Comentar que la versión para el sistema operativo de la Raspberry Pi Zero W ha sido: 2022-09-22-raspios-bullseye-armhf-lite.img.xz. Puede que algunos scripts no funcionen en otras versiones.

 

Descripción de ventanas

A continuación se muestran todas las ventanas del programa de PC/Android junto con la descripción de cada apartado y botón.

Ventana principal (siguiendo un satélite)

Durante el seguimiento o cálculo de un satélite al pulsar el botón de Start/Inicio se muestra la: latitud, longitud, distancia, período, azimut, elevación, altitud y velocidad del satélite seleccionado. 

Más abajo nos incida la hora en formato UTC y local, los botones para iniciar/parar el cálculo e iniciar/parar el seguimiento/tracking del satélite.

Debajo de los botones se encuentra el voltaje de la batería y una barra de estado que indica si estamos conectados y a que IP. Además de si se están realizado cálculos o moviendo la antena para seguir al satélite.

Ventana de apariencia

En esta ventana se puede personalizar la interfaz, pudiendo elegir entre 5 tamaños de letra, el color principal de la aplicación y el tema/theme de la misma. Que puede ser claro/light u oscuro/dark.

Ventana de configuración Nº 1

Pinchando en el menú de la aplicación (tres rallas horizontales en la esquina superior derecha) podemos navegar entre las distintas ventanas. En la ventana de configuración, como se aprecia en la imagen superior, tenemos los siguientes campos:

• Language/Lenguaje: elegimos entre inglés o español.
• Amsat Url: por defecto está la dirección web de donde se baja el archivo con las órbitas de los satélites de radioaficionado de la NASA, pero se puede cambiar por otra distinta.
• Data directory/directorio de datos: nos informa del directorio donde se guardan las preferencias y configuración de la aplicación. No se puede modificar.
• Host IP/IP del anfitrión: se indicar la dirección de la unidad de la antena (Raspberry Pi).
• Interval/intervalo: especifica el intervalo en milisegundos en que se quiere recibir mensajes de la antena.
• Low battery/batería baja: se indica el voltaje en el que se quiere que salte la alarma de la batería.

 

Ventana de configuración Nº 2

Continuando hacia abajo en la ventana de configuración nos encontramos con:

• Latitude/latitud: latitud del observador (antena) en grados.
• Longitude/longitud: longitud del observador (antena) en grados.
• Elevation/elevación: elevación en metros del observador (antena). Se obtiene de un GPS o mapa, al igual que los datos anteriores.
• Elevation (steps)/elevación (pasos): son los pasos o pulsos que tiene que dar el motor de elevación hasta empezar a moverse al cambiar de dirección.
• Azimuth (steps)/azimut (pasos):lo dicho anteriormente pero para el motor de azimut.
  
• Rotation (steps)/rotación (pasos): lo dicho anteriormente pero para el motor de rotación.
  

 

Ventana de configuración Nº 3

Siguiendo con la ventana de configuración:

• Desplegable motor: en él podemos seleccionar el motor que vamos a configurar.
• Min.Range (degrees)/rango mínimo (grados): es el ángulo mínimo, grados que podemos mover la antena respecto a la posición inicial cuando el programa está siguiendo automáticamente un satélite.
• Max.Range (degrees)/rango máximo (grados): lo dicho anteriormente pero aplicado al angulo máximo.
• Steps per revolution/pasos por vuelta: son los pasos o pulsos necesarios por el driver del motor para dar una vuelta completa.
• Gears multiplicator/multiplicador de engranajes: es el ratio que tiene un engranaje conectado a ese motor, en la imagen es cuatro, por lo que el driver deberá dar 800 por 4 pulsos, cuatro vueltas del motor para dar una en el engranaje.
• Speed/velocidad: velocidad en vueltas por minuto (RPM) del motor.
• Enable/habilitado: indica si se enciende o no ese motor.
• Inverted/invertido: indica si la señal de habilitación anterior tiene la lógica invertida.
• Botón Close/cerrar: cierra la ventana de configuración.
• Botón Download TLS data/bajar datos TLS: descarga los datos de las orbitas de satélites de la dirección especificada al principio de la configuración.
• Botón Motors limits test/prueba de límites de motores: prueba todos los motores intentando dar una vuelta completa en cada dirección. Así se verifica si se respetan los límites impuestos. Hay que tener cuidado por si hay que desconectar la antena en caso de golpear algo. Y sabiendo que la posición inicial se toma como referencia, y supone que se encuentra la antena al conectar el programa en horizontal y apuntando al norte.
• Botón Simulate 90 pass/simular pase a 90 grados: simula un pase de norte a sur pasando justo por encima, para comprobar el movimiento de la antena.
• Botón Disable motors/deshabilitar motores: apaga todos los motores de la antena.

Aviso durante el apagado de motores

Al pulsar el botón descrito anteriormente, el programa pide confirmación, ya que la antena caerá desde la posición en la que se encuentre en ese momento. Este mensaje aparecerá también al bajar el voltaje de la batería al valor de alarma, después de mostrar el aviso de la imagen inferior.

Aviso por bajo voltaje en la batería

Ventana de control manual de motores

Mediante el menú de la aplicación podemos acceder al control manual de los motores. No se respetan los límites de la configuración por lo hay que tener cuidado. Y sirve para medir los pasos (steps) que se tienen de holgura en los engranajes, probar los motores o posicionar correctamente la antena. 

Si la antena no está correctamente, en horizontal y mirando al norte, podemos hacer correcciones desde esta ventana, ya que no se actualiza la posición actual de la antena al moverla.

