وُلد هذا الجهاز أثناء العمل على مشروع لجهاز كمبيوتر غوص ، والذي كان يجب أن يحتوي في تكوينه على جهاز ضبط مسافة سونار ضيق الحزمة. إما أننا بحثنا بشكل رديء ، أو في الواقع ، لم يكن هناك أي شيء مناسب للمعلمات متوفر في السوق ، لكن في النهاية ، بدلاً من الحصول على وحدة نمطية جاهزة ، قررنا اختراع أداة تحديد المدى لدينا لجهاز كمبيوتر الغوص. علاوة على ذلك ، بدا أن عملية الاندماج في علبة الكمبيوتر المدمجة أسهل عندما تم فصل الدارة والدوائر الإلكترونية وفقًا للمساحة الخالية داخل العلبة.
أثناء انتظار كمبيوتر الغوص في الأجنحة ، حدثت الفكرة بالنسبة لنا: ماذا لو تم فصل أداة قياس المدى في مشروع منفصل؟ نظرًا لأننا واجهنا صعوبة في العثور على الوحدة المناسبة لجهاز ضبط المسافة تحت الماء ، فقد يواجه شخص آخر صعوبات بحث مماثلة.
تم تحديد المتطلبات الأولية للوحدة على النحو التالي:
- واجهة رقمية بسيطة. من الناحية المثالية ، UART مع الأوامر النصية / الإجابات.
- امدادات التيار الكهربائي - 5 فولت
- كما الإسكان للماء المضغوط قدر الإمكان
من أجل عدم تأخير السرد ، أقدم على الفور خطة العمل الأولية مع بعض التفسيرات في النص.
كما ترون ، المخطط عبارة عن إصدار كلاسيكي ، مقسم إلى ثلاث كتل رئيسية:
تم اختيار STM32F302K8U6 MK كعنصر تحكم ، وذلك كمزيج جيد من السعر والأداء والأبعاد. مجال مسؤولية هذه الوحدة هو توليد إشارة لوحدة الإرسال ، ورقمنة ومعالجة الإشارة من وحدة الاستقبال ، وتزويد تطبيقات المستخدم بالوصول لتكوين النظام وبيانات القياس في تنسيق مناسب لهم.
تحتوي وحدة الإرسال على: برنامج تشغيل البوابة ، ومفاتيح الطاقة ، ومحول مطابقة خطوة المتابعة ، وتجميع الثنائيات المضاد المتوازي. العنصر الأخير ، بشكل عام ، ليس ضروريًا في مثل هذه المخططات ، ولكن ، في حالتنا ، يلعب دورًا مهمًا في "فصل" المحول في مرحلة الاستقبال ، عندما تكون قيمة الجهد الفعال على العنصر كهرضغطية أقل من فولطية فتح الثنائيات ، مما يساعد على عزل مرحلة إدخال مكبر للصوت للإشارة المستقبلة من محول.
وحدة الاستقبال هي الأكثر تطلبًا على جودة الأداء ، والتي يعتمد عليها كل شيء تقريبًا. من ناحية ، يجب أن هضم مئات فولت في المدخلات في مرحلة توليد نبض التحقيق. من ناحية أخرى ، لتوفير تضخيم إشارة بسعة ترتيب microvolts مع نسبة إشارة إلى الضوضاء مقبولة وتصل إلى مستوى الكشف والتقاط موثوق بها على ADC. هناك مكونان مسؤولان عن القدرة على البقاء آمنين وسليمان عند المئات من الجهد عند الإدخال: مكثف عالي الجهد C2 ، يكون فيه تيار التيار المتردد محدودًا ، ومجموعة الصمام الثنائي المضادة الموازية التي تحدد الجهد إلى قيم مقبولة. تجدر الإشارة إلى أن هذه الدائرة قادرة على أداء مهمتها فقط في وضع نابض مع مدة ترتيب عشرات من مايكروثانية.
ثلاثة شلالات من مرشحات ممر الموجة النشطة هي المسؤولة عن تضخيم الإشارة ، منها آخران هما مرشحات ضيقة النطاق من الدرجة الثانية توفر انتقائية جيدة للتردد. ومع ذلك ، على حساب الانتقائية الجيدة للتردد ، هناك نهج أكثر صرامة لاختيار الأخطاء لمكونات ضبط التردد ، وإلا فلن يضمن استقرار المعلمات من مثيل إلى آخر. ضمن ميزانية الجهاز ، تبين أن أخطاء مهمتنا هي 0.1٪ للمقاومات و 0.5٪ للمكثفات. علاوةً على المخطط: كاشف السعة ومرشح تمرير منخفض سلبي ، لقمع الموجة الحاملة المتبقية التي تمر عبر الكاشف.
