Réalisez un analyseur de spectre avec le Raspberry Pi 2

Même si je suis pas très actif côté émission (c’est un peu la faute au Raspberry Pi ), je reste radioamateur et passionné par les techniques de plus en plus numériques qui apparaissent dans ce domaine.
Je vous ai déjà parlé du SDR (Software Defined Radio) pour suivre les avions ou écouter la radio avec votre RasPi… Le projet que décrit cet article vous permettra de visualiser une fréquence et ses environs. Il s’agit d’un analyseur de spectre à base de Raspberry Pi. Adafruit appelle ce projet un scanner…

Ne vous lancez pas dans cette réalisation si vous êtes débutant. Ce tutoriel ne détaille pas toutes les opérations et il vaut mieux avoir un peu d’expérience avec Debian…

Au sommaire :

C’est quoi un analyseur de spectre ?

Un analyseur de spectre est un instrument de mesure destiné à afficher les différentes fréquences contenues dans un signal ainsi que leurs amplitudes respectives. Les signaux peuvent être de natures diverses : électrique, optique, sonore, radioélectrique. (wikipedia)

Source Wikipedia

Les analyseurs de spectre sont des appareils autonomes coûtant de quelques centaines à quelques milliers (glups !) d’euros. C’est pourtant un appareil très utile (sinon indispensable) quand on travaille dans le domaine des radiocommunications.
Le premier modèle proposé par Adafruit avait été réalisé sur une base de Raspberry Pi model B, il était tentant de profiter de la disponibilité du Raspberry Pi 2 avec ses 4 cœurs pour améliorer (peut-être) cette réalisation.

La problématique

L’analyseur de spectre (scanner) a été initialement réalisé sur un RasPi model B sous Wheezy.
Les réponses sur le forum Adafruit renvoient généralement les questionneurs dans leurs buts quand l’écran utilisé n’est pas celui pour lequel le « scanner » a été développé.
Ça tombe bien (comme disait le père La Chaise) l’écran adapté au Pi2 est le modèle Adafruit 2441 (3,5 pouces PiTFT Plus) alors que le scanner a été réalisé avec le modèle 2097 (3,5 pouces PiTFT…). Donc s’il y a des problèmes… dém… toi
Même si on n’est pas en présence d’un « vrai » appareil de mesure, les clés USB DVB-T que j’ai utilisées jusqu’alors présentent un certain nombre de défauts (on va pas chipoter pour un récepteur à 15€…)

Les choix

Après moult réflexion, lecture de docs (RTFM) et d’articles parus sur des blogs, étude des caractéristiques… il fallait se décider ! Voici donc les choix que j’ai arrêtés pour ce projet :

Utiliser un Raspberry Pi 2 sous Jessie
Utiliser un écran Adafruit PiTFT Plus 3,5 pouces (ref. 2441)
Utiliser une clé DVB-T RTL-DSR de dernière génération (et un peu plus cher )
Lancer l’analyseur automatiquement au démarrage du RasPi
Rendre l’appareil autonome (par la suite)

Choix et installation du système

Il y a deux possibilités :

Vous ferez bien comme vous voulez… Pour ma part la solution consistant à utiliser une distribution toute faite me convient particulièrement bien et c’est celle que je vous propose.

Téléchargez la version de Jessie préparée pour gérer l’écran PiTFT 3.5″. Téléchargez les 1,5 Go de cette version et rangez le fichier 2015-09-24-raspbian-jessie-pitft35r.zip dans un dossier de votre PC. Extrayez l’image contenue dans l’archive .zip : 2015-09-24-raspbian-jessie-pitft35r.img (4,2 Go).

Si vous êtes sous Windows, insérez votre carte micro SD dans le lecteur de carte. Repérez soigneusement la lettre identifiant votre carte, toute erreur effacera irrémédiablement les données à l’endroit où vous transférerez l’image !!!

Lancez Win32DiskImager (en tant qu’admin), choisissez la lettre de la carte micro SD de destination (voir ci-dessus) et démarrez l’écriture de l’image sur la carte…

A la fin de l’opération vous avez entre les mains une carte prête à être utilisée avec le Raspberry Pi 2 et l’écran PiTFT 3,5″.

