Жду новый пост

Серия «Старое железо»

Приветствую всех!

Пожалуй, самой желанной для меня железкой на транспортную тему был контроллер машиниста от какого-нибудь поезда. Но, как это часто бывает, достать такой экземпляр не так уж и просто.

И вот наконец в мои руки попал не просто какой-то контроллер, а очень примечательный экземпляр — от «концептуальной» электрички ЭМ2И, коих в наши дни уже не осталось.

Итак, в сегодняшней статье поговорим о том, как устроен такой контроллер и как его подключить. Традиционно будет много интересного.

❯ Суть такова

Так получилось, что ко мне в руки попал контроллер от старого электропоезда ЭМ2И. И, само собой, напрашивалось единственное верное решение — подключить его к Trainz или «Метрострою».

Удивительно, что при наличии огромного количества железнодорожных симуляторов нет практически никакой периферии для них. Если вспомнить, сколько всякой амуниции выпускается для фанатов авиации, то окажется, что для желающих покататься на поезде у себя дома по сути нет ничего.

Безусловно, кое-что всё же существует. Есть такая штука как Raildriver, которая даже нативно поддерживается в Trainz, однако в России оказалось реальнее достать настоящий контроллер, нежели её.

Немного про электропоезда ЭМ2И

Прежде чем начать разбираться с подключением, поговорим о том, что это вообще была за электричка.

ЭМ2И являются детищем более старых проектов — ЭМ1 и ЭМ2. Все эти поезда — глубокие модернизации куда более старых ЭР2. Серия была предназначена для эксплуатации на линии в Домодедово в качестве экспрессов.

Электропоезд обладал целым рядом нововведений — новые сцепные устройства, полупантографы, электронная система управления. Выпускались они на Московском локомотиворемонтном заводе, а запчасти для них поставляло некое ЗАО «Спецремонт».

Модель была многообещающей — тут вам и скорость аж в сто шестьдесят километров в час, и мягкие сиденья, и салон повышенной комфортности, всё как в дорогих иномарках японских поездах.

Увы, с самого начала история этих электричек пошла не в их пользу — уже на испытаниях выяснилось, что многие характеристики не соответствовали заявленным, а в конструкции имелось немало фатальных недостатков. Эксплуатировались необычные поезда совсем недолго, в первой половине нулевых, а большую часть своего существования они стояли в депо или на базах запаса и тихонечко гнили. Проект вышел крайне неоднозначным: стоили машины очень дорого (практически как новые ЭД4М), имели небольшой срок службы (ведь ходовая часть осталась от старых ЭРок), а также были крайне ненадёжными и неудобными в ремонте. В итоге от их использования довольно быстро отказались, а в 2019-2020 годах все машины (точнее, то, что от них осталось за долгие годы стояния на открытом воздухе и постепенного разграбления вандалами) были порезаны на металлолом.

Впрочем, многие (как и я) до сих пор жалеют, что не успели прокатиться на этом неудачном, но всё же весьма интересном МВПС.

Обзор оборудования

Ну что же, переходим к нашей железке. Ко мне в руки попал контроллер машиниста КМ-4А, снятый с одного из списанных таких поездов. Скручен он был ещё много лет назад, отчего он не успел сгнить, пострадать от рук вандалов или стать собственностью охотников за драгметаллами.

А вот и подопытный экземпляр. На нём две ручки — реверс и непосредственно управление. Также имеется тумблер.

Позиции.

Вид снизу. Видно сердце контроллера — кулачки. В нынешних электронных вагонах применяются бесконтактные контроллеры машиниста (БКМы), где вместо кулачков и контактных групп используются датчики (оптические или магнитные). Чуть позже я расскажу и про этот тип контроллеров, ну а пока что будем разбираться с нашим.

Кулачки переключают контактные группы, в качестве которых здесь используются обычные концевые микрики. Один из них почему-то не задействован, видимо, зарезервирован для другой модели или для будущего использования.

Разъём для связи девайса с внешним миром — DB37F. Закреплён он на обычном куске фанерки.

Наклейка того самого «Спецремонта».

А вот механизм. Дискретное перемещение ручки обеспечивается за счёт детали сложной формы, в которую упирается подпружиненный ролик. Шестерни обмазаны густой липкой смазкой.

Вдалеке видно тот самый прижимной механизм.

Нужное усилие обеспечивается двумя мощными пружинами.

По бокам находятся толстые стальные пластины, в которые вкручиваются стойки и вставляются валы. Из-за их толщины (десять миллиметров) скромный по размерам контроллер имеет весьма внушительную массу — чуть больше семи килограммов.

Кулачки

Контроллер внутри очень похож на командоаппарат.

В самом деле, в нём имеются всё те же самые контактные элементы, которые переключаются расположенными на вращающемся валу кулачками. Разница лишь в том, что в командоаппарате вал вращается электромотором, а тут он связан с ручкой контроллера машиниста.

Вот для примера положение кулачков в разных позициях ручки.

Реверс

Начнём, наверное, с самого простого — с ручки реверса.

Для неё выделено сразу три кулачка, один из которых не используется. От оставшихся контактных групп идут четыре провода — по одной на каждое из двух «рабочих» положений.
Помимо этого ручка реверса блокирует перемещение основного вала. Когда она стоит на нуле, ручка контроллера заблокирована. В то же время нельзя переключить реверс на ходу. Достигается это за счёт использования диска с прорезью на основном валу и ролика на реверсоре. Когда вал находится в положении, отличном от нуля, ролик не может встать в прорезь, отчего реверс не переключается. При этом, когда ролик находится на своём месте, диск не может повернуться, что обеспечивает блокировку ручки контроллера.

Вот положение этих двух деталей при нулевой позиции реверса.

А вот — когда включён реверс, а ручка повёрнута на ход или тормоз.

Распиновка

Чтобы разобраться с работой самого контроллера, пришлось выяснить распиновку, благо проблем с её определением не возникло. Она здесь оказалась вот такая:

1. Пятый кулачок (нормально разомкнутый контакт)

2. Четвёртый кулачок (нормально разомкнутый контакт)

3. Третий кулачок (нормально разомкнутый контакт)

4. Второй кулачок (нормально разомкнутый контакт)

5. Первый кулачок (нормально разомкнутый контакт)

6. Третий кулачок (нормально замкнутый контакт)

7. Второй кулачок (нормально замкнутый контакт)

8. Назад

9. Вперёд

10. Ничего

11. Вперёд

12. Назад

13. Второй кулачок (нормально замкнутый контакт)

14. Третий кулачок (нормально замкнутый контакт)

15. Первый кулачок (нормально разомкнутый контакт)

16. Второй кулачок (нормально разомкнутый контакт)

17. Третий кулачок (нормально разомкнутый контакт)

18. Четвёртый кулачок (нормально разомкнутый контакт)

19. Пятый кулачок (нормально разомкнутый контакт)

20. Ничего

21. Ничего

22. Ничего

23. Ничего

24. Ничего

25. Ничего

26. Ничего

27. Ничего

28. ЗАП/ОТП

29. ЗАП/ОТП

30. Ничего

31. Ничего

32. Ничего

33. Ничего

34. Ничего

35. Ничего

36. Ничего

37. Ничего

Далее берём мультиметр и выясняем, какие контакты в какой позиции замкнуты.

Далее объединяем всё в одну таблицу:

Посмотрев на список контактов, решил задействовать их все — лишние несколько занятых выводов контроллера ничего не меняют, зато вероятность глюков из-за пропавшего контакта в одном из концевиков существенно снизится.

Подключение к ПК

Для того, чтобы связать контроллер с компьютером, понадобится всего-ничего — плата на самом дешёвом МК с поддержкой USB HID в лице Raspberry Pico, вилка DB37 и немного проводков...

> Продолжение в источнике материала на Хабре. Увы, все фото не влезли (их действительно много), а именно в них вся суть и самое вкусное. Так же там элементы кода и прошивка :)

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные материалы.

• Также подписывайтесь на наш телеграмм-канал — только здесь, технично, информативно и с юмором об IT, технике и электронике. Будет интересно.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

Многие помнят линейку телефонов Siemens 65-75 серии, которые были в ходу около 20 лет назад. Мы попробуем провести необычный эксперимент на их основе, для чего напишем небольшую управляющую библиотеку на C, а также изменим код одной из встроенных в ОС Linux утилит. Подробнее в статье.

❯ 1. Аппаратная часть

В серии телефонов «Siemens 75» существовали такие модели, как C75, ME75, CX75 и прочие. Они различались между собой дизайном корпуса и некоторым другим функционалом. Но их основные элементы были, во многом, схожи. Например, дисплей разрешением 132x176. Для работы с данным проектом в коробке с различным электронным мусором были обнаружены останки подобного телефона. Состояние изделия за 20 с лишним лет очень плохое, надписи стёрлись, но я предполагаю, что это был экземпляр телефона C75 – BenQ, позднего выпуска. Родной процессор телефона давно уже умер — какое-то время назад удавалось оживить его, прогрев плату паяльным феном, но теперь осталась лишь безжизненная плата и оболочка. Поэтому я решил перехватить информацию на уровне дисплея.

Нас интересует, в первую очередь, этот самый дисплей. Поэтому, для начала, разберём устройство:

Поскольку любая наука стоит «на плечах гигантов», я не буду повторять материал о видах дисплеев в данном телефоне. Ознакомиться с ним вы можете самостоятельно, это описал ещё в 2013 году Кизим Игорь, в своей статье.

