अंडरवाटर अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर मॉड्यूल

यह डिवाइस एक डाइविंग कंप्यूटर के लिए एक परियोजना पर काम करने की प्रक्रिया में पैदा हुआ था, जिसकी संरचना में एक संकीर्ण-बीम सोनार रेंजफाइंडर होना चाहिए था। या तो हमने खराब खोज की, या, वास्तव में, मापदंडों के लिए उपयुक्त कुछ भी बाजार पर उपलब्ध नहीं था, लेकिन अंत में, एक तैयार किए गए मॉड्यूल को प्राप्त करने के बजाय, हमने डाइविंग कंप्यूटर के लिए हमारे रेंजफाइंडर का आविष्कार करने का फैसला किया। इसके अलावा, एक कॉम्पैक्ट कंप्यूटर मामले में एकीकरण की प्रक्रिया आसान लग रही थी जब इमिटर और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को मामले के अंदर मुक्त स्थान के अनुसार अलग किया गया था।

जबकि डाइविंग कंप्यूटर पंखों में इंतजार कर रहा है, हमारे लिए विचार आया: क्या होगा यदि रेंजफाइंडर को एक अलग परियोजना में विभाजित किया जाए? चूंकि हमें अंडरवाटर रेंजफाइंडर के लिए सही मॉड्यूल खोजने में कठिनाई हुई थी, इसलिए किसी और को संभवतः समान खोज कठिनाइयों का सामना करना पड़ा।

मॉड्यूल के लिए प्रारंभिक आवश्यकताओं की पहचान निम्नानुसार की गई:

• सरल डिजिटल इंटरफ़ेस। आदर्श रूप में, पाठ आदेशों / उत्तरों के साथ एक UART।
• आपूर्ति वोल्टेज - 5 वोल्ट
• यथासंभव कॉम्पैक्ट वॉटरप्रूफ हाउसिंग

कथा में देरी न करने के लिए, मैं तुरंत पाठ में कुछ स्पष्टीकरण के साथ प्रारंभिक कार्य योजना देता हूं।



जैसा कि आप देख सकते हैं, योजना एक क्लासिक संस्करण है, जिसे सशर्त रूप से तीन मुख्य ब्लॉकों में विभाजित किया गया है:

• प्रबंधक
• संचारण
• प्राप्त

STM32F302K8U6 MK को नियंत्रण तत्व के रूप में चुना गया था, कीमत, प्रदर्शन और आयामों के अच्छे संयोजन के रूप में। इस इकाई की जिम्मेदारी का क्षेत्र संचारण इकाई के लिए एक संकेत उत्पन्न करना है, प्राप्त इकाई से संकेत को डिजिटाइज़ और संसाधित करना है, और सिस्टम और माप डेटा को उनके लिए सुविधाजनक प्रारूप में कॉन्फ़िगर करने के लिए उपयोगकर्ता अनुप्रयोगों को प्रदान करना है।

संचारण इकाई में शामिल हैं: एक गेट ड्राइवर, पावर स्विच, मिलान-स्टेप-अप ट्रांसफार्मर, डायोड के विरोधी समानांतर विधानसभा। अंतिम तत्व, आम तौर पर बोलना, ऐसी योजनाओं में आवश्यक नहीं है, लेकिन, हमारे मामले में, प्राप्त चरण में ट्रांसफार्मर को "डिस्कनेक्ट" करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जब पीजोइलेक्ट्रिक तत्व पर प्रभावी वोल्टेज का मूल्य डायोड के उद्घाटन वोल्टेज से कम होता है, जो प्राप्त सिग्नल के एम्पलीफायर के इनपुट चरण को अलग करने में मदद करता है। ट्रांसफार्मर।

प्राप्त करने की इकाई प्रदर्शन की गुणवत्ता पर सबसे अधिक मांग है, जिसके काम पर लगभग सब कुछ निर्भर करता है। एक ओर, इसे प्रोबिंग पल्स जनरेशन के चरण में इनपुट पर सैकड़ों वोल्ट को पचाना होगा। दूसरी ओर, एक स्वीकार्य सिग्नल-टू-शोर अनुपात और विश्वसनीय पहचान के स्तर तक और एडीसी पर कब्जा करने के लिए माइक्रोवाल्ट्स के आदेश के एक आयाम के साथ सिग्नल प्रवर्धन प्रदान करने के लिए। इनपुट पर सैकड़ों वोल्ट पर सुरक्षित और ध्वनि रहने की क्षमता के लिए दो घटक जिम्मेदार हैं: एक उच्च-वोल्टेज संधारित्र C2, जिस पर एक एसी चालू सीमित है, और एक विरोधी-समानांतर डायोड असेंबली जो वोल्टेज को स्वीकार्य मूल्यों तक सीमित करता है। यह ध्यान देने योग्य है कि यह सर्किट दसियों माइक्रोसेकंड के आदेश की अवधि के साथ केवल एक स्पंदित मोड में अपना कार्य करने में सक्षम है।

