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Raspberry Pi für Funkamateure Mit RPi-basierten Tools und Messgeräten Amateurfunkstationen bauen und programmieren
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Raspberry Pi für Funkamateure Mit RPi-basierten Tools und Messgeräten Amateurfunkstationen bauen und programmieren
● Dogan Ibrahim, G7SCU
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© 2022: Elektor Verlag GmbH, Aachen.
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Alle Rechte vorbehalten.
1. Auflage 2022
Die in diesem Buch veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen und Illustrationen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch auszugsweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die Informationen im vorliegenden Buch werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Die in diesem Buch erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen können auch dann eingetragene Warenzeichen sein, wenn darauf nicht besonders hingewiesen wird. Sie gehören dem jeweiligen Warenzeicheninhaber und unterliegen gesetzlichen Bestimmungen. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autor können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für die Mitteilung eventueller Fehler sind Verlag und Autor dankbar.
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Erklärung
Autor, Übersetzer und Verlag haben sich nach besten Kräften bemüht, die Richtigkeit der in diesem Buch enthaltenen Informationen zu gewährleisten. Sie übernehmen keine Haftung für Verluste oder Schäden, die durch Fehler oder Auslassungen in diesem Buch verursacht werden, unabhängig davon, ob diese Fehler oder Auslassungen auf Fahrlässigkeit, Versehen oder eine andere Ursache zurückzuführen sind, und lehnen jegliche Haftung hiermit ab. Umschlaggestaltung: Elektor, Aachen Ubersetzung: Andreas Riedenauer Satz und Aufmachung: D-Vision, Julian van den Berg | Oss (NL) Druck: Ipskamp Printing, Enschede, Niederlande
● I SBN 978-3-89576-484-4
Ebook 978-3-89576-485-1
Elektor-Verlag GmbH, Aachen www.elektor.de
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Inhaltsverzeichnis Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2 Raspberry Pi 1 Modell A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3 Raspberry Pi 1 Modell A+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.4 Raspberry Pi 1 Modell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.5 Raspberry Pi 1 Modell B+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.6 Raspberry Pi 2 Modell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.7 Raspberry Pi Zero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.8 Raspberry Pi 3 Modell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.9 Raspberry Pi Zero W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.10 Raspberry Pi 3 Modell B+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.11 Raspberry Pi 4 Modell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.11.1 Kauf- und Einrichtungsoptionen für den Raspberry Pi 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.12 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Kapitel 2 • I nstallation des Betriebssystems auf dem Raspberry Pi . . . . . . . . . . . 31 2.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2 Schritte zur Installation von Raspbian Buster auf dem Raspberry Pi 4 . . . . . . . . . . 31 2.3 Verwendung einer Netzwerkverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4 Fernzugriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.5 Verwendung von Putty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.5.1 Konfigurieren von Putty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.6 Fernzugriff auf den Desktop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.7 Statische IP-Adresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.8 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Kapitel 3 • Verwendung der Kommandozeile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2 Die Eingabeaufforderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3 Nützliche Linux-Befehle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3.1 System- und Benutzerinformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3.2 Die Verzeichnisstruktur des Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3.3 Ressourcenüberwachung auf dem Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
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Raspberry Pi für Funkamateure 3.3.4 Herunterfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Kapitel 4 • Ein kurzer Blick auf den Desktop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.2 Die Arbeitsoberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.3 Libre Office Writer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.4 Libre Office Calc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.5 VLC media player . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.6 Taschenrechner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.7 Dateimanager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.8 SD-Karten-Kopierer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.9 Aufgabenverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.10 Terminal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.11 Hilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.12 Software hinzufügen/entfernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.13 Maus- und Tastatureinstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.14 Raspberry Pi Konfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.15 Herunterfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.16 Wi-Fi konfigurieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.17 Bluetooth konfigurieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.18 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Kapitel 5 • Raspberry Pi Programmentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.2 Der Texteditor ‚nano‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.3 Erstellen und Ausführen eines Python-Programms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Kapitel 6 • Der GPIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.2 Der Raspberry Pi 4 GPIO-Anschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.3 Anschluss an den GPIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.3.1 Lasten, die kleine Ströme benötigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.3.2 Lasten, die höhere Ströme benötigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
