“SONAR-3” – это более усовершенствованный вариант первой конструкции самодельного мини-эхолота.

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

   Рабочая частота 200 кГц и может перестраиваться под конкретный имеющийся излучатель (примерно до 300 кГц). Максимальная измеряемая глубина ограничена программно на уровне 16 метров. Измерение глубины разделено на два диапазона: до 4 м и до 16 м. Переключение между диапазонами автоматическое. Минимальная измеряемая глубина - 0,47 м. Информация о глубине и рельефе дна выводится на графический дисплей от мобильного телефона nokia3310. Предусмотрена регулировка скорости прокрутки картинки на дисплее, а также регулировка уровня чувствительности приема отраженных сигналов. В эхолоте реализован программный фильтр ошибочных измерений, который пропускает до 10 значений глубины, находящихся вне диапазона измерений. Также эхолот выдает предупреждающий звуковой сигнал при резком изменении глубины на определенное заданное пользователем значение. Эта функция будет полезна для определения потенциальных мест нахождения рыбы не прибегая к постоянному вниманию на дисплей мини-эхолота. Теоретически данным мини-эхолотом можно измерять и глубину, большую чем 16 метров, но возможности проверить работу устройства на больших глубинах у меня не было. Поэтому и было введено ограничение по максимальной глубине. Погрешность определения глубины в авторском образце (с использованием датчика с резонансной частотой 200кГц) при испытаниях в озере была не более 2..3% от верхнего предела измерений.

    Схема мини-эхолота показана на рисунке ниже. Схему с большим разрешением можно посмотреть здесь: mini-sonar-3_circuit.jpg

   Основные функциональные блоки устройства: микроконтроллер ATMega8L, схема формирования зондирующих импульсов, датчик-излучатель, схема приема отраженного сигнала, преобразователь питания DC/DC, дисплей, клавиатура и схема зарядки аккумуляторной батареи. Работает эхолот следующим образом: микроконтроллер ATMega8 в начале каждого цикла измерения формирует на выходе PD4 прямоугольные импульсы лог. «0», разрешающие работу задающего генератора, собранного на микросхеме IC2. Далее сигнал задающего генератора делится на 2 D-триггером на элементе IC3.2. Сигнал с противофазных выходов IC3.2 через буферный каскад на микросхеме IC4 подается на ключи VT7 и VT8. 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 входной каскад приемника, который являет собой резонансный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Далее сигнал с резонансного усилителя подается на вход микросхемы IC7, которая используется здесь в непрямом назначении - измерителе уровня сигнала. Диодная сборка VD11 на входе приемника ограничивает входное напряжение приемника в момент работы передатчика. Далее сигнал с выхода IC7 поступает на вход 2 компаратора IC6 и на вход АЦП ADC7 микроконтроллера. Чувствительность компаратора регулируется посредством изменения коэффициента ШИМ на выв.15 микроконтроллера. Сигнал с выхода компаратора поступает на микроконтроллер, который производит обработку сигнала и выдает информацию в нужном нам виде на графический дисплей LCD1. Вся конструкция (кроме датчика-излучателя) собрана в пластиковом корпусе размерами 65,5х45,5х25 мм и показана на фото ниже: 

   Тип корпуса: BOX-KA08. Питание обеспечивается от литий-полимерного аккумулятора LP403040 напряжением 3.7 Вольт и  емкостью 460 мА/ч. Можно использовать и другой тип аккумулятора подходящей емкости с размерами не более 4.0 x 30 x 40 мм. Максимальный потребляемый устройством ток - не более 25 мА (с включенной подсветкой дисплея - около 40 мА). При выключенном питании устройство потребляет ток около 150 мкА. Резисторы R16, R17 - smd  типоразмера 1206, R31 - smd сборка из 4-х резисторов, R25 - smd  типоразмера 0603, R29 - обычный 0,125 Вт. Все остальные резисторы - smd типоразмера 0805. Конденсаторы С4, С16 - танталовые smd, конденсатор C7 - электролитический "mini", остальные конденсаторы - smd типоразмера 0805. Светодиоды VD6-VD9 - smd типоразмера 1206, любого цвета свечения. Звукоизлучатель LS1 - любой малогабаритный пьезокерамический без встроенного генератора (например от дешевых наручных часов). Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце от электронного балласта энергосберегающей лампы. Можно использовать и другое ферритовое кольцо подходящего (10х6х5) размера (например EPCOS B64290-L38-X87) с магнитной проницаемостью 1000...2000. Первичная обмотка наматывается в 2 жилы и содержит 2х10 витков провода ПЭВ -2 0,2..0,3 мм. Вторичная обмотка содержит 200 витков провода ПЭВ 0,15 мм. Первой мотаем вторичную обмотку. Половины первичной обмотки должны быть «растянуты» по всей длине сердечника. Обмотки необходимо изолировать друг от друга слоем лакоткани или трансформаторной бумаги. В качестве контура L2C22L3 приемника используется контур ПЧ на 465кГц от китайской автомагнитолы. Только контур нужно немного доработать: снимаем экран, сматываем полностью основную обмотку, считая при этом витки. После этого наматываем основную обмотку контура таким же проводом, только количество витков обмотки увеличиваем на 15%. Мест установки для элементов С7, С8, R29, VD10 на плате не предусмотрено. Поэтому их монтируем навесным монтажем непосредственно вблизи трансформатора Т1. Кнопки клавиатуры – тактовые размером 6х6 мм. На печатной плате также есть место для установки R51, которого нет на схеме. Это перемычка, которую устанавливают при необходимости. Она служит для подачи питания на схему от программатора. Окно под дисплей вырезаем из оргстекла толщиной 2 мм и приклеиваем к корпусу эпоксидной смолой. Ультразвуковой датчик-излучатель можно использовать любой готовый на частоту 40..300 кГц (например от китайского эхолота). Можно также изготовить датчик самому по технологии, описанной в [1]. Для подключения датчика-излучателя к печатной плате эхолота используется кабель RG174 без переходных разъемов.

