एक बार जब मेरे सहकर्मी पीटर ने एक दिलचस्प परियोजना में भाग लेने का सुझाव दिया - स्पेलोलॉजिस्ट के लिए एक "गुफा फोन" का निर्माण, क्योंकि वह स्पेलोलॉजी में रुचि रखते हैं। कैवर्स को ऐसी समस्या है: वायरलेस संचार भूमिगत व्यवहार में काम नहीं करता है। स्वीकार्य रेडियो रिसेप्शन केवल दृष्टि की रेखा में संभव है, लेकिन यह कुछ मोड़ के लायक है - और कोई संबंध नहीं है। और आपको पूरे गुफा में संचार करने की आवश्यकता है, जिसकी लंबाई कई किलोमीटर हो सकती है। बेशक, मोबाइल संचार वहां नहीं पकड़ता है, जिसका अर्थ है कि कई हफ्तों तक गुफा में स्वायत्त रूप से काम करने वाले समूहों के लिए बाहरी दुनिया के साथ कोई संबंध नहीं है।

अगस्त 2018 में, पीटर को एक जटिल और खतरनाक गुफा में एक अभियान में भाग लेना था। इस अभियान के लिए, हमने एक नया उपकरण विकसित करने का निर्णय लिया, जो बाहरी दुनिया के साथ स्वायत्त रूप से काम करने वाले समूहों को जोड़ने की समस्या को हल करेगा।

विचार का विवरण

स्पेलोलॉजिस्ट के पास एक फील्ड केबल के माध्यम से "गुफा टेलीफोन" काम करता है (आमतौर पर यह पी -274 है), गुफा की पूरी लंबाई के साथ फैला है, कुछ इस तरह है:


(सी) पावेल रुडको, टीपी 17 नेड्रा, उत्पादन क्रास्नोयार्स्क।

यह विचार एक भूमिगत टेलीफोन को स्मार्टफोन से जोड़ने का था, और सतह पर एक सेलुलर "बेस स्टेशन" के माध्यम से बाहरी दुनिया के साथ संवाद करने का था। जमीन के नीचे से रिश्तेदारों, दोस्तों और रिश्तेदारों को एसएमएस भेजने में सक्षम होने के लिए, सतह पर मौसम के पूर्वानुमान का अनुरोध करें, ताकि सतह के बढ़ने के लिए पहले से ही बारिश हो।

पीटर और अन्य कैवरों ने स्नेज़नेया प्रणाली की तह तक जाने की योजना बनाई, जो अबखज़िया में स्थित है और कभी दुनिया की दूसरी सबसे गहरी गुफा प्रणाली थी। उन्होंने निचले प्रवेश द्वार, बैंक की गुफा के माध्यम से जाने की योजना बनाई। मुख्य गुफा खतरों में से एक के दृष्टिकोण से - बाढ़ - इस तरह से नीचे की ओर कास्टिंग अन्य सभी ज्ञात मार्गों की तुलना में बहुत सुरक्षित है, लेकिन आपको अभी भी एक बहुत ही खतरनाक खंड - रोअरिंग कैस्केड को पार करना होगा। यह भूमिगत नदी के साथ 250 मीटर की बाढ़ में पूरी तरह से अगम्य है। इस खंड के माध्यम से जाने से पहले, हम सतह पर मौसम जानना चाहते थे।

स्वायत्त भूमिगत शिविर से, जिसमें दो सप्ताह तक रहने की योजना थी, निकटतम मार्ग से 3.5 किमी की दूरी पर, 800 मीटर की ऊँचाई के साथ सतह पर। पहले से ही पूरे मार्ग पर संचार की एक भूमिगत रेखा सुसज्जित थी, जो गुफा में काम करने वाले अन्य समूहों के साथ थी - यह एक क्षेत्र द्वारा बढ़ाया गया था। केबल पी -274। हमने अपने विचार में इस लाइन का उपयोग करने की योजना बनाई है।