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6.3.3 Verwendung von Relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.4 Die GPIO-Bibliothek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.4.1 Pin-Nummerierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6.4.2 Konfiguration der Kanäle (I/O-Ports) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6.5 Der Entwicklungszyklus eines Raspberry Pi-Projekts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.5.1 Die Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.5.2 Die Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.6 Projekt - Abwechselnd blinkende rote und grüne LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.7 Automatisches Ausführen eines Programms beim Starten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.8 Ein Programm zu einem bestimmten Zeitpunkt ausführen lassen . . . . . . . . . . . . . 94 6.9 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Kapitel 7 • Ein/Aus-Steuerung für die Funkstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 7.1 Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Kapitel 8 • Bahnhofsuhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 8.1 Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 8.2 Echtzeituhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Kapitel 9 • Warum Multitasking? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Kapitel 10 • D ie Station Temperatur und Luftfeuchtigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 10.1 Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Kapitel 11 • E in/Aus-Steuerung des Stationsnetzteils, Stationszeit und Stationswetter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Kapitel 12 • Geografische Koordinaten der Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Kapitel 13 • Signalerzeugung - mit Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 13.1 Der MCP4921 DAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 13.2 Erzeugen eines Rechtecksignals mit einer Spitzenspannung von 3,3 V . . . . . . . 141 13.3 Erzeugen eines Rechtecksignals mit beliebiger Spitzenspannung . . . . . . . . . . . 144 13.4 Erzeugung eines Sägezahn-Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 13.5 Erzeugung eines Dreieckssignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 13.6 Erzeugung eines Arbiträrsignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 13.7 Erzeugung eines Sinussignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Kapitel 14 • S ignalformerzeugung - Verwendung von Hardware . . . . . . . . . . . . . 159 14.1 Projekt: Festfrequenz-Signalformgenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
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Raspberry Pi für Funkamateure 14.2 Projekt: Frequenzeingabe-Tastatur, LCD-Anzeige, Signalgenerator . . . . . . . . . . 166 Kapitel 15 • E ntwurf einer 1-Transistor Verstärkerschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . 177 15.1 Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Kapitel 16 • Entwurf eines aktiven Tiefpassfilters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 16.1 Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Kapitel 17 • Morsecode-Übungsgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 17.1 Projekt: MCE mit Benutzer-Eingabe der Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 17.2 Projekt: MCE sendet zufällig generierte Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 17.3 Projekt: MCE mit WPM-Einstellung über Drehgeber und LCD-Anzeige . . . . . . . . 197 Kapitel 18 • V oltmeter - Amperemeter - Ohmmeter - Kapazitätsmessgerät . . . . 204 18.1 Projekt: Spannungsmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 18.2 Projekt: Strommessgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 18.3 Projekt: Ohmmeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 18.4 Projekt: Kapazitätsmessgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Kapitel 19 • Frequenzzähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 19.1 Projekt: Frequenzzähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Kapitel 20 • R aspberry Pi 4 Audio-Eingang & tragbares Netzteil . . . . . . . . . . . . . 221 20.1 Raspberry Pi Audioausgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 20.1.1 Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 20.2 Verwendung eines externen USB-Geräts mit Audio-Ein-/Ausgang . . . . . . . . . . . 223 20.2.1 Test (1-2-3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 20.3 Versorgung des Raspberry Pi 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Kapitel 21 • Raspberry Pi FM-Transmitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 21.1 Projekt: Raspberry Pi 4 VHF FM-Sender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 21.2 Projekt: RadioStation Click . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Kapitel 22 • RF-Leistungsmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 22.1 Projekt: RF-Leistungsmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 22.2 RF Dämpfungsglied . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 22.3 dB, dBm und Watt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Kapitel 23 • Raspberry Pi - Smartphone-Projekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 23.1 Der MIT App Inventor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 23.2 Installation des MIT App Inventor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