सक्रिय बैंडपास फिल्टर के तीन कैस्केड सिग्नल प्रवर्धन के लिए जिम्मेदार हैं, जिनमें से अंतिम दो दूसरे क्रम के संकीर्ण-बैंड फिल्टर हैं जो अच्छी आवृत्ति चयनात्मकता प्रदान करते हैं। हालांकि, अच्छी आवृत्ति की कीमत पर चयनात्मकता आवृत्ति-सेटिंग घटकों के लिए त्रुटियों के चयन के लिए अधिक कठोर दृष्टिकोण है, अन्यथा यह उदाहरण के लिए उदाहरण के लिए मापदंडों की स्थिरता सुनिश्चित नहीं करेगा। डिवाइस के बजट के भीतर, हमारे कार्य के लिए त्रुटियां प्रतिरोधों के लिए 0.1% और कैपेसिटर के लिए 0.5% हो गईं। योजना के अनुसार आगे: एक आयाम डिटेक्टर और एक निष्क्रिय कम-पास फिल्टर, डिटेक्टर से गुजरने वाले अवशिष्ट वाहक को दबाने के लिए।

जैसा कि डिवाइस के ध्वनिक भाग के लिए है, जो सर्किट आरेख पर दिखाई नहीं देता है, यहां मूल तत्व DZHGK.757681.008-172 पीज़ोइलेक्ट्रिक डिस्क, व्यास में 12.9 मिमी, 3.1 मिमी मोटी, और 640 किलोहर्ट्ज़ का गुंजयमान आवृत्ति है। यह तत्व जांच नाड़ी के एमिटर और परावर्तित संकेत के रिसीवर दोनों है। जलीय पर्यावरण के किनारे से, यह एक चौथाई-लहर मिलान तत्व (पॉलीयुरेथेन राल) द्वारा अलग किया जाता है। एनालॉग सर्किट के साथ मिलकर, एमिटर / रिसीवर का डिज़ाइन पूरे के रूप में डिवाइस की गुणवत्ता में एक बड़ा योगदान देता है। प्लास्टिक में ध्वनि की गति, जो उत्सर्जक में एक मेल / इन्सुलेट तत्व के रूप में उपयोग की जाती है, 2400 मी / से है। यह निर्धारित तत्व की मोटाई 0.9 मिमी है।



मुद्रित सर्किट बोर्ड के प्रोटोटाइप में कुछ खामियां थीं, लेकिन बढ़ते हुए हमने इस डिवाइस को न्यूनतम स्वीकार्य मोड में काम किया। यह विकिरण पैटर्न की विशेषताओं को दूर करने के लिए पर्याप्त था।



प्रत्यक्षता माप के लिए एक बेंच के रूप में, हमने पानी से भरे एक प्लास्टिक गर्त का उपयोग करने से बेहतर कुछ नहीं सोचा, जिसमें हमारे रेंजफाइंडर मॉड्यूल को एक एमिटर के रूप में स्थापित किया गया है, और इससे थोड़ी दूरी पर एक रिसीवर एक ऑज़ोस्कोप से जुड़ा पीजोइलेक्ट्रिक तत्व है। रेंज फाइंडर मॉड्यूल 0 से 180 ° तक बाएं-दाएं घूम सकता है, इस समय हम रिसीवर से एक ऑसिलोग्राम लेते हैं और एमिटर के रोटेशन के कोण के आधार पर प्राप्त सिग्नल के आयाम को निर्धारित करते हैं।





नीचे अंतिम विकिरण पैटर्न का एक ग्राफ है।



आगे के माप को एक इंप्रोमेटु पूल में किया गया था - 1 मीटर की ऊंचाई तक पानी से भरा एक प्लास्टिक पाइप। वैसे, सिग्नल पूरी तरह से गायब होने से पहले पानी के नीचे और सतह से तीन प्रतिबिंबों का पता लगाना संभव था।

चूंकि हमने सरल पाठ कमांड (पहले चरण में) के साथ UART इंटरफ़ेस का उपयोग करने का निर्णय लिया, इसलिए कंप्यूटर पर चलने वाले प्रसंस्करण पर GUI के साथ रेंज फाइंडर मॉड्यूल के एक बंडल को लागू करना मुश्किल नहीं था।

फोटो में - एक लैपटॉप के साथ मॉड्यूल प्राप्त करने के लिए एक रेंजफाइंडर मॉड्यूल और एक रेडियो ट्रांसमीटर के साथ नाव का उपयोग करके एक स्थानीय जलाशय के निचले हिस्से को स्कैन करने का प्रयास। दुर्भाग्य से, लोहे के टुकड़े के रोमांचक परीक्षण के क्षणों के दौरान, आप कम से कम प्रक्रिया की तस्वीरों की गुणवत्ता के बारे में सोचते हैं।





और स्मार्टफोन एप्लिकेशन ब्लूटूथ इलेक्ट्रॉनिक्स और USB-> UART कनवर्टर का उपयोग करके, आप परीक्षण सेटअप के अधिक मोबाइल संस्करण को लागू कर सकते हैं।





हम वर्तमान में रेंज फाइंडर मॉड्यूल के अगले प्रोटोटाइप पर काम कर रहे हैं, क्योंकि वास्तव में कुछ सुधार करना है।

उदाहरण के लिए, इनपुट सिग्नल के एक क्रमिक प्रवर्धन का एहसास करें, ताकि आस-पास की वस्तुओं से प्रतिबिंब लुढ़के नहीं, और दूर की वस्तुओं से प्रवर्धन अधिकतम हो। शायद एक सस्ता मौलिक आधार लागू करें। सील और उच्च दबाव का सामना करने के लिए किसी प्रकार के यौगिक या सिलिकॉन तेल के साथ इंटीरियर को भरने के विकल्प पर विचार करें।

मिलते हैं अगले अंक में!