutian/uv-k5-firmware-cpeval

 

基于Fagci的频谱固件，裁剪除了基本功能之外的所有业务代码后能空余出20kB左右的程序存储空间，在其中实现协处理器相关的功能（下称“协处理器应用”）。

 

无论是GNSS消息读取和解码还是利用SGP库计算卫星状态，都无法在K5的处理器中完成，因此协处理器应用仅提供基本的显控与射频部分控制功能，定时通过I2C总线与STM32端通信获得复杂功能的最终处理结果。

 

为了更加精简协处理器应用的程序大小，将尽可能多的计算转移到STM32端。例如对乘除、取余等都在STM32端完成，协处理器应用只接收用于显示的数据（例如：STM32端将浮点数123.456分为123和456两个整数（变成123456的话最后显示依然需要除法和取余）后通过I2C发送）。

 

稍微设计了一下UI

 

考虑到主要面向打卫星的场景，主要是调整上下行频率，所以将原来的VFOA+VFOB显示模式变成TX+RX的形式。并且取消了静噪（谁打卫星开静噪啊）。

 

增加了线性转发器频移计算功能，根据常用的线性星通联习惯，提供“固定TX，RX改变”和“固定RX，TX改变”两种多普勒模式，以及“正常转发器”、“反相转发器”两种频率联动模式。原本是用来配合A1A CW功能实现线性卫星CW通联的，但是存储空间放不下A1A CW的代码了，现在就听个响。

 

还是因为存储空间不足，所以协处理器应用只能同时呈现10个卫星的实时信息或1个卫星的后续2小时预测信息

 

在协处理器应用之外就是纯净的基础系统，而且因为保留了BK1040且没对EEPROM进行任何修改，所以非常安全，不用担心丢信道或者丢校准或者用不了收音机。

 

存在的问题

 

• 我对BK4819的寄存器定义和操作方式一窍不通，类似AGC、降噪等参数设置一塌糊涂，接收效果可能不如其他固件
• 射频接收链路有时候会抽风，大概是某个地方的内存漏到BK4819芯片的寄存器控制代码里去了
• 协处理器应用和基础系统的CTCSS哑音静噪设置会互相打架，不过我用这个基本就是开机直奔协处理器应用，对我没啥影响
• 调整频率的时候会有咔哒声，应该是混频器参数修改瞬间的杂波被解调后形成的噪声，在DSB模式尤为明显。但是注意到有些固件能够消除这个噪声，不知道怎么搞，不搞了
• 一些原版Fagci频谱固件的BUG

 

STM32端

 

介绍

 

工程源码在UVK5-CP-PLUS-GNSS.zip中，是STM32CubeMX+MDKARM的裸机应用

 

主要就俩功能：定位授时、算多普勒

 

定位授时就是读GNSS模块的串口报文，直接能得到UTC时间和经纬度。卫星状态计算用的是一个开源的SGP/SDP解算库，自带从TLE中读取参数的功能。

 

TLE使用串口通过写频线发给K5，然后原封不动地用I2C转到STM32上，协处理器应用主要起一个透传的作用。

 

已有的数据（卫星参数、台站定位、时区等）存在片内flash里，实现掉电不丢，每次上电之后调用保存的数据。

 

时区只是为了显示方便，整个程序里用到的都是UTC时间或者UNIX秒数之类的。

 

每次上电后第一次GNSS成功定位时向flash里存入最新的定位信息，再之后就不管了，反正打卫星对定位精度要求不高

 

程序有两种模式：普通模式、预测模式

 

普通模式下以2秒一个循环的速度遍历10个卫星信息，并计算它们的实时参数（通过200ms定时器中断调度），参数包括实时俯仰角、方位角、速度、上下行频率等

 

预测模式下处理器主频只能支持一个卫星以1Hz的刷新率更新实时参数，并且预测未来2小时的轨道，并并且给出下一个起升/下落事件的倒计时

 

按理说这套应用基于FreeRTOS或者RTT这类的操作系统编写起来会更加高效，但是我懒

 