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23.3 Projekt: Webserver zur Steuerung mehrerer Relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Kapitel 24 • RTL-SDR und Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 24.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 24.2 Installation der RTL-SDR-Software auf dem Raspberry Pi 4 . . . . . . . . . . . . . . . 264 24.3 Der GQRX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 24.4 Der CubicSDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 24.5 RTL-SDR-Server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 24.6 SimpleFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 24.7 ShinySDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 24.8 Sonstige SDR-RTL-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 24.9 Der SDR - Der große Bruder des RTL-SDR? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 24.9.1 Der HackRF One . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 24.9.2 Das NooElec NESDR Smart HF-Bündel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 24.9.3 Der AirSpy HF+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 24.9.4 Der Quisk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 24.10 Empfang von Wetterfaxen (WEFAX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Kapitel 25 • Einige populäre Funkanwendungen nutzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 25.1 TWCLOCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 25.2 Klog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 25.3 Gpredict . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 25.4 FLDIGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 25.5 Schattenwolf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 25.6 xcwcp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 25.7 QSSTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 25.8 LinPsK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 25.9 Ham Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 25.9 CHIRP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 25.10 Xastir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 25.11 CQRLOG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 25.12 Was nun? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
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Vorwort
Vorwort In den letzten Jahren haben sich die Funkgeräte, die von Funkamateuren rund um den Globus (und im Orbit!) verwendet werden, stark verändert. Obwohl klassische KW- und VHF/ UHF-Funkgeräte immer noch von vielen Funkamateuren verwendet werden, werden Computer und digitale Techniken auch bei ihnen immer beliebter. In den Anfängen der digitalen Kommunikation wurden von den Amateuren PCs für die Kommunikation untereinander verwendet. PCs sind aber ziemlich teuer und unhandlich. Heute kann jeder für ca. 40 € einen Raspberry Pi kaufen und fast die gesamte Amateurfunk-Software auf diesem Computer ausführen, der nur wenig größer als eine Kreditkarte ist. Mehrere Autoren haben Bücher geschrieben und Projekte für die Verwendung des Arduino in Amateurfunkprojekten veröffentlicht. Obwohl der Arduino für Hardware-Projekte verwendet werden kann, ist er recht eingeschränkt, da ihm ein Betriebssystem fehlt. Der Raspberry Pi ist eine Alternative, die über ein weit verbreitetes Betriebssystem, einen großen Speicher und eine umfangreiche Unterstützung für Peripherie wie USB, Bluetooth, WiFi, Kamera-Schnittstelle usw. verfügt. Daher eignet sich der Raspberry Pi gut als Computer für den Amateurfunk, und die meisten Softwarepakete für Amateurfunker, die auf PCs verfügbar waren, laufen nun auch auf dem Raspberry Pi. Die RTL-SDR-Geräte sind bei den Amateuren sehr beliebt, da sie mit ca. 15 € sehr preiswert sind und viele Funktionen bieten. Ein Basissystem kann aus einem USB-basierten RTL-SDRGerät (Dongle) mit einer geeigneten Antenne, einem Raspberry Pi-Computer, einem USBbasierten externen Audioadapter und einer auf dem Raspberry Pi-Computer installierten Software bestehen. Mit einer solch einfachen Einrichtung ist es möglich, Signale von etwa 24 MHz bis über 1,7 GHz zu empfangen. Mit einem kostengünstigen Konverter kann ein RTL-SDR einfach und effektiv die HF-Bänder empfangen. Dieses Buch verfolgt vier Ziele: Erstens soll es Anfängern die grundlegenden Funktionsprinzipien und Funktionen des Raspberry Pi vermitteln. Zweitens werden hardwarebasierte Projekte vorgestellt, die den Raspberry Pi zusammen mit der Programmiersprache Python verwenden. Obwohl allgemein gehalten, wurden diese Projekte so ausgewählt, dass sie für Funkamateure nützlich sind. Drittens wird detailliert erklärt, wie man RTL-SDR-Geräte zusammen mit einem Raspberry Pi und der RTL-SDR-Software verwendet, um Signale auf zahlreichen Frequenzbändern zu empfangen. Schließlich lernt man, einige der beliebtesten Amateurfunk-Softwarepakete auf dem RasPi zu installieren und anzuwenden. Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Lesen des Buches! Prof. Dogan Ibrahim, G7SCU
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle 1.1 Überblick Der Raspberry Pi ist ein preiswerter, leistungsfähiger Einplatinencomputer, auf dem ein komplettes Betriebssystem läuft und mit dem man alles tun kann, was auch mit einem Laptop oder einem Desktop-Computer möglich ist, z. B. Dokumente erstellen und bearbeiten, ins Internet gehen, Mails empfangen und versenden, Spiele spielen, Programme zur Überwachung und Steuerung der Umgebung über elektronische Sensoren und Aktoren entwickeln und vieles mehr. Derzeit gibt es viele verschiedene Modelle des Raspberry Pi, die sich alle in ihren Funktionen leicht unterscheiden. Die Hauptmerkmale aller Raspberry-Pi-Computer sind sehr ähnlich: Alle verwenden Arm-Prozessoren, alle haben das Betriebssystem auf einer SD-Karte installiert, alle haben einen integrierten Speicher sowie Ein- und Ausgabeschnittstellen. Einige Modelle, wie der Raspberry Pi 4, der Raspberry Pi 3 und der Raspberry Pi Zero W verfügen über integrierte Wi-Fi- und Bluetooth-Fähigkeiten, die es einfach machen, online zu gehen und mit ähnlichen Geräten zu kommunizieren, die eine Wi-Fi- oder Bluetooth-Verbindung haben. Wir konzentrieren uns auf den Raspberry Pi 4, das fortschrittlichste Modell zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Buches. Alle hiervorgestellten Projekte laufen auf diesem Modell sowie praktisch allen Vorgängermodellen. Einige der Projekte laufen möglicherweise nicht auf den kleineren Modellen wie dem Raspberry Pi Zero W, aber die notwendigen Informationen werden zu Beginn jeden Projekts angegeben. In diesem Kapitel werfen wir einen kurzen Blick auf die Eigenschaften der verschiedenen Modelle des Raspberry Pi Computers. Interessierte Leser können weitere Informationen auf der folgenden Website erhalten:
https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi
1.2 Raspberry Pi 1 Modell A Dieses in Abbildung 1.1 dargestellte Modell wurde 2013 auf den Markt gebracht und verfügt über folgende Merkmale: SOC: Broadcom BCM2835 Prozessor: ARM1176JZF-S Anzahl der Kerne: 1 CPU-Taktfrequenz: 700 MHz Arbeitsspeicher: 256 MB Kamera-Schnittstelle USB-Anschlüsse: 1 HDMI-Anschlüsse: 1 Composite-Video SD/MMC: SD-Karte GPIO: 26
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
Stromaufnahme: 200 mA Kosten: $20
Abbildung 1.1: Raspberry Pi 1 Modell A
