Next Ballon - Brainstorming

Ja ist heute wirklich ein guter Tag dafür. Die Münsterländer Sonne lacht schon den ganzen Tag

Ich habe am Wochenende mal was schon länger geplantes umgesetzt.
Eine Samsung AU-85 CMOS-Kamera (Gabs mal bei der Polin) wird nach der Konfiguration per I2C genutzt, um die digital ausgegebenen Bilddaten per R-2R-Kette in analoge umzuwandeln und so Bilder in 1600x1200 in AM auf einen Sender zu geben.
Gesagt, getan. Als Sender diente ein 66,667MHz-Quarzoszi mit nem BC547 hintendran als Modulator. Die Syncs gibt die Kamera mehr oder weniger direkt aus, ein halber 74HC74 wurde noch fällig.
Das ganze wurde dann mit nem SDR-Stick empfangen und mittels selbstgeschriebener Software wieder in ein (bisher nur schwarzweiß-)Bild umgewandelt.

Nach Inspiration von NTSC/PAL wird auf dem Sync-Impuls (ne Schwarzschulter gibts ned) eine art "Farbträger" übertragen, so dass die Software den Pixeltakt sauber rekonstruieren kann (klappt inzwischen) und daraus dann die Pixel die im Muster

RGRGRGRGGBGBGBGBRGRGRGRGGBGBGBGB

angeordnet sind, auseinanderzusortieren. Dabei werden horizontal 3200 Pixel und vertikal nur 1200 Pixel übertragen (Effektiv ist die Auflösung also eigentlich nur 1600x600, mal sehen, wie sich das in der Praxis macht).
Die Übertragung eines Bildes dauert 13 Sekunden und belegt mit Farbe ca. 400kHz Bandbreite. In Schwarzweiß wären 200kHz genug (mit Einseitenbandbetrieb entsprechend weniger). Das müsste doch im 70cm-Band...

Da die Kamera ein Fixfocus-Objektiv hat, ist der Vordergrund unscharf, im Hintergrund (Tapete) sieht man die echte Auflösung.
Soweit der Stand zu "Interessante Ballonnutzlast, Teil 1".

Teil 2 (CB-Papagei).
Bei der Bild-Bastelei brauchte ich einen Taktgeber, wofür ich in die Bastelkiste gegriffen habe und einen gigantischen Berg SMD-"Quarze" in einem seltsamen vierpoligen Gehäuse gefunden habe. Aufdruck: 11,05.
Nähere Untersuchung ergab: Das sind Keramikresonatoren!
Bei Anpassung mit 1kΩ am Eingang und 2,2kΩ ergibt sich eine Resonanz von 11060kHz mit einer 3dB-Bandbreite von etwa+/-5kHz (Grrr, warum kann mein Funktionsgenerator in dem Bereich nicht störungsfrei wobbeln,sonst gäbs jetzt nen schönes Foto).

Bei der Frequenz hats irgendwie geklingelt.
Genau, die 16MHz-Quarze lagen daneben. Plan war: 16MHz-Quarz her, 5kHz runter ziehen (sollte gehen, bei mir schwingen die Dinger eh immer zu tief) und 15995+11060=27055=Kanal 8!
Also habe ich das heute aufgebaut, mit diskreter Oszillator- und Mischstufe und nem TBA120 als ZF-Verstärker/Demodulator.
Praktischerweise kann man letzteren mit zwei weiteren Resonatoren zur Mitarbeit als NFM-Demodulator auf 11MHz überreden (die Schaltung ausm Datenblatt für 5,5MHz Resonator funzte nicht).
Davon abgesehen, dass mir jetzt der Oszillator den Eingang vom TBA120 zustopft und auf 16005kHz rausgekommen ist (Macht dann Kanal 9), scheint das Teil als Einfachstempfänger zu tun.
Wenn ich nen NE612 habe, wollte ich den Eingang damit ausführen, damit müsste sich das Problem der Inferno-Oszillator-auf-alles-Kopplung auch erledigt haben.
Wenn ich das ganze jetzt noch mal etwas weniger drahtigelmonstermäßig aufbaue, stünde so ein kleiner Empfänger mit noch erträglicher Stromaufnahme zur Verfügung (TBA120 ist mit 5mA angegeben, meine Schaltung zieht z.Zt 30, ich habe aber alle Kollektorströme großzügig festgelegt).
Somit ist auch der CB-Papagei machbarer geworden, sofern man FM nutzen möchte (wäre ich dafür, da es in der Elektronik einfacher zu implementieren ist).
Mit einem anderen ZF-Verstärker müsste aber auch AM möglich sein.
Hier fehlt dann noch der AVR-Sprachspeicher und der Sender.