यह उपकरणों की एक जोड़ी का निर्माण करने के लिए बना रहा: नियंत्रण समूह में समूह में होना चाहिए, नियंत्रित - जीएसएम सिग्नल के विश्वसनीय रिसेप्शन के क्षेत्र में सतह पर। और उनके लिए संचार का एक तरीका आना आवश्यक था। प्रबंधित डिवाइस को प्रबंधक से आदेश प्राप्त करने और एसएमएस प्राप्त करने और भेजने में सक्षम होना चाहिए। एक महत्वपूर्ण स्थिति दो सप्ताह के लिए सतह पर डिवाइस की पूर्ण स्वायत्तता थी, अर्थात अभियान का पूरा कार्यकाल, क्योंकि कोई भी गुफा के द्वार पर हमारा इंतजार नहीं कर रहा था। बैटरी को बदलने, या डिवाइस को रीबूट करने के लिए कोई नहीं था।

विकास में भाग लिया:

• Koveshnikov पीटर - विचार, सर्जक, सॉफ्टवेयर भाग के विकास के लेखक।
• Matveev Lyubomir - विधानसभा, स्थापना, ट्रांसीवर बोर्डों की वायरिंग।
• शेलीन सेर्गेई - ट्रांसीवर डिजाइन।

सामान्य योजना इस प्रकार है। एक बेस स्टेशन सतह पर स्थापित है, यह सौर बैटरी द्वारा चार्ज की गई बैटरी द्वारा संचालित है, इसे कम से कम दो सप्ताह तक काम करना चाहिए, गुफाओं की यात्रा की औसत अवधि को ध्यान में रखते हुए, और स्वायत्त होना चाहिए ताकि इसे लोगों के ध्यान की आवश्यकता न हो। नीचे वाला व्यक्ति मगरमच्छ क्लिप या स्क्रू-इन टर्मिनल की मदद से लाइन पर कहीं भी जुड़ सकता है (गुफाओं में फैला एक फील्ड तार) और भूमिगत टेलीफोन और ग्राउंड स्टेशन के बीच संबंध स्थापित करता है। वह "नींद" मोड में है, समय-समय पर "जागता है" और सेवा संकेत प्राप्त करता है। बैटरी पावर को बचाने के लिए स्लीप मोड की आवश्यकता होती है, क्योंकि सूरज हमेशा बैटरी को बिजली देने के लिए मौजूद नहीं होता है।

और अब कुछ तकनीकी विवरण।

विचार का कार्यान्वयन

इस अभियान पर हमारे द्वारा इस्तेमाल किया गया कॉम्प्लेक्स निम्नानुसार था:

1. दो एंड्रॉइड स्मार्टफोन एक विशेष रूप से लिखित कार्यक्रम चला रहे हैं।
2. अपने स्वयं के डिजाइन के दो ट्रांसीवर, भूमिगत लाइन से और फोन के ऑडियो पोर्ट से जुड़े।
3. जुड़वां क्षेत्र पी -274 क्षेत्र में लगभग 3600 मीटर लंबा, 800 मीटर की गहराई तक फैला है।
4. भूतल फोन शक्ति जटिल।
   
   1. एक "सतह" फोन की शक्ति के लिए पावर बैंक।
   2. Arduino , जो पावर बैंक से फोन को चार्ज करने की प्रक्रिया को पुनरारंभ करता है।
   3. पावर बैंक चार्ज करने के लिए सोलर पैनल।

