L’ESP32 è diventato negli ultimi anni il microcontrollore preferito di molti radioamatori – e per una buona ragione. Con WLAN e Bluetooth integrati, due core processore, numerosi pin GPIO e un prezzo di mercato inferiore ai 5 EUR, questo piccolo chip della casa Espressif offre tutto ciò che il cuore di un maker desidera. L’ESP32 è particolarmente adatto per progetti radioamatoriali: si può programmare senza problemi con il familiare Arduino IDE, consuma solo microampere in modalità Deep-Sleep e offre sufficiente potenza di calcolo per applicazioni real-time impegnative. Che si tratti di tracker APRS per lo zaino, manipolatore CW automatico o display dello spettro per lo shack – le possibilità sono praticamente illimitate.
In questo articolo ti presentiamo dieci progetti concreti che puoi realizzare come radioamatore con un ESP32. Tutti i progetti sono collaudati nella pratica, la maggior parte si basa su software Open Source e può essere replicata con uno sforzo ragionevole. Dal progetto per principianti alla soluzione impegnativa c’è qualcosa per tutti – non importa se stai appena iniziando con l’autocostruzione o hai già esperienza con i microcontrollori. Iniziamo!
Perché proprio l’ESP32?
Prima di immergerci nei singoli progetti, vale la pena dare un breve sguardo ai vantaggi tecnici dell’ESP32. Il chip si basa su un processore Dual-Core Xtensa LX6 con frequenza di clock fino a 240 MHz e dispone di 520 KB di SRAM di serie. La maggior parte delle schede di sviluppo come il popolare ESP32 DevKit V1 (circa 4-6 EUR presso rivenditori austriaci o AliExpress) offrono inoltre 4 MB di memoria Flash. Questo è più che sufficiente per programmi complessi e persino aggiornamenti OTA (Over-The-Air).
Particolarmente pratico: l’ESP32 ha già WLAN (802.11 b/g/n) e Bluetooth (Classic e BLE) integrati. Questo lo rende ideale per applicazioni radioamatoriali in rete che trasmettono dati su Internet o devono essere controllate tramite smartphone. La compatibilità Arduino facilita enormemente l’ingresso – puoi accedere a migliaia di librerie esistenti e non devi occuparti di programmazione a basso livello. Allo stesso tempo, però, hai anche a disposizione gli strumenti nativi Espressif se hai bisogno di più controllo.
Per i progetti radioamatoriali sono importanti anche le numerose interfacce: l’ESP32 offre diversi bus UART, SPI e I2C, fino a 18 canali ADC (12 bit) e due uscite DAC (8 bit). Con il circuito giusto è possibile controllare moduli GPS, display, codec audio e persino ricetrasmettitori HF. Il basso consumo energetico (in Deep-Sleep sotto 10 µA) rende l’ESP32 perfetto anche per progetti portatili alimentati a batteria.
Progetto 1: Tracker APRS con GPS e LoRa
Un classico per iniziare: il tracker APRS trasmette automaticamente la tua posizione nell’Automatic Packet Reporting System. Invece di utilizzare la banda 2m via FM, puoi anche optare per LoRa – questo risparmia energia e funziona spesso dove non ci sono digipeater APRS a portata. Il firmware Open Source LoRa APRS Tracker di OE5BPA (disponibile su GitHub) è stato sviluppato appositamente per questo scopo.
Hardware necessario
- Scheda di sviluppo ESP32 (ad es. TTGO T-Beam con GPS e LoRa integrati, circa 25-30 EUR)
- Antenna LoRa 868 MHz (circa 5 EUR)
- Batteria LiPo 18650 e supporto (circa 8 EUR)
- Opzionale: Modulo GPS esterno con migliore sensibilità
Il vantaggio del TTGO T-Beam: qui ESP32, modulo GPS (spesso NEO-6M o meglio NEO-M8N) e ricetrasmettitore LoRa (SX127x) sono già integrati su una scheda. Carichi semplicemente il firmware pronto tramite USB sulla scheda, configuri il tuo nominativo e SSID nel file di configurazione, e puoi partire. La posizione viene trasmessa di default ogni 60 secondi quando sei in movimento, o ogni 10 minuti da fermo – questo risparmia la batteria.
