Simulador de sondas meteorológicas

 ATENCION: 

La banda de 402–405 MHz está reservada a usos científicos.   No es una banda libre como la de 433,05–434,79 MHz ni puede usarse con licencia de radioaficionado como la banda de 430-440 MHz

Este proyecto tiene como objetivo simular las tramas  de una baliza meteorológica de los modelos DFM, PIL, RS41, M20 o M10 con el fin de hacer demostraciones con la app MySony GO.

CONtrolling the weader by Paz Hameiri

RS41 de Vaisala

¿Por qué la RS41?

El modelo RS41 es el que lanza AEMET desde Madrid dos veces al día, y según el viento puede caer en cualquier parte de la peninsula ibérica. Las sondas RS41 usan modulación GFSK en la banda  meteo (400–406 MHz).

El resto de lugares y modelos de sonda de la península ibérica son los siguientes:

• A Coruña   RS41-SGP
• Santander  RS41-SGP
• Lisboa     RS41
• Huelva     RS41
• Murcia     M10
• Madrid     RS41 (404.600 MHz)
• Barcelona  M20

¿Qué es la GFSK?

Modular es modificar un parámetro de una onda radioeléctrica para introducir en ella información. Básicamente se puede variar la amplitud de la señal (AM) o la frecuencia (FM).

Según el desplazamiento de frecuencia máximo admitido tenemos WFM (ancho el que se usa apra la FM comercial tanto mono como estereo) y NFM (estrecho, el que se usa en comunicaciones y el que se usa pra recibir radiosondas)

FSK (modulación por desplazamiento de frecuencia) es simplemente modulación FM binaria en lugar de ser analógica como es el caso de mas emisoras comerciales de VHF ("la FM"). 

Como en FSK cada símbolo se transmite mediante una frecuencia podemos tener según el número de niveles o frecuencias (2,4,8,16, etc.): FSK (es la que usan las sondas RS41), 4FSK, 8FSK, 16FSK, etc

La diferencia entre FSK y GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) radica en que GFSK realiza transiciones más suaves entre los símbolos (menor ancho de banda y menor numero de armónicos), lo que mejora la calidad del espectro. Es la usada también por GSM y Bluetooth.

La desviación es de 4,8kHz

¿Cómo son las tramas?

Una trama tiene 320B que se descomponen en bloques, a cada bloque se le calcula su CRC-16 y al conjunyo su Red Solomon

Los datos de las sondas se codifican adicionalmente con XOR antes de enviarlos, pero su finalidad no es la de cifrarlos de   forma rudimentaria de impedir su decodificación, sino para garantizar que siempre haya muchos cambios de 0 a 1 en los datos, ya que el receptor debe sincronizarse con la velocidad de transmisión en baudios. Esto se denomina blanqueamiento de datos. 

El valor XOR es un número pseudoaleatorio de 64 bytes generado con un LFSR conocido y, por lo tanto, puede codificarse en el decodificador.

const uint8_t rs41_whitening[64] = {

0x96,0x83,0x3E,0x51,0xB1,0x49,0x08,0x98,

0x32,0x05,0x59,0x0E,0xF9,0x44,0xC6,0x26,

0x21,0x60,0xC2,0xEA,0x79,0x5D,0x6D,0xA1,

0x54,0x69,0x47,0x0C,0xDC,0xE8,0x5C,0xF1,

0xF7,0x76,0x82,0x7F,0x07,0x99,0xA2,0x2C,

0x93,0x7C,0x30,0x63,0xF5,0x10,0x2E,0x61,

0xD0,0xBC,0xB4,0xB6,0x06,0xAA,0xF4,0x23,

0x78,0x6E,0x3B,0xAE,0xBF,0x7B,0x4C,0xC1

};

Las tramas de la sonda se transmiten a una velocidad de  4800 symbols/second (baudios), 1 por segundo, lo que da un ancho de banda de unos 1' kHz.

