Эхолот
Описание опубликовано в журнале «Радио» № 3 за 1999 г., стр. 32. 34, 39 — Эхолот.
Предлагаемый самодельный эхолот может быть использован на любительских судах для измерения глубины водоемов, для поиска затонувших предметов, а также при других работах на воде, связанных с необходимостью знать рельеф дна и глубину. Рыболовы же с его помощью легко смогут отыскать наиболее перспективные места ужения рыбы.
Эхолот прошел опытные испытания в сезон 1998 и 1999 года в речной и морской воде, он измеряет глубину водоемов на четырех пределах: до 2,5; 5; 12,5 и 25 метров. Минимальная измеряемая глубина — 0,3 м. Погрешность не более 4% от верхнего предела на каждом диапазоне.
Функциональная схема эхолота показана на рисунке. Он состоит из 4-х функционально законченных блоков: генератора зондирующих импульсов, приемника, блока управления и блока индикации. Их принцмпмальные схемы приведены в подробном описании. Кнопки SB1. SB4 выведены на переднюю панель, с их помощью осуществляется оперативное изменение режимов работы эхолота.
Импульсы частотой 300 кГц с генератора зондирующих импульсов подаются на пьезокерамический излучатель датчик эхолота и в виде ультразвуковых посылок излучаются во внешнюю среду. Отраженный от дна сигнал принимается в промежутке между посылками тем же излучателем и подается на вход приемника, где он усиливается, детектируется и преобразуется в стандартные логические уровни.
В эхолоте предусмотрена временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ), изменяющая коэффициент усиления в течении каждого цикла от минимального до максимального, что повышает помехоустойчивость прибора. В качестве индикатора используется линейная шкала глубины из 26 светодиодов, на которой может индицироваться до четырех отраженных сигналов и вспомогательная шкала из 4-х светодиодов, отображающая предел измерения. Период обновления информации на индикаторе около 0,1 сек, что позволяет легко отслеживать рельеф дна. Основа блока управления — микроконтроллер AT89C2051, который формирует все сигналы, необходимые для работы эхолота.
Дополнительно повышает помехоустойчивость, защищая от случайных помех, программно реализованный импульсный фильтр. Алгоритм работы фильтра заключается в том, что он выводит на индикатор только те отражения, глубина которых при двух последовательных измерениях изменилась не более, чем на 2% включенного предела измерения глубины. Это позволяет в какой-то степени отсеять помехи, например от двигателя.
Питание этого самодельного эхолота осуществляется от 6 элементов типа A316 с общим напряжением 9 В, работоспособность прибора сохраняется при снижении напряжения до 6 В. Потребляемый ток не превышает 7. 8 мА + 10 мА на каждый горящий светодиод, в среднем при измерении около 30 мА.
Датчик эхолота изготовлен на основе круглой пластины диаметром 31 мм и толщиной 6 мм из пьезокерамики ЦТС-19 с резонансной частотой 300 КГц. Он собирается в алюминиевом стакане от оксидного конденсатора диаметром около 40 мм и длиной 30. 40 мм. Все рисунки и подробное описание методики изготовления самодельного датчика эхолота приведены в подробном описании.
Эхолот весьма прост в наладке и удобен в эксплуатации, не требует калибровки. Предусмотрена возможность оперативного переключения предела измерения, количества индицируемых отражений, а также регулировка эффективности ВАРУ. Импульсный фильтр при необходимости может быть отключен. Значения всех параметров могут сохраняться в памяти в режиме пониженного энергопотребления (SLEEP). В этом режиме потребляемый ток составляет около 70 мкА, что практически не сказывается на сроке службы элементов питания.
Печатную плату я рисовал вручную, в те годы Sprint Layout еще не было. Но радиолюбители, повторившие эту конструкцию, прислали мне рисунки некоторых плат. Я, в свою очередь, делюсь этой информацией с Вами. Это дополнение выложено в архиве в том виде, в каком я его получил — «как есть».
Установка эхолота на лодку
С каждым днём растёт количество эхолотов у обладателей разнообразных плавсредств. Вместе с ростом продаж растёт и количество вопросов и жалоб на некорректную работу эхолотов, хотя сами эхолоты в этом, как правило, не виноваты. Эхолот может работать некорректно только в двух случаях: если он не исправен и если его датчик (излучатель) неправильно установлен. Третьего не дано.
Так как вопрос неисправности решается гарантийными обязательствами, то говорить будем о правильности установки датчика (излучателя) на лодку. Особенно это касается быстроходных лодок с мощными двигателями.
КАВИТАЦИЯ
Кавитация (от лат. cavitas — пустота), образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая Кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая Кавитация). Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др.