НАСТРОЙКА

    Налаживание мини-эхолота начинают с тщательной проверки монтажа. Только после этого подают питание на схему. Следующий этап - прошивка контроллера. Сначала записываем fuse-bits для работы от встроенного RC-генератора на частоте 4 МГц (CKSEL=0011, SUT0=0). Потом прошиваем саму прошивку. После загрузки прошивки ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно прошить EEPROM. Иначе эхолот работать не будет! Включаем эхолот. Для этого удерживаем (примерно 2сек.) кнопку "power". После включения эхолот отображает заставку, версию прошивки и переходит в основное меню. Теперь нужно проверить выходное напряжения преобразователя DC/DC на MC34063. Оно должно быть в пределах 3,90..4,10 В. Потом нужно войти в режим отображения сервисной информации. Для этого выключаем а потом включаем эхолот. После появления на дисплее заставки сразу нажимаем и удерживаем до появления звукового сигнала кнопку "up". Эхолот переключится в сервисный режим. В этом режиме на дисплее отображаются напряжение батареи питания (строка "Batt"), напряжение на выходе преобразователя DC/DC (строка "DC/DC"), рабочая частота задающего генератора (строка "Ftx"), глубина (строка "Depth") и уровень отраженного сигнала (строка "RSSI"). Сначала нужно убедиться в том, что задающий генератор работает на нужной Вам частоте. В противном случае нужно будет отключить питание эхолота, впаять вместо R22 многооборотный подстроечный резистор на 2,2..4,7 кОм, включить эхолот, снова войти в сервисный режим и установить подстроечным резистором нужную Вам частоту. Далее отключаем питание эхолота и вместо R22 устанавливаем нужный постоянный резистор. Снова включаем эхолот. Подключаем параллельно датчику-излучателю осциллограф (через делитель 1:10) и нажимаем кнопку старта начала измерений. Убеждаемся в наличии на датчике импульсов амплитудой не менее 75 В. Если же амплитуда меньше - ищите ошибки в схеме. Потом настраиваем входной каскад приемника. Для этого размещаем датчик в воздухе строго перпендикулярно какой-нибудь ровной плоскости (например пол, или стена) на расстоянии примерно 30..50 см и подключаем осциллограф к выв.12 IC7. Далее, вращая подстроечный сердечник контура L2C22, устанавливаем максимальный уровень отраженного сигнала. Теперь мини-эхолот настроен окончательно.

ОПИСАНИЕ НАСТРОЕК МЕНЮ:

1. "СКОРОСТЬ ИЗМ." - скорость прокрутки картинки рельефа дна дисплее эхолота;

2. "ЧУВСТВИТЕЛЬН." - регулировка чувствительности приемника;

3. "ОБНАРУЖ. ЯМ" - значение в [дм], при котором будет подаваться звуковой сигнал, сигнализирующий о наличии соответствующего перепада в рельефе дна;

4. "ДЛИТ. У/З ПОС." - длительность ультразвуковой посылки в микросекундах. Параметр можно изменять в пределах 35..90 мкС;

5. "КОНТРАСТ" - регулировка контраста дисплея;

6. "ПОДСВЕТКА" - включение/выключение подсветки дисплея;

7. "ЗВУК. СИГНАЛ" - включение/отключение всех звуковых сигналов;

8. "ФИЛЬТР ОШИБОК" - количество измерений глубины, находящихся вне диапазона измерений, которые не будут учитываться при отображении картинки рельефа дна.

   Текущие функции кнопок управления эхолотом отображаются на дисплее в нижней строке. Для выхода из сервисного режима нужно нажать кнопку "ESC". При разряде батареи питания ниже 3,40 В эхолот выдает сообщение "Bat Low" и автоматически выключается. Заряжать эхолот можно от персонального компьютера через miniUSB-переходник/кабель или от внешнего блока питания с выходным напряжением 5,0 В и током не менее 200 мА. После зарядки батареи до напряжения 4,20 В эхолот автоматически выключается.

   Печатная плата мини-эхолота двухсторонняя. Изготавливается по методике ЛУТ. Размеры печатной платы 41,5х61,5 мм. Размещение компонентов на плате показано на фото ниже:

Внешний вид готового устройства показано на фото ниже: 

Скачать файлы проекта можно здесь:  mini-sonar-3.zip