У меня уже был некоторый опыт работы с данным дисплеем. Используя библиотеку, взятую из статьи Игоря, я подключал данный дисплей к микроконтроллеру ATmega8. Однако, это было более 5 лет назад, поэтому, для начала, я решил проверить, а работает ли вообще данный дисплей. Для чего собрал схему Игоря. Её ключевые особенности: установлен стабилитрон по питанию дисплея (5V -> 2.9V), установлены резисторы для понижения уровней логики (5V -> 3.3V). Однако, нам необходимо ещё одно напряжение – 12V, для питания диодной ленты подсветки. Поскольку я не хотел городить дополнительный инвертор, я расковырял подсветку и заменил диоды на те, которые могут работать напрямую от 5V, подсоединив их не последовательно, а параллельно. Таким образом я избавился от лишнего провода питания, хотя и качество подсветки несколько пострадало.

Теперь я имел 2 провода питания (+5V, GND), и 5 сигнальных проводов с уровнем логики 3.3V.

Однако, контроллера ATmega8 под рукой не оказалось, но был китайский клон Arduino Uno на ATmega328. Я попытался поискать библиотеку Arduino под этот дисплей, и нашёл такую. Но она была заточена под ESP8266. Хотя идею замены SPI в функции Send_to_lcd с программного на аппаратный я намотал на ус:

В итоге я взял оригинальную библиотеку Игоря (Igoryosha), и портировал её под Uno, просто заменив в текстовом редакторе функции присваивания (напр. LCD_CLK=0) на ардуиновские digitalWrite(LCD_CLK, LOW). Библиотека запустилась без особых проблем.

Так как в ней используется программная имитация SPI, выводы GPIO можно назначить произвольно (кроме тех, что заняты RX TX). Библиотеку под Arduino Uno для данного дисплея в итоге я оставил у себя на github, в ветке main.

Результат запуска программы и скорость работы такого SPI можно увидеть наглядно на видео:

Теперь можно подсобрать телефон для удобства работы. Я вытащил динамик, чтобы вывести провода через отверстие.

Проверено: дисплей работоспособен, а это означает, что наша задумка в конечном итоге получится.

❯ 2. Подключаем Orange Pi GPIO

Как можно было увидеть в предыдущем фрагменте, скорость отрисовки картинки просто черепашья. Оно и неудивительно: контроллер работает всего лишь на 16 МГц, ещё и использует программный SPI для вывода картинки. Ситуацию нужно исправлять, взяв более мощный и производительный контроллер. Тут я натыкаюсь на статью хабровчанина Hoshi.

В ней он данный дисплей подключает к Raspberry Pi, и использует его как «монитор». Поскольку мы стоим на плечах гигантов, было решено проследовать его примеру, и не изобретать ещё какие-либо методики. Но Raspberry Pi у меня не оказалось, нашёлся только Orange Pi PC.

Поэтому запустить код Hoshi без переделки у меня бы не вышло: в своей статье он оперирует GPIO через библиотеки чипсета bcm2835. Так как данного чипсета на моей плате нет, и библиотеку подключить не выйдет. Я начал поиски способа, как подключить GPIO на моём чипсете h3. Выяснилось, что для этого нужна библиотека wiringPi (на текущий момент уже не поддерживается официальными авторами). Однако, просто установить её через apt-get оказалось мало: устанавливался оригинал под Raspberry. Спустя некоторое время была найдена модификация этой библиотеки от zhaolei. Я собрал её через build (ветка h3), и именно она оказалась рабочей для моей платы. После выполнения build библиотека установилась в систему, и стало возможным вызвать её из требуемого места (например, проверить пины с помощью sudo gpio readall).

Назначение выводов GPIO для «апельсина» назначается через define по аналогии с Arduino:

Также следует отметить следующий момент: в схеме Igoryosha для AVR использовался логический уровень +5В, а на Orange Pi разъем GPIO сразу оперирует уровнями +3.3В. Поэтому резисторные делители я убрал. В итоге получилась следующая конструкция:

Однако, у меня сходу не получалось завести аппаратный SPI. Поэтому для повторной проверки работоспособности дисплея я взял, опять же, библиотеку Игоря из-под AVR, портировав её теперь и под wiringPi. К счастью, особых замен не понадобилось, только поменять в коде LOW и HIGH на 0 и 1 соответственно. Даже функции delay в wiringPi аналогичны ардуиновским. Также на данном этапе библиотека лишилась практически всех графических функций отрисовки примитивов, кроме отрисовки, непосредственно, одного кадра из буфера.
После чего я собрал программу через gcc (gcc –o example example.c –lwiringPi), и запустил из терминала.

Результат можно увидеть на видео:

Однако разницы, по сравнению с Arduino, практически нет. Отрисовка стала шустрее, но лишь немножко. Оно и неудивительно: чаще всего вызывается метод передачи по SPI (Send_to_lcd), а так как он у нас всё ещё программный, прироста в скорости мы не видим, сам GPIO работает достаточно медленно, по скорости сопоставим с обычным Arduino. Поэтому нам нужно исправлять ситуацию, задействовав аппаратный SPI.

❯ 3. Подключаем аппаратный SPI

Для замены программного SPI на апаратный можно, также, задействовать библиотеку wiringPi, а именно, из wiringPiSPI.h использовать функции wiringPiSPISetup и wiringPiSPIDataRW. Функции эти несколько хитрые. Но перед тем, как их использовать, нужно включить этот самый SPI. Информации о том, как это сделать конкретно на Orange Pi PC также в интернете нет, но удалось найти направление, в котором нужно искать. Немного погуглив, я выяснил, что spi включается правкой файла /boot/armbianEnv.txt (актуально для моей версии системы Armbian_23.11.1_Orangepipc_jammy_current_6.1.63_xfce_desktop.img).

В него нужно добавить следующие строки:

После чего сделать sudo reboot, и у нас в /dev/ появляется spidev0.0. Проверить это можно, выполнив команду ls /dev | grep spi. Если spidev0.0 появился, дальше библиотека wiringPiSPI подхватит его. Теперь контакты дисплея CS, CLK, DATA нужно подключить к пинам SPI0, как это сделано у Hoshi. Распиновка (40-pin) полностью соответствует Raspberry Pi. Пины RS и RESET оставляем на попечении обычного GPIO.

Однако, просто заменив SPI на аппаратный, я заметил, что FPS отрисовки практически не поменялся. Проблема заключалась в том, что если отправлять по одному байту, то с каждой посылкой SPI будет заново открываться и закрываться, а эта процедура отнимает очень много времени. Поэтому было решено отправлять данные пачками максимально возможной длины.

Возникла следующая проблема: буферизация пакетов SPI. На данном устройстве мы можем отправить только 4 килобайта данных за одну посылку. Наша страница же занимает порядка 44 Кб: 132*176*2, так как используется 16-битная цветность. В качестве решения можно было либо увеличить буфер SPI, что возможно, однако, мне не хотелось прибегать к данной методике. Поэтому я просто в своём коде раздробил страницу на 11 пачек:

И используя memcpy, копировал перед отправкой каждую пачку в буфер. К слову, это необходимо ещё и потому, что буфер побайтово очищается в процессе передачи, заменяя выходные данные на входные с буфера RX (MOSI pin).

Также библиотека позволяет регулировать скорость: от 500 КГц до предела в 32 МГц. Делается это в момент инициализации: int fd = wiringPiSPISetup(0, 32000000); мы выставляем канал 0, и скорость в 32 МГц.

После вышеописанных процедур мне удалось получить скорость кадров в 60 FPS. Я не уверен, способен ли дисплей отрисовать данные с такой скоростью, но таймер рапортовал именно так. Можно увидеть это на видеозаписи:

На первой половинке видео можно увидеть кусочек области дисплея, который передаётся за одну отправку (4096 байт), это примерно одна десятая всей экранной области. Скорость шины выставлена в 500 КГц. На второй половинке отправка всех 11 областей, и скорость шины в 32 МГц. То есть, скорость передачи примерно порядка 20 Мбит/сек. В данном случае, я считаю, достигнут потолок пропускной способности всей нашей сборки.

❯ 4. Выводим статичный bmp кадр

Следующее, что сделал Hoshi в своей статье – вывел статичную картинку, получив проблемы с цветностью. Поскольку я иду по его стопам, я попробовал вывести картинку из буфера, используя частично его код, поменяв только сдвиг (offset, так как мой заголовок занял другое количество байт). Однако, сначала я получил такую картинку, как показана на левой части изображения, и, лишь потом, такую, как на правой:

Я взял такую же картинку, как у Hoshi, и получил примерно такой же результат. Подводный камень заключался в следующем:

1. Два байта нужно поменять местами, этот момент был в коде Hoshi. Либо же добавить/убрать один лишний байт в начале пакета, чтобы вызвать сдвиг всего массива.

2. Я сохранил исходную картинку через Adobe Photoshop в формат BMP 16-bit. Однако, как выяснилось после просмотра в HEX-редакторе, белый цвет у меня получился не FF FF, а FF 7F, вследствие чего он отображался, как бирюзовый, и остальные цвета также имели искажения:

Произошло это из-за того, что редактор сохранил BMP файл в режиме X1R5G5B5 (с альфа-каналом), а у нас в дисплее используется R5G6B5, то есть, зелёный цвет занимает на один бит больше. Поэтому, при скармливании картинки дисплею, мало того, что один из старших битов пропадает, так ещё и происходит бинарный сдвиг одного цветового канала на единицу, из-за чего вся палитра оказывается искажена. После сохранения картинки в нужном режиме значения белого заменились на FF FF, потери одного бита данных больше не было, и она отрисовалась с нормальной цветностью.