1.3 Raspberry Pi 1 Modell A+ Dieses in Abbildung 1.2 dargestellte Modell wurde 2014 veröffentlicht und verfügt über folgende grundlegende Funktionen: SOC: Broadcom BCM2835 Prozessor: ARM1176JZF-S Anzahl der Kerne: 1 CPU-Taktfrequenz: 700 MHz ARBEITSSPEICHER: 256 MB Kamera-Schnittstelle USB-Anschlüsse: 1 HDMI-Anschlüsse: 1 Composite-Video SD/MMC: microSD-Karte GPIO: 40 Stromaufnahme: 200 mA Kosten: $20
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Raspberry Pi für Funkamateure
Abbildung 1.2: Raspberry Pi 1 Modell A+
1.4 Raspberry Pi 1 Modell B Dieses in Abbildung 1.3 dargestellte Modell wurde 2012 auf den Markt gebracht und verfügt über folgende Merkmale: SOC: Broadcom BCM2835 Prozessor: ARM1176JZF-S Anzahl der Kerne: 1 CPU-Taktfrequenz: 700 MHz Arbeitsspeicher: 512 MB USB-Anschlüsse: 2 HDMI-Anschlüsse: 1 Ethernet-Anschlüsse: 1 Kamera-Schnittstelle Composite-Video SD/MMC: SD-Karte GPIO: 26 Stromaufnahme: 700 mA Kosten: $25
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
Abbildung 1.3: Raspberry Pi 1 Modell B
1.5 Raspberry Pi 1 Modell B+ Dieses in Abbildung 1.4 dargestellte Modell wurde 2014 auf den Markt gebracht und verfügt über folgende Merkmale: SOC: Broadcom BCM2835 Prozessor: ARM1176JZF-S Anzahl der Kerne: 1 CPU-Taktfrequenz: 700 MHz Arbeitsspeicher: 512 MB USB-Anschlüsse: 4 HDMI-Anschlüsse: 1 Kamera-Schnittstelle Composite-Video Ethernet-Anschlüsse: 1 SD/MMC: microSD-Karte GPIO: 40 Stromaufnahme: 700 mA Kosten: $25
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Raspberry Pi für Funkamateure
Abbildung 1.4: Raspberry Pi 1 Modell B+
1.6 Raspberry Pi 2 Modell B Dieses in Abbildung 1.5 dargestellte Modell wurde 2015 veröffentlicht und verfügt über einen größeren Speicher, mehr USB-Anschlüsse und einen schnelleren Prozessor: SOC: Broadcom BCM2836 Prozessor: Cortex-A7 Anzahl der Kerne: 4 CPU-Taktfrequenz: 900 MHz Arbeitsspeicher: 1 GB USB-Anschlüsse: 4 Ethernet-Anschlüsse: 1 HDMI-Anschlüsse: 1 Kamera-Schnittstelle Composite-Video SD/MMC: microSD-Karte GPIO: 40 Stromaufnahme: 800 mA Kosten: $35
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
Abbildung 1.5: Raspberry Pi 2 Modell B
1.7 Raspberry Pi Zero Dieses in Abbildung 1.6 dargestellte Modell wurde 2015 auf den Markt gebracht. Es ist kleiner als die anderen, hat aber einen schnellen Prozessor. Seine Hauptmerkmale sind: SOC: Broadcom BCM2835 Prozessor: ARM1176JZF-S Anzahl der Kerne: 1 CPU-Taktfrequenz: 1 GHz Arbeitsspeicher: 512 MB USB-Anschlüsse: 1 (Mikro) Kamera-Schnittstelle HDMI-Anschlüsse: 1 (mini) SD/MMC: microSD-Karte GPIO: 40 Stromaufnahme: 160 mA Kosten: $5
Abbildung 1.6: Raspberry Pi Zero
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1.8 Raspberry Pi 3 Modell B Dieses in Abbildung 1.7 dargestellte Modell wurde 2016 auf den Markt gebracht und weist folgende Hauptmerkmale auf: SOC: Broadcom BCM2837 Prozessor: Cortex A-53 Anzahl der Kerne: 4 CPU-Taktfrequenz: 1,2 GHz Arbeitsspeicher: 1 GB USB 2.0-Anschlüsse: 4 Ethernet-Anschlüsse: 1 (10/100 Mbit/s) HDMI-Anschlüsse: 1 Kamera-Schnittstelle Composite-Video Wi-Fi: b/g/n Bluetooth: 4.1 SD/MMC: microSD-Karte GPIO: 40 Pins Stromaufnahme: 1,34 A Kosten: $35
Abbildung 1.7: Raspberry Pi 3 Modell B
1.9 Raspberry Pi Zero W Der in Abbildung 1.8 dargestellte Raspberry Pi Zero W wurde 2017 auf den Markt gebracht und ist ein kleines Board (halb so groß wie das Model A+) mit geringem Stromverbrauch, aber überraschend viel Leistung. Seine Hauptvorteile sind die integrierte Wi-Fi- und Bluetooth-Konnektivität. Die Hauptmerkmale dieses Modells sind:
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
SOC: Prozessor: Anzahl der Kerne: CPU-Taktfrequenz: Arbeitsspeicher: USB-Anschlüsse: Kamera-Schnittstelle HDMI-Anschlüsse: Wi-Fi Bluetooth SD/MMC: GPIO: Stromaufnahme: Kosten:
Broadcom BCM2835 ARM1176JZF-S 1 1 GHz 512 MB 2 (Mikro) 1 (mini)
microSD-Karte 40 1,13 A $35
Abbildung 1.8: Raspberry Pi Zero W.
1.10 Raspberry Pi 3 Modell B+ Dieses in Abbildung 1.9 dargestellte Modell wurde 2018 heraus gebracht und hat die zweitschnellste Prozessorgeschwindigkeit aller aktuellen Modelle. Seine Hauptmerkmale sind: SOC: Broadcom BCM2837B0 Prozessor: Cortex A-53 Anzahl der Kerne: 4 CPU-Taktfrequenz: 1,4 GHz Arbeitsspeicher: 1 GB USB 2.0-Anschlüsse: 4 Ethernet-Anschlüsse: 1 (10/100/1000 Mbit/s) HDMI-Anschlüsse: 1 Kamera-Schnittstelle Composite-Video Wi-Fi: b/g/n/ac Bluetooth: 4.2 SD/MMC: microSD-Karte GPIO: 40 Pins
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Stromaufnahme: 1,13 A Kosten: $35
Abbildung 1.9: Raspberry Pi 3 Modell B+
1.11 Raspberry Pi 4 Modell B Dies ist der neueste und schnellste Raspberry Pi (Abbildung 1.10), der zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Buches verfügbar war. Die wichtigsten Merkmale dieses Computers sind: SOC: Broadcom BCM2711 Prozessor: Cortex A-72 Anzahl der Kerne: 4 CPU-Taktfrequenz: 1,5 GHz Arbeitsspeicher: 1, 2, 4 oder 8 GB USB 2.0-Anschlüsse: 2 USB 3.0-Anschlüsse: 2 USB-C: 1 (Stromversorgung) Ethernet-Anschlüsse: 1 (10/100/1000 Mbit/s) HDMI-Anschlüsse: 2 Kamera-Schnittstelle Composite-Video Wi-Fi: b/g/n/ac Bluetooth: 5.0 SD/MMC: microSD-Karte GPIO: 40 Pins Stromaufnahme: 1,25 A Kosten: $35 - $75
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
Abbildung 1.10: Raspberry Pi 4 Modell B Da wir das Raspberry Pi 4 Modell B in unseren Projekten verwenden werden, lohnt es sich, die Details dieses Modells genauer zu betrachten. Im weiteren Verlauf dieses Buches wird der Name Modell B weggelassen und das Board nur noch als "Raspberry Pi 4" bezeichnet. Der neue BCM2711 SoC ist ein sehr leistungsstarker Prozessor. Ein Problem mit diesem Prozessor ist, dass er sehr heiß werden kann. Am Ende eines 10-minütigen Tests wurde die Temperatur des Prozessors mit 74,5 ºC gemessen (zum Vergleich: die Temperatur eines Raspberry Pi Model B+ erreichte im gleichen Zeitraum 62,6 ºC). Zur Kühlung des Prozessorchips stehen mehrere kleine Lüfter in verschiedenen Formen und Größen zur Auswahl, und es wird empfohlen, davon Gebrauch zu machen. Die Lüfter, von denen die Abbildungen 1.11 und 1.12 einige zeigen, werden über den Anschluss auf der Platine mit Strom versorgt. Obwohl große Lüfter effizienter sind, wird vom Autor empfohlen, keine zu großen Lüfter zu verwenden, da sie den Zugang zum GPIO-Header oder den Anschluss einer Steckkarte (z. B. eines HAT-Shields) an den Header-Anschluss erschweren können. Aufgrund des höheren Stromverbrauchs wird ein externes 3 A-Netzteil für den Raspberry Pi 4 empfohlen. Das Netzteil wird an den USB-C-Anschluss des Raspberry Pi 4 angeschlossen (Abbildung 1.13).
