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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Карта, составленная треской 07.02.2012 Сотрудники датского Института водных ресурсов выловили из Северного моря 140 особей трески, укрепили на них акустические датчики и снова выпустили. Принимая сигналы маячков, можно следить за передвижениями рыб. На карте, составленной по сигналам, оказались довольно чётко очерчены, как на экране гидролокатора, лежащие на дне со Второй мировой войны затонувшие суда. Треска питается мелкими организмами, собирающимися вокруг любого погрузившегося на дно массивного предмета. Так как сигналы маячков индивидуализированы, можно проследить за маршрутами отдельных рыб. Оказалось, что большинство регулярно возвращается к "своему" судну, причём некоторые предпочитают проводить на нём день, а другие - ночь.

Другие интересные новости:

▪ Восстановление облика человека по его ДНК

▪ Lenovo - крупнейший производитель ноутбуков

▪ Пятно на банане

▪ Высоковольтные драйверы сверхъярких светодиодов от IR

▪ Виртуальный туризм

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Охрана труда. Подборка статей

▪ статья Альфред Ньюмен. Знаменитые афоризмы

▪ статья Когда искусство разделилось на реальное и абстрактное? Подробный ответ

▪ статья Восстановление велосипедной покрышки. Личный транспорт

▪ статья И вновь о держателе электродов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Ламповый УКВ ЧМ-приемник в стиле ретро. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026