So. Statusreport Ende, Bettnutzung Anfang.

Also : Teil 1 hat mir absolut gefallen !
Kann man den Clock eventuell bei einer VGA-Cam noch weiter runterdrehen ?
Problem ist ja immer die Bandbreite.. je breiter.. desto schlechter das S/N Verhältnis bei gleicher Sendeleistung.

Aber noch mal : Ein "SSTV" System... heute.. ohne Controller.. das ist echt cracy !!!

Der Denkansatz gefällt mir wirklich sehr !

lg JAn

Naja, nen µC brauchts zum initialisieren schon. Man kanns natürlich so machen wie ich jetzt, und die Kamera am VGA-Port vom Notebook initialisieren und darauf setzen, dass sie ihre Daten nicht mehr vergisst.
Der Takt kann auch hier noch weiter runtergedreht werden (die Auflösung auch). Es gibt hier kein Minimum, irgendwann reichen aber die zur Verfügung stehenden Teiler nicht mehr aus. (da ist aber noch reichlich Reserve, Minimum wäre z.Zt ca. 43kHz Pixeltakt - macht 2 Minuten für eine Übertragung).
Mir war wichtig, dass ich auch in sinnvoller Zeit fertig werde. Schließlich muss ich auch nach jeder Änderung am Empfängerprogramm wieder neu auf Bilddaten warten. Für die finale Lösung wäre natürlich eine langsamere Übertragung denkbar.
Dabei muss man aber auch aufpassen: Aufgrund der niedrigen Taktung braucht die Kamera jetzt schon mehrere Minuten für einen Weißabgleich. Wenn man das noch weiter streckt, dann Problem...

Ansonsten könnte aber auch der Empfänger die Bandbreite begrenzen und gut. Die Senderbandbreite macht ja vom Rauschstandpunkt keinen Unterschied.
Natürlich verliert man dann Auflösung, aber wenn dadurch das Bild noch erkennbar ist: Win.
Ich behaupte aber mal, dass mit genug Dampf auf dem Sender die Reichweite schon passen wird. Man bedenke, was das CB-Dingens gebracht hat.

Also Du musst unbedingt die Experimente weiter machen !

Gegenargument : Der TV-Sender auf 1,2GHZ .. ;-)
Die beiden Sender waren eigentlich wirklich ein sehr schönes beispiel bezüglich der Theorie von Shannon.
Meine Vermutung : Wenn ein 100mW Sender nur rund 50kHz Bandbreite hat.. dann müsste der 30km höhe gut zu empfangen sein.
Erst recht mit ner Yagi.

Das mit dem vermeiden von Prozessoren meinte ich auch eher bezüglich Stromaufnahme :
Also wenn ich hingehe, und einen imx233 dazu verdonnere ein Bild zu speichern, und zu konvertieren, und dann erst auszusenden, dann genemigt er sich für diesen Vorgang mindestens 2 Lithiumzellen. Und rund 30-50 Eur...

