Een jaar of zeven terug heb ik een informatiesysteem ontworpen voor de wetshandhaving en opsporing langs de Europese waterwegen en zeehavens: AQUATRACK. De remote ontvangstsstations hiervan heb ik toen uitgerust met een OEM AIS ontvanger module van SRT Marine Systems. Een uitstekend product. Het fenomeen AIS boeide mij dermate dat ik benieuwd was of ik als hobby project voor een fractie van de kosten een soortgelijke bouwsteen kon maken. Een speurtocht op internet leidde me naar leuk initiatief, het dAISy-project. dat gebaseerd bleek op een EZRadioPRO ISM Band ontvanger chip: de Si4362 van Silicon Labs en een simpele 8 bits MSP430 processor van Texas Instruments. Omdat ik zelf meer thuis ben op ARM-processors en daar ook de ontwikkel tools voor heb heb ik de broncode herschreven naar een Cortex M0 chip; de STM32F042K6 van STMicroelectronics om precies te zijn. Hier heb ik vervolgens ook wat printontwerpen voor gemaakt.
Voor de achtergronden van AIS verwijs ik graag naar wat linkjes onderaan dit artikel maar de essentie is dat de GPS-positie van het schip waarop de transponder geïnstalleerd is periodiek wordt uitgezonden op één van twee daarvoor gereserveerde kanalen in de maritieme VHF band. (161.975Mhz en 162.025 Mhz). Afhankelijk van de snelheid van het schip varieert de interval tussen eens per drie minuten (indien voor anker) tot eens per 2 sec bij snelheden boven de 23 knopen. Schepen in de omgeving kunnen deze signalen rechtstreeks ontvangen en de positie op een kaart tonen. In die zin is het een "armeluis" equivalent voor de radar, zij het dat het veel meer informatie levert dan alleen de positie: de koers, snelheid, scheepsnaam, afmetingen, de gebruikstoepassing enz.
Teneide alle omringende schepen te kunnen ontvangen zullen beide AIS-frequenties beurtelings- of simultaan uitgeluisterd moeten worden. Dit artikel betreft de eerste uitvoering van de print en heeft -net als de dAISy- een enkele Si4362 ontvanger aan boord die op een vast interval tussen de tussen de twee kanalen "hopt". In een tweede versie van de print is ruimte geschapen voor een tweede ontvanger chip en is sprake van echte simultaan ontvangst.
De Si4362 is een ontvanger chip die werkt tussen 140 en 960 Mhz. Hij is pin-compatible met de Si4463 die voor wat betreft het ontvangstgedeelte identiek is maar ook nog een zender aan boord heeft. De laatste chip wordt in veel grotere volumes geproduceerd en is zowel per stuk of als bouwsteen op AliExpress voor een luttel bedrag te verkrijgen.
De opzet van mijn AIS board (5x5cm) is om deze uiteindelijk (wellicht in een nog kleinere afmeting) direct in de ontvangstantenne te plaatsen zodat een coaxkabel achterwege kan blijven. Om die reden is er naast de USB- ook in een RS485/RS422-uitgang voorzien en een MAX3483 transceiver op de print geplaatst. Voor de voeding en dataoverdracht kan volstaan worden met een eenvoudige signaalkabel met twee aderparen en een simpele RS485/USB-adapter aan het andere eind van de kabel. Het reslutaat is werkeljk "digitale" AIS antenne. En de voordelen zijn: veel meer vrijheid in de installatie en de mogelijheid tientallen meters te overbruggen zonder dat er enig signaalverlies optreedt. Wanneer er voor USB en plaatsing direct bij de PC of laptop gekozen wordt kan de montage van de MAX3483 simpelweg komen te vervallen.
Naast tijdgebrek is de reden waarom ik het project wat heb laten versloffen dat ik deze ontvanger minder gevoelig vond dat de professionele ontvangers waarover ik kon beschikken. In een poging dat te verbeteren heb ik in de print-layout op voorhand al wat plaats ingeruimd voor extra RF-preselectie (twee bandpass filters met daartussen een pHEMT mosfet) maar dat bracht weinig soelaas. Het ding kost een fractie van een professionele ontvanger en is zeker bruikbaar maar ook binnen de dAISy gebruikersgroep was de wat mindere gevoeligheid een terugkerend onderwerp van discussie en echte vorderingen zijn er voor zover ik weet niet gemaakt. Ik heb nog steeds idee dat het probleem niet veroorzaakt wordt door de Si4362 (de specificaties zijn redelijk goed) maar op te lossen moet zijn door een beter algoritme van de digitale signaalverwerking in de Si4362 en desnoods een deel van het DSP-werk te verleggen naar de ARM processor. Mij ontbreekt het simpelweg aan de kennis om met Matlab een betere GMSK demodulatie te creëren en dat te implementeren in beide componenten. Het voorwerk dat gedaan is met het porteren van de software naar de veel krachtigere ARM processor moet er echter alle kans voor bieden. Voor wie het wil oppakken; hou me a.u.b. op de hoogte!
Bij het tot stand komen van dit artikel ben ik er overigens opnieuw ingedoken en dat heeft tot wat aardige inzichten geleid over de LC-balun die Silicon Labs in zijn Application Notes adviseert maar voor de AIS kanalen in de VHF band heel ongelukkig kan uitpakken door blocking vanuit de FM omroepband. Ik heb daar een artikel aan gewijd en ben beniewd naar de ervaringen van anderen.
Het oorspronkelijke AISy project is ooit op Energia 43oh gestart maar dat forum leidt inmiddels een slapend bestaan. De orginel source code is destijds gepubliceerd onder CC BY-NC-SA Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike licentie en nog terug te vinden op Github.
Schema
Downloads
Illustraties
Below you can find both schematics, the print layouts, 3d PCB animations and some photos. It also contains some examples of transformers with different footprints, the location for the TO72 transistor sockets, the ring cores and 'double aperture cores' (pig's noses), powder iron cores and air coils at the entrance.
