|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Ехолот. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Будинок, присадибне господарство, хобі Пропонований увазі читачів ехолот може бути використаний для визначення рельєфу дна та вимірювання глибини водойм, пошуку затонулих предметів, а також знаходження найбільш перспективних місць для риболовлі. Прилад дуже простий у налагодженні, зручний в експлуатації та не потребує калібрування. Ехолот призначений для вимірювання глибини водойм на чотирьох межах: до 2,5; 5; 12,5 і 25 м. Мінімальна глибина, що вимірюється - 0,3 м. Похибка показань не перевищує 4 % верхнього значення на будь-якій межі вимірювання. У приладі передбачено тимчасове автоматичне регулювання посилення (ВАРУ), що дозволяє змінювати коефіцієнт його посилення протягом кожного циклу вимірювань від мінімального до максимального і, таким чином, підвищує стійкість до перешкод. Необхідність ВАРУ викликана тим, що будь-яке випромінювання акустичної енергії у воду призводить до інтенсивної реверберації, тобто багаторазового відображення ультразвукового сигналу від дна та поверхні води. Тому на малих глибинах можуть бути помилкові спрацьовування вузла реєстрації ехосигналів. Завдяки ВАРУ суттєво покращується робота приладу при вимірі глибини в інтервалі 0,3...3 м. Як індикатор в ехолоті використовується лінійна шкала глибини, що складається з 26 світлодіодів, на якій може індикуватися до чотирьох відбитих меж вимірювання. Період оновлення інформації на індикаторі – близько 0,1 с, що дозволяє легко відстежувати рельєф дна під час руху. Додатково підвищує стійкість до перешкод ехолота програмний імпульсний фільтр, що захищає його від випадкових перешкод. При включеному фільтрі на індикатор виводяться лише відбиті сигнали, значення яких у період вимірювання (0,1 з) змінилися лише на 1/50 від включеного межі измерения. Живиться прилад від шести елементів А316, причому його працездатність зберігається при зниженні напруги до 6 В. Споживаний струм лежить в межах 7...8 мА (без урахування струму через світлодіоди - по 10 мА на кожен світлодіод, що горить). В ехолоті передбачена можливість оперативного перемикання межі вимірювання, числа відображень, що відображаються, а також регулювання ефективності ВАРУ. Імпульсний фільтр може бути вимкнений. Значення всіх параметрів можуть зберігатися в пам'яті в режимі зниженого споживання енергії ("SLEEP"). У цьому режимі струм, що споживається приладом, становить близько 70 мкА, що практично не позначається на терміні служби елементів живлення. Ехолот складається з чотирьох функціонально закінчених вузлів: генератора зондувальних імпульсів, приймача, блоку керування та блоку індикації (рис. 1).
Принципова схема генератора зондувальних імпульсів показано на рис. 2.
Який задає імпульсний генератор зібраний на мікросхемі DD1. Він генерує імпульси частотою 600 кГц, яка потім ділиться на два тригери на мікросхемі DD2. На мікросхемі DD3 зібраний буферний каскад, що узгоджує тригер з підсилювачем потужності, виконаним за двотактною схемою на складових транзисторах VT1, VT2 та трансформаторі Т1. З його вторинної обмотки електричні коливання частотою 300 кГц надходять на п'єзокерамічний випромінювач - датчик BQ1 та у вигляді ультразвукових посилок випромінюються у зовнішнє середовище. Робота генератора дозволяється за наявності рівня логічного нуля на висновках 12, 13 мікросхеми DD1 та 4, 6 мікросхеми DD2. Дозволяючий імпульс тривалістю 50 мкс приходить на генератор на початку кожного циклу вимірювання пристрою управління (рис. 3). Усі сигнали, необхідні роботи приладу, формують однокристальний микроконтроллер DD1 (АТ89С2051). Машинні коди програми, що управляє, розміщеної у внутрішній пам'яті програм мікроконтролера, наведені в таблиці.
Контрольні суми підраховані за алгоритмом "Радіо-86РК". На транзисторах VT1-VT4 виконаний стабілізатор на напругу 5 В. Його характерні особливості - невеликий споживаний струм - 25 мкА і мале падіння напруги на регулювальному транзисторі - менше 1 В. Транзистор VT5 відключає живлення від приймача в режимі SLEEP, що, як вказувалося вище, знижує споживаний струм.
Відбитий від дна імпульсний сигнал приймається в проміжку між посилками випромінювачем-датчиком і подається на вхід приймача (рис. 4), де посилюється резонансним трикаскадним підсилювачем на транзисторах VT1, VT2, VT4-VT7, після чого детектується діодами VD4, VD5. Тригер Шмітта на транзисторах VT8, VT9 формує стандартні логічні рівні. Діоди VD1, VD2 захищають вхід приймача від навантаження. Транзистор VT3 виконує функції керуючого елемента ВАРУ, що змінює широких межах коефіцієнт посилення каскаду на транзисторах VT1, VT2.
Форма керуючого напруги на конденсаторі С1 за максимальної ефективності ВАРУ показано на рис. 5.