На этом построение библиотеки для работы с дисплеем было закончено, и началось самое интересное – попытка вывести на него живой видеопоток.

❯ 5. Пишем ПО для захвата экрана

Далее вышеупомянутый автор для рендеринга использует интерполяцию из фрейм-буфера ОС Linux /dev/fb0. Попытка запустить его код не привела ни к чему хорошему: в моём случае фреймбуфер отображается как чёрная сетка из-за несоответствия данных, да и мне не нужно было проводить интерполяцию картинки всего рабочего стола, а нужна была конкретная область экрана.

Слева: отрисовка из /dev/fb0. Справа: отрисовка из скриншота.

Так как моя GUI в Armbian работает на графической оболочке XFCE, у меня возникла идея выдрать требуемые пиксели непосредственно через неё. Для этого используются средства gdk и x11. Добавление всех необходимых библиотек сильно усложнило бы программу, поэтому мне пришлось прийти к костыльному решению проблемы.

Я решил копнуть в сторону встроенной в ОС утилиты xfce4-screenshooter. Данная утилита позволяет снять скриншот, в том числе, через командную строку. Однако, функции сохранения заданной области в ней нет, либо требуется задавать каждый раз область мышкой, что было мне неудобно. Поэтому я сделал форк кода данной утилиты. И добавил в опции командной строки, помимо FULLSCREEN, WINDOW и REGION ещё и аргумент FIXED, который сохранял в файл конкретно прописанную в коде область экрана.

Для удобства разработки пришлось поставить xubuntu на виртуальную машину с x86, после чего изменить исходный код, а затем собрать его же, но под armbian непосредственно на своём Orange Pi. Сборка утилиты осуществляется помощью xdt-autogen: сначала ./autogen.sh, далее установить библиотеки по требованию (через apt-install) затем с помощью make, и make install для замены установленного в систему скриншоттера на изменённый вариант. После этого готовый скриншот нужного размера стало можно выводить в файл с помощью одной лишь команды терминала – для определения файлового пути, формата и прочего используется оригинальный код скриншоттера.

Однако, данное решение имеет и недостаток: программа-скриншоттер работает, вероятно, таким образом, что сначала делает скриншот всего root-окна (рабочего стола), затем обрезает его до требуемого размера. При этом, на какой-то момент, отрисовка даже приостанавливается. Вся процедура съемки занимает порядочное количество времени: на десктопе xubuntu она осуществлялась примерно за 50-100 миллисекунд. На Orange Pi она же стала занимать порядка 100-400 миллисекунд. Видеозахват – в целом тяжелая процедура для ЦПУ. Поэтому уменьшение разрешения рабочего стола помогло, но незначительно. В идеале нужно выдирать изображение через низкоуровневый код непосредственно из экранной памяти, а не из пользовательской среды через функции gdk. Более того, в самом коде скриншоттера написано, что рекомендуемая задержка между скриншотами должна быть не менее 200 мс, то есть, это уже ограничивает нас до 5 FPS. В случае, если нужно просто проверить консольный вывод, этого достаточно, а вот для видеопотока оказалось маловато.

Прим. авт.: через некоторое время после написания статьи, мне удалось решить данную проблему, используя вместо скриншоттера ПО jsmpeg-vnc. С ним я получил 50 FPS и выше, плюс имеются встроенные функции обрезки кадра до нужного размера.

Данное ПО передаёт MPEG-поток через WebSocket протокол (выполняя трансляцию видеосигнала), позволяет закодировать только нужную область, чтобы не передавать весь рабочий стол. Далее кадр можно расшифровать и передать непосредственно в контроллер, минуя костыль в виде отображения его на экране и снятия скриншота. Если это будет интересно, можно показать подробнее в следующей статье.

Также, поскольку сохранение в bmp происходит через встроенные средства gdk, мне не удалось заставить программу сохранять в 16-битный формат. Она сохраняла в 24-битный формат, поэтому для преобразования цветовой палитры мне пришлось написать фрагмент кода на бинарных сдвигах:

Изначально содержимое нашего скриншота копируется в массив байтов (uint8_t) в порядке очередности. Для конвертации цвета 24bit -> 16 bit (ещё и с перевёрнутым порядком байтов) использованы сдвиги: мы сравниваем первый байт красного с пятью единицами, далее сравниваем второй байт зелёного с тремя единицами и сдвигаем результат в самое начало, далее сравниваем следующие разряды байта зелёного и сдвигаем в самый конец, далее сравниваем синий и сдвигаем его в середину. Таким образом, из цветности КККККККК ЗЗЗЗЗЗЗЗ ССССССС мы привели палитру к цветности ЗЗЗССССС КККККЗЗЗЗ, которую и принимает наш дисплей. Для отладки я использовал цветные картинки, после чего смотрел, корректно ли отображается цвет согласно своему описанию, или же цветовой канал требуется сдвинуть ещё на какое-то количество ячеек.

После чего я в цикле запустил скриншоттер через вызов терминала, а далее отрендерил картинку на экран. Это можно увидеть на видео:

Конечно, данный пункт программы нуждается в доработке – ссылки на заголовочные файлы библиотек gdk и x11 следует внести в общий файл программы, в котором происходит работа с дисплеем чтобы избежать костыля в виде сохранения картинки в кэш на жестком диске. Возможно, это несколько улучшит производительность. А для идеальной работы требуется переписать это всё на уровне ядра ос, чтобы превратить самодельную библиотеку в драйвер для устройства. Но на текущий момент ход программы получился такой:

• Через терминал вызывается скриншоттер, который сохраняет кадр в cache.bmp;

• Файл cache.bmp открывается, после чего отправляется его содержимое на дисплей.

Причём, основная потеря скорости идёт на этапе снятия скриншота, а не записи/чтения его с диска. Для увеличения FPS выше 5 необходимо заменить xfce4 скриншоттер на какое-то другое ПО. Тем не менее, мы движемся дальше.

❯ 6. Эмуляция сотового телефона

Эмулятор телефона CX75 был написан лет 20 назад, и входил в официальный пакет программ для разработки java-приложений через WTK/JDK 2.0. Он пролежал у меня на жестком диске лет 15, после чего я запустил его для данной работы. Если кому-то интересно также запустить его на своём компьютере, делюсь файлами.

Для работы требуется JDK 6u45 и Windows XP. Насколько я помню, даже при запуске на Windows 7 эмулятор вылетал, на Win 10, тем более, работоспособность я не проверял. Поэтому запускать я его буду через виртуальную машину с WinXP.

Эмулятор полностью реализует функционал прошивки телефона 75-й серии, в том числе, можно устанавливать java-игры, подключать веб-камеру для съемки фото, и так далее. Единственное, вряд ли будет работать интернет, по причине того, что WAP технологии уже не получится использовать.

Вот так эмулятор выглядит в системном окне. Управлять можно с клавиатуры (джойстик – стрелки и enter, клавиши – цифры или тачпад), либо нажатием на виртуальные кнопки.

Выдаёт он картинку чётко размера 132x176, поэтому интерполяция не потребуется. Теперь нужно прокинуть картинку из виртуальной машины в Linux машину. Можно было использовать wine, но я не уверен, будет ли эмулятор адекватно работать на нём. Поэтому он запущен в XP. Для передачи картинки, опять же, ничего нового изобретать я не буду, использую TightVNC.

На Windows мы устанавливаем сервер, на armbian’е устанавливаем клиент через apt-get xtightvncviewer.

После чего запускаем клиент-сервер, и выставляем на экране требуемую зону отображения. FPS в данном случае также примерно равен 5 кадрам, поэтому дисплей будет рендерить с точно такой же скоростью.

И вот момент, ради которого всё затевалось: помещаем эмулятор телефона в экранную область на самом телефоне

Видео:

Таким образом, наш видеопоток проходит через следующие уровни:

• Эмулятор CX75 (x86 C-программа, но порт ARM-совместимой прошивки);

• Windows XP (виртуальная машина);

• Windows 10 (через виртуализацию, но можно пропустить, выведя в VNC напрямую с XP);

• Armbian xfce4 gui (через VNC);

• Изображение cache.bmp (через xfce4-screenshooter);

• Дисплей C75 (через wiringPi + wiringPiSPI).

Для эмуляции же клавиатуры достаточно просто припаять контактные площадки к контроллеру от USB-клавиатуры в соответствии со схемой их разводки:

Делать этого сейчас я не буду по причине того, что это несколько монотонное занятие, и вся задача заключается лишь в правильном сопоставлении таблиц кнопок и таблиц на контроллере от USB клавиатуры. После чего клавиатура подключается к виртуальной машине, и можно испытать полное погружение в эмулятор.

❯ 7. Заключение

Результат проекта:

В ходе работы были изучены особенности работы с GPIO, SPI, GTK3, VNC, преобразованием цветности и некоторым другим функционалом компьютерных и микроконтроллерных систем.

Готовые файлы проекта под wiringPi.

Спасибо за внимание.

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные материалы.