Главный враг эхолота — это кавитация, возникающая при движении. Обычно датчик (излучатель) эхолота крепится на транце лодки и пузырьки воздуха, движущиеся вдоль поверхности днища, очень сильно рассеивают и поглощают ультразвук, в результате чего эхолот «теряет» дно и «слепнет». У разных моделей эхолотов это выражается по-разному: цифры глубины мигают, цифры пропадают, эхолот показывает несуществующие глубины и т. д. В любом случае это неприятно, а виновата в этом только неправильная установка датчика (излучателя). Если такое случилось с Вами, то попробуйте дотянуться до датчика и ладонью провести по его нижней поверхности. Если прибор заработал, то виноваты те самые крошечные пузырьки воздуха.
Дело в том, что разные корпуса дают разную кавитацию, и панацеи здесь нет, есть только специалист, который хорошо понимает, в каком месте лучше ставить датчик( излучатель). К глубокому сожалению таких специалистов единицы и они не в состоянии помочь всем. Выход, однако, можно найти. Можно датчик крепить таким образом, чтобы его можно было перемещать по высоте, а можно перед тем как крепить датчик намертво создать временное крепление и опытным путём установить, где его лучше закрепить. В любом случае необходимо очень серьёзно отнестись к установке датика, ибо переделывать всегда хуже, чем делать заново.
Как правильно установить эхолот на лодку
Кроме места установки, необходимо следить и за его положением в горизонтальной плоскости, т. к. это тоже влияет, как на бесперебойную работу, так и на достоверность выдаваемой информации.
На этом рисунке показано, как крепится датчик «в идеале», но иногда приходится искать более подходящее место или глубину его погружения.
Датчик должен быть строго горизонтален поверхности воды, но не всегда положение всей лодки будет одинаковым при движении с разной скоростью. Следовательно нужно определить положение лодки на тихом ходу и на глиссере, и устанавливать излучатель, чтобы его положение было наиболее близким к горизонтальному в этих положениях.
Cамое плохое положение датчика, кавитация будет создаваться и самим датчиком. Некорректная работа эхолота — гарантирована.
При таком положении датчика данные о глубине будут искажены.
Идеальное положение датчика.
В любом случае, чем глубже будет опущен датчик, тем лучше. Однако, следует учитывать, что при более глубоком положении эхолота, он будет создавать большее сопротивление при передвижении.
На лодках с пластиковыми корпусами датчик можно ставить изнутри лодки, как это показано на рисунке:
При обнаружении некорректной работы эхолота не спешите сразу нести его продавцу. Попытайтесь сначала понять причину. Самый простой способ — остановить лодку, рукой протереть нижнюю поверхность датчика, выключить и снова включить эхолот. В 99% случаев эхолот снова заработает. Затем можно начать движение и отследить момент начала сбоя.
Ничего сложного в этом нет, надо просто уделить установке датчика эхолота больше внимания.
Датчик эхолота схема подключения
Евросамоделки — только самые лучшие самоделки рунета! Как сделать самому, мастер-классы, фото, чертежи, инструкции, книги, видео.
Cамодельный мини-эхолот на микроконтроллере Atmel ATMega8L
и
ЖКИ от мобильного телефона nokia3310
Представляю вашему вниманию авторскую разработку – самодельный мини-эхолот на микроконтроллере Atmel ATMega8L и ЖКИ от мобильного телефона nokia3310. Устройство рассчитано для повторения радиолюбителем средней квалификации, но, я думаю, конструкцию может повторить каждый желающий. Материал я старался изложить так, чтобы читателям в доступной форме дать побольше полезной информации по теме. Надеюсь, что повторение конструкции принесет Вам много удовольствия и пользы.
Буду рад ответить на ваши вопросы/пожелания/замечания и помочь в повторении конструкции.
С уважением, Alex
Эхолот, сонар (sonar) — сокращение от SOund NAvigation and Ranging. Эхолот известен где-то с 40-х годов, технология была разработана во время Второй мировой войны для отслеживания вражеских подводных лодок. В 1957 году компания Lowrance выпустила первый в мире эхолот на транзисторах для спортивной рыбной ловли.
Эхолот состоит из таких основных функциональных блоков: микроконтроллер, передатчик, датчик-излучатель, приемник и дисплей. Процесс обнаружения дна (или рыбы) в упрощенном виде выглядит следующим образом: передатчик выдает электрический импульс, датчик-излучатель преобразует его в ультразвуковую волну и посылает в воду (частота этой ультразвуковой волны такова, что она не ощущается ни человеком, ни рыбой). Звуковая волна отражается от объекта (дно, рыба, другие объекты) и возвращается к датчику, который преобразует его в электрический сигнал (см. рисунок ниже).
Приемник усиливает этот возвращенный сигнал и посылает его в микропроцессор. Микропроцессор обрабатывает принятый с датчика сигнал и посылает его на дисплей, где мы уже видим изображение объектов и рельефа дна в удобном для нас виде.
На что следует обратить внимание: рельеф дна эхолот рисует только в движении. Это утверждение вытекает из принципа действия эхолота. Тоесть, если лодка неподвижна, то и информация о рельефе дна неизменна, и последовательность значений будет складываться из одинаковых, абсолютно идентичных значений. На экране при этом будет рисоваться прямая линия.