Тривалість зарядки конденсатора визначається постійним часом ланцюга R2C1, а нижній рівень напруги - опором резистора R4 і тривалістю розрядного імпульсу пристрою управління, яка може змінюватися від 0 до 1,25 мс. Відповідно змінюється ефективність ВАРУ, що дозволяє оперативно коригувати чутливість ехолота для конкретних умов роботи. З колектора VT9 сформований відбитий імпульс подається на висновок Р3.2 мікроконтролера DD1 пристрою керування для подальшої обробки. Схема вузла індикації показано на рис. 6. Він являє собою 32-розрядний зсувний регістр на чотирьох мікросхемах DD1-DD4 (К561ІР2) з емітерними повторювачами на виході.
Резистори R1-R30 задають струм 10 мА через світлодіоди HL1-HL30. При такому струмі індикатор добре видно за будь-якої погоди. Останні два розряди мікросхеми DD4 не використовуються. Світлодіоди HL1-HL26 утворюють основну шкалу індикатора, а HL27-HL30 індикують межу вимірювання, число відображень, що індикуються, і включення імпульсного фільтра перешкод. Їхнє розміщення на передній панелі показано на рис. 7.
Кнопки SB1-SB4 (рис. 1) також виведені на передню панель, з їх допомогою оперативно змінюють режими роботи ехолота. Конструкцію ультразвукового випромінювача-датчика пояснює рис. 8. Він є круглою пластиною 1 діаметром 31 і товщиною 6 мм з п'єзокераміки ЦТС-19 з резонансною частотою 300 кГц. До посріблених площин пластини сплавом Вуда припаюють по три відрізки дроту МГТФ-0,1. Місця пайок повинні бути біля краю пластини і розташовуватися по її колу рівномірно.
Датчик збирають в алюмінієвому склянці від 3 оксидного конденсатора діаметром близько 40 і довжиною 30...40 мм. У центрі дна склянки свердлять отвір під штуцер 5 через який входить гнучкий коаксіальний кабель 6 довжиною 1...2,5 м, що з'єднує датчик з ехолотом. Пластину датчика приклеюють до диска з м'якої мікропористої гуми товщиною 2...5 мм і діаметром, рівним діаметру пластини. Припаяні до п'єзоелементу висновки збирають у джгут так, щоб його вісь збігалася з віссю п'єзоелемента. При монтажі обплетення кабелю припаюють до штуцера, центральний провідник – до висновків обкладки датчика, приклеєної до гумового диска, висновки іншої обкладки – до обплетення кабелю. Технологічні стійки 4 фіксують положення пластини таким чином, щоб її поверхня була заглиблена в склянку на 2 мм нижче за його крайку. Склянку закріплюють строго вертикально і заливають до краю епоксидною смолою. При цьому слід стежити, щоб у ній не було повітряних бульбашок. В ехолоті використано поширені деталі. Котушка L1 генератора намотана на каркасі діаметром 5 мм з підбудовником 1000НН. Вона містить 110 витків дроту ПЕВ 0,12. Трансформатор Т1 виконаний на кільцевому магнітопроводі К16х8х6 мм із фериту М1000НМ. Первинна обмотка намотана у два дроти і містить 2х20, вторинна - 150 витків дроту ПЕВ 0,21. Між обмотками прокладено шар лакотканини. Котушки приймача намотані на каркасах від контурів ПЧ (465 кГц) кишенькових приймачів. Контурні котушки L1, L3, L5 містять по 90, а котушки зв'язку L2 і L4 - по 10 витків дроту ПЕВ 0,12. Можна використовувати готові контури ПЧ від кишенькових приймачів 70 - 80-х років, підібравши конденсатори для отримання резонансної частоти 300 кГц. Конденсатори С1, С2 генератора і С5, С9, С13 приймача повинні мати малий ТКЕ (не гірше за М75), підійдуть, наприклад, конденсатори КСО-Г, КМ-5, КМ-6. Конденсатор С1 приймача – К73-17. Світлодіоди індикатора HL1-HL30 червоного світіння прямокутної форми, наприклад КИПМ01Б-1К. Польові транзистори VT2, VT4 стабілізатора (див. рис. 3) - КП303, КП307 з будь-яким буквеним індексом, але з напругою відсічення не більше 2 В. Мікроконтролер АТ89С2051 можна замінити на АТ89С51 або 87С51. При цьому необхідно врахувати різницю в нумерації висновків. Вітчизняним аналогом 87С51 є КР1830ВЕ751. Застосування мікроконтролера КР1830ВЕ31 із зовнішньою пам'яттю програм недоцільно, так як це суттєво збільшить споживаний струм та габарити приладу. Детально ознайомитися з внутрішньою структурою та системою команд мікроконтролера можна у [1]. До решти деталей особливих вимог не пред'являється. Всі блоки ехолота можуть бути змонтовані на одній або кількох друкованих платах, розміри та конфігурація яких визначаються розмірами наявного корпусу, а також застосовуваними деталями. Приймач бажано змонтувати на окремій платі "в лінійку" і розмістити в корпусі якомога далі від пристрою керування. Для зменшення нагріву прямим сонячним промінням корпус повинен бути світлим. Налагодження ехолота починають із встановлення на виході стабілізатора пристрою керування напруги +5 В. Роблять це за допомогою резистора R5. У цьому мікросхему DD1 слід вийняти з