Aber Deine Lösung ist echt frickeltech hoch 10, und könnte Kosten wie auch Stromaufnahme runter drücken.
Wenn die Bandbreite auch nicht ausufert, kann man auch probieren, das ganze auch noch über den APRS-Sender laufen zu lassen. (Weil der soll ja per befehl, die Frequenz wechseln können.. )

lg JAn

Der TV-Sender hatte ne mit dem CB-Sender vergleichbare Leistung und 18MHz Bandbreite...
Das ist noch mal ne ganz andere Hausnummer. Und sogar der hat begrenzt brauchbar 6km gepackt.
Wenn ich sage SNR ist proportional zu Power durch Bandbreite, folgt daraus, dass, wenn 7mW für 10kHz reichen, 280mW für 400kHz reichen. Außerdem kann man ja hinterherfahren, wenn man das organisiert bekommt (Und das wird ja wohl drin sein).
Nebenbei ist die Empfangshardware billig und die Software theoretisch per Netz verbreitbar, vielleicht SSTVen ja noch andere mit?
Spätestens der Hardcore-Funkamateur mit 16 (in jede Richtung!) gestackten in mindestens 4 Achsen drehbaren Yagis sollte das Ding sowas von reinbekommen...

Wie gesagt.. das mit der geringeren Bandbreite würde nur folgendes ermöglichen : gemeinsamen Sender für APRS + SSTV.
= stromersparniss = gewichtsersparniss = geringere kosten.
Die Bandbreite des FM-Senders auf 2m lässt sich leicht nach oben treiben.. aber irgendwann macht das keinen Spass mehr.. ;-)

lg Jan

Weiter im Text... Ich hatte in der Kameraprogrammierung nen Fehler. Nach Beseitigung desselben habe ich erstmal die Bandbreite erfolgreich auf theoretische 170kHz reduziert, bei gleichbleibender Übertragungszeit. Angenehmer Nebeneffekt: Jetzt funzt auch Farbe!
Mal der Reihe nach:

Der geplante Teil des Aufbaus; in der Mitte guckt die Kamera durch

Der weniger geplante Teil...

Das "Composite"-Signal. Ich habe den "Burst (Pixeltakt /2)" oben auf die Sync gebaut. Evtl könnte die noch etwas mehr Pegel gebrauchen. Die Zeilenfrequenz beträgt 90Hz (nix kHz), der Pixeltakt 173 kHz.
Und das kommt am Ende bei raus (mangels PNG-Verkleinerung gibts keine kleine Vorschau...)

Ein Problem hat sich noch gefunden: Die Kamera läuft manchmal/immer? im Rolling-Shutter-Betrieb. Ergebnis: oben und Unten sind ca. 13 Sekunden auseinander. Im schnellrotierenden Ballon könnte das zum Problem werden. Da die Kamera aber mit einem Blitz kooperieren können soll, kann das evtl noch abgestellt werden.

Schaltplan gibts, sobald ich einen habe, bisher habe ich das nur ausm Kopf raus hingefrickelt.

Autsch !
Also werden die einzelnen Cmos Zelle "In Time" abgefragt, und dann ausgespuckt.. grmpf.
Ich glaube, da ist mit einem Blitz nichts mehr zu machen... (Was soll er denn ausleuchten ? Die Erde? ).
Also wird wahrscheinlich kein Weg an ein Sram vorbeiführen.. oder eine SD-Card mit Controller... (SD2SSTV da gibts schon ne lösung)

lg Jan

Er meinte wohl eher, dass die Kamera angeblich auch im Blitzmodus laufen können soll... also alle CMOS-Zellen auf einmal abfragen, bevor der Blitz vorbei ist. Man muss den Blitz ja nicht nutzen, aber wenn man den Modus einstellen kann, hat man eben diese 13 sekunden Versatz nicht mehr. Jedenfalls ist das das, was ich davon verstanden habe... der Rest klingt zu sehr nach HF-Voodoo.