存在的问题

 

• 开启预测模式之后就进不了串口中断，无法更新GNSS数据，虽然现在直接在预测模式时禁用了串口而且影响也不大，但总归是一个毛病

 

使用方法

 

切换应用

 

开机后按F+5键进入协处理器应用，在应用主界面按EXIT键返回基础系统

 

界面和操作

主界面

按键	功能
M	进入主菜单；（快捷菜单启用时）退出快捷菜单
↑	增加主要频率；（快捷菜单启用时）修改当前快捷菜单项参数
↓	降低主要频率；（快捷菜单启用时）修改当前快捷菜单项参数
EXIT	退出；（快捷菜单启用时）退出快捷菜单
PTT	FM模式下发射
侧键1	使能快捷菜单
侧键2	无功能
1	增加次要频率
2	切换频率控制方式：Tx→Rx→Tx手动Rx随动→Rx手动Tx随动
3	无功能
4	切换频率调整步进：100k→10k→1k→100Hz
5	进入频率输入模式
6	切换AF BW：25k→12.5k→6.25k
7	降低次要频率
8	无功能
9	无功能
0	切换解调模式：FM→AM→DSB
*	无功能
F	无功能

 

主菜单

按键	功能
M	进入当前选择的子菜单
↑	移动光标
↓	移动光标
EXIT	返回主界面

 

GNSS信息子菜单

按键	功能
M	保存当前时区
↑	时区+1
↓	时区-1
EXIT	返回主菜单

 

卫星信息子菜单

按键	功能
M	以当前卫星开启预测/多普勒模式→退出预测/多普勒模式
↑	移动光标
↓	移动光标
EXIT	返回主菜单
*	跳转到当前卫星对应栏位号的TLE子菜单

 

TLE导入子菜单

按键	功能
M	（数据有效时）导入当前TLE；（删除模式时）删除该栏位的卫星数据
↑	增加栏位编号
↓	降低栏位编号
EXIT	返回主菜单
*	跳转到当前栏位号对应的卫星信息子菜单
F	切换TLE导入、删除模式

 

我只想打个卫星

• 开机
• F+5进入协处理器应用
• MENU进入主菜单

如果还没有定位和授时，或上次定位/授时数据已经失效

• 到户外开阔地带等待GNSS定位和授时（冷启动定位时间约3分钟）
• 确认预测/多普勒模式没有开启，否则无法接受GNSS模块的消息
• 定位和授时成功后GNSS信息子菜单会显示对应数据，屏幕上方的状态栏也会出现“G”标识

如果还没导入卫星信息

• 选择TLE，进入TLE导入子菜单
• 插上写频线，打开电脑的串口助手，设置波特率600000，按以下格式发送卫星参数

  TLE+ 卫星名称 第一行TLE 第二行TLE 转发器上行频率（单位Hz） 转发器下行频率（单位Hz） $

  例如

  TLE+ ASRTU-1 1 61781U 24199AY  24350.96869213  .00004303  00000-0  17741-3 0 00002 2 61781 097.3789 215.1172 0019342 097.4012 322.3356 15.23939602000014 145850000 436210000 $

• 按上下键选择待保存的栏位编号，按1~5键检查屏幕显示的信息是否与串口传输的一致
• 若屏幕显示VALID，按MENU键保存该条卫星数据

如果已经导入了卫星信息

• 进入卫星信息子菜单，选择要打的卫星，按MENU键开启预测/多普勒模式，此时该卫星名字左侧出现>符号
• 返回协处理器应用主界面，按侧键1进入快捷菜单，多次按侧键1选择菜单项，按上下键修改菜单值
• 将快捷菜单第一项（跟踪模式）设置为FM，第三项根据转发器哑音设置，设置完成后按MENU或EXIT退出快捷菜单
• 当跟踪模式设置为FM后，RX和TX频率就会变成该卫星的实时频率
• 可在界面下方中部查看卫星名称、方位、下一次起升/下落倒计时，在界面右下角查看雷达图和轨迹预测