In Austria ci sono già diversi iGate LoRa-APRS, tra l’altro gestiti dall’ÖVSV. Questi ricevono i tuoi pacchetti LoRa e li immettono nel sistema Internet APRS, dove diventano visibili su aprs.fi e altri siti di tracciamento. La portata è impressionante: da posizioni esposte 50-100 km non sono rari, anche in valle la connessione funziona spesso ancora su 10-20 km. Perfetto per escursioni, gite in bicicletta o l’uso sulle montagne OE!
Progetto 2: Manipolatore CW automatico con supporto Paddle
Attenzione appassionati di telegrafia: con un ESP32 e alcuni componenti aggiuntivi costruisci un manipolatore Iambic completo per CW. Il progetto è ideale per i principianti nell’autocostruzione, poiché il circuito rimane chiaro e il software si basa su algoritmi collaudati. I caratteri Morse finiti possono controllare direttamente il ricetrasmettitore o essere trasmessi al computer tramite USB – pratico per contest o per esercitarsi.
Funzionalità
- Modalità Iambic A e B
- Velocità regolabile (5-50 WPM) tramite potenziometro o encoder rotativo
- Generatore di sidetone con altezza del tono regolabile (400-1000 Hz)
- Memoria per testi frequenti (CQ, TEST, 73, proprio nominativo)
- Modalità beacon per trasmissioni automatiche
- Display per visualizzare le impostazioni correnti
Per il manipolatore hai bisogno oltre all’ESP32 (qui è sufficiente un DevKit economico per circa 4 EUR) di un doppio paddle o due interruttori singoli, un piccolo display OLED (0,96 pollici, I2C, circa 3 EUR), un encoder rotativo per la regolazione della velocità (circa 2 EUR) e alcuni componenti passivi. Per il sidetone usi il DAC integrato dell’ESP32 o un piccolo altoparlante/buzzer piezo. Lo stadio di uscita a transistor per commutare il ricetrasmettitore dovrebbe essere disaccoppiato otticamente – un semplice modulo optoisolatore (circa 1,50 EUR) è più che sufficiente.
Come base software è adatto il firmware K3NG CW Keyer, originariamente sviluppato per Arduino, ma che può essere portato senza problemi sull’ESP32. In alternativa ci sono progetti ottimizzati specificamente per l’ESP32 come il morserino-32 (Open Source), che include anche decoder CW e funzioni di esercizio. Il codice sorgente è disponibile su GitHub e ben documentato – ideale per imparare e personalizzare.
Progetto 3: Rotatore d’antenna controllato via Web
Chi possiede un’antenna direttiva rotante conosce il problema: il controller del rotatore classico si trova solitamente direttamente al ricetrasmettitore, il che può essere scomodo negli shack più grandi. Con un ESP32 è possibile realizzare un controller per rotatore controllato via WLAN, che puoi comandare tramite smartphone, tablet o computer da qualsiasi punto della casa. Particolarmente intelligente: l’integrazione con software di logging per contest come Ham Radio Deluxe o N1MM Logger+ funziona tramite il protocollo Yaesu GS-232 via WLAN.
L’hardware consiste nell’ESP32, un driver per motore passo-passo (ad es. A4988 o TMC2208, circa 5-8 EUR) per movimenti fluidi, un motore passo-passo sufficientemente dimensionato o un motore di rotatore esistente, un encoder assoluto o potenziometro per l’indicazione della direzione e un’alimentazione adeguata (di solito 12V). Molti rotatori commerciali possono essere integrati direttamente intercettando le linee di controllo – in questo caso hai bisogno solo dell’interfaccia tra ESP32 e l’elettronica del rotatore.