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Raspberry Pi für Funkamateure
Abbildung 1.11: Großer Raspberry Pi 4 Lüfter
Abbildung 1.12: Kleiner Raspberry Pi-Lüfter
Abbildung 1.13: Raspberry Pi 4 USB-C-Netzteil
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
Obwohl die Taktfrequenz des Raspberry Pi 4 nur 100 MHz höher ist als die des Raspberry Pi 3 Model B+, ist seine Leistung wesentlich besser, da er den äußerst effizienten Hochgeschwindigkeits-Prozessor Cortex-A72 verwendet. Abbildung 1.14 zeigt den Linpack-Benchmark-Geschwindigkeitsvergleich verschiedener Modelle (siehe: https://medium.com/@ghalfacree/benchmarking-the-raspberry-pi-4-73e5afbcd54b ). Die hohe Leistung des Raspberry Pi 4 wird in dieser Abbildung sehr deutlich.
Abbildung 1.14: Linpack-Benchmark Die Bildverarbeitungszeit ist ein weiterer Benchmark, der normalerweise zum Vergleich verschiedener Prozessoren verwendet wird. Abbildung 1.15 zeigt den GIMP-Bildbearbeitungs-Benchmark für verschiedene Modelle. Auch in dieser Abbildung wird die Überlegenheit des Raspberry Pi 4 deutlich. Im Vergleich zum Raspberry Pi Zero W ist der Pi 4 etwa 8-mal schneller bei der Verarbeitung eines Bildes.
Abbildung 1.15: GIMP Bildbearbeitungsbenchmark Abbildung 1.16 zeigt die Anordnung der Komponenten auf dem Raspberry Pi 4 (Quelle: https://www.seeedstudio.com).
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Raspberry Pi für Funkamateure
Abbildung 1.16: Raspberry Pi 4 Komponentenanordnung Eine kurze Beschreibung der verschiedenen Komponenten auf der Platine finden Sie im Folgenden. Prozessor: Der Prozessor ist von einer Metallkappe umgeben und basiert auf dem Broadcom BCM2711B0, der aus einem Cortex A-72-Kern besteht und mit 1,5 GHz arbeitet. RAM: Es gibt drei Versionen des Raspberry Pi 4, abhängig von der benötigten Menge an DDR4-RAM: 1 GB, 2 GB und 4 GB. USB-Anschlüsse: Der Raspberry Pi 4 verfügt über 2 × USB3.0-, 2 × USB2.0und 1 × USBC-Anschlüsse. Die Datenübertragungsrate von USB 3.0 beträgt 4.800 Mbit/s (Megabit pro Sekunde), während USB 2.0 mit bis zu 480 Mbit/s übertragen kann, also zehnmal langsamer als USB 2.0. Über den USB-C-Anschluss kann das Board an eine geeignete Stromquelle angeschlossen werden. Ethernet: Über den Ethernet-Port kann die Karte direkt mit einem Ethernet-Port eines Routers verbunden werden. Der Anschluss unterstützt Gigabit-Verbindungen (125 Mbps). HDMI: Es sind zwei Micro-HDMI-Anschlüsse vorhanden, die bis zu 4 K Bildschirmauflösung unterstützen. HDMI-Adapter können verwendet werden, um das Board mit HDMI-Geräten in Standardgröße zu verbinden. GPIO: Eine 40-polige Stiftleiste ist mit den GPIO-Pins (General Purpose Input Output) verbunden. Sie ist mit den früheren GPIO-Anschlüssen kompatibel.
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
Audio- und Video-Anschluss: Eine 3,5-mm-Klinkenbuchse ist für den Anschluss von Stereo-Audio und Composite-Video vorgesehen. An diesen Port können Kopfhörer angeschlossen werden. Für den Anschluss von Lautsprechern sind externe Verstärker erforderlich. Dieser Anschluss unterstützt auch Composite-Video, so dass TV-Geräte, Projektoren und andere Composite-Video-kompatible Anzeigegeräte hier angeschlossen werden können. CSI-Port: Dies ist der Kamera-Port (Camera Serial Interface), über den eine kompatible Kamera an den Raspberry Pi angeschlossen werden kann. DSI-Port: Dies ist der Display-Port (Display Serial Interface), über den ein kompatibles Display (z.B. ein 7-Zoll-Raspberry Pi-Display) an den Raspberry Pi angeschlossen werden kann. PoE-Port: Dies ist eine 4-polige Stiftleiste zur Stromversorgung des Raspberry Pi über eine Netzwerkverbindung. Micro-SD-Karte: Diese Karte wird in den Kartenhalter an der Unterseite des Boards gesteckt und enthält die Betriebssystemsoftware sowie das Betriebssystem und die Anwenderdaten.
1.11.1 Kauf- und Einrichtungsoptionen für den Raspberry Pi 4 Der Anwender hat zwei Möglichkeiten: • Kauf des Raspberry Pi 4 als Bausatz (siehe Abbildung 1.17) mit Prozessorplatine, Netzteil, Micro-SD-Karte mit bereits geladenem Betriebssystem, Lüfter, Kabel usw. • Kauf der Prozessorplatine, des Netzteils und einer leeren Micro-SD-Karte und anschließende Installation des Betriebssystems auf der SD-Karte (das Thema des nächsten Kapitels) Die Entscheidung, ob man einen Bausatz oder die einzelnen Komponenten kauft, hängt ganz von den Finanzen und Wünschen des Anwenders ab.
