SVXLink ESP32 — маленький проект с большими перспективами

Хочу поделиться своим небольшим экспериментальным проектом SVXLink ESP32. Идея родилась довольно простая: попробовать заменить привычный компьютер или одноплатник в радиолюбительском узле маленькой ESP32 и дать ей возможность напрямую работать со SvxReflector.

В результате получился уже не просто эксперимент, а вполне самостоятельный компактный узел. ESP32 подключается к сети по Wi-Fi, соединяется со SvxReflector по протоколу v2, принимает и передаёт звук в Opus и может непосредственно управлять радиотрактом.

Проект рассчитан прежде всего на радиолюбителей, которым интересно самостоятельно собрать небольшой линк, точку доступа или экспериментальный радиосетевой узел без Linux-компьютера и лишнего оборудования.

Уже сейчас реализованы:

1. прямое подключение ESP32 к SvxReflector
2. передача и приём голоса
3. выбор и мониторинг TalkGroup
4. управление TG с помощью DTMF
5. локальный Parrot для проверки своего сигнала
6. несколько профилей Wi-Fi с автоматическим выбором и резервированием
7. собственная Web-панель настройки и контроля
8. безопасное обновление прошивки через Web OTA
9. диагностический дисплей ST7735S 1.8"
10. поддержка управления радиомодулями SA818 / SA868
11. управление PTT, SQL, мощностью, частотой, CTCSS и другими параметрами радиотракта.

А как же 8-битный звук?

Отдельно хочу сказать несколько слов о звуковом тракте, потому что первое, что наверняка бросится в глаза тем, кто хорошо знаком с классическим ESP32, — его встроенный 8-битный DAC.

Да, 8 бит по современным меркам звучит довольно скромно. Это всего 256 уровней амплитуды, и ожидать от такого выхода качества Hi-Fi, конечно, было бы странно. Но здесь важно понимать, для какой задачи создаётся устройство.

Внутри проекта звук обрабатывается совсем не как «8-битный». Рабочий цифровой тракт — PCM16, mono, 48 000 отсчётов в секунду, а передача между узлом и SvxReflector идёт через Opus. В 8 бит сигнал преобразуется только в самом конце — непосредственно при выводе через встроенный DAC ESP32 на радиомодуль.

При частоте дискретизации 48 кГц теоретический верхний предел представимого сигнала по Найквисту составляет:

48 000 / 2 = 24 000 Гц.

То есть сама частота дискретизации здесь с очень большим запасом и совершенно не ограничивает речевой диапазон.

Более того, в прошивке звуковой тракт намеренно ограничен полосовым фильтром. По умолчанию используется диапазон:

300–3500 Гц.

И это уже гораздо интереснее. Для сравнения: классический узкополосный тракт речевой связи традиционно находится примерно в районе 300–3400 Гц. Именно в этой области сосредоточена основная информация, необходимая для хорошей разборчивости речи.

Получается, что наш рабочий диапазон 300–3500 Гц практически точно лежит в привычной голосовой полосе радиосвязи.

Поэтому на бумаге фраза «8-битный DAC» сначала выглядит довольно пугающе, а на практике всё оказалось значительно веселее. Реальные испытания показали, что для речевой радиосвязи звук получается вполне пригодным, разборчивым и, я бы даже сказал, достаточно живым.

Разумеется, чудес здесь нет. 8-битный DAC имеет свои ограничения по динамическому диапазону и уровню квантования. Но радиолюбительский голосовой канал — это всё-таки не студийная запись музыки. Здесь гораздо важнее разборчивость, стабильность, правильная полоса и отсутствие перегрузки аналогового тракта.

И ещё один важный момент: 8-битный DAC не является принципиальным ограничением самого проекта.

Если кого-то такое решение всё же смущает или хочется получить заметно более качественный аналоговый тракт, схему без особых проблем можно дополнить внешним аудиокодеком или внешним DAC/ADC, подключив его к ESP32 по цифровому интерфейсу. Тогда встроенный 8-битный DAC вообще перестаёт участвовать в формировании звука.

То есть нынешний вариант я рассматриваю прежде всего как максимально простой способ собрать устройство из минимального количества компонентов и убедиться, что сама концепция работает.

А она, как показала практика, работает вполне достойно.

И в этом, пожалуй, одна из самых интересных особенностей проекта: можно начать буквально с ESP32 и радиомодуля, а дальше развивать аппаратную часть настолько далеко, насколько захочется — добавить внешний кодек, улучшить аналоговый тракт, сделать собственную плату и постепенно превратить маленький эксперимент в уже вполне серьёзный радиосетевой узел.

Для первой прошивки я сделал отдельный Web Flasher. Никаких ESP-IDF, esptool и командной строки пользователю устанавливать не требуется: достаточно подключить ESP32 к USB, открыть страницу прошивки в браузере, выбрать устройство и нажать кнопку установки.

Сам проект я хочу оставить максимально доступным для повторения. Поэтому буду публиковать схему подключения, распиновку, готовую прошивку и необходимые инструкции. Можно собрать устройство самостоятельно, прошить его через браузер, подключить к своему SvxReflector и начать экспериментировать.

При этом я не хочу представлять проект как законченное промышленное устройство. Это именно живой радиолюбительский проект, который сейчас развивается и проверяется на реальном железе. Некоторые аппаратные решения ещё требуют испытаний и доработки — и в этом как раз одна из самых интересных его сторон.

Мне кажется, у такой маленькой платы есть довольно большие перспективы: от простого домашнего линка до компактного автономного узла, который можно оставить где угодно, где есть питание, Wi-Fi и радиостанция.

Если тема вам интересна — собирайте, прошивайте, подключайтесь и тестируйте. Буду рад, если проект окажется полезным не только мне и со временем вокруг него появятся новые идеи, варианты железа и практические применения.

Продолжение следует. :)