Первый вопрос, который, я уверен, возникнет у читателей «Почему использован такой маленький дисплей?» Поэтому я сразу на него отвечу: этот «мини-эхолотик» разрабатывался по просьбе знакомого из того, что оказалось под рукой. А этими подручными средствами оказались ATMega8L, дисплей от nokia3310 и какой-то излучатель с обозначением f=200kHz. Еще Вы, наверное, спросите возможно ли переделать программу/схему под другой, больший дисплей? Да. Теоретически это возможно.
От эхолотов, описанных в [1, 2, 3] моя конструкция отличается применением графического ЖК дисплея, что дает устройству преимущества в отображении полезной информации.
Вся конструкция собрана в корпусе «Z14». Питание обеспечивается от аккумулятора 9В GP17R9H. Максимальный потребляемый ток не более 30 мА (в авторском варианте 23мА).
Теперь о возможностях эхолота. Рабочая частота 200 кГц и настраивается под конкретный имеющийся излучатель. Программно реализована возможность измерять глубину до 99,9 метров. Но скажу сразу: максимальная глубина, которую сможет «видеть» эхолот, в большой степени будет зависеть от параметров примененного излучателя. Моя конструкция на данное время тестировалась только на водоеме с максимальной глубиной около 4 м. Прибор показал отличные результаты. По мере возможности постараюсь протестировать работу эхолота на более больших глубинах, о чем будет сообщено читателям.
Итак, перейдем к схеме. Схема мини-эхолота показана на рисунке ниже:
Основные функциональные блоки эхолота: схема управления (тоесть микроконтроллер ATMega8L), передатчик, излучатель, приемник, дисплей, клавиатура, схема зарядки аккумуляторной батареи.
Работает эхолот следующим образом: микроконтроллер на выводе РВ7 формирует управляющий сигнал (прямоугольные импульсы лог. «0») длительностью примерно 40 мкс. Этот сигнал запускает на указанное время задающий генератор с рабочей частотой 400 кГц на микросхеме IC4. Далее сигнал подается на микросхему IC5, где частота сигнала делится на 2. Сигнал с IC5 подается на буферный каскад на микросхеме IC6 и далее на ключи Q3 и Q4. Далее сигнал со вторичной обмотки трансформатора Т1 подается на пьезокерамический датчик-излучатель LS2, который посылает ультразвуковые посылки во внешнюю среду.
Отраженный от дна/препятствия сигнал принимается датчиком-излучателем и подается на вход приемника, который собран на микросхеме SA614AD в типовом включении (см. Datasheet на SA614AD). Диодная сборка BAV99 на входе приемника ограничивает входное напряжение приемника в момент работы передатчика.
Сигнал с приемника подается на компаратор на микросхеме LM2903, чувствительность которого регулируется микроконтроллером.
Далее сигнал обрабатывается в микроконтроллере и отображается в нужном виде на графическом ЖК дисплее 84х48 точек.
Трансформатор Т1 передатчика намотан на сердечнике К16*8*6 из феррита M1000НМ. Первична обмотка наматывается в 2 провода и содержит 2х14 витков, вторичная – 150 витков провода ПЭВ-2 0,21мм. Первой мотается вторичная обмотка. Половины первичной обмотки должны быть «растянуты» по всей длине сердечника. Обмотки необходимо изолировать друг от друга слоем лакоткани или трансформаторной бумаги.
Теперь самая интересная и проблемная часть: датчик-излучатель. У меня эта проблема была решена изначально: у меня уже был готовый излучатель. Как быть Вам?
Вариант 1: приобрести готовый датчик.
Вариант 2: изготовить самому из пьезокерамики ЦТС-19.
При прошивке микроконтроллера ATMega8L fuse bits выставить согласно картинке ниже :
Полная информация по изготовлению, настройке, прошивке и руководству по использованию мини-эхолота
смотрите в прилагаемом архиве!
Датчик эхолота схема подключения
Доброго времени суток, появилось желание сделать самодельный эхолот, в сети есть пару схем можно изучать дорабатывать, но вот с конструкцией датчика/излучателя туговато. Единственное полное описание нашёл только в прикрепленном файле, этот файл это перепечатанная статья из журнала радио №3 1999г.
Но вот проблема не могу найти где купить эту пьезокерамическую пластину ЦТС-19 диаметром 31мм и толщиной 6 мм, резонансная частота 300 кГц, а хотелось бы её так как есть описание датчика именно для нее.
Может кто знает аналоги, или где купить желательно в Украине, или как выйти и положения, может конструкцию датчика в доступными компонентами, буду благодарен любой полезной информации. Зарание спасибо!
| Вложения: |
| Комментарий к файлу: описание датчика и эхолота eho.pdf [246.54 KiB] Скачиваний: 1380 |
| Реклама | ||
| | ||
| ||
сэм  | | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Карма: 6 |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ПРИСТ расширяет ассортимент