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Raspberry Pi für Funkamateure
Abbildung 1.17: Raspberry Pi als Bausatz Wie in Abbildung 1.18 dargestellt, kann der Raspberry Pi auf zwei Arten eingerichtet werden: durch direkten Anschluss oder durch Anschluss an ein Netzwerk.
Abbildung 1.18: Einrichtung des Raspberry Pi Direkte Verbindung Dies ist vermutlich die teuerste Art, den Raspberry Pi 4 einzurichten und zu verwenden. Bei dieser Konfiguration werden ein Monitor und eine Tastatur an den Raspberry Pi 4 angeschlossen. Die minimal erforderlichen Komponenten sind: • Stromanschluss • Micro-SD-Karte • Software für das Betriebssystem • USB-Tastatur und -Maus
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
• Micro-HDMI-Kabel für den Empfang von Ton- und Videosignalen • HDMI-kompatibler Bildschirm oder Fernseher (möglicherweise benötigen Sie auch Micro-HDMI-zu-DVI-D- oder VGA-Adapter. Ein 3,5-mm-TRRS-Kabel und -Stecker wird benötigt, wenn Sie ein altes Fernsehgerät mit Composite-Video verwenden) Stromversorgung: Wie bereits erwähnt, ist ein 5-V-3-A-Netzteil mit einem USBC-Anschluss erforderlich. Micro-SD-Karte: Es wird eine Micro-SD-Karte mit einer Kapazität von mindestens 8 GB empfohlen, wobei eine höhere Kapazität (z. B. 16 GB oder 32 GB) besser ist, da es in Zukunft noch Erweiterungen geben wird. Die Karte sollte mindestens der Klasse 10 entsprechen. Betriebssystem: Sie können das Betriebssystem auf einer Micro-SD-Karte vorinstalliert kaufen, die eine Mindestkonfiguration erfordert, bevor sie voll funktionsfähig ist. Alternativ können Sie auch eine leere Micro-SD-Karte kaufen und das Betriebssystem auf diese Karte laden. Die Schritte zur Vorbereitung einer neuen Micro-SD-Karte mit dem Betriebssystem werden im nächsten Kapitel beschrieben. USB-Tastatur und -Maus: Sie können entweder ein kabelloses oder ein kabelgebundenes Tastatur-Maus-Paar verwenden. Wenn Sie ein kabelgebundenes Paar verwenden, schließen Sie Tastatur und Maus an je einen USB-Anschluss an. Wenn Sie eine kabellose Tastatur und Maus verwenden, müssen Sie den Funk-Dongle an einen der USB-Anschlüsse anschließen. Bildschirm: Sie können einen standardmäßigen HDMI-kompatiblen Monitor mit einem Micro-HDMI-auf-Standard-HDMI-Adapter verwenden. Alternativ kann auch ein VGA-Monitor mit einem Micro-HDMI-auf-VGA-Adapter oder einem DVI-D-Adapter verwendet werden. Wenn Sie ein altes Fernsehgerät mit Composite-VideoSchnittstelle (CVBS) besitzen, können Sie über einen TRRS-Anschluss mit dem 3,5-mm-Anschluss des Raspberry Pi verbinden. Sie können auch den Kauf zusätzlicher Teile in Erwägung ziehen, z. B. eines Gehäuses, eines CPU-Lüfters und so weiter. Ein Gehäuse ist sehr nützlich, da es die Elektronik Ihres Raspberry Pi schützt. Abbildung 1.19 zeigt eine mögliche Direktverbindung. Je nach Art des Monitors können wir hier einen HDMI-Monitor, einen VGA-Monitor, einen DVI-D-Monitor oder einen Fernseher verwenden. Beachten Sie, dass Sie je nach den verwendeten externen USB-Geräten entweder den USB 2.0- oder den USB 3.0-Anschluss verwenden können.
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Raspberry Pi für Funkamateure
Abbildung 1.19: Einrichtung des Raspberry Pi 4 - Option 1 Abbildung 1.20 zeigt eine weitere Möglichkeit des direkten Anschlusses an den Raspberry Pi. Bei dieser Option wird ein stromversorgter Hub verwendet, um die USB-Geräte anzuschließen.
Abbildung 1.20: Einrichtung des Raspberry Pi 4 - Option 2 Verbinden über ein Netzwerk Die Verbindung über ein Netzwerk wird vom Autor empfohlen, da sie billiger ist, weniger Komponenten erfordert und einfacher zu verwalten ist. Es gibt zwei Möglichkeiten, den Raspberry Pi über ein Netzwerk einzurichten und zu verwenden:
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Kapitel 1 • Raspberry Pi-Modelle
Verbindung über Ethernet: Diese Option ist nur verfügbar, wenn der Raspberry Pi mit einem Ethernet-Anschluss ausgestattet ist, wie z. B. der Raspberry Pi 2/3/4. Wie in Abbildung 1.21 dargestellt, wird bei dieser Konfiguration der Ethernet-Anschluss direkt mit dem Wi-Fi-Router verbunden (z. B. über einen Hub) und ein PC wird verwendet, um über das Netzwerk auf den Raspberry Pi zuzugreifen. Der Nachteil dieser Methode ist, dass sich der Raspberry Pi in der Nähe des Wi-Fi-Routers befinden muss, was nicht immer möglich oder erwünscht ist.