• Также подписывайтесь на наш телеграмм-канал — только здесь, технично, информативно и с юмором об IT, технике и электронике. Будет интересно.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

• Автор: MaFrance351

Многие из нас всё ещё помнят такой стандарт связи как AMPS. В лучшие времена он, как и другой аналоговый стандарт NMT-450, был достаточно популярен на просторах России. И, возможно, у кого-то из нас даже был такой телефон.

Хотя сети общего пользования прекратили работу уже давным-давно, при помощи некоторого оборудования и софта всё ещё возможно дать старым телефонам возможность вновь зазвонить.
Итак, в сегодняшней статье разберёмся, как запустить сотовую сеть стандарта AMPS. Узнаем, с какими сложностями придётся столкнуться и как заставить всё это работать. Традиционно будет много интересного.

❯ Суть такова

Как и многих других любителей старой электроники, древние телефоны не обошли меня стороной. Хотя основным моим увлечением по этой части остаётся компьютерное железо, да и из мобильных устройств мне больше нравятся КПК, смартфоны и коммуникаторы (без привязки к стандарту связи и оператору), такие древние трубки у меня всё же имелись. И, разумеется, мне всегда хотелось их запустить. И вот, спустя столько лет, мне наконец-то удалось приобрести полноценный SDR, так что теперь у меня есть возможность увидеть всё это в работе. А раз так — самое время поведать об этом миру.

❯ Немного истории

Сети стандарта AMPS принадлежали к первому поколению мобильных сетей. Появившись в начале восьмидесятых, они достаточно быстро получили распространение в Америке (где вообще стали первыми сотовыми сетями), а позже и в других странах мира. Немало легендарных устройств работали в этом стандарте, например, первый коммерчески доступный мобильный телефон Motorola DynaTAC или один из первых смартфонов IBM Simon. И даже первый звонок по сотовому телефону был совершён именно в сети этого стандарта.

В России эти сети появились в 1994 году и были развёрнуты компанией «Вымпелком» (он же «Билайн»). Как удалось найти, в них использовалось оборудование Ericsson, телефоны предлагались преимущественно этой же фирмы.

К концу нулевых годов AMPS стал сдавать позиции и был вытеснен более совершенными GSM и D-AMPS (впрочем, имеющего мало общего с «оригинальным» AMPS). Последние сети этого стандарта были отключены в 2008-2010 годах.

❯ Как работает AMPS

И перед началом экспериментов разберёмся, как же были устроены данные сети.
По принципу работы AMPS очень близка к своему предшественнику IMTS (Improved Mobile Telephone Service). Это типичная аналоговая сотовая сеть с частотным разделением каналов. Всего их 416 — 395 голосовых и и 21 управляющий. Каналы эти назначались автоматически, в зависимости от занятости и уровня сигнала.

В отличие от регионов NMT, тут используются так называемые System ID, кодирующие сети операторов. Сети делятся на два типа — System A (нечётный ID) и System B (чётный ID), для каждой из них выделены свои каналы.

❯ Что нужно для запуска

Итак, определимся с оборудованием. Для создания нашей сети нам понадобится примерно следующее:

1. Компьютер с ОС Linux. Машина должна быть достаточно мощной, Raspberry Pi не подойдёт. Также обязателен хотя бы один свободный порт USB 3.0. Использовать ВМ я настоятельно не рекомендую, чуть позже я покажу, почему.

2. Полнодуплексный SDR, совместимый с GNU Radio. В качестве него подойдут, например, LimeSDR, USRP или BladeRF.

3. Антенны, рассчитанные на частоту в районе восьмисот мегагерц или антенная нагрузка (что ещё более предпочтительно)

4. Собственно, сам телефон. Как нетрудно догадаться, аппарат должен включаться и пытаться ловить сеть. Антенна также должна быть на месте.

Вся сложность заключается именно во втором пункте. Дело в том, что полнодуплексный SDR на момент написания поста стоит весьма недёшево ввиду наличия в его составе «жирной» ПЛИС и трансивера.

❯ Обзор оборудования

Ну что же, самое время взглянуть на железо.

Это самый важный из всех компонентов — USRP B200-mini, он же full-duplex SDR. Железка по-настоящему крутая, для экспериментов с сотовыми сетями она просто идеальна. Единственное — цена такой штуки весьма впечатляет.

Теперь очередь телефонов.
Это Ericsson R300LX. У него интересная судьба: в своё время, когда отключали аналоговые сотовые сети, эти телефоны продавали очень дёшево, и я купил его всего за десять рублей в привокзальной палатке. В годы начальной школы он был моей любимой игрушкой. Аккумулятор был потёкший, и я его сразу выкинул, так что запускать аппарат будем от ЛБП. Благо ещё в те далёкие годы я припаял два проводка. Позже я раздобыл ещё один такой телефон, его и буду использовать в рамках данного поста.

А это Ericsson T60D. Аппарат куда более поздний, нежели предыдущий. У него также была версия T60C стандарта CDMA.

Аккумулятор у него тоже дохлый, но подключается он через разъём, а не подпружиненные контакты, так что я просто откусил вздувшуюся банку и припаял взамен другую батарею (она от отслужившего своё аккумулятора Lego NXT. Постоянно использовать её, конечно, не выйдет, но для тестов сгодится).

Самая интересная, на мой взгляд, особенность этого телефона — ЭЛИ-подсветка. Если его разобрать, на плате можно увидеть характерную плёночку, светящуюся при подаче на неё переменного напряжения высокой частоты. Аналогичная технология использовалась в телефоне Motorola RARZ V3.

Ericsson LX588. Увы, у обоих аппаратов сломаны и утеряны антенны, так что в данных экспериментах они участвовать не будут, хоть они и включаются и пытаются работать.

Nokia 8260. Это самый поздний аналоговый аппарат, что у меня есть, если бы не отсутствие слота под SIM, его было бы сложно отличить от обычной GSM-трубки.

Среди прочих аппаратов есть и те, которые заслуживают более подробного описания. Вот, к примеру, Motorola MicroTAC, как по мне, один из самых крутых аппаратов того времени в плане дизайна (наряду со StarTAC от той же Motorola). Их было выпущено много модификаций, в мои руки попала MicroTAC Ultra Lite.

Обратная сторона. Под батареей находится краткая инструкция со списком основных действий.
Что примечательно, средний контакт аккумулятора хоть и есть, но не задействован. Он используется не для контроля состояния аккумулятора, а для активации режима Test mode.

Никелевый аккумулятор, разумеется, давно сдохший. Без этой штуки телефон теряет весь свой шарм, перестаёт приятно оттягивать руку и, если бы не светодиодный дисплей, он бы напоминал типичный древний аппарат от Ericsson.

Зарядная станция. Помимо самого телефона, в ней также может располагаться резервный аккумулятор. Подобное решение я не раз позже встречал в различных КПК.

А вот так на ней лежит аппарат.

Внутренности. В некоторых моделях стоял ещё и микроконтроллер PIC, но у меня его нет.

Девайс в работе. Даже по нынешним меркам светодиодные матричные индикаторы очень классно смотрятся и навевают мысли о старых авиаприборах.

Ещё одной интересной особенностью является наличие у него зарезервированных функций меню.

А вот и легендарный StarTAC. Вообще, я не очень люблю раскладушки, но этот девайс (наряду с КПК Sony) мне безумно нравится.

Он же в сложенном виде. Увы, аккумулятор от него давно утрачен. Кстати, это единственная известная мне раскладушка, где батарея установлена в верхней части.

❯ Ставим софт

На просторах Хабра отыскалась вот такая статья (являющаяся переводом английской статьи русскоязычного автора с Medium), повествующая примерно о том же, чем я собираюсь заняться сейчас. И, казалось бы, всё просто, ставим софт, и можно пробовать. Но это только во всяческих руководствах конфигурация настраивается шутя, а запускается всё с первого раза, так что здесь я постараюсь затронуть ещё и некоторые сложности.

Вообще, кое-что про работу с софтом, что мы будем сейчас использовать, я уже рассказывал в посте про NMT-450, так что настоятельно рекомендую вначале прочитать его. Хотя стандарты и оборудование сильно отличаются, по части софта многие аспекты полностью идентичны.
Как и в случае с NMT, я буду использовать Osmocom Analog. В отличие от другой реализации AMPS для GNU Radio, gr-amps, этот софт намного более прост в установке и запуске.
Итак, для начала необходимо установить ПО для управления SDR (UHD или LimeSuite). Выбор его зависит от вашей железки, так что подробно описывать это не вижу смысла.

Далее нужно установить библиотеку SoapySDR:

sudo apt install libsoapysdr-dev
sudo apt install soapysdr-tools

Это официальный вариант от разработчиков Osmocom Analog. Я встречал информацию, что нужно использовать только конкретную версию библиотеки, иначе будут проблемы с запуском, но на момент написания статьи, похоже, это было исправлено, так как у меня всё запустилось нормально.

Если же у вас нет желания разбираться с библиотеками и прочими зависимостями, то я рекомендую запускать всё на Dragon OS. Это известный в узких кругах дистрибутив Lubuntu, этакий идеологический аналог Kali Linux, только если последний ориентирован на хакеров, Dragon OS предназначена для работы с SDR и радио. Там уже установлены все необходимые программы, так что проблем у вас быть точно не должно. На всякий случай я оставлю ссылку на ту версию, что я использовал, в конце статьи. Точно также я выложу уже скомпилированный софт, который будет достаточно только установить и запустить.

