USB接続の気象センサボードを製作してIC-705からD-PRSの気象データを送信する

IC-705には低速データ通信や気象データ用のCOMポートが用意されていますが、USB接続によるCDC-ACM (USB Communication Device Class の Abstract Control Model)で提供されているため、利用するには何らかの USB Host が必要です。一般的にはWindowsやLinuxのPCを使用しますが、今回はスタンドアローンで動作させたいので、ArduinoとUSB Host Shieldを利用します。

USB Host Shieldは、USBホストコントローラのMAX3421Eが搭載されたArduino用の拡張ボードです。ArduinoとはSPIインタフェースで接続します。

このボードはArduino Pro mini (3.3V, 8MHz) に重ねて使用できるように設計されており、組み合わせるとコンパクトに使えます。

USBが普及してから20年以上経ち、シリアルポートが搭載されたデバイスは少なくなりました。特にUSB Host側はデバイスドライバの問題もあり、ちょっとした機器の自作はハードルが高くなりましたが、USB Host Shieldを利用すれば、CDCやHID（マウスやキーボード）の標準的なデバイスならば制御可能です。

IC-705に対して、USB端子に何らかの機器が接続されたことを検出させるには、VBUSに3.4V（実力値）以上の電圧を加える必要があります。しかしながら、このUSB Host ShieldのVBUS端子はVCCに接続されており、かつ、MAX3421Eの動作電圧は3.3Vなので、ギリギリ電圧が足りません。そのため、写真1,2のようにVBUSラインをパターンカットして、別途5Vを供給する必要があります。

写真1:USB Host ShieldのVBUSラインをパターンカットする(表面)

写真2:USB Host ShieldのVBUSとRAWをジャンパ線で接続する(裏面)

VBUS検出に必要な電流は、図1のようにIC-705のUSB電源供給設定をOFFにした場合、0.3mA程度でした。

ソフトウェアの開発にはArduino IDEを使用します。下準備として、USB Host Shield を Arduino で使えるようにするために、Arduino IDEにUSB Host Shield Library 2.0 をライブラリマネージャーから図2のようにインストールします。なお、このライブラリはGPLv2ライセンスです。

図2:USB Host Shield2.0ライブラリのインストール

前述の通り、IC-705とはCDC-ACMで通信するので、サンプルプログラムから「acm_terminal」をロードし、これをベースにします。

また、BME280の計測値を取得するためのライブラリも準備します。USB Host Shieldと同様に、ライブラリマネージャーから SparkFun BME280をインストールします。なお、このライブラリはMITライセンスです。

図3: SparkFun BME280ライブラリのインストール

IC-705は図4のように、内部のUSBハブ経由でCDC-ACMが接続されています。そこで、サンプルプログラムを USBハブを使用するように変更します。

図4:IC-705内部のUSB接続図

IC-705にUSBを介して接続ができていれば、図5のように画面上部に「USB COM」のアイコンが表示されます。

図5:IC-705のUSBケーブル接続表示

BME280から取得した気象データをIC-705に入力しますが、フォーマットは図6のようなAPRS Weather Dataに準拠した形式にします。

図6: APRS Weather Data形式の説明
（IC-705 活用マニュアルより抜粋）

図7:IC-705のUSB(B)端子機能

図8:IC-705の気象情報画面

この気象センサボードの構成を図9に示します。

図9:D-PRS気象センサボードのハードウェア構成

IC-705は図10のように設定するとマイク端子から8V,10mAを取り出せますが、このボードの消費電流はそれより少し多いため、別途電源を準備する必要があります。

図10:IC-705のMIC端子8V出力設定

電源はケースへの収まりを考えて、単5サイズの12Vの乾電池（A23）を使用しました。その都度電源を入切するのは面倒なため、FETによる電源スイッチを挿入して、IC-705のマイク電源に連動するようにしました。

データを送信するためのPTTスイッチもマイク端子に接続しますので、IC-705との接続は、マイクとUSBの2本で済みました。製作したD-PRS気象センサボードの外観写真を写真3に、内部の様子を写真4に示します。

写真3:製作したD-PRS気象センサボード（外観）

写真４:製作したD-PRS気象センサボード（内部）

大まかな手順は、

• 自局のコールサインを無線機に登録する
• GPSを受信できる状態に設定する
• GPS送信モードをD-PRSに設定する
• 送信フォーマットを気象局にする

となります。

「IC-705 活用マニュアル」に詳しい手順が記載されていますのでぜひご覧ください。

位置/気象情報をAPRSサーバーに引き渡すには、電波の届くエリア内にI-GATE局が必要です。自前でD-PRS InterfaceによるI-GATE局を設置すれば、図11のように、実際に受信した気象データの文字列を確認できます。

図11:D-PRS Interface の動作の様子

D-PRS Interfaceの使用方法については作者(Pete Loveall氏, AE5PL)のサイトや過去のFB News等をご参照ください。

送信した位置/気象情報がI-GATE局経由でAPRSサーバーに登録されると、図12のように、インターネットの地図サイト（例：https://aprs.fi/）上に気象情報とともに自局が表示されます。