Abbildung 1.21: Verbindung über Ethernet Wi-Fi-Verbindung: Dies ist vermutlich die billigste und einfachste Art, den Raspberry Pi zu verwenden. Hier wird der Raspberry Pi über sein integriertes Wi-Fi-Modul mit der Außenwelt verbunden. Die meisten Raspberry Pi-Modelle (z. B. Zero W, Pi 2/3/4 usw.) sind mit Wi-Fi-Modulen ausgestattet. Wie in Abbildung 1.22 dargestellt, wird auf den Raspberry Pi über das Wi-Fi mit einem PC zugegriffen. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie billig, einfach und sehr flexibel ist, da der Raspberry Pi überall innerhalb der Reichweite des WiFi-Routers platziert werden kann.
Abbildung 1.22: Wi-Fi-Verbindung
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Raspberry Pi für Funkamateure
1.12 Zusammenfassung In diesem Kapitel haben wir uns die grundlegenden Funktionen der verschiedenen Raspberry Pi Modelle angesehen. Es wird empfohlen, das kleine und kostengünstige neueste Modell Raspberry Pi Zero W für Wi-Fi- oder Bluetooth-basierte Anwendungen zu verwenden, bei denen 512 MB RAM und 1 GHz Taktfrequenz ausreichend sind. Für höhere Geschwindigkeiten und größere Speicheranforderungen werden die etwas teureren Raspberry Pi 3 oder Pi 4 empfohlen. Der Raspberry Pi 4 wird in allen Projekten in diesem Buch verwendet. Im nächsten Kapitel werden wir sehen, wie man das Betriebssystem auf den Raspberry Pi lädt und wie man ihn über ein Netzwerk anschließt.
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Stichwortverzeichnis
Stichwortverzeichnis $GGGA 130 $GPGLL 130, 132 $GPGSV 130 $GPRMC 130 $GPVTG 130 32-Bit-Zähler 216 4×4-Tastenfeldf 167
CPHA CPOL CQRLOG crondaemon crontab CW CW ID CW-L A CW-U AC-Parameter 177 AD8318 240, 242 D AD9850 159 DAB broadcast Advanced IP Scanner 35 DAC AGC 271 Dämpfungsfaktor AirSpy HF+ 285 dBm amixer 221 DC-DC-Abwärtswandler Ampere meter 204 dhcpcd Analog-Digital-Wandler 204 DHT11 aplay 222 Digital-Analog-Wandler APRS packets 262 Direct-Sampling-Modus APRS program 312 Direwolf Arbiträrsignals 152 Disk-Image Arm-Prozessoren 12 DominoEX Atlas LCR40 214 dpkg Audio stream 282 DroidPSK Audio-Adapter 223 DS1307 Audio-Ausgang 299 DSP Audio-Eingang 231 DVB-T+DAB+FM DVB-T-Dongles B DXCC-Management balun 285 Baofeng 310 E Bluetooth 72 echo Boot Options 33 Echtzeituhr BPSK 306 Ein/Aus-Steuerung Butterworth 182 Entkopplungskondensator Essex Ham C Etcher program cat 98 eth0 CHIRP 310 externe Störungen chmod 51 common-emitter amplifier 179 F Contestia 297 FFT Averaging cp 54 FFT-Auflösung
139 139 314 94 98 272 293 272 272
262 138 182 240 226 40 121 138 263 299 32 297 57 308 112 230 262 262 294
56 112 101 177 305 32 43 263
267 273
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Raspberry Pi für Funkamateure
FFT-Berechnung FFT-Rate FFT-Settings FFT-Size Filter shape Filter width FLDIGI FM-Antenne FM-Modulation FM-Transmitter Freq zoom Frequenz- und Phasengänge Frequenzzähler FSQ
273 273 271 273 272 272 297 229 230 228 273 186 215 297
ID Now ifconfig Index Inductive last Input rate Interface Options interner Timer IQ balance Itead Studio K Kapazitätsmessgerät Keypad Kindprozess Klog
204 167 126 294
G GIMP-Bildbearbeitungs-Benchmark GNU Radio-Bibliotheken GPIO-Anschluss GPIO-Bibliothek Gpredict GPS GPS Click Board GQRX Grenzfrequenz GUI-Modus
23 268 80 84 294 130 131 263 182 33
L latitude LC Display LCR meters LEA-6S Libre Office Line-Eingangspegel Linpack Benchmark LinPsK Linux-Konsole LNB LO logarithmische Detektorchip longitude LSB-Auflösung Luftfeuchtigkeit
135 112 214 130 65 232 23 306 133 271 240 135 139 121
M MCP3002 MCP3201 MCP4921 MFSK16 Mikrophone Mikrophone Eingang Mini-UART MISO MIT App Inventor mkdir Modem Morsecode
204 240 138 297 287 225 132 139 250 49 300 188
H HackRF One 280 Ham Clock 308 hamfax software 288 Hamlib 298 Hann 273 Hardware AGC 271 HAT Shields 21 HDMI 24 Head 57 Help 296 Hermes Lite-2 284 HF SSB transceiver 297 Hilfe 69 Home-Verzeichnis 47 I I2C-basierten LCDs
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107
293 34 83 270 34 215 271 285
Stichwortverzeichnis
Morsecode-Training Morsecode-Übungsgerät MOSFET MOSI MPX-Encoding Multiple Relays Multitasking MySQL
302 188 83 139 230 255 116 314
PWM-Modul
143
Q Q-Factor QPSK QSL-Verwaltung QSO-Verwaltung QSSTV Quisk
182 306 294 294 303 284
N nano Narrow FM NB1 NB2 NMEA sentence Nodepad++ NooElect NESDR
73 272 272 272 130 35 262
O Odyssey Ohmmeter os.fork() Oszilloskop
286 204 125 141
P Pan dB Pandapter PDL Peak Detect Peak Hold PiFmAdv Pin-Nummerierung PL011 UART PoE PoE HAT PortAudio potential divider Power over Ethernet pre-emphasis filter ps PSK31 PTT Putty pwd PWM-Generators
273 273 89 273 273 228 85 132 226 226 298 209 226 232 61 297 299 38 48 141