Теперь необходимо собрать Osmocom Analog. Делается это очень просто:

git clone git://git.osmocom.org/osmocom-analog
cd osmocom-analog
autoreconf -if
./configure
make clean
make sudo
make install

После сборки у вас должна будет появиться папка osmocom-analog, где в папках в разделе src будут лежать нужные нам программы для запуска сетей. Вообще, этот софт можно использовать и с аналоговым трансивером (по сути всё абсолютно аналогично тому, что я описывал в посте про NMT), но найти SDR оказалось проще, чем приёмопередатчик на такие частоты.

Кстати, существует ещё и вот такой проект. Как по мне, это одна из самых крутых реализаций такой сети, а подробное описание собранного девайса потянет на отдельную статью. Но об этом всём как-нибудь в другой раз. Кстати, именно автор данного девайса сильно помог проекту Osmocom-Analog в реализации сети AMPS.

❯ Запускаем сеть

Ну что же, пробуем? Втыкаем SDR в компьютер, включаем наш телефон.

Запускаем наш софт:

amps --sdr-uhd -k 334 -k 320 --samplerate 512000

При первом запуске после перезагрузки (а также если была нажата кнопка RESET на SDR или он был отключён от компьютера) программа выдаст ошибку обращения к SDR. Это норма, через несколько секунд в SDR должна будет загрузиться конфигурация, и всё заработает. Если не работает — надо разбираться с драйверами SDR.

Остаётся только положить телефон рядом с антеннами и ждать чуда.

И, если всё было сделано правильно, телефон поймает сеть и скажет, что мы в роуминге (так как код оператора отличается от того, что прошит в него).

При этом в окне посыпятся логи. Здесь же можно увидеть номер — в моём случае это 3512761234., Присвоенный номер наводит на мысли о наследии старых сотовых операторов — когда-то давно мобильные номера выдавались просто с кодом города, а не оператора (что, кстати, отражено в моём нике: 351 — код города Челябинска).

Всё, можно пробовать звонить.

❯ Итак, оно не работает

Если телефон сразу нашёл сеть и подключился к ней — поздравляю. Всё успешно запущено, теперь можно пробовать звонить.

Но, как оказалось, всё не так просто, как может показаться.

Если сеть не запускается, следует попробовать поменять samplerate на более большой. Завышать его, правда, тоже не стоит, так как ресурсов это будет тратить больше, а особого результата не будет. Значение это должно быть таким, чтобы обеспечить работу всех созданных каналов.

Если же появляются строки вроде «SDR underrun», скорее всего, не хватает пропускной способности порта. Причин для этого много, либо SDR воткнут в «медленный» USB 2.0 вместо USB 3.0, либо компьютер слишком слаб, чтобы держать столько каналов. К слову говоря, это одна из причин, почему не стоит запускать софт на виртуальной машине. У меня нет отдельного мощного ПК с линуксом на борту, но было достаточно записать Dragon OS на флешку и загрузиться с неё, чтобы сообщения об ошибках пропали.

Запустив сеть, надо включить телефон и ждать, пока он не увидит сеть. Процесс этот не слишком быстрый, использовавшийся как основной для экспериментов Ericsson T60D перед нахождением сигнала тупил где-то минут десять. Если всё равно не находит — пробуем выбрать сеть вручную.

На том же телефоне обнаружился досадный косяк в виде какого-то пароля, не дававшего позвонить. Проблему я решил просто — набрал на нём 112. Поскольку сети общего пользования давным-давно отключены, можно не опасаться ложных вызовов. Ну а телефон же, в свою очередь, не запретит позвонить по этому номеру даже при наличии блокировки.

Также причина отсутствия сети может крыться в антеннах. В своих опытах я использовал таковые из комплекта от другого SDR, HackRF (эти же антенны я пробовал подключать к рациям в опытах с NMT). Попытки использовать антенны от рации или от другого телефона не увенчались успехом, трубки либо в упор не видели сеть, либо ловили, но звонок не шёл. Кстати, упомянутый Ericsson T60D в этом плане показал себя лучше всех, что даже было для меня удивительным, так как больше всего надежд возлагалось на R300LX.

❯ Звоним

Итак, набираем на клавиатуре телефона какой-то номер и жмякаем вызов. Если аппарат ещё не потерял сеть, то из динамика послышится характерное шипение, а затем и гудок.

При этом в окне консоли посыпятся логи. Через пару секунд компьютер возьмёт трубку и из телефона начнёт играть музыка, а затем приятный женский голос скажет «Ваш звонок очень важен для нас. Пожалуйста, оставайтесь на линии.».

Чтобы получить возможность принимать звонки, необходимо использовать звуковую карту, аналогично тому, как это было показано в статье про NMT.

Для звонка на телефон необходимо узнать его номер. Увидеть его можно в логах регистрации или при звонке. Далее необходимо набрать его (если с этого телефона уже осуществлялся звонок, то номер будет вписан автоматически) и жмякнуть на клавиатуре «d».

❯ Про каналы и Test mode

Для правильной работы сети важно выбрать правильные номера каналов. Если они совпадают с теми, что записаны в телефон, то находить сеть он будет практически моментально (MicroTAC, на котором удалось зайти в сервисное меню, делал это за несколько секунд), иначе же ему придётся сканировать весь эфир, что занимает достаточно длительное время.

У меня есть телефон Motorola MicroTAC, на котором ставить данные опыты проще простого. Не нужно кодов, секретных комбинаций кнопочек, каких-то внешних причиндалов, подключаемых к аппарату. Достаточно только соединить средний контакт аккумуляторного разъёма с землёй. Если батарея вашего телефона перепакована, то достаточно всунуть в отверстие комочек фольги (средний контакт батареи через диод соединён с минусом), если же телефон питается от ЛБП, то нужно подкинуть земляной провод к этому контакту. Далее необходимо включить телефон, и он перейдёт в тестовый режим, после этого соединение можно размыкать. Вообще, для опытов с AMPS советую разжиться телефоном именно такой модели (StarTAC, MicroTAC, TeleTAC), ввиду огромного числа функций, могущих помочь при наладке сети.

При входе в этот режим телефон начинает показывать по кругу разную информацию, включая и номера каналов. На фото пример того, как это может выглядеть. То, что показывается между этими сообщениями, интереса не представляет. Необходимо записать эти трёхзначные числа и затем указать их при запуске сети.

Разумеется, помимо просмотра и настройки каналов в данном режиме можно делать много интересного. Есть такой текстовик как Motorola Bible. Тогдашние гуру фрикинга сотовых телефонов скажут, что всё написанное там — полная чушь. Не буду ручаться за это, но кое-что интересное оттуда таки можно почерпнуть. А именно — номера команд и способы входа в Test mode для целого модельного ряда аналоговых телефонов Motorola. В частности, в этом режиме можно осуществлять настройку передатчика, просмотр серийного номера (ESN), программирование кода абонента (NAM) и многое другое. Описание приведено для двухстрочных моделей, но на моём многие команды тоже завелись...

Продолжение в источнике материала. Увы, все фото не влезли, а именно в них вся суть и самое вкусное. :)

• Автор: MaFrance351

• Больше интересных фото и комментариев в оригинале материала

В ходе просмотра «Расследований авиакатастроф» я не раз задумывался над тем, что хотел бы заполучить в коллекцию что-то из авиационных приборов. И вот, вдохновлённый статьёй полугодовой давности, я таки раздобыл один такой экземпляр. А раз так — самое время разобраться, как его подключить, а заодно и поведать об этом миру.

Итак, в сегодняшней статье разберёмся, как запустить тахометр от пассажирского лайнера Boeing 737-300. Узнаем, как устроены и как работают такие приборы, как ими управлять. Традиционно будет много интересного.

❯ Суть такова

Так уж вышло, что начать я решил с какого-то из стрелочных приборов. Вплоть до конца прошлого века они были основным видом индикаторов в авиации.

Десятки таких устройств можно найти в кабине практически любого, что отечественного, что зарубежного самолёта, выпущенного примерно до восьмидесятых годов.

Позже появились и цифровые индикаторы (а заодно и целые экраны), но механические приборы даже не думали сдавать позиции.

В наши же дни такие индикаторы используются либо в качестве резервных, либо не используются совсем. Их вытеснили экраны. Можно видеть, как менялась кабина всё того же Boeing 737 от модификации к модификации.

❯ Как работают стрелочные авиаприборы

И для начала разберёмся, как вообще устроены такие индикаторы.
Если не учитывать чисто механические, то такие приборы можно поделить условно на два типа.

Первый — электромеханические. Чаще всего в них стояли сельсины. Передающий сельсин был механически связан с тем, параметры чего надо измерять, принимающий стоял внутри прибора. То есть, например, в случае тахометра внутри был механизм, крутящийся с той же скоростью, что и двигатель. Никакой другой электроники внутри них не было.

Вообще, эти приборы заслуживают отдельного описания. Чего стоит одна только точность передачи, недостижимая для чисто механических устройств.

А вот, например, авиагоризонт. В приборе, что на фото, нет гироузла, он управляется сельсинами, установленными во внешнем блоке гироскопа.

Второй тип — электронные. Внутри них стоит некая схема, обрабатывающая входной сигнал и выводящая его на шкалу. Стрелку при этом двигает не сельсин-приёмник, а сервомотор. Приборы эти могут быть как самодостаточными, получающими сигнал напрямую с датчика (оборотов, температуры, уровня...), так и полностью управляемыми извне (например, бортовым компьютером). Именно к этому типу и относится мой экземпляр.