بالنسبة للجزء الصوتي من الجهاز ، والذي لا يمكن رؤيته في مخطط الدائرة ، فإن العنصر الأساسي هنا هو القرص الكهروإجهادي DZHGK.757681.008-172 ، وقطره 12.9 مم ، وسُمك 3.1 ملم ، وتردد الرنين 640 كيلو هرتز. هذا العنصر هو على حد سواء باعث نبض التحقيق وجهاز الاستقبال للإشارة المنعكسة. من جانب البيئة المائية ، يتم عزلها بواسطة عنصر مطابقة رباعي الموجات (راتنجات البولي يوريثان). جنبا إلى جنب مع الدائرة التناظرية ، فإن تصميم باعث / المتلقي يقدم مساهمة كبيرة في جودة الجهاز ككل. سرعة الصوت في البلاستيك ، والتي تستخدم كعنصر مطابقة / عازلة في باعث ، هي 2400 م / ث. يحدد هذا سمك عنصر المطابقة هو 0.9 مم.
كانت هناك بعض العيوب في النموذج الأولي للوحة الدوائر المطبوعة ، ولكن بتركيبها جعلنا هذا الجهاز يعمل في وضع الحد الأدنى المقبول. كان هذا كافياً لإزالة خصائص مخطط الإشعاع.
كمقياس لقياس الاتجاهية ، لم نفكر في أي شيء أفضل من استخدام حوض بلاستيكي مليء بالمياه ، حيث يتم تثبيت وحدة تحديد المدى لدينا على أنها باعث ، وعلى مسافة قصيرة من ذلك ، يكون جهاز الاستقبال عبارة عن عنصر كهرضغطية متصل بمنظار الذبذبات. يمكن لوحدة الباحث عن النطاق أن تدور من اليسار إلى اليمين من 0 إلى 180 درجة ، في هذا الوقت نأخذ رسم تذبذب من جهاز الاستقبال ونحدد سعة الإشارة المستقبلة اعتمادًا على زاوية دوران الباعث.
يوجد أدناه رسم بياني لنمط الإشعاع النهائي.
تم إجراء قياسات إضافية في بركة مرتجلة - أنبوب بلاستيكي مملوء بالماء على ارتفاع 1 متر. بالمناسبة ، كان من الممكن اكتشاف ثلاثة انعكاسات من أسفل وسطح الماء قبل اختفاء الإشارة تمامًا.
نظرًا لأننا قررنا استخدام واجهة UART مع أوامر نصية بسيطة (في المرحلة الأولى) ، فلم يكن من الصعب تنفيذ حزمة من وحدة الباحث عن النطاق مع واجهة المستخدم الرسومية على جهاز كمبيوتر يعمل بمعالجة.
في الصورة - محاولة لمسح أسفل الخزان المحلي باستخدام قارب مع وحدة rangefinder وجهاز إرسال لاسلكي مثبت لاستقبال البيانات من الوحدة إلى جهاز كمبيوتر محمول. لسوء الحظ ، خلال لحظات من الاختبار المثير لقطعة من الحديد ، فكل ما تفكر فيه هو جودة الصور المعالجة.
وباستخدام تطبيق الهاتف الذكي Bluetooth Electronics ومحول USB> UART ، يمكنك تطبيق نسخة محمولة أكثر من إعداد الاختبار.
نحن نعمل حاليًا على النموذج الأولي التالي لوحدة العثور على النطاق ، نظرًا لوجود شيء بالفعل يجب تحسينه.
على سبيل المثال ، تحقق تضخيمًا تدريجيًا لإشارة الدخل ، بحيث لا يتحول الانعكاس من الكائنات القريبة ، ويكون التضخيم من الكائنات البعيدة هو الحد الأقصى. ربما تطبيق قاعدة عنصري أرخص. النظر في خيار ملء الداخل مع نوع من النفط المركب أو السيليكون لاغلاق وتحمل الضغط العالي.
نراكم في العدد القادم!