R Radio Config RadioBerry-2 RadioStation Click Raspbian Buster Raspbian-Repository raspi-config Raw I/Q RDS/RDBS Rechtecksignals Recom R-78B5.0-2.0 RedPitaya Referenzspannung Relais RF-Dämpfungsglied RF-Leistung RF-Leistungsmesser RGB-LED rotary encoder RS-HFIQ RTC rtl_test RTL2832U RTL-SDR RTL-SDR-Server RTL-SDR-Treibersoftware RTTY
282 286 229 31 268 33 272 229 141 226 284 139 101 246 240 240 89 197 284 112 265 262 262 277 263 280
S Sägezahn-Signals Sallen-Key SCL SCLK Screenshots scrot
148 182 168 139 59 59
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Raspberry Pi für Funkamateure
SD Card Copier SDA SDR Sharp SDR Software SdrMicron Set Timer shell scripts ShinySDR Shutdown Si4713-B30 SimpleFM Sinuswelle slant correction Slow Scan TV Smart HF-Bündel Smartphone Projekte SN74LV8154 SoftRock Software hinzufügen/entfernen Source-Innenwiderstand speaker-test SPI Bus Squelch SSH startx Static IP address Stationswetter stereo transmitter Streaming audio Strombegrenzende Sicherung Stromsenken-Modus Stromversorgungsmodus STV-Frequenzen sudo Swap I/Q
68 133 286 264 286 293 279 280 38 229 278 155 289 303 285 250 216 286 70 177 225 138 272 34 33 43 125 228 274 226 82 82 303 33 271
T Tail Taschenrechner Task Manager Terminal Terminal Node Controller Thonny Tiefpassfilter TightVNC
57 67 69 69 299 77 182 40
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time constant top track satellites triangular wave TRRS TWCLOCK
213 59 295 150 27 291
U UART UDP protocol UGREEN Umbenennen Datei Umleitung der Ausgabe 5 USB Audio Device USB port USB-C connector
130 272 223 55 5 270 264 21
V Verstärkerschaltung Verzeichnisses entfernen Viertelwellenantenne Visual Gain VLC media player VNC VNCViewer
177 55 264 276 66 38 63
W waterfall Weather faxes weather forecasts WEFAX WFM whoami wlan0 Wouxun wpm
270 288 287 287 272 46 43 310 197
X Xastir xcwcp Xiegu G90 xpdf
312 302 284 57
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Raspberry Pi für Funkamateure
Mit RPi-basierten Tools und Messgeräten Amateurfunkstationen bauen und programmieren Obwohl viele Funkamateure immer noch mit klassischer HF- und Mobilfunkausrüstung arbeiten, ist der Einsatz von Computern und digitalen Techniken inzwischen sehr beliebt. Heutzutage kann jeder für ca. 40 € einen Raspberry Pi-Computer kaufen und fast jede Amateurfunk-Software auf dem "RPi" ausführen. Die RTL-SDR-Geräte sind bei Funkamateuren sehr beliebt, weil sie sehr preiswert sind und viele Funktionen bieten. Ein Basissystem kann aus einem USB-basierten RTL-SDR-Dongle mit einer geeigneten Antenne, einem RPi-Computer, einem USB-basierten externen Audio-Eingangs-/ Ausgangsadapter und einer auf dem RPi installierten Software bestehen. Mit einer solch einfachen Einrichtung ist es möglich, Signale von etwa 24 MHz bis über 1,7 GHz zu empfangen. Dieses Buch richtet sich an Funkamateure, die lernen wollen, wie man mit dem Raspberry Pi elektronische Projekte baut. Das Buch eignet sich für die gesamte Bandbreite von Anfängern bis hin zu alten Hasen im Amateurfunk. Die schrittweise Installation des Betriebssystems wird mit vielen Details zu den gängigsten Linux-Befehlen beschrieben. Einige Kenntnisse der Programmiersprache Python sind erforderlich, um die im Buch beschriebenen Projekte zu verstehen und zu bearbeiten. Zu den im Buch entwickelten Beispielprojekten gehören eine Stationsuhr, ein Signalgenerator, der Entwurf eines Transistorverstärkers, der Entwurf eines aktiven Filters, ein Morsezeichen-Übungsgerät, ein Frequenzzähler, ein HF-Meter und vieles mehr. Für jedes Projekt werden das Blockdiagramm, der Schaltplan und der vollständige Python-Quellcode angegeben, einschließlich der vollständigen Beschreibung der Projekte. Neben der umfassenden Behandlung von RTL-SDR für Amateurfunk fasst das Buch auch die Installations- und Gebrauchsanweisungen der folgenden Amateurfunkprogramme zusammen, die Sie auf ihrem Raspberry Pi ausführen können: TWCLOCK, Klog, Gpredict, FLDIGI, DIRE WOLF, xcwcp, QSSTV, LinPsk, Ham Clock, CHIRP, xastir und CQRLOG.
Prof. Dogan Ibrahim hat einen BSc-Abschluss in Elektrotechnik, einen MSc-Abschluss in Automatischer Steuerungstechnik und einen Doktortitel in Digitaler Signalverarbeitung. Dogan Ibrahim hat in vielen Industrieunternehmen gearbeitet, bevor er in die akademische Welt zurückkehrte. Er ist Autor von über 70 Fachbüchern und hat mehr als 200 Fachartikel über Elektronik, Mikroprozessoren, Mikrocontroller und verwandte Gebiete veröffentlicht. Er ist seit mehreren Jahrzehnten lizenzierter Funkamateur (G7SCU) und hat an vielen lokalen FunkamateurVeranstaltungen teilgenommen. Aus eigener Erfahrung kennt er die Bedürfnisse sowohl von Anfängern als auch von erfahrenen Funkamateuren sehr gut.
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