Minęło dużo czasu, odkąd wariometr nie jest już produkowany, jednak wciąż zdarzają się pytania o jego dostępność. Nie jestem w stanie wznowić produkcji, z przyczyn technologicznych i finansowych, ale mogę opublikować schemat i źródła. Jeżeli kolejne pokolenia modelarzy będą chciały zaczerpnąć pomysł na budowę współczesnej wersji urządzenia, to wyrażam zgodę na korzystania z moich rozwiązań. Niech to będzie prezent z okazji 21 lat istnienia firmy. Schemat wygląda następująco (kliknij obraz, aby pobrać PDF):
Schemat jest wciąż aktualny i może okazać się potrzebny do naprawy. W szczególności po twardym lądowaniu, gdy odkształci się płytka, typowe uszkodzenie to popękane kondensatory ceramiczne. Dokument podpowie, jaką powinny mieć wartość, gdyż na kondensatorach w przeciwieństwie do oporników nie ma nadrukowanej wartości.
Gdybym miał wznowić projekt to zmieniłbym mikrokontroler, bo jest już archaiczny. W tamtym czasie był wybrany, bo w jako jedyny był wystarczająco mały i miał 12-bitowy przetwornik A/C. Dzisiaj trzeba byłoby się zastanowić, czy współczesne cyfrowe czujniki ciśnienia są w stanie zaoferować większą rozdzielczości niż używany wtedy czujnik analogowy. Prawdopodobnie będą lepsze, a cyfrowe różniczkowanie sygnału pozwoli zaoszczędzić sporo miejsca na płytce.
Wszystkie czujniki są analogowe. W szczególności analogowy jest tor różniczkowania napięcia odpowiadającego ciśnieniu na danej wysokości. Kluczowy jest tutaj wzmacniacz operacyjny o bardzo małym napięciu offsetu i prądzie biasu. Offset trzeba dobrać tak, aby był mniejszy od zmiany napięcia czujnika przy zadanej czułości. W projekcie jest to 5 cm/s. Bias musi być mniejszy od prądu upływy kondensatora różniczkującego C4. Aby uzyskać minimalny upływ, zastosowałem kondensator 3,3 uF z dielektrykiem PPS (polisulfidowy). W tamtych czasach to był najlepszy osiągalny porównywalny do tych z izolatorem polipropylenowym, ale oferującym dużo większe pojemności. Koszmarnie trudno było to kupić i tylko w dużych ilościach, co kosztowało majątek. Być może dlatego w dzisiejszych czasach nie warto robić członu różniczkującego w postaci analogowej.
Sposób generowania sygnału wariometru i komunikatów głosowych może pozostać niezmieniony. Ton generowany przez DAC kontrolera jest splotem 2 sinusoid różniących się 3-krotnie częstotliwością o tak dobranym rozmiarze, aby zmieścić pełny okres obu przebiegów. Dzięki dwóm częstotliwościom radio jest w stanie przenieść znacznie niższą częstotliwość niż dla pojedynczego tonu. Radio wtedy przenosi ton wyższej sinusoidy, a użytkownik słyszy głównie dźwięk tej niższej. Poza tym modulowany ton jest przyjemniejszy dla ucha.
Komunikaty głosowe wymawiane przez DAC taktowany timerem, były zapisywane w pamięci Data Flash 45DB321. To jest aktualne do dzisiaj, chociaż oferta pamięci jest znacznie szersza niż kiedyś. Ze względu na wydajność kontrolera i ówcześnie dostępny rozmiar pamięci, komunikaty zapisywane były jako 8 bitowe, próbkowane na 8 kHz. We współczesnych konstrukcjach np. APL3 stosuję 16 bitów i 16 kHz. Więcej nie ma potrzeby, ponieważ tak żadne analogowe radio nie przeniesie lepszego sygnału. Gdyby potrzebny był kompromis, to lepiej jest zwiększać częstotliwość próbkowania niż rozdzielczość próbki.
Logger zapisywał dane w tej samej pamięci, gdzie trzymane były komunikaty, tylko w wydzielonej przestrzeni, tak aby log ich nie nadpisywał. Każdy minimalny blok pamięci był wizualizowany w oprogramowaniu jako zajęty, odczytany lub wolny.
Kluczową sprawą jest radio. Rozwiązałem to cyfrowym nadajnikiem z syntezą częstotliwości, który wystawiał nośną na programowo ustawionej częstotliwości. Dzięki temu można było korzystać z 4 dostępnych na świecie pasm radiowych: LPD i PMR w Europie, FRS w Ameryce i pewne kanały CB-radio w Australii. Tak wystawiona nośna była następnie modulowana sygnałem analogowym poprzez dostępne na zewnątrz układu filtry.
Aby móc to legalnie sprzedawać urządzenie z nadajnikiem radiowym, trzeba je certyfikować. SkyAssistant miał robione badania w Instytucie Łączności. W tamtych czasach kosztowało to kilkanaście tysięcy złotych, a wynik badania niekoniecznie musi być pozytywny. Mnie udało się w drugim podejściu, po zmianie nadajnika z Chipcona CC1050 na ADF7012, gdyż ten pierwszy nie spełniał kryterium szerokości kanału 12,5 kHz. Przy opracowaniu radia niezbędny jest analizator widma. Wtedy udało się kupić relatywnie tanio starszy sprzęt HP pracujący do 1,8 GHz w czasach, gdy bogaty zachód przesiadał się na aparaturę mogącą pracować z pasmie 2,4 GHz.
Połączenie z komputerem jest zrobione za pośrednictwem konwertera USB - UART. Wtedy kontrolery nie obsługiwały jeszcze natywnie USB a jeżeli nawet coś było, to nie spełniało pozostałych kryteriów. Transmisja jest trochę szybsza niż oferował RS232, będący wtedy standardem komunikacyjnym dla tego typu urządzeń.
Kod
Oprogramowanie wariometru było napisane w języku, do jakiego w tamtych czasach były ogólnodostępne narzędzia, czyli w assemblerze. Istniały już wtedy komercyjne kompilatory C, ale próg cenowy nie był dostępny dla hobbysty. Dzięki assemblerowi udało się zmieścić cały program w 8 kB pamięci programu i 256 bajtach RAM, ale odbyło się to kosztem ogromnego nakładu pracy. Ówczesne narzędzia nie umożliwiały czegoś takiego, jak debugowanie on-line. Debugowanie odbywało się w głowie, ewentualnie można było machać jakimś pinem i obserwować jego stan na oscyloskopie. Za to komplet narzędzi mieścił się na jednej dyskietce. Dzisiaj to już historia, analogiczna do zaprzęgu konnego na ulicy. Jedyną rzeczą, jaką być może warto wydłubać z kodu, to gramatyka składania komunikatów językach obcych. Jest ich kilkanaście i poza językami słowiańskimi, które są podobne do siebie, każdy inny język ma jakieś specyficzne cechy. Niemcy inaczej wymawiają liczby 20-29, Francuzi inaczej 70-79 i 90-99. Swego czasu został opracowany nawet język chiński, ale finalnie nie doszło do nagrania próbek przez lektora. Dzisiaj tę funkcję mogą pełnić syntezatory mowy.