Нечто подобное сейчас можно встретить и в автомобилестроении, если разобрать приборную панель в современной машине, то можно увидеть, что все стрелочные приборы полностью электронные, а сами стрелки приводятся в действие шаговыми моторами. Нет уже никаких тросиков спидометра и подобных элементов.

А вот более старая приборная панель с механическим спидометром.

❯ Обзор оборудования

Ну что же, взглянем на то, что нам сегодня предстоит запускать.

А попал ко мне в руки тахометр компрессора высокого давления от Boeing 737-300. Он показывает обороты двигателя в процентах от номинальных. Помимо стрелки он оснащён светодиодным дисплеем, показывающим это число.

Удивительно, но, в отличие от частей железнодорожной техники, раздобыть такой девайс не составило никакого труда, их вполне продают.

Так выглядит штатное место этих приборов. Также видны индикаторы компрессоров низкого давления (N1), температуры выходящих газов (EGT), расходомеры топлива (FF). Последние, к слову, тоже некогда (на более старых модификациях) были крайне интересными экземплярами — по сути это механический интегратор, показывающий общее число потраченного горючего и его расход в данный момент. В правом столбце другие приборы — давление, количество и температура масла, а также уровень вибраций двигателя.

А вот схема турбореактивного двигателя. Отчётливо видны расположения обоих компрессоров. Они не связаны между собой механически, поэтому для каждого из них стоит отдельный индикатор.

Несмотря на очень маленькие размеры шкалы, прибор выполнен в достаточно длинном корпусе.

Заводская табличка. Тут же видна дата производства — 4 декабря 1997. P/N WL201EED2.

По этому номеру удалось найти даже предложение о продаже. Стоит он, конечно, как крыло от боинга (кстати, хорошее сравнение для такой железки)... На eBay можно найти такие штуки по куда более демократичным ценам. Большинство из них — с замены или снятые со списанного борта.

На другом торце находится разъём. Он тоже заслуживает некоторого описания. В отличие от наших разъёмов (ШР, 2РМ, ОНЦ, РС и прочие), которые практически поголовно резьбовые, в иностранных самолётах распространены и байонетные соединители. Нумерация контактов здесь не последовательная, как у нас, а от центра к краю по спирали. Хорошо видны обозначения «1» и «24» у первого и последнего контактов. Также интересно и само расположение контактов — на отечественных я такого не встречал.

❯ Внутренности

Что мы делаем, когда к нам в руки попадает какая-то интересная железка? Правильно: мы её разбираем.

Многие из таких приборов герметично запаяны, однако этот всё же можно разобрать, выкрутив три винта со стороны разъёмов. Один из них, находящийся рядом с заводской табличкой, залит краской.

Практически никто не ремонтирует эти приборы, в случае выхода из строя обычно меняют весь модуль. Впрочем, ввиду герметичной конструкции, надёжно защищённой от влаги и пыли, а также отсутствия внутри пластиковых трущихся частей, срок службы подобных устройств очень велик.

Сняв кожух, можно увидеть внутри несколько плат, а также механизм сервопривода. По сути индикатор полностью электронный, в нём нет какой-то сверхточной механики или чего-то подобного. Это очень сильно увеличивает надёжность, а также снижает цену. У таких устройств практически отсутствует износ, от которого прибор начнёт врать (для перемещения стрелки можно использовать куда менее точные механизмы), для них не нужно изготавливать детали с какими-то адовыми допусками и потом их баласировать (внутри нет того, что быстро крутится и может создавать биения), настройка и калибровка их куда проще, нежели у электромеханических.

Плотность электроники внутри просто поражает. В маленьком цилиндрическом корпусе разместились сразу пять плат, а также механика перемещения стрелки. Я даже скажу, что испытал эстетическое удовольствие, рассматривая внутренности прибора.

Плата питания. На ней находится входной фильтр.

Она же с другой стороны.
Видно, что задняя часть корпуса, на которой расположен и разъём, не прикручена намертво к шасси прибора, а размещена на двух пружинах. Скорее всего, это сделано либо для удобства монтажа, либо для того, чтобы разъём не отломился от вибраций и тряски.

Одна из плат.

Все микросхемы в керамических корпусах. Также виден оранжевый шлейфик — он ведёт к светодиодной матрице (кстати, она тоже керамическая).

Тут также видно много отличий от подобных изделий отечественного производства — платы не покрыты лаком (предположу, что из-за герметичного корпуса в этом нет необходимости), вместо бечёвки жгуты проводов связаны ленточками, вместо пайки проводами платы соединяются обычными разъёмами типа PLS.

Эта плата, судя по всему, отвечает за обработку входного сигнала. На ней несколько операционных усилителей, а также три залитых герметиком потенциометра. Что именно подкручивается, мне неведомо, предположу, что соответствие процентов на индикаторе уровню входного сигнала.

Вообще, изначально я думал полностью разобрать прибор и показать платы по отдельности. Но у очень плотно уложенных жгутов проводов были свои планы…

Другая сторона. Видны микросхемы каких-то цифровых цепей. Одна из них — явно УФ-ПЗУ, другие — микропроцессор и его обвязка.

А вот механизм перемещения стрелки.

Концептуально это всё тот же сервомотор, который многие из нас использовали в экспериментах с Arduino — здесь так же используется коллекторный двигатель и датчик угла (в данном случае — энкодер).

Коллекторный двигатель перемещения стрелки, неожиданно большой для того маленького момента, который по сути от него требуется.

Инкрементальный энкодер, контролирующий работу механизма.

Стрелка снабжена возвратной пружиной, если попробовать вручную прокрутить шестерни, то после отпускания всё вернётся в исходное положение. Это избавляет от необходимости иметь регулятор установки нуля.

❯ Подключение

Поскольку мне не удалось разобрать прибор с уверенностью, что я его потом соберу, пришлось обратиться к интернету.

На просторах нашёлся любопытный сайт, где автор запускал некоторые авиаприборы от Boeing, включая и мой индикатор.

Распиновка его в итоге оказалась следующая:

1. Лампа подсветки

2. Лампа подсветки

3. Питание (28 В постоянки)

4. Земля питания

5. Дифференциальный вход

6. Дифференциальный вход

7. Масса

8. Тестирование

9. Неизвестно

10. Неизвестно

11. Неизвестно

12. Лампа предупреждения

13. Аналоговый выход

14. Аналоговая земля

15. Не используется

16. Не используется

17. Не используется

18. Не используется

19. Не используется

20. Не используется

21. Не используется

22. Не используется

23. Не используется

24. Не используется

Выводы 9, 10, 11, как я понял, используются как некий релейный выход, переключающийся в зависимости от количества оборотов.

❯ Запускаем

Для начала определимся с подключением. Ответную часть для такого разъёма найти у меня не вышло (подозреваю, что, реши я её купить, в моих краях она обошлась бы мне дороже самого прибора). Контакты от отечественных разъёмов тоже не подойдут: из-за того, что у нас метрическая система, а у них дюймовая, какие-то типоразмеры будут болтаться, а какие-то уже не налезут. Выходом стали разъёмы BLS, которые хоть и очень туго, но удалось насадить. Ну что же, время экспериментировать!

И для начала оживим подсветку. Она питается от пяти вольт, которые надо подать на первый и второй контакт. Так как там стоит лампочка накаливания, не стоит пытаться запустить подсветку от маломощного источника типа USB.

Я использовал пятивольтовую шину компьютерного блока питания для подсветки и отдельный БП для самого прибора.

Подаём основное питание. Если индикатор исправен, стрелка должна дёрнуться и затихнуть. Прибор работает с индукционным датчиком, поэтому обрыв он воспринимает как неисправность.
Если закоротить контакты входа, стрелка встанет на ноль, а дисплей загорится.

Девайс требует для работы переменное напряжение, так что соединить один контакт входа с землёй, а на другой подавать сигнал не выйдет. Собирать отдельную схему желания не было, поэтому достал Arduino. Быстренько написал программу, генерирующую на двух выводах противофазный сигнал.

Прибор не особо требователен что к форме сигнала, что к его амплитуде, всё отлично заработало и так.

Подключаем сигнал. Если всё было сделано правильно, то стрелка прибора сдвинется на некоторое значение. Меняя частоту сигнала, можно управлять стрелкой индикатора. Частота эта лежит в диапазоне от 90 Гц до 2,78 кГц, зависимость при этом линейная.
Если попробовать «положить стрелку», то на индикаторе отобразится измеренное значение, которое вскоре погаснет. Стрелка при этом останется в прежнем положении.

Один из выходов служит для тестирования, при подаче на него питающего напряжения стрелка встанет на ноль, а на матрице загорятся все пиксели.

Также данный прибор имеет красную лампу, которая загорается при превышении числа оборотов. Увы, у моего экземпляра она перегорела.

Мне безумно понравилась эта имитация механических указателей, сделанная на светодиодной матрице. Возможно, даже реализую нечто похожее в каком-то из своих проектов.

❯ Вот как-то так

Как оказалось, достаточно простой с виду прибор оказался крайне интересным экземпляром, начиная от внутренностей и заканчивая управлением. В отличие от железнодорожных девайсов, годящихся по большей части чисто для коллекции, этот экземпляр ещё можно много где применить, начиная от приборов для авиасимуляторов и заканчивая индикатором загрузки ЦП. Своим необычным видом и тёплой ламповой подсветкой он точно не оставит кого-то равнодушным.

Такие дела.