панельки. Після встановлення мікроконтролера на місце необхідно переконатися у працездатності пристрою керування та вузла індикації. Після включення живлення на індикаторі повинен світитися один із світлодіодів додаткової шкали (HL27-HL30), що індикує межу вимірювання. Натискаючи на кнопки SB2 "Вгору" та SB3 "Вниз", можна перемикати межі вимірювання. Одноразове натискання на кнопку SB4 "Вибір" перемикає прилад в режим встановлення числа відображень, що індикуються. Аналогічно, натискаючи на кнопки SB2 та SB3, можна змінювати це число від 1 до 4, що індикується миготливим світлодіодом на шкалі меж. При наступному натисканні на кнопку SB4 вмикається режим встановлення ступеня ВАРУ, який також регулюється кнопками SB2 або SB3 та індикується миготливим світлодіодом на основній шкалі глибини. Натиснувши на кнопку SB4 ще раз, можна вимкнути або увімкнути імпульсний фільтр перешкод також за допомогою кнопок SB2 та SB3 відповідно. Нарешті, четверте натискання кнопки SB4 повертає прилад в основний режим перемикання меж. У всіх режимах на індикаторі глибини індикуватимуться відбиті імпульси (якщо вони є), причому, якщо глибина більша за встановлену межу, в основному режимі блиматиме останній світлодіод індикатора глибини - HL26. Для запам'ятовування вибраних режимів слід натиснути та утримувати кнопку SB4 протягом приблизно 2 с. Після цього індикатор гасне і пристрій переходить у режим зниженого енергоспоживання "SLEEP". Вихід із цього режиму відбувається при натисканні кнопки SB1 "Скинути". Однак, якщо натиснути SB1 у робочому режимі, скидання всіх параметрів відбудеться у вихідний, записаний в ПЗУ стан. Переконавшись у справній роботі мікроконтролера, переходять до налагодження генератора імпульсів зондуючих. Спочатку необхідно за допомогою осцилографа переконатися у наявності негативного імпульсу тривалістю 50 мкс із періодом 100 мс на виведенні Р1.0 мікроконтролера. Потім осцилограф підключають паралельно випромінювачу-датчику і спостерігають зондуючі імпульси, що формуються. Їхня амплітуда може досягати 100 В. Опустивши випромінювач у посудину з водою глибиною не менше 40 см, можна спостерігати і відбиті імпульси. Обертаючи підстроєчник котушки L1, слід налаштувати генератор на резонансну частоту випромінювача, орієнтуючись максимальної амплітуді відбитих імпульсів. Амплітуда першого з них може досягати 5...10 В. Амплітуда зондуючого імпульсу практично не залежить від частоти. Налагодження приймача починають з установки режимів транзисторів постійного струму відповідно до зазначених на принциповій схемі. Цю операцію слід проводити при вийнятому з панельки мікроконтролері. У разі потреби режими можна підкоригувати резисторами дільників у базовому ланцюзі транзисторів. Потім потрібно налаштувати резонансні контури на частоту генератора. Для цього випромінювач, що знаходиться в повітряному середовищі, розташовують на відстані 15...20 см від будь-якої перешкоди і за допомогою осцилографа налаштовують контури по максимальній амплітуді імпульсів на колекторах VT1, VT4, VT6. У цьому необхідно враховувати, що діаграма спрямованості випромінювача повітря дуже вузька. У міру налаштування слід підвищувати ефективність ВАРУ або збільшувати відстань до перешкоди, щоб уникнути обмеження сигналу. Остаточно контури підлаштовують, спостерігаючи сигнал після детектора у точці з'єднання елементів R21, C17, C18. Нарешті, підключивши осцилограф до колектора транзистора VT9, підстроювальним резистором R22 встановлюють поріг спрацьовування тригера Шмітта, домагаючись максимальної чутливості та відсутності хибних спрацьовувань. Чутливість приймача – близько 15 мкВ. Роботу ВАРУ контролюють, спостерігаючи форму напруги на конденсаторі приймача С1. При необхідності вона може бути змінена підбором елементів номіналів R4 і C1. З теорією і практикою вимірювання глибини водойм ультразвуковим ехолотом можна ознайомитися в літературі, що наводиться нижче [2-7]. література
Автор: І. Хлюпін, м. Довгопрудний Московської обл.
Пастка для комах
01.05.2024 Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі
01.05.2024 Застигання сипких речовин
30.04.2024
▪ Багатоклітинні організми постаріли
▪ розділ сайту Шпигунські штучки. Добірка статей ▪ стаття Як беззаконна комета в розрахованому колі світил. Крилатий вислів ▪ статья Які тварини можуть загинути від зростання своїх власних іклів? Детальна відповідь ▪ стаття Постановка сільськогосподарської техніки для зберігання. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Електронні гойдалки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Світлодіодний індикатор напруги. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page