Эхолот. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Дом, приусадебное хозяйство, хобби

 Комментарии к статье

Предлагаемый вниманию читателей эхолот может быть использован для определения рельефа дна и измерения глубины водоемов, поиска затонувших предметов, а также нахождения наиболее перспективных мест для рыбной ловли. Прибор весьма прост в наладке, удобен в эксплуатации и не требует калибровки.

Эхолот предназначен для измерения глубины водоемов на четырех пределах: до 2,5; 5; 12,5 и 25 м. Минимальная измеряемая глубина - 0,3 м. Погрешность показаний не превышает 4 % верхнего значения на любом пределе измерения. В приборе предусмотрена временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ), позволяющая изменять коэффициент его усиления в течение каждого цикла измерений от минимального до максимального и, таким образом, повышающая помехоустойчивость. Необходимость ВАРУ вызвана тем, что любое излучение акустической энергии в воду приводит к интенсивной реверберации, т. е. многократному отражению ультразвукового сигнала от дна и поверхности воды. Поэтому на малых глубинах могут быть ложные срабатывания узла регистрации эхосигналов. Благодаря ВАРУ существенно улучшается работа прибора при измерении глубины в интервале 0,3...3 м.

В качестве индикатора в эхолоте используется линейная шкала глубины, состоящая из 26 светодиодов, на которой может индицироваться до четырех отраженных пределы измерения. Период обновления информации на индикаторе - около 0,1 с, что позволяет легко отслеживать рельеф дна при движении. Дополнительно повышает помехоустойчивость эхолота программный импульсный фильтр, защищающий его от случайных помех. При включенном фильтре на индикатор выводятся только те отраженные сигналы, значения которых за период измерения (0,1 с) изменились не более чем на 1/50 от включенного предела измерения. Питается прибор от шести элементов А316, причем его работоспособность сохраняется при снижении напряжения до 6 В. Потребляемый ток лежит в пределах 7...8 мА (без учета тока через светодиоды - по 10 мА на каждый горящий светодиод).

В эхолоте предусмотрена возможность оперативного переключения предела измерения, числа 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 прибором ток составляет около 70 мкА, что практически не сказывается на сроке службы элементов питания.

Эхолот состоит из четырех функционально законченных узлов: генератора зондирующих импульсов, приемника, блока управления и блока индикации (рис. 1).

Принципиальная схема генератора зондирующих импульсов показана на рис. 2.

Задающий импульсный генератор собран на микросхеме DD1. Он генерирует импульсы частотой 600 кГц, которая затем делится на два триггером на микросхеме DD2. На микросхеме DD3 собран буферный каскад, согласующий триггер с усилителем мощности, выполненным по двухтактной схеме на составных транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1. С его вторичной обмотки электрические колебания частотой 300 кГц поступают на пьезокерамический излучатель - датчик BQ1 и в виде ультразвуковых посылок излучаются во внешнюю среду. Работа генератора разрешается при наличии уровня логического нуля на выводах 12, 13 микросхемы DD1 и 4, 6 микросхемы DD2.

Разрешающий импульс длительностью 50 мкс приходит на генератор в начале каждого цикла измерения с устройства управления (рис. 3). Все сигналы, необходимые для работы прибора, формируют однокристальный микроконтроллер DD1 (АТ89С2051). Машинные коды управляющей программы, размещенной во внутренней памяти программ микроконтроллера, приведены в таблице.

(нажмите для увеличения)

Контрольные суммы подсчитаны по алгоритму "Радио-86РК". На транзисторах VT1-VT4 выполнен стабилизатор на напряжение 5 В. Его характерные особенности - небольшой потребляемый ток - 25 мкА и малое падение напряжения на регулирующем транзисторе - менее 1 В. Транзистор VT5 отключает питание от приемника в режиме "SLEEP", что, как указывалось выше, снижает потребляемый ток.

Отраженный от дна импульсный сигнал принимается в промежутке между посылками излучателем-датчиком и подается на вход приемника (рис. 4), где усиливается трехкаскадным резонансным усилителем на транзисторах VT1, VT2, VT4-VT7, после чего детектируется диодами VD4, VD5. Триггер Шмитта на транзисторах VT8, VT9 формирует стандартные логические уровни. Диоды VD1, VD2 защищают вход приемника от перегрузки. Транзистор VT3 выполняет функции управляющего элемента ВАРУ, изменяющего в широких пределах коэффициент усиления каскада на транзисторах VT1, VT2.