• Автор: MaFrance351

• Больше интересных фото и комментариев в оригинале материала

Приветствую всех!
Я уже не раз рассказывал про устройство, работу и использование различных принтеров (так уж получилось, что по большей части чековых). Но один экземпляр так и остался в стороне, несмотря на то, что штука эта, пожалуй, один из самых необычных вариантов конструкции такого принтера. Удивительно, насколько часто его путают с другими типами, с которыми он не имеет практически ничего общего.

Итак, в сегодняшней статье поговорим о чековых принтерах барабанного типа. Узнаем, зачем они вообще нужны и как устроены. Традиционно будет много интересного.

❯ Суть такова

В комментариях к последним двум моим статьям про принтеры несколько раз упоминали печатающие калькуляторы. Штука весьма экзотическая, в обычной жизни такой чаще всего можно встретить где-нибудь на кассе в банке, в бухгалтерии, на точке обмена валют или другом подобном месте.

Так вот, принтеры, используемые в таких девайсах очень сильно отличаются от обычных чековых. И я, не найдя какого-то хорошего описания их работы, решил написать пост и про эту технологию.

❯ При чём здесь АЦПУ?

Думаю, все, кто имел дело с большими ЭВМ или просто увлекается данной темой, знают, как устроен и работает принтер барабанного типа.

Главной его частью является барабан с символами (литерный вал). Вдоль него расположен ряд молоточков, который приводятся в действие управляемыми с компьютера электромагнитами, которые бьют по бумаге, отпечатывая символы через красящую ленту.

Сами по себе эти принтеры были очень суровыми и производительными агрегатами, а по шуму им мог позавидовать даже линейно-матричный принтер.

Так вот, в большинстве печатающих калькуляторов используются механизмы именно такой конструкции. Безусловно, аппараты с матричными или термопринтерами существовали, но в сравнении с общим числом моделей их куда меньше.

❯ Что даёт использование такого принтера в калькуляторе?

Разумеется, причин для того, чтобы ставить именно их, было немало:

• Такому принтеру не нужен знакогенератор, так как символы жёстко выбиты на барабане. Соответственно, упрощается и схема калькулятора.

• Можно печатать несколькими цветами, в частности, в подобных устройствах чёрным печатают приход, а красным — расход.

• В отличие от матричного, этот экземпляр куда менее шумный.

• В отличие от термопринтера, распечатки с которого выцветают, эти могут храниться очень долго.

• Нет каких-то чувствительных к жизненным потрясениям частей типа игл или тонкоплёночных нагревателей, соответственно, он, прост, дубов и надёжен.

Именно это и стало причиной столь широкого их распространения, в отличие от других своих собратьев.

❯ Обзор оборудования

Ну что же, самое время посмотреть на такой артефакт в работе. Изначально у меня были планы намутить этот печатающий механизм и попытаться оживить, но с этим совершенно не задалось, так что было принято решение намутить калькулятор в сборе и на его примере посмотреть на работу принтера.

А вот и предмет нашего обзора. Citizen CX-146. Это типичный представитель поздних печатающих калькуляторов. Индикатор на четырнадцать разрядов, принтер, типичные для бухгалтерского калькулятора функции.

К слову, на момент написания статьи эти аппараты даже до сих пор продают, причём по весьма негуманной цене.

Обратная сторона. Наклейка с инвентарным номером, кнопка Reset, отсек для батарейки CR2032 (что именно ею поддерживается, мне неведомо) с так и не выдернутым хлястиком.

Принтер. Крышка его давно потеряна, но на работу это не влияет. Вообще, уверен, что за один день в кассе банка он печатал больше, чем за всё то время, что валялся у меня дома.

А вот и аппарат в работе.

❯ Печать

Впрочем, уверен, мы все здесь не ради обсуждения бухгалтерских функций, а ради самого принтера. Из его режимов работы нас интересуют два — в первом калькулятор ведёт себя как обычный и ничего не печатает, во втором же число из буфера распечатывается вместе с нажатым знаком операции. В левом верхнем углу кнопки FEED и PRINT, одна для протяжки бумаги, другая для печати числа без совершения операций над ним (например, какого-нибудь там номера отчёта).

Итак, откидываем металлическую скобу, надеваем моточек ленты и заправляем её в щель сзади. Далее жмякаем FEED, принтер заглотит бумагу и протянет её. Всё, можно пробовать печатать.

Выглядит это примерно так:

Да, некоторые наверняка заметили, что лента заправлена неправильно. Дело в том, что офсетной бумаги у меня под рукой нет, поэтому я использовал термоленту, только печатал на обратной стороне, где нет термочувствительного слоя, чтобы краска нормально впитывалась.

Ну а вот и сама бумажка. Само собой, кроме цифр и нескольких символов этот принтер ничего печатать не умеет.

❯ Внутренности

Ну что же, самое время посмотреть на аппарат изнутри. Выкручиваем саморезы снизу и расцепляем защёлки. Судя по задирам на корпусе, я далеко не первый, кто лезет внутрь…

А вот и внутренности. По центру плата управления, собранная на двух микросхемах-каплях. Кстати, впервые вижу, чтобы в калькуляторе на ВЛИ была столь простенькая схема, все экземпляры, что я видел ранее, были на чипах в нормальных корпусах. Платы тоненькие, гетинаксовые.

Трансформатор, выдающий напряжения для питания принтера, калькуляторного чипсета и ВЛИ. Переключатель питания на деле не отключает девайс от сети, при вставленной вилке плата находится под напряжением всегда.

Лицевая сторона платы. На ней ВЛИ, немного пассивных компонентов, парочка транзисторов. Диодный мост и предохранитель.

Вся электроника калькулятора. Клавиатура резиновая, как в пульте от телевизора. Впрочем, кнопки нажимаются отлично, никакие не западают. Движковые переключатели тоже бескорпусные, в виде площадок на плате.

ВЛИ произведён хоть и в Китае, но под контролем японской Futaba. По номеру ничего не гуглится.

❯ Принтер

А вот и печатающий механизм. Это Epson M-32TL. Весьма неожиданно увидеть здесь этот принтер, ведь в лучшие годы Citizen и сама выпускала такие изделия.

Принтер, снятый с крышки корпуса. Видны электромотор, направляющие, печатающая головка.

Картридж. Устроен он максимально просто — два валика, пропитанных краской.

А вот и самая главная часть этого принтера — барабан. Две его секции отведены под печать чёрным, ещё одна — красным.

От принтера к плате идёт всего восемь проводов. Этого полностью достаточно для управления этим механизмом.
Помимо электромотора другим исполнительным механизмом является электромагнит (изначально думал, что это магнитная муфта, но нет, вал вращается всегда). Он управляет практически всем: выбором цвета, непосредственно пропечатыванием символа и перемещением головки.

Если слегка сдвинуть корпус головки, то можно увидеть сам молоточек, который бьёт по барабанам. Чуть ниже червячный вал, перемещающий головку. Возврат каретки осуществляется пружиной: после снятия напряжения с электромагнита и отключения мотора вал начинает свободно прокручиваться.

Над нижней направляющей видна зубчатая рейка, за которую цепляется каретка при перемещении.

С другой стороны принтера находится программный переключатель. Одна его контактная группа замыкается, когда литерный вал стоит в нулевом положении, другая — при начале поворота барабана на угол, равный размеру одного символа, третья — при завершении этого манёвра.

❯ Управление принтером

Таким образом, для подключения принтера надо всего пять цифровых портов микроконтроллера — два будут дёргать соленоид и мотор, три других — следить за концевиками (нулевым и индексным). Существовали даже специальные чипы, предназначенные для управления мотором и несколькими соленоидами (и специально приспособленный к подключению индуктивной нагрузки). Таким образом, для печати необходимо отслеживать, когда появляется нужный символ, далее активировать соленоид. После этого необходимо отсчитать ещё один оборот (чтобы каретка сдвинулась), снова выбрать символ и выбить его. Если же вместо этого нужно пустое место, то барабан нужно крутить до символа пробела.

❯ Тайминги

Даташит на этот принтер найти не удалось. Я уже думал лезть за логическим анализатором, чтобы показать подаваемые на него сигналы, но внезапно нашёл всё это на просторах.

Перед началом печати включается мотор. Электроника калькулятора выжидает, пока он не сделает один оборот (данные между метками A и B).

А вот и печать символа. Отсчитав нужное число импульсов, МК подаёт сигнал на активацию электромагнита. Барабан при этом не крутится, что видно по отсутствию сигналов с датчика вращения. Мотор же в это время не выключается, отчего головка едет к позиции следующего символа в строке.

❯ Немного о более старых принтерах

Помимо рассмотренного в данной статье экземпляра существовали конструкции, полностью повторяющие по принципу работы АЦПУ.

Вот типичный такой принтер, в нём литерный вал абсолютно неподвижен, как это сделано в его большом собрате. По управлению он тоже абсолютно идентичен.

❯ Вот как-то так

Как можно видеть, казалось бы ничем не примечательный принтер оказался весьма интересным устройством. Конечно, он не лишён недостатков, в частности, его механика требует весьма строгих таймингов включения электромагнита, чтобы принтер мог что-то печатать, да ещё и нужным цветом. Причём в отличие от матричного или термопринтера, где это влияет по большей части на скорость печати, такой девайс при неправильном подключении, скорее всего, сломается. А низкое количество печатаемых символов ещё сильнее снижает область их использования.

Такие дела.

