Perangkat ini lahir dalam proses mengerjakan proyek untuk komputer selam, yang dalam komposisinya harus memiliki pengintai sonar balok sempit. Entah kami mencari dengan buruk, atau, memang, tidak ada yang cocok untuk parameter yang tersedia di pasaran, tetapi pada akhirnya, alih-alih memperoleh modul yang sudah jadi, kami memutuskan untuk menemukan pengintai kami untuk komputer menyelam. Selain itu, proses integrasi ke dalam casing komputer kompak tampak lebih mudah ketika emitor dan sirkuit elektronik dipisahkan sesuai dengan ruang kosong di dalam casing.
Ketika komputer selam menunggu di sayap, terlintas di benak kami: bagaimana jika pengintai dipisahkan menjadi proyek terpisah? Karena kami kesulitan menemukan modul yang tepat untuk pengintai bawah air, orang lain mungkin memiliki kesulitan pencarian yang sama.
Persyaratan awal untuk modul diidentifikasi sebagai berikut:
- antarmuka digital sederhana. Idealnya, UART dengan perintah / jawaban teks.
- tegangan suplai - 5 Volts
- sebagai perumahan tahan air kompak mungkin
Agar tidak menunda narasi, saya segera memberikan skema kerja awal dengan beberapa penjelasan dalam teks.
Seperti yang Anda lihat, skema ini adalah versi klasik, dengan syarat dibagi menjadi tiga blok utama:
- Manajer
- Mentransmisikan
- Tuan rumah
STM32F302K8U6 MK dipilih sebagai elemen kontrol, sebagai kombinasi yang baik antara harga, kinerja, dan dimensi. Area tanggung jawab unit ini adalah menghasilkan sinyal untuk unit pengirim, mendigitalkan dan memproses sinyal dari unit penerima, dan memberikan akses kepada pengguna aplikasi untuk mengkonfigurasi sistem dan data pengukuran dalam format yang nyaman bagi mereka.
Unit transmisi berisi: driver gerbang, sakelar daya, transformator step-up-matching, rakitan dioda anti-paralel. Elemen terakhir, secara umum, tidak diperlukan dalam skema seperti itu, tetapi, dalam kasus kami, memainkan peran penting dalam "melepaskan" transformator pada tahap penerimaan, ketika nilai tegangan efektif pada elemen piezoelektrik lebih rendah daripada tegangan pembukaan dioda, yang membantu mengisolasi tahap input dari penguat sinyal yang diterima dari transformator.
Unit penerima adalah yang paling menuntut kualitas kinerja, pada pekerjaan yang hampir semuanya tergantung. Di satu sisi, ia harus mencerna ratusan volt pada input pada tahap pembuatan pulsa. Di sisi lain, untuk menyediakan amplifikasi sinyal dengan amplitudo urutan mikrovolt dengan rasio sinyal-ke-noise yang dapat diterima dan hingga tingkat deteksi dan tangkapan yang dapat diandalkan di ADC. Dua komponen bertanggung jawab atas kemampuan untuk tetap aman dan sehat pada ratusan volt pada input: kapasitor tegangan tinggi C2, di mana arus AC terbatas, dan rakitan dioda anti-paralel yang membatasi tegangan hingga nilai yang dapat diterima. Perlu dicatat bahwa rangkaian ini hanya dapat melakukan tugasnya dalam mode berdenyut dengan durasi urutan puluhan mikrodetik.
Tiga kaskade filter bandpass aktif bertanggung jawab untuk penguatan sinyal, di mana dua terakhir adalah filter pita sempit orde kedua yang memberikan selektivitas frekuensi yang baik. Namun, dengan biaya selektivitas frekuensi yang baik adalah pendekatan yang lebih ketat untuk pemilihan kesalahan untuk komponen pengaturan frekuensi, jika tidak maka tidak akan menjamin stabilitas parameter dari instance ke instance. Dalam anggaran perangkat, kesalahan untuk tugas kami ternyata 0,1% untuk resistor dan 0,5% untuk kapasitor. Selanjutnya sesuai dengan skema: detektor amplitudo dan filter low-pass pasif, untuk menekan pembawa residual melewati detektor.
Sedangkan untuk bagian akustik perangkat, yang tidak terlihat pada diagram sirkuit, di sini elemen dasarnya adalah DZHGK.757681.008-172 