(нажмите для увеличения)

Форма управляющего напряжения на конденсаторе С1 при максимальной эффективности ВАРУ показана на рис. 5.

Длительность зарядки конденсатора определяется постоянной времени цепи R2C1, а нижний уровень напряжения - сопротивлением резистора R4 и длительностью разрядного импульса с устройства управления, которая может изменяться от 0 до 1,25 мс. Соответственно изменяется и эффективность ВАРУ, что позволяет оперативно корректировать чувствительность эхолота для конкретных условий работы. С коллектора VT9 сформированный отраженный импульс подается на вывод Р3.2 микроконтроллера DD1 устройства управления для дальнейшей обработки.

Схема узла индикации показана на рис. 6. Он представляет собой 32-разрядный сдвиговый регистр на четырех микросхемах DD1-DD4 (К561ИР2) с эмиттерными повторителями на выходе.

(нажмите для увеличения)

Резисторы R1-R30 задают ток 10 мА через светодиоды HL1-HL30. При таком токе индикатор хорошо виден в любую погоду. Последние два разряда микросхемы DD4 не используются. Светодиоды HL1-HL26 образуют основную шкалу индикатора, а HL27-HL30 индицируют предел измерения, число индицируемых отражений и включение импульсного фильтра помех. Их размещение на передней панели показано на рис. 7.

Кнопки SB1-SB4 (см. рис. 1) также выведены на переднюю панель, с их помощью оперативно изменяют режимы работы эхолота.

Конструкцию ультразвукового излучателя-датчика поясняет рис. 8. Он представляет собой круглую пластину 1 диаметром 31 и толщиной 6 мм из пьезокерамики ЦТС-19 с резонансной частотой 300 кГц. К посеребренным плоскостям пластины сплавом Вуда припаивают по три отрезка провода МГТФ-0,1. Места паек должны находиться у края пластины и располагаться по ее окружности равномерно.

Датчик собирают в алюминиевом стакане 3 от оксидного конденсатора диаметром около 40 и длиной 30...40 мм. В центре дна стакана сверлят отверстие под штуцер 5, через который входит гибкий коаксиальный кабель 6 длиной 1...2,5 м, соединяющий датчик с эхолотом. Пластину датчика приклеивают к диску из мягкой микропористой резины 2 толщиной 5...10 мм и диаметром, равным диаметру пластины. Припаянные к пьезоэлементу выводы собирают в жгут так, чтобы его ось совпадала с осью пьезоэлемента.

При монтаже оплетку кабеля припаивают к штуцеру, центральный проводник - к выводам обкладки датчика, приклеенной к резиновому диску, выводы другой обкладки - к оплетке кабеля. Технологические стойки 4 фиксируют положение пластины таким образом, чтобы ее поверхность была углублена в стакан на 2 мм ниже его кромки. Стакан закрепляют строго вертикально и заливают до края эпоксидной смолой. При этом нужно следить, чтобы в ней не было воздушных пузырьков.

В эхолоте использованы широко распространенные детали. Катушка L1 генератора намотана на каркасе диаметром 5 мм с подстроечником 1000НН. Она содержит 110 витков провода ПЭВ 0,12. Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом магнитопроводе К16х8х6 мм из феррита М1000НМ. Первичная обмотка намотана в два провода и содержит 2х20, вторичная - 150 витков провода ПЭВ 0,21. Между обмотками проложен слой лакоткани. Катушки приемника намотаны на каркасах от контуров ПЧ (465 кГц) карманных приемников. Контурные катушки L1, L3, L5 содержат по 90, а катушки связи L2 и L4 - по 10 витков провода ПЭВ 0,12. Можно использовать и готовые контуры ПЧ от карманных приемников 70 - 80-х годов, подобрав конденсаторы для получения резонансной частоты 300 кГц.