• Автор: MaFrance351

• Больше интересных фото и комментариев в оригинале материала

Думаю, многим из нас хорошо известно, что в ныне применяемых домофонных ключах, хоть их иногда называют магнитными, никаких магнитов на деле нет.

Но так было далеко не всегда. В девяностые, когда электронные замки стали постепенно распространяться, существовало огромное количество совершенно экзотических типов ключей. И вот ко мне в руки попал очередной крайне интересный экземпляр, устройством которого стоит поделиться.

Итак, в сегодняшней статье поговорим о ферритовых домофонных ключах. Узнаем, как же они считываются, как устроена панель. Традиционно будет много интересного.

❯ О чём я?

Ещё каких-то тридцать лет назад привычные ныне нам ключи вроде Touch Memory были полнейшей экзотикой. Многие производители придумывали свои собственные, ни с чем больше несовместимые форматы ключей. И если какие-то (вроде оптических) были у многих, то отдельные производители изобретали нечто совершенно невероятное, например, упомянутые ферритовые ключи.

Эти штуки выпускались фирмой «Сейф-Сервис» и использовались в домофонах, устанавливавшихся исключительно в Москве. На тот момент такие ключи были весьма прогрессивными, как минимум, их требовалось только прикладывать, а не вставлять, так что не было риска, что в щель считывателя напихают какую-то дрянь. Сами панели тоже были весьма кондовыми и защищёнными от вандализма. Увы, на этом достоинства данной системы заканчивались: блок управления на стандартной логике нещадно тупил, при поломке трубки найти замену было проблематично, не было поддержки кодов. Ну а что было дальше — давайте разбираться.

❯ Что это вообще за «Сейф-Сервис»?

Как уже было упомянуто, нигде за пределами Москвы таких домофонов я ни разу не видел. Так что, возможно, кто-то увидит такой девайс впервые.

Модификаций их было много, объединяет их только одно — обо всех из них нет практически никакой информации.

Самыми распространёнными стали вот такие экземпляры, модели УЗП-200. В самой панели практически ничего нет, только кнопки, считыватель, динамик и микрофон. Благодаря толстому металлу и герконовой клавиатуре штука совершенно неубиваемая. Управлялось всё это платой на дискретной логике. Работало это откровенно плохо, по словам тех, у кого стояла такая панель, можно было, например, просто нажать несколько кнопок сразу, и дверь открывалась.
Позже блоки управления стали менять на микроконтроллерные, глюков стало поменьше.

Много позже, уже в нулевые годы, появились более новые панели, уже изначально основанные на микроконтроллере. А вот ключи остались всё те же, ферритовые.

Ещё одна панель в похожем корпусе, но с семисегментным дисплеем.

Нечто, напоминающее Vizit. На деле же это всё тот же Сейф-Сервис. Ввиду использования в этой модели RFID-ключа особого интереса не представляет.

Иногда можно увидеть и модернизацию старых панелей под новые ключи, как, например, тут, где вместо ферритового считывателя стоит заглушка с лузой под ТМ-ключи.

А иногда — довольно таки новую панель со старыми ключами. С чем связано такое решение, мне неведомо.

❯ Обзор оборудования

Ну что же, самое время посмотреть, что же у нас есть.

А досталась мне вот такая панель неизвестной модели. Изначально было заявлено, что она нерабочая, но мне удалось её оживить.

Итак, на передней части типичные для такого девайса кнопки, считыватель ключей. Дисплея нет, на его месте стоит табличка обслуживающей организации.

Обратная сторона. Когда-то тут была крышка, но до наших дней она не дожила. Тут две платы, одна из которых отвечает за считыватель, другая — за управление. К счастью, этой модели внешний блок не нужен, так что даже есть надежды увидеть аппарат в работе.

Девайс выполнен на базе МК PIC16F819. Прошивка защищена от чтения, увы.

❯ Ключи

Теперь очередь ключей. В сообществе домофонщиков такие ключи называют «тапками» из-за характерной формы.

А вот и наш экземпляр.

Вообще, эта система очень похожа на рассмотренный мною ранее считыватель для ключей из Doom. Тем не менее, устроено оно совершенно иначе. Если те ключи были на основе магнитных точек и матрицы датчиков, то эти — индукционные.

Внутри каждого ключа находятся посадочные места под ферритовые вставки, которые располагаются определённым образом, в считывателе же находится группа катушек. Эти сменные элементы — именно ферриты, к ферромагнетикам они не прилипают.

❯ Внутренности

Ну что же, теперь взглянем, как устроена панель.

Плата управления считывателем. На ней мелкий PIC, мультиплексор, два компаратора, куча резисторов. Для чего нужен второй разъём, так и осталось невыясненным.
По всему блоку была разбросана какая-то коричневая дрянь, напоминающая ошмётки конденсатора. Судя по следам пайки ножек синего электролита, именно его предшественник и бахнул.

А вот и сам считыватель. Представляет он собой пластмассовую ванночку, куда помещена плата с катушками, всё это залито эпоксидкой. По центру постоянный магнит.

Открутив два винта, этот модуль можно вообще вытащить.

Корпус панели без платы. Судя по отсутствию динамика и микрофона, это всё же не домофон, а кодовая панель. Впрочем, в нашем случае это не так критично.

Кнопки отвратительные, если в каком-нибудь Цифрале или Факториале продавить их нереально, то тут слишком сильное нажатие приводит к тому, что кнопка просто западает. Это и стало причиной замены — несколько клавиш залипли и панель не реагировала на нажатия. Ремонтируется просто — зажимаем кнопку и выгибаем торчащую пластину обратно.

Обратная сторона платы. Тут ничего примечательного.

❯ Считыватель

Ну что же, теперь разберёмся, как работает считыватель.
Изначально я думал, что там что-то на базе колебательного контура: феррит при поднесении к катушкам меняет их индуктивность, отчего меняется резонансная частота контура. Но два счетверённых компаратора намекали, что всё куда интереснее.

На просторах нашёл упоминание, что эти ключи были запатентованной технологией компании Сейф-Сервис. И вот, после продолжительного гугления была найдена ссылка на какой-то заплесневелый сайт, где и был размещён патент на данное изделие. Именно он и оказался самым информативным документом вообще из всего, что удалось найти по данной технологии ключей. Увы, все иллюстрации давно протухли, но текст остался. Так что сейчас я постараюсь попонятнее объяснить, как работает это устройство.

Внутри залитого эпоксидкой блока находятся три основных компонента: цепь включения замка, катушка возбуждения (которых, судя по конфигурации ячеек в ключе, две штуки) и группа катушек детектирования.

Когда к домофону прикладывают ключ, схема включения, состоящая из постоянного магнита (который с обратной стороны торчит из эпоксидки) и датчика Холла, подаёт контроллеру сигнал на считывание. После этого в катушке возбуждения начинает течь переменный ток высокой частоты.

Рядом с катушкой возбуждения находится пара катушек декодирования, которые соединены со входами компаратора. При поднесении ключа магнитопровод замыкается, и на выходе катушек декодирования появляется сигнал определённой (в зависимости от гнезда, в котором лежит ферритовая вставка) фазы. Если же обе ячейки пусты, то сигнал в катушках не появляется вообще. Зная, что подаётся на катушку возбуждения и что было снято с выходов компараторов, управляющий МК может определить, в каких ячейках ключа лежат ферритовые вставки. После того, как ключ убран, сигнал с датчика Холла цепи включения замка пропадает и генератор выключается.

❯ Про надёжность ключей

Как уже было сказано, практически бесконтактный считыватель был очень большим прорывом в девяностые, так как испортить его было не так уж и просто.

А вот сами ключи же надёжностью не отличались: изготавливались они из хрупкого пластика и нередко ломались. Находящееся под углом ушко тоже явно не давало сто баллов к прочности.
Вопреки распространённому мнению, открыть такой домофон (во всяком случае, его микроконтроллерную версию) магнитом не получилось. Считыватель тихо пищал, как при прикладывании ключа, но больше никаких эффектов не наблюдалось.

Также довелось слышать о герконовом варианте подобного домофона. В ключе были постоянные магнитики, а внутри считывателя стояли герконы. Увы, ни железки на опыты, ни даже фотографий найти мне не удалось.

❯ Вот как-то так

Как и в случае с «Факториалами», на просторах очень мало информации по этим панелям. В поиске находятся лишь мусорные SEO-тексты, за написание которых, по-хорошему, надо пожизненно лишать клавиатуры. Я даже так и не смог прописать этот ключ, так как понять, как войти в режим программирования на этом устройстве, решительно непонятно.

Тем не менее, посмотреть, что внутри, и попробовать запустить это устройство было крайне интересно.

Удивительно, но до сих пор в Москве полно подъездов, где стоят такие панели. Так что, даже с учётом постоянных замен, ключи эти уйдут в историю ещё очень нескоро.

Такие дела.

Ссылки:

• Тот самый патент

• Подъездные домофоны «Сейф-Сервис»: Описание и АвтоОткрывалка

• Заготовка такого ключа. Их вполне себе ещё продают...

Другие мои посты про ключи, домофоны, считыватели и прочие подобные устройства:

• Разбираемся со считыванием и записью магнитных домофонных ключей

• MagiKey. Магнитный ключ «на максималках»

• Наследники перфокарт в мире электронных ключей

• Ключи с динамическим кодом: «Факториал» возвращается

• Самый суровый магнитный ключ

____________________________________________

Эта статья поддерживается командой Timeweb Cloud