Avant de mettre la carte en service et d’appliquer la tension d’alimentation, regardons les composants que nous allons utiliser.

Le Raspberry Pi 2

Bon, ici pas de surprise. c’est un Raspberry Pi 2 classique. Ne faites pas attention aux pattes tordues sur le GPIO (ah, zut, vous n’aviez pas remarqué ?) c’est arrivé en enlevant l’écran à la main, c’est parti d’un coup et d’un côté… La prochaine fois ce sera tournevis plat et démontage précautionneux 😉
Remarquez l’adhésif sur le dessus des prises. L’écran n’a pas de contacts dans cette zone, sauf… 1 et c’est par précaution que j’ai appliqué cette protection. Pour le reste c’est un Raspberry Pi 2 tout ce qu’il y a de plus banal (processeur 4 cœurs 900MHz ARM Cortex-A7 CPU, 1 Go de RAM, 4 ports USB, un port Ethernet, sortie HDMI et audio/vidéo analogique…)

L’écran PiTFT Plus 3,5″

Livré tout monté et prêt à l’emploi, l’écran PiTFT Plus 3,5″ Adafruit est destiné aux modèles A+, B+ et Pi2 du fait de la présence d’un connecteur 40 points. Ce modèle 2441 utilise les même ports que son prédécesseur à 26 points (modèle 2097) : Le bus SPI (SCLK, MISO, MOSI) ainsi que les ports GPIO 25 et 24. C’est ce qui m’a fait espérer une compatibilité entre les deux modèles.

L’écran s’adapte parfaitement sur le Raspberry Pi 2. Il dispose de 4 « oreilles » qui permettront de le fixer (sur une façade d’appareil par exemple). Le Raspberry Pi est fermement maintenu uniquement par le connecteur 40 points.

Cet écran tactile de 3,5 pouces (ça fait presque 9 cm de diagonale) offre une résolution de 480×320 pixels avec une profondeur de couleur de 16 bits (65536 couleurs). Le dessus de l’écran comporte une couche résistive qui le rend sensible à la pression du doigt. On peut l’utiliser comme console, fenêtre graphique, affichage d’images ou de vidéo, etc. Sa qualité est suffisante pour assurer un usage normal.

Un connecteur (à droite sur la photo ci-dessus) donne accès aux ports du GPIO si c’est nécessaire. Les informations techniques (implantation et schéma) sont disponibles en ligne.
Avec le backplane à fond (éclairage à l’arrière de l’écran) la consommation est de 100 mA environ.

Récepteur RTL-SDR.com

Par rapport aux modèles existant sur le marché, ce nouveau modèle est amélioré ce qui explique un prix de vente (un peu) supérieur aux modèles qu’on trouve sur les sites d’enchère en ligne : 19.95$ pour le récepteur seul ou 24.95$ avec 2 antennes télescopiques. La plus petite va de 6 cm à 20 cm, et la plus grande va de 20 cm à 1,5 m. L’embase de l’antenne est également plus grande avec un diamètre de 4,5 cm, à comparer aux embases miniatures livrées avec la plupart des modèles. Cela permet une meilleure stabilité lors de l’utilisation de l’antenne la plus grande.

Ces deux antennes peuvent s’accorder sur presque toute la gamme de réception de la clé. Pour un bon fonctionnement, l’antenne sera placée à l’extérieur et aussi haut que possible pour obtenir le meilleur rendement. Coller l’embase magnétique sur une surface métallique peut également aider à améliorer le fonctionnement de l’antenne en lui fournissant un plan de masse. Lorsqu’elle est entièrement rentrée, la petite antenne fonctionne à 1090 MHz pour la réception des fréquences ADS-B.

Le récepteur a reçu les améliorations suivantes :

Boîtier en aluminium et refroidissement passif – les modèles les plus récents sont montés dans un boîtier en aluminium. Ils bénéficient d’un refroidissement passif via un pad thermique…