L’ESP32 fornisce un webserver, attraverso il quale vedi la direzione corrente dell’antenna (idealmente su una rosa dei venti grafica) e inserisci nuove direzioni. Tramite AJAX il display si aggiorna in tempo reale – vedi immediatamente come si muove l’antenna. Inoltre, l’ESP32 può parlare il protocollo GS-232 tramite una porta TCP, in modo che il tuo software di logging possa orientare automaticamente l’antenna verso la stazione DX. Questo non è solo comodo, ma fa risparmiare secondi preziosi nei pile-up.
Una bella caratteristica per il mercato austriaco: l’integrazione dei dati del DX Cluster. L’ESP32 può connettersi a un DX Cluster come DX Summit e visualizzare automaticamente stazioni interessanti su una mappa. Con un clic orienti quindi l’antenna in modo ottimale. Particolarmente utile per contest o spedizioni DX!
Progetto 4: Display dello spettro per SDR e ricetrasmettitori classici
I ricetrasmettitori moderni hanno spesso un display dello spettro integrato, ma molti dispositivi più vecchi o SDR utilizzano lo schermo del computer per questo. Con un ESP32 e un display TFT adatto costruisci un bandscope autonomo, che puoi posizionare direttamente al ricetrasmettitore. Il display mostra continuamente lo spettro HF in tempo reale – così riconosci a colpo d’occhio dove c’è attività.
Ci sono diversi approcci: la variante più semplice utilizza uno stick RTL-SDR (circa 25-30 EUR), collegato tramite USB all’ESP32 – qui però si raggiungono rapidamente i limiti delle capacità USB-Host dell’ESP32. Più elegante è l’uso di un generatore dedicato Si5351 (circa 5 EUR) come oscillatore locale e di un AD8307-Logarithmic-Amplifier (circa 8 EUR) come rilevatore di intensità del segnale. L’ESP32 scansiona quindi la banda di frequenza desiderata e misura ogni volta l’intensità del segnale.
Come display è adatto un TFT da 3,5 pollici con controller ILI9486 o ILI9488 (circa 10-15 EUR), controllato tramite SPI. La risoluzione di 480×320 pixel è più che sufficiente per un display dello spettro chiaro. Con la libreria TFT_eSPI per Arduino disegni lo spettro come diagramma a cascata o display classico a linee. La frequenza di aggiornamento dipende dalla velocità di scansione – con codice ottimizzato sono possibili 5-10 scansioni al secondo.
Per i possessori di un IC-7300, IC-705 o ricetrasmettitori Icom simili c’è una soluzione ancora più elegante: questi dispositivi possono emettere dati dello spettro tramite interfaccia CI-V (UART con 19200 o 115200 Baud). L’ESP32 riceve questi dati semplicemente in modo seriale e li visualizza sul display – senza hardware HF aggiuntivo. Un progetto Open Source corrispondente chiamato IC-7300 Panadapter si trova su GitHub.
Progetto 5: Beacon WSPR da 10 metri a 160 metri
Con WSPR (Weak Signal Propagation Reporter) puoi studiare la propagazione sulle bande onde corte, anche con potenza di trasmissione minima. Un beacon WSPR basato su ESP32 è costruito rapidamente e trasmette automaticamente un segnale WSPR ogni due minuti. Le tue trasmissioni vengono ricevute da stazioni in tutto il mondo e registrate su wsprnet.org – così vedi in tempo reale dove arriva il tuo segnale.
Il cuore del beacon è ancora il sintetizzatore Si5351, che genera le frequenze precise per WSPR. L’ESP32 genera i simboli WSPR secondo il protocollo ufficiale e modula il Si5351 di conseguenza. Come antenna è sufficiente una semplice antenna a filo o un trasformatore balun verso l’antenna esistente della stazione. La potenza di uscita è di circa 10 mW (10 dBm) – è poco, ma per WSPR è completamente sufficiente. Con un amplificatore basato su SA612 o BS170 puoi aumentare la potenza a 200-500 mW.