Конденсаторы С1, С2 генератора и С5, С9, С13 приемника должны иметь малый ТКЕ (не хуже М75), подойдут, например, конденсаторы КСО-Г, КМ-5, КМ-6. Конденсатор С1 приемника - К73-17. Светодиоды индикатора HL1-HL30 красного свечения прямоугольной формы, например КИПМ01Б-1К. Полевые транзисторы VT2, VT4 стабилизатора (см. рис. 3) - КП303, КП307 с любым буквенным индексом, но с напряжением отсечки не более 2 В. Микроконтроллер АТ89С2051 можно заменить на АТ89С51 или 87С51. При этом необходимо учесть различия в нумерации выводов. Отечественным аналогом 87С51 является КР1830ВЕ751. Применение микроконтроллера КР1830ВЕ31 с внешней памятью программ нецелесообразно, так как это существенно увеличит потребляемый ток и габариты прибора. Подробно ознакомиться с внутренней структурой и системой команд микроконтроллера можно в [1]. К остальным деталям особых требований не предъявляется.

Все блоки эхолота могут быть смонтированы на одной или нескольких печатных платах, размеры и конфигурация которых определяются размерами имеющегося в наличии корпуса, а также применяемыми деталями. Приемник желательно смонтировать на отдельной плате "в линейку" и разместить в корпусе по возможности дальше от устройства управления. Для уменьшения нагрева прямыми солнечными лучами корпус должен быть светлым.

Налаживание эхолота начинают с установки на выходе стабилизатора устройства управления напряжения +5 В. Делают это с помощью резистора R5. При этом микросхему DD1 следует вынуть из панельки. После установки микроконтроллера на место необходимо убедиться в работоспособности устройства управления и узла индикации.

После включения питания на индикаторе должен светиться один из светодиодов дополнительной шкалы (HL27-HL30), индицирующий предел измерения. Нажимая на кнопки SB2 "Вверх" и SB3 "Вниз", можно переключать пределы измерения. Однократное нажатие на кнопку SB4 "Выбор" переключает прибор в режим установки числа индицируемых отражений. Аналогично, нажимая на кнопки SB2 и SB3, можно изменять это число от 1 до 4, что индицируется мигающим светодиодом на шкале пределов. При следующем нажатии на кнопку SB4 включается режим установки степени ВАРУ, которая также регулируется кнопками SB2 или SB3 и индицируется мигающим светодиодом на основной шкале глубины. Нажав на кнопку SB4 еще раз, можно выключить или включить импульсный фильтр помех также с помощью кнопок SB2 и SB3 соответственно. Наконец, четвертое нажатие на кнопку SB4 возвращает прибор в основной режим переключения пределов.

Во всех режимах на индикаторе глубины будут индицироваться отраженные импульсы (если они есть), причем, если глубина больше установленного предела, в основном режиме будет мигать последний светодиод индикатора глубины - HL26. Для запоминания выбранных режимов следует нажать и удерживать кнопку SB4 в течение примерно 2 с. После этого индикатор гаснет и прибор переходит в режим пониженного энергопотребления "SLEEP". Выход из этого режима происходит при нажатии кнопки SB1 "Сброс". Однако, если нажать SB1 в рабочем режиме, произойдет сброс всех параметров в исходное, записанное в ПЗУ состояние.

Убедившись в исправной работе микроконтроллера, переходят к наладке генератора зондирующих импульсов. Вначале необходимо с помощью осциллографа убедиться в наличии отрицательного импульса длительностью 50 мкс с периодом 100 мс на выводе Р1.0 микроконтроллера. Затем осциллограф подключают параллельно излучателю-датчику и наблюдают формируемые зондирующие импульсы. Их амплитуда может достигать 100 В. Опустив излучатель в сосуд с водой глубиной не менее 40 см, можно наблюдать и отраженные импульсы. Вращая подстроечник катушки L1, следует настроить генератор на резонансную частоту излучателя, ориентируясь по максимальной амплитуде отраженных импульсов. Амплитуда первого из них может достигать 5...10 В. Амплитуда же зондирующего импульса практически не зависит от частоты.

Налаживание приемника начинают с установки режимов транзисторов по постоянному току в соответствии с указанными на принципиальной схеме.

Эту операцию следует проводить при вынутом из панельки микроконтроллере. При необходимости режимы можно подкорректировать резисторами делителей в базовой цепи транзисторов.

Затем необходимо настроить резонансные контуры на частоту генератора. Для этого находящийся в воздушной среде излучатель располагают на расстоянии 15...20 см от какого-либо препятствия и с помощью осциллографа настраивают контуры по максимальной амплитуде импульсов на коллекторах VT1, VT4, VT6. При этом необходимо учитывать, что диаграмма направленности излучателя в воздухе очень узкая.