El funcionamiento es muy sencillo, cada motor tienen un deslizable donde se indican los pasos (steps) a dar por cada pulsación de los botones que se sitúan encima de él. Pudiendo elegir entre 1 y el número necesario para dar una vuelta completa (del engranaje acoplado a él si tuviera).

Más abajo se encuentran los botones:

• Stop/parada: para los motores.
• Initial position/posición inicial: mueve la antena a la posición inicial.
• Close/cerrar: cierra la ventana y vuelve a la pantalla principal.

Búsqueda de un satélite

Si se empieza a escribir el nombre de un satélite y se despliega el menú, aparecerán todos los satélites que comiencen por lo indicado.  

Lista de todos los satélites

Si se despliega sin escribir nada, muestra una lista de todos los satélites que contiene el archivo de orbitas descargado.

Ventana de log

Desde el menú del programa también se accede al log, pudiendo ver los mensajes del funcionamiento interno del programa o errores que se puedan producir.

Algunos de los botones cambian de texto según el estado del programa, como es el caso del botón de inicio o seguimiento, que cambian a parar o siguiendo una vez son pulsados, y vuelven a su estado anterior al pulsarse de nuevo o producirse algún error. 

También pueden aparecer sombreados/deshabilitados si no se está conectado a la antena o está en un modo que no es compatible.

Al no estar conectado no se pueden hacer las pruebas de motores

Botones deshabilitados al no estar conectado

Durante el seguimiento de un satélite, al estar moviendo la antena el programa, solo se deshabilitan los botones relacionados con azimut y elevación, permitiendo mover el de rotación en tramos de 10 grados. El control deslizante de rotación no tiene efecto durante el seguimiento de un satélite.

El código fuente de ambos programas se encuentra en el repositorio. Dejo una descripción de la estructura del mismo:

• Assets: se encuentran las traducciones y los iconos utilizados por el programa.
• Bin: ejecutables finales para cada arquitectura. Destaca el archivo natsServer.conf, que contiene la configuración del servidor de mensajes.
• Cmd: contiene el código de entrada de ambas aplicaciones.
• Internal/app/sattrk: un archivo con todos los manejadores de eventos (handler.go), otro con los mensajes (msg.go), otro con las diferencias para el tema de la interfaz gráfica (theme.go) y el que se encarga de la creación de todas las ventanas (ui.go).
• Pkg: contiene los paquetes de aplicación: Board con todo lo relacionado con la placa de circuito impreso, Core con el código central y compartido por ambas aplicaciones y Validator con un validador personalizado para las entradas de texto de la interfaz gráfica.
• Resource: contiene el código para compilar los iconos y traducciones e insertarlos en el binario ejecutable.
• Raspberry_AP: contiene el script e instrucciones de como crear el punto de acceso wifi.
• AntennaToRaspberry.sh: script encargado de copiar el ejecutable y la configuración a la Raspberry Pi, incluye instrucciones de como instalar un servicio para que se inicie automáticamente al arrancar.
• MakeBuilds.sh: script que realiza la compilación de los dos programas en todas las arquitecturas mencionadas anteriormente en este artículo.
  

 

Conclusiones y posibles mejoras

Las conclusiones finales de todo el proyecto una vez finalizado son varias. Primero comentar que como todo proyecto que se precie, el tiempo previsto se ha dilatado una barbaridad. Entre paradas por motivos varios, la falta de documentación de algunas librerías y ciertos comportamientos del framework a la hora del diseño de la interfaz gráfica, han llevado a tardar mucho más de lo esperado en el apartado de software.

El framework no está preparado para un desarrollo profesional, su rendimiento en Android deja que desear y no ofrece la posibilidad de acceder a funciones de dispositivos dentro de Android, como los acelerómetros y GPS por comentar algunos. Si tuviera que hacer un programa compilado multiplataforma que incluya Android en un futuro, consideraría Flutter.

En cuanto al diseño 3D, pues me ha ayudado a mejorar un poco en ese apartado y he introducido los ensamblajes, que no había usado nunca. Siendo el tema mecánico más complicado de lo que pueda parecer a primer momento. Ha habido que estudiar algunos conceptos y como diseñar engranajes según las fuerzas y ratio requerido, tienen muchos más parámetros de los que parece.

A la placa de circuito impreso (PCB) le he dado un aspecto más profesional al utilizar más la capa de serigrafía e introducir dibujos en la misma. Así como hacer más fácil la portabilidad de los archivos de diseño al crear una biblioteca interna con todos los componentes utilizados.

La antena ha sido la primera que he construido y al final funciona, pero su robustez y peso no son sus punto fuertes.

Al final como todos los anteriores proyectos, realiza su cometido y me ha ayudado a seguir aprendiendo. Y como todo es mejorable, dejo una pequeña lista de posibles mejoras y todos los archivos y documentos en el repositorio para los que lo quieran construir o tomarlo como base para su proyecto.

• En cuanto a la aplicación ya lo he comentado unos párrafos más arriba.
• Para la antena hubiera sido mejor utilizar secciones de alambre mucho más largas y poder curvarlos con algún utensilio sin necesidad de tanta soldadura y empalmes.
• También es interesante probar a usar cinta de cobre y pegarla sobre la pieza impresa para fijar los elementos conductores. No siendo a presión como las demás, si no usar dos mitades y un tornillo. Ambas con cinta pegada y la inferior soltada al cable de la radio, de esta manera se pueden quitar dichos elementos y desarmar por completo la antena.
• Utilizar otro material par el brazo de la antena, uno que pese menos y así poder utilizar la versión más larga.
• Otra opción es modificar y reforzar la pieza donde se une la antena a la base motorizada, la que tiene el motor de rotación, y desplazar y/o modificar el peso para que la antena esté perfectamente contrabalanceada.
• En la PCB, incluir los mosfets para utilizar un driver externo que los requiera directamente.