Importante per WSPR è la precisione temporale: le trasmissioni devono iniziare esattamente a minuti pari (0, 2, 4, 6 secondi ecc.). L’ESP32 si sincronizza per questo tramite NTP (Network Time Protocol) via WLAN con un server temporale – la precisione è di pochi millisecondi, il che è più che sufficiente per WSPR. Un modulo GPS (ad es. NEO-6M, circa 8 EUR) offre come alternativa un tempo ancora più preciso e funziona anche senza accesso a Internet.
Il firmware puoi scriverlo tu stesso (il protocollo WSPR è ben documentato) o ricorrere a progetti esistenti come ESP32-WSPRer. Oltre a WSPR, molti di questi firmware supportano anche altre modalità a segnale debole come JT9 o FT8 – quest’ultimo è particolarmente popolare in Austria tra le stazioni OE3. Attenzione però: per FT8 hai bisogno di più potenza di trasmissione (almeno 1-5 W), poiché la sensibilità non è così alta come per WSPR.
Progetto 6: Misuratore SWR multibanda con display touch
Un misuratore SWR preciso appartiene all’equipaggiamento base di ogni stazione. Con un ESP32, alcuni sensori HF e un display touch costruisci uno strumento di misura digitale che non solo mostra lo SWR, ma calcola anche la potenza diretta e riflessa, la potenza PEP e l’impedenza dell’antenna. Grazie al display i valori possono essere visualizzati in modo chiaro e tramite il controllo touch si possono richiamare diverse modalità.
Come sensore è adatto un Tandem-Match commerciale o un accoppiatore direzionale autocostruito con diodi Schottky per la rettificazione. Le tensioni vengono lette tramite gli ADC dell’ESP32 – per una migliore precisione si consiglia un ADC esterno a 16 bit come l’ADS1115 (circa 5 EUR). La calibrazione avviene con terminazioni note (50 Ω, cortocircuito, circuito aperto) e viene memorizzata nella memoria Flash.
Il display touch (ad es. ILI9341 da 2,8 pollici con touch resistivo, circa 12 EUR) mostra i valori di misura in tempo reale. Con un tocco del dito passi tra diverse visualizzazioni: display numerico, grafico a barre, Smith Chart o grafico delle tendenze. Particolarmente pratica è la funzione Peak-Hold, che memorizza il valore più alto – così quando accordi l’antenna vedi immediatamente se lo SWR è migliorato.
Per utenti avanzati si offre l’integrazione WLAN: l’ESP32 invia i dati di misura tramite UDP o MQTT a un software di logging o a Grafana per l’analisi grafica. Così puoi monitorare tendenze a lungo termine o far scattare automaticamente un allarme quando lo SWR supera un valore critico. Particolarmente utile nelle stazioni remote o nell’operatività portatile QRP.
Progetto 7: Registratore e analizzatore audio per contest
Nei contest è talvolta utile registrare i segnali audio ricevuti – sia per l’analisi successiva, per la prova nei QSO contestati o semplicemente per riascoltare i nominativi. L’ESP32 con la sua architettura Dual-Core è eccellente per questo compito: un core si occupa della registrazione audio, l’altro della memorizzazione su scheda SD.
Per la registrazione usi un modulo microfono I2S come l’INMP441 (circa 3 EUR) o un codec audio I2S come il MAX98357A (circa 4 EUR), che colleghi all’uscita Line-Out del ricetrasmettitore. L’ESP32 registra il segnale fino a 44,1 kHz e 16 bit e lo salva come file WAV o MP3 su una scheda microSD. Con compressione MP3 (tramite libreria libhelix) ore di operatività in contest entrano in una scheda da 32 GB.