उन्होंने एक नियमित फोन के सर्किट को आधार के रूप में लिया, केवल एक व्यक्ति के बजाय स्मार्टफोन खुद प्राप्त करता है और आदेश प्रसारित करता है। एक दूसरे के साथ संवाद करने के लिए, डिवाइस ध्वनि संकेतों के अनुक्रमों का आदान-प्रदान करते हैं - DTMF टन (16 टन के साथ दोहरे स्वर बहु-आवृत्ति एनालॉग सिग्नल)। चैनल आधा द्वैध है। डेटा को स्वयं स्थानांतरित करने के लिए, 16 में से 9 टोन का उपयोग किया जाता है, और शेष 7 सर्विस टोन हैं, उदाहरण के लिए, संदेश / अनुक्रम की शुरुआत / अंत, एक आपातकालीन पुनरारंभ संकेत, आदि को इंगित करें। DTMF टन की अवधि और इसलिए ट्रांसमिशन की गति 1 टोन प्रति सेकंड से 15 टन प्रति सेकंड तक भिन्न होती है। तकनीकी ठहराव को छोड़कर, यह प्रति सेकंड 0.3-5.5 बाइट से मेल खाती है। Dtmf-cpp लाइब्रेरी का उपयोग करने वाले स्मार्टफोन टेक्स्ट को टोन में परिवर्तित करते हैं और इसके विपरीत।




ट्रांससीवर्स एक नियमित हेडसेट की तरह, 4-पिन मिनी-जैक का उपयोग करके 3.5 मिमी ऑडियो जैक के माध्यम से फोन से जुड़े हुए हैं। कोई भी ऑडियो सिग्नल जिसे फोन खेलना चाहता है वह ट्रांसीवर के पास जाता है, और लाइन में होने वाली सभी चीज़ों को माइक्रोफ़ोन चैनल के माध्यम से फोन में प्रवर्धित और प्रसारित किया जाता है। इनपुट सिग्नल को बढ़ाने के अलावा, ट्रांसीवर आकस्मिक उछाल के कारण क्षति से बचने के लिए फोन को लाइन से अलग करता है। इसके अलावा, ट्रांसीवर ट्रांसमिशन माध्यम के पृथक्करण को नियंत्रित करता है। जब फोन कुछ खेलने की कोशिश करता है, तो ट्रांसीवर फोन के बाएं ऑडियो चैनल को लाइन से जोड़ता है, बाकी समय माइक्रोफोन चैनल लाइन से जुड़ा होता है, जिससे जमीन कनेक्ट होती है। जब संचार करना आवश्यक होता है, तो सॉफ्टवेयर सही चैनल पर एक ओवरहेड सिग्नल भेजता है ताकि ट्रांसीवर ट्रांसमिशन मोड में स्विच हो जाए।

आप यह सुन सकते हैं कि हमारे ट्रांससीवर्स यहां कैसे संवाद करते हैं: cloud.mail.ru/public/JAjQ/wuF4XMM4W

फोन पर एक स्व-लिखित कार्यक्रम लॉन्च किया जाता है, जो इंटरफ़ेस के माध्यम से कुछ संकेतों या उपयोगकर्ता इनपुट की प्रत्याशा में संचार चैनल को सुनता है। डेटा ट्रांसफर एल्गोरिथम:

1. नियंत्रण टेलीफोन पर उपयोगकर्ता मेनू में वांछित कमांड का चयन करता है।
2. कार्यक्रम बाइट्स की एक धारा के रूप में एक अनुरोध उत्पन्न करता है।
3. एक धारा को 16 से अधिक बाइट्स के अनुक्रमों में विभाजित किया जाता है, उनमें से प्रत्येक के लिए एक चेकसम जोड़ा जाता है, और फिर डीटीएमएफ टन के अनुक्रम में बाइट्स के अनुक्रम को एन्कोड किया जाता है। अनुक्रम समूह के आरंभ और अंत को इंगित करते हुए, टोन अनुक्रम के सेट में दो सेवा अनुक्रम जोड़े जाते हैं।
4. प्रत्येक अनुक्रम PCM 16bit 8000 / s मोनो में एन्कोड किया गया है और टेलीफोन द्वारा खेला जाता है।
5. प्रत्येक अनुक्रम को एक नियंत्रित टेलीफोन द्वारा पढ़ा जाता है, डीकोड किया जाता है, त्रुटियों के लिए जाँच की जाती है, और परिणाम के आधार पर, सफल या असफल रिसेप्शन का संकेत भेजा जाता है।
6. एक पुष्टिकरण संकेत प्राप्त करने के बाद, प्रबंधित टेलीफोन निम्नलिखित अनुक्रम को प्रसारित करता है या वर्तमान को दोहराता है।
7. जब सभी अनुक्रम सफलतापूर्वक प्राप्त हो जाते हैं, तो प्रबंधित टेलीफोन अनुक्रम से बाइट्स की एक धारा एकत्र करता है, इसे एक कमांड में डिकोड करता है, और इसे निष्पादित करता है।