Ok... also ich muss zugeben, das ich diese CMOS Kameras nie verstanden habe : Also wenn es möglich ist, das die Zellen gleichzeitig ausgelesen werden.. warum zum teufel wollen die, das sich der kontroller nach dem Takt des CMOS Moduls richtet ?
Weil dann wäre das ja nicht mehr zeitkritisch.. und man könnte in ruhe auslesen....

lg JAn

Der CMOS-Sensor hat einen elektronischen Shutter.
D.h: Lichtsensor-Verstärker-C-Auslesevorrichtung.
Zum Öffnen des Shutters wird der Verstärker eingeschaltet und integriert das Licht im C auf. Danach werden die Cs wie beim CCD ausgelesen.
Die Kamera hat einen "Flash" Ausgang. Damit die Kamera das Bild vollständig "beblitzen" kann, muss der Shutter also zu dem Zeitpunkt vollständig offen sein (und danach zu, sonst gibt das keinen Sinn).
Warum die Kamera das nicht tut: keine Ahnung. Evtl stellt die Kamera auch die Belichtungszeit nach dem Takt ein und geht erst bei sehr kurzen Belichtungszeiten (die ja für uns gesehen lang sind) in den Rolling-Shutter betrieb über (warum auch immer).
Ich könnte versuchen, die Kamera mal mit wenig Licht zu testen, ob sie dann "vernünftig" shuttert.
Notfalls könnte man die Kamera genau während der Belichtung hochtakten.
Der Rolling-Shutter-Betrieb würde Sinn machen, wenn man sehr langsam ausliest, da evtl die Cs die Ladung nicht lange genug halten. Aber woher zum Teufel weiß die Kamera das?
Hier gibts das Datenblatt, vielleicht findet ja mal wer was zum Thema

Weiter im Text...

Analyse hat ergeben, dass der Typ, der die Kamera designt hat, sich das wohl so dachte, dass man den Blitz dann gefeuert wird, wenn der Sensor mti dem Auslesen beginnt. Das setzt fürs Blitzen voraus, dass die Belichtungszeit länger als die Auslesezeit ist. Um sie zu kürzen brauchts nen Shutter.
Ok, dann wollen wir mal... Ein Relais dient als Antrieb:

Der Erfolg war berauschend:

Offensichtlich fängt die Kamera viel zu viel Rauschen und anderen Scheiß ein (Ohne Abblenden der Kamerarückseite ging garnix). Die Szene wurde schon mit einer 70W HMI zusatzbeleuchtet, was aber auch keinen Unterschied machte, da der Sensors schon auf minimaler Verstärkung lief. Mehr Licht (oder längere Shutteröffnungszeit) führte zu Überbelichtung.
Ergo: Das funzt so ned. In meinem Kopf manifestiert sich gerade ein Verhau aus 4 74HC590, etwas Kleber und nem EDO-SIMM, um die Kamera schnell auszulesen. Während ich noch die Steuerlogik plane (und SIMMs suche), habe ich noch mal die Extreme getestet.
Bis 1,1MHz Bandbreite kommt der Stick mit, allerdings fange ich mir dann schon auf meiner Übertragungsstrecke Rauschen (und der Rechner kommt nur noch gerade so mit dem PNG wegschreiben nach). Ein Bild pro zwei Sekunden muss nun wirklich nicht sein.
Eine extrem langsame Übertragung scheiterte daran, dass ich die nötige Belichtungszeit dann nicht mehr erreiche. 1 Bild in 13 Sekunden scheint hier das Maximum zu sein. Nach einiger Softwareoptimierung habe ich das Bild jetzt farbmäßig ok und praktisch streifenfrei:

Nur schade, dass wir das so nicht an den Ballon kriegen. Ich finde das so verdammt weltherrschaftstauglich.

EDIT: Bildgrößen gefixed.

Ja !!! Definitiv !
Echt mist, das die Kameras aber auch nicht mal eben ein Bild zwischenspeichern können.. *grmpf*

Naja.. egal.. dann halt Olimex und USB-Cam...
Ich bin noch am Tracker Layouten.. und die PLL hinzubiegen...

lg Jan

Sehr geil ! Falls die Sendefrequenzen für den Ballon feststehen, bau ich die dazu passende Quad-Yagi in "leichtbauweise"

(vorausgesetzt die Frequenz liegt irgenwo um 70cm )