Oltre alla semplice registrazione, l’ESP32 può anche eseguire analisi dal vivo: con la libreria FFT esegui un’analisi di frequenza in tempo reale e mostri lo spettro audio su un display OLED. Questo aiuta nell’ottimizzazione dei filtri AF o nell’individuazione di interferenze. Un decoder CW integrato (basato sull’algoritmo di Goertzel) riconosce automaticamente i caratteri Morse – pratico per contest in modalità mista.
Un extra carino è il riconoscimento PTT: tramite un pin GPIO l’ESP32 riconosce quando trasmetti e mette automaticamente in pausa la registrazione. Così le registrazioni rimangono ordinate e risparmi spazio di memoria. Dopo il contest carichi i file tramite WLAN sul tuo computer o li trasmetti direttamente nel cloud – ideale per stazioni multi-operatore, dove più operatori hanno bisogno di accesso alle registrazioni.
Progetto 8: Controller per accordatore remoto con controllo motore
Gli accordatori d’antenna automatici sono pratici, ma spesso costosi – e l’accordatura avviene tramite relè, il che porta a usura con frequenti cambi di banda. Con un ESP32 e motori passo-passo realizzi un accordatore d’antenna motorizzato, che accorda in modo fluido e preciso. Il controllo avviene tramite interfaccia web o tramite un’app sullo smartphone.
La meccanica consiste in due condensatori variabili (o varicap per soluzioni moderne) e una bobina commutabile. I motori passo-passo (ad es. 28BYJ-48 con scheda driver ULN2003, circa 3 EUR per set) ruotano i condensatori nella posizione giusta. L’ESP32 misura tramite ADC lo SWR (tramite un accoppiatore direzionale a monte) e ottimizza automaticamente l’impostazione dell’accordatore – un classico regolatore PID trova il minimo in pochi secondi.
Particolarmente intelligente: l’ESP32 memorizza per ogni frequenza le impostazioni ottimali dell’accordatore in un database. Al prossimo cambio di banda si posiziona immediatamente sulla posizione memorizzata – l’accordatura fine dura quindi solo frazioni di secondo. Con ricetrasmettitori moderni con interfaccia CAT (ad es. tramite CI-V o protocollo Kenwood) l’ESP32 legge automaticamente la frequenza corrente e seleziona le impostazioni appropriate.
La connessione WLAN permette il funzionamento remoto: controlli l’accordatore dal software di logging o tramite app per smartphone. Questo è particolarmente importante nelle stazioni remote, dove l’accordatore si trova all’esterno presso l’antenna. Un circuito opzionale di backup batteria (batteria LiPo + regolatore di carica, circa 10 EUR) assicura che l’ESP32 mantenga le posizioni memorizzate anche in caso di interruzione di corrente.
Progetto 9: Sistema di tracking satellitare con correzione Doppler automatica
La radioamatoriale via satellite è affascinante, ma il tracciamento manuale di frequenza e antenna è impegnativo. Un sistema di tracking basato su ESP32 calcola l’orbita del satellite in tempo reale, mostra la direzione ottimale dell’antenna e corregge automaticamente il Doppler-Shift. Soprattutto per i principianti nel radioamatorismo satellitare un enorme facilitazione.
Il sistema consiste in un ESP32, un modulo GPS per la determinazione della posizione (importante per il calcolo preciso dell’orbita) e opzionalmente un display per la visualizzazione. I dati TLE (Two-Line Elements) del satellite vengono scaricati dall’ESP32 tramite WLAN da celestrak.org e memorizzati localmente. La libreria SGP4 (disponibile per Arduino) calcola da questi posizione e velocità del satellite relative alla posizione.
Per la correzione Doppler l’ESP32 controlla il tuo ricetrasmettitore tramite interfaccia CAT: in avvicinamento la frequenza viene corretta verso l’alto, in allontanamento verso il basso. La correzione avviene continuamente durante il passaggio – non te ne accorgi praticamente, ma la stazione corrispondente ti sente costantemente sulla frequenza giusta. Questo funziona con tutti i ricetrasmettitori comuni che parlano i protocolli Icom CI-V, Yaesu CAT o Kenwood.