По мере настройки следует повышать эффективность ВАРУ или увеличивать расстояние до препятствия, чтобы избежать ограничения сигнала. Окончательно контуры подстраивают, наблюдая сигнал после детектора в точке соединения элементов R21, C17, C18. Наконец, подключив осциллограф к коллектору транзистора VT9, подстроечным резистором R22 устанавливают порог срабатывания триггера Шмитта, добиваясь максимальной чувствительности и отсутствия ложных срабатываний. Чувствительность приемника - около 15 мкВ.

Работу ВАРУ контролируют, наблюдая форму напряжения на конденсаторе С1 приемника. При необходимости она может быть изменена подбором номиналов элементов R4 и C1.

С теорией и практикой измерения глубины водоемов ультразвуковым эхолотом можно ознакомиться в приводимой ниже литературе [2-7].

Литература

1. Однокристальные микро-ЭВМ. Справочник. - М.: МИКАП, 1994.
2. Подымов И. Эхолот спортсмена-подводника. - Радио, 1993, № 2, с. 7-9.
3. Войцехович В., Федорова В. Эхолот рыболова-любителя. - Радио, 1988, № 10, с. 32-36.
4. Тимофеев В. Эхолот: Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 92, с. 23-41. - М.: ДОСААФ, 1986.
5. Владимиров А., Корлякова Л. Любительский эхолот "Поиск": Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 80, с. 47-57. - М.: ДОСААФ, 1983.
6. Бокитько В., Бокитько Д. Портативный эхолот. - Радио, 1981, № 10, с. 23-25.
7. Кравченко А. Транзисторный эхолот. - Радио, 1973, № 12, с. 15, 16.

Автор: И. Хлюпин, г.Долгопрудный Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Дом, приусадебное хозяйство, хобби.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Замена кремнию для уменьшения размера транзистора 06.12.2020 Десятки лет кремний оставался доминирующим материалом для производства микрочипов, но его господство может закончиться. Специалисты MIT обнаружили, что сплав арсенида индия-галлия может стать основой технологии производства транзисторов меньшего размера, обладающих большей энергетической эффективностью. Транзисторы - стройматериал компьютеров. Они выполнять роль выключателей, либо прерывая электрический ток, либо позволяя ему двигаться дальше, и обеспечивают тем самым работу вычислительных машин. Однако для того, чтобы рост мощности компьютеров не остановился, нужны более компактные транзисторы. На сегодня производство полупроводников основано на кремнии, но есть и альтернативы. Например, арсенид индия-галлия (InGaAs). Этот материал обладает отличными свойствами транспорта электронов. Транзисторы из InGaAs могут быстро обрабатывать сигналы и работать при относительно низком напряжении, то есть действительно способны повысить производительность компьютеров. Но есть одна загвоздка, пишет MIT News. В малом масштабе знаменитый транспорт электронов этого соединения ухудшается. Эта проблема заставила некоторых исследователей объявить InGaAs неподходящим материалом для производства транзисторов. Однако, как выяснили ученые из MIT, проблемы с производительностью арсенида индия-галлия происходят отчасти из-за захвата оксида, в результате чего электроны начинают хуже проходить через транзисторы. Изучив их частотную зависимость - скорость, с которой электрические импульсы проходят через транзистор - они обратили внимание, что на низких частотах производительность InGaAs падает. Но на частоте 1 ГГц и более соединение работает отлично - не хуже, чем кремний. Ученые уверены, что эту проблему можно решить или свести на нет, а также надеются, что их открытие подстегнет новые исследования арсенида индия-галлия. Другой альтернативой кремнию в полевых транзисторах могут стать углеродные нанотрубки, однако до сих пор их производили в небольших количествах в лабораториях. Специалисты из США предложили технологию создания CNFET в промышленных масштабах.

Другие интересные новости:

▪ Долгопяты общаются на ультразвуке

▪ Дезинфекция в тарелке

▪ Скоростной робопес

▪ Вибромотор смартфона для прослушки

▪ Автономные станции Volkswagen для быстрой зарядки электромобилей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Мобильная связь. Подборка статей

▪ статья Основы безопасности жизнедеятельности. Шпаргалка

▪ статья Во время какой войны США были единственной дружественной России державой? Подробный ответ

▪ статья Действия работников в аварийных ситуациях

▪ статья О включении трехфазного двигателя в однофазную сеть. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Горение продуктов разложения бумаги. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026