एक प्रबंधित टेलीफोन से प्रबंधक तक डेटा स्थानांतरण उसी एल्गोरिदम के अनुसार किया जाता है।

वीडियो यहाँ उपलब्ध है: https://drive.google.com/file/d/1Y4O5R1Hce0S_djni-B1k5_B9Lw7uRlyp/view?usp=sharing


उदाहरण: कार्यक्रम में अपने स्मार्टफोन पर एक गुफा में एक आदमी "एसएमएस भेजें" कमांड का चयन करता है, उस फोन नंबर में प्रवेश करता है जिस पर आप संदेश भेजना चाहते हैं, और इसका पाठ। ये सभी डेटा DTMF संकेतों के माध्यम से एन्कोड किए जाते हैं, जो टोन मोड में वायर द्वारा सतह पर प्रेषित होते हैं, जहां एक और फोन उन्हें डीकोड करता है और अपने सिम कार्ड के माध्यम से निर्दिष्ट नंबर पर एक एसएमएस भेजता है। फीडबैक के साथ, एक ही पैटर्न लगभग समान है: फोन समय-समय पर उठता है, हवाई जहाज मोड को छोड़ता है, ऑपरेटर से संचित एसएमएस प्राप्त करता है और अपने वेटिंग रूम में संग्रहीत करता है जब तक कि "मुझे एसएमएस न करें" सेवा आदेश गुफाओं से आता है। जो सब जमा हो जाता है, स्मार्टफोन लाइन को नीचे पहुंचाता है।

बिजली की आपूर्ति

अभियान के दौरान पूरे परिसर को कुछ खाना चाहिए। भूमिगत टेलीफोन को बिजली देने में कोई समस्या नहीं है - टेलीफोन और ट्रांसीवर दोनों में एक अंतर्निहित बैटरी होती है, उपयोग के दौरान खपत बहुत बड़ी नहीं होती है, बाकी समय वे बंद हो जाते हैं। एक "सतह" नियंत्रित टेलीफोन की शक्ति के साथ, स्थिति बहुत अधिक जटिल है: उसे कम से कम दो सप्ताह तक काम करने की स्थिति में रहने की आवश्यकता है।

यदि स्मार्टफोन लगातार लाइन को सुनेगा, और यहां तक ​​कि जीएसएम नेटवर्क से जुड़ा होगा, तो यह कई घंटों तक चलेगा, और सौर पैनल इस समस्या को हल नहीं करेगा, क्योंकि यह स्मार्टफोन की खपत की तुलना में कम ऊर्जा देता है, और पावर बैंक केवल एक दिन के लिए काम का समय बढ़ाएगा -Two। मुझे एक स्टैंडबाय मोड बनाना था जिसमें लाइन टैप नहीं की जाती है, और हवाई जहाज मोड भी चालू होता है। 5 मिनट की निष्क्रियता के बाद, कार्यक्रम सो जाता है और हर 10 मिनट में 15 सेकंड के लिए जागता है, विशेष जागने के संकेत की प्रतीक्षा कर रहा है। एसएमएस प्राप्त करने के लिए हवाई जहाज मोड 10 मिनट के लिए दिन में 6 बार बंद किया जाता है। समस्या यह है कि हवाई जहाज मोड को प्रबंधित करने के लिए एप्लिकेशन को उन्नत अधिकारों की आवश्यकता होती है जो फोन को रूट किए बिना प्राप्त नहीं किया जा सकता है। आवेदन की अन्य सभी कार्यक्षमता, ऊर्जा की बचत से संबंधित नहीं है, एंड्रॉइड 4.1 और उच्चतर के साथ किसी भी फोन पर उन्नत अधिकारों और कार्यों की आवश्यकता नहीं है।