La estructura de una trama es: 

CONtrolling the weader by Paz Hameiri

Las subtramas son 51 de 16B cada una

(En desarrollo)

¿Qué placa de desarrollo ESP32 usar?

Lilygo T3 1.6.1 (LoRa32) lleva el chip  SX1278 en el modelo de 433MHz 

Heltec WiFi LoRa 32 V3 -  Heltec V3 lleva el chip lleva los chips ESP32S3 MCU and SX1262

Cuadro comparativo entreSX1262 y SX1278 generado por Chatgpt

HELTEC (SX1262)

Descripción de la placa de desarrollo ESP32 de Heltec

Descripción del pinout la placa de desarrollo ESP32 de Heltec

De interés:

• Potencia TX 21±1dBm
• Sensibilidad RX -134dBm@SF12 BW=125KHz
• Banda 434-490

Un simulador de baliza RS41 debería llevar GPS pero se deja para cuando se consiga que funcione.

Tareas

- Caracterizar el hardware 

python3 esptool.py chip_id  

 

esptool.py v4.8.1

Found 1 serial ports

Serial port /dev/cu.usbserial-0001

Connecting....

Detecting chip type... ESP32-S3

Chip is ESP32-S3 (QFN56) (revision v0.2)

Features: WiFi, BLE, Embedded Flash 8MB (GD)

Crystal is 40MHz

MAC: XX:XX:XX:XX:XX:XX

Uploading stub...

Running stub...

Stub running...

Warning: ESP32-S3 has no Chip ID. Reading MAC instead.

MAC: XX:XX:XX:XX:XX:XX

Hard resetting via RTS pin...

- Salvar firmware original

python3 esptool.py -b 115200 --port /dev/cu.usbserial-0001  read_flash 0x00000 0x400000 Heltec_4M.bin

...

Configuring flash size...

1216512 (29 %)

...

4194304 (100 %)

Read 4194304 bytes at 0x00000000 in 376.1 seconds (89.2 kbit/s)...

Hard resetting via RTS pin...

- Programar con Arduiono IDE

Hay que instalar la libreria RadioLib,h

La placa par la cual compilar es la HELTEC WIFI LORA 32 (V3) y la conexión la /dev/cu.usbserial-0001 

Se puede poner una frecuecnia de la banda de radioaficionados pues vamos a usar MySonyGo y se puede ajustar la frecuenia (430-440)

- Pruebas

Compilar sin fallos

Comprobar que aparecen los mensajes por el monitor serie sin errores

Comprobar con SDR que se emite la RF en la frecuencia prevista

Trama RS41 visualizada con SDR++

comprobar que los pulsos los recibe MySondeGo (variación periodica del nivel de señal)

Trama RS41 visualizada con SDRAngel

En este punto no se llegó a avances en un primer intento y se pasó a Lilygo para ver si había mas suerte

LiLygo (SX1278)

Hay que modificar las llaamdas y el pinout

DFM

• Mode NFM
• Modulation FSK
• ACF 2000 ms
• Bandwidth 20 kHz

Tampoco se llegó a avances

Conclusiones

Dado que no se consiguió el objetivo ni con Heltec ni con Lilygo, se vio mas sencillo recuperar una radiosonda y trabajar con ella por lo que no se va a continuar esta línea.

Agradecimientos

• A Mirko IZ4PNN de MySondy Go por la información facilitada

Referencias

• Heltec
• https://heltec.org/project/wifi-lora-32-v3/
• SX1262
• Hardware de la RS41
• https://github.com/bazjo/radiosonde_hardware
• Proyecto MySondy Go
• Globos Sondas  - Radiosondas meteorológicas: MySondy Go
• https://github.com/bazjo/RS41_Decoding
• https://github.com/rs1729/RS/tree/master/rs41
• https://github.com/oe5hpm/dxlAPRS/blob/master/src/sondemod.c

• Proyecto rdz_TTgo_sonde
• https://github.com/dl9rdz/rdz_ttgo_sonde

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