Una caratteristica aggiuntiva è la previsione dei passaggi: l’ESP32 calcola in anticipo quando quale satellite sarà visibile, quanto sarà alto l’angolo di elevazione massimo e se la visibilità sarà sufficiente per un QSO. Questi dati li mostra sul display o li invia tramite MQTT a Home Assistant, che ti informa poi tramite notifica push sul tuo smartphone. Per satelliti popolari come AO-91, AO-92 o la ISS un vero valore aggiunto.
Progetto 10: Integrazione Smart-Home per la stazione radio
Integrare la stazione radio nella smart home? Con l’ESP32 e il protocollo MQTT, il tuo shack diventa un ambiente di lavoro connesso. L’ESP32 funge da interfaccia centrale tra la tecnologia radio e la domotica – che si tratti di Home Assistant, ioBroker o un altro sistema smart home.
Nel caso più semplice, l’ESP32 monitora lo stato della stazione: il ricetrasmettitore è acceso? Su quale banda si sta operando? In trasmissione o ricezione? Legge i dati dal ricetrasmettitore tramite l’interfaccia CAT e li pubblica via MQTT. In Home Assistant puoi costruire automazioni: quando il PTT è attivo, abbassa la luce nello shack. Quando il ricetrasmettitore è sui 2m, accendi il preamplificatore. Dopo QRT alle 22:00, parcheggia il rotore.
Particolarmente utile è l’integrazione dei sensori: un BME280 (ca. 4 EUR) misura temperatura, umidità e pressione atmosferica nello shack – importante quando la stazione è in un locale non riscaldato o in soffitta. Un modulo INA219 (ca. 3 EUR) monitora tensione e consumo di corrente dell’alimentazione a 13,8 V. Tramite MQTT, tutti i valori finiscono in Grafana o in una dashboard di Home Assistant – anche quando non sei a casa.
Per le stazioni remote diventa davvero interessante: l’ESP32 controlla l’alimentazione dei singoli dispositivi tramite un modulo relè (4 o 8 canali, ca. 5 EUR) – ricetrasmettitore, amplificatore, rotore, preamplificatore. Puoi accendere la stazione via smartphone, operare e spegnere tutto. Un timer watchdog opzionale spegne tutto se la connessione WiFi si interrompe per più di 10 minuti – la sicurezza prima di tutto.
Un altro caso d’uso: le notifiche. L’ESP32 monitora il DX cluster via Telnet e filtra per entità DXCC o bande desiderate. Quando appare un DX cercato, invia una notifica push sullo smartphone – non devi più controllare costantemente il cluster. Combinato con il controllo dell’antenna del Progetto 3, gira il beam nella direzione giusta.
Il costo di questo progetto è contenuto: ESP32 (6 EUR) + modulo relè (5 EUR) + BME280 (4 EUR) + INA219 (3 EUR) + minuteria e contenitore (ca. 10 EUR) = meno di 30 EUR per un’automazione completa dello shack. Il software si basa su ESPHome – un framework open source sviluppato specificamente per ESP32 e Home Assistant che non richiede conoscenze di programmazione. La configurazione avviene tramite file YAML.
Conclusione
L’ESP32 si è affermato come componente versatile per progetti radioamatoriali. Dal semplice controllo del tasto CW al complesso sistema di tracciamento satellitare – la combinazione di potenza di calcolo, WiFi, Bluetooth e numerose interfacce rende questo microcontrollore la piattaforma ideale per i maker nel mondo radioamatoriale. I costi per progetto sono generalmente inferiori ai 50 EUR, e grazie alla grande comunità Arduino ed ESP-IDF, si trova una soluzione per quasi ogni problema.
Tutti i progetti presentati possono essere ampliati e combinati in modo modulare. E la cosa migliore: non serve una laurea in ingegneria – conoscenze base di programmazione Arduino e un po’ di abilità con il saldatore bastano per iniziare. Quindi: saldatore acceso e 73!
Nota di trasparenza
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