फील्ड टेस्ट और योजनाएं

इस अभियान में पीटर और कैवर्स की एक टीम ने पहली बार क्षेत्र में उपकरणों का परीक्षण किया। बेशक, कुछ समस्याएं थीं। आवेदन बहुत जल्दी, घुटने पर लिखा गया था, क्योंकि अभियान समय से बाहर चल रहा था।

दो बड़ी सॉफ़्टवेयर समस्याएं थीं, "सतह" तंत्र की बिजली आपूर्ति और "सतह" परिसर की सीलिंग, कनेक्टर के साथ समस्या। लोग ज्यादातर समस्याओं के लिए तैयार थे और पहले से तैयार बैकअप विकल्पों का इस्तेमाल करते थे, ताकि कुछ भी चल सके। एक तरह से या किसी अन्य, सिस्टम ने काम किया, हम पूर्ण-परीक्षण का संचालन करने में सक्षम थे। दूसरे समूह, गुफा के तल पर शेष, अभियान के मुख्य भाग के प्रस्थान के बाद पहले चढ़ाई की जांच करने के लिए, परिणामों पर सूचना दी, और वर्तमान मौसम और पूर्वानुमान भी सीखा। लगभग सभी ज्ञात समस्याओं और कमियों को आसानी से तय किया गया था और हमने उन्हें अगले अभियान के लिए Snezhnaya के लिए सही किया, जो दिसंबर 2018 - जनवरी 2019 में हुआ था।

परीक्षणों के दौरान, हमने अधिकतम स्थिर डेटा अंतरण दर का पता लगाया। यह उपकरणों को सीधे एक दूसरे से जोड़ने पर प्रयोगशाला स्थितियों में प्राप्त अधिकतम स्थिर गति से भिन्न नहीं होता है। गुफा के माध्यम से फैली संचार लाइन के माध्यम से प्रेषित सिग्नल किसी भी तरह से विकृत नहीं था, तुलनीय मात्रा का कोई बाहरी शोर नहीं देखा गया था। केवल डीसेंट की गहराई के साथ सिग्नल वॉल्यूम ड्रॉप किया। सॉफ्टवेयर समस्याओं के कारण, विकृत, "हकलाना", रुक-रुक कर संकेत की शर्तों के तहत ऑपरेशन को सत्यापित करना भी संभव था, जिसमें, पहली नज़र में, सफल ट्रांसमिशन हासिल नहीं किया जा सकता है। फिर भी, एक ऑपरेटिंग मोड का चयन करना संभव था जिसमें, यहां तक ​​कि ऐसी स्थितियों में भी, दो उपकरणों के बीच संचार का समर्थन किया जाता है - यह ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल के संभावित बहुत उच्च स्थिरता को दर्शाता है जो हमने बनाया था।

यह मूल रूप से शीर्ष फोन को पावर देने के लिए पावर बैंक का उपयोग करने की योजना बनाई गई थी। यह पता चला है कि हमने जिस पावर बैंक को फोन को 100% चार्ज किया था, उसे बंद कर दिया। चार्जिंग को फिर से शुरू करने के लिए, आपको पावर बैंक से तार को निकालना होगा और उसे वापस डालना होगा, अन्यथा उसे समझ नहीं आया कि फोन बैठ गया था और उसे फिर से ऊर्जा देने का समय आ गया था। अभियान के कुछ दिन पहले बचे थे। मैं Arduino को धोखा देने की तुलना में बेहतर कुछ भी नहीं आया हूं।


वीडियो: cloud.mail.ru/public/76ay/F5xinJZQi

Arduino शेड्यूल के अनुसार, हर तीन घंटे में, एक रिले का उपयोग करते हुए, इसने पावर बैंक से पावर बैंक के यूएसबी केबल के चैनल + 5v को तोड़ दिया और इसे 15 मिनट के बाद वापस चालू कर दिया। सबसे पहले, बोर्ड को 4 एए बैटरी द्वारा संचालित किया गया था, और फिर उन्होंने 18650 के चार बैंकों के साथ बैटरी के डिब्बे को अनुकूलित किया। यह सबसे कमजोर कड़ी बन गया, क्योंकि यह बैटरी थी जिसने अरुडिनो को संचालित किया था जो पहले बैठ गया था। लेकिन कुछ समय उसने काम किया। अभियान का पहला समूह, जो सतह पर चढ़ गया, बैटरी बदल दी, और सिस्टम ने एक और सप्ताह के लिए काम किया।

हम अपने प्रयोगों को जारी रखते हैं: दाता फोन का एक कार्यशील संस्करण है, जिसमें 18650 के साथ एक बड़ा ब्लॉक आवास में एक उद्घाटन के माध्यम से मिलाप किया गया है। फोन स्टैंडबाय मोड में है, और बैटरी केवल 26.5 दिनों के बाद छुट्टी दे दी गई थी!





इसलिए, भविष्य में हम सौर पैनल को छोड़ने की संभावना रखते हैं, जो एक कमजोर कड़ी भी है: इसे धूल या बर्फ से धोया जा सकता है, गंदगी से भरा हो सकता है। ट्रांसीवर के लिए बैटरी के 4.6 वी ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ अभियान के तीन सप्ताह के दौरान, "ऊपरी" को 3.8 वी, और "कम" को 4.1 वी।

हमारे ट्रांसीवर का वर्तमान संस्करण नियमित फोन की तरह काम करना नहीं जानता है। हम स्कीम को अंतिम रूप देना चाहते हैं ताकि आप सामान्य "गुफा फोन" मोड में स्मार्टफोन के बिना ट्रांसीवर का उपयोग कर सकें: प्रेस - कहो, जारी करो, सुनो।

अब सॉफ्टवेयर केवल एसएमएस रिसेप्शन और ट्रांसमिशन का समर्थन करता है, साथ ही कई सर्विस कमांड भी। डेटा ट्रांसफर प्रोटोकॉल बैंडविड्थ को छोड़कर, कोई प्रतिबंध नहीं लगाता है, इसलिए इंटरनेट से मौसम के पूर्वानुमान डाउनलोड करने के लिए प्रोग्राम करना अपेक्षाकृत आसान है या, उदाहरण के लिए, तत्काल दूतों को संदेश भेजें। दुर्भाग्य से, हस्तांतरण की गति पूरी तरह से इंटरनेट तक पहुंचने और चित्रों को स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त नहीं है। अधिकतम स्थिर गति अब लगभग 6 बाइट्स प्रति सेकंड है। एक स्थिर चैनल पर, 160 सिरिलिक वर्णों में एक एसएमएस भेजने या प्राप्त करने में लगभग 1 मिनट का समय लगता है।

अगले अभियान के लिए, हम सॉफ़्टवेयर को अंतिम रूप देने के लिए लापता फ़ंक्शंस को जोड़कर और त्रुटियों को सुधारने के साथ-साथ "सतह" कॉम्प्लेक्स की शक्ति प्रणाली को फिर से तैयार करने की योजना बनाते हैं। पहले से ही लाइन बजाने के कार्य को कार्यान्वित किया जाता है - एक मिनट में ब्रेक के लिए लाइन की जांच के लिए एक सेवा संकेत दिया जाता है। हमने सेवा कार्यों को भी जोड़ा जैसे कि मैन्युअल गति सेटिंग, मजबूर पुनरारंभ और अन्य छोटी चीजें। शायद तब हम फोन को ऑनलाइन कर देंगे और मौसम के पूर्वानुमान का पता लगा लेंगे। मैं अपने खुद के मौसम स्टेशन को एक सरफेस टेलिफोन से जोड़ना चाहता हूं, संभवतः, Arduino के आधार पर एकत्र किया गया है और लाइन के नीचे सेंसर से अप-टू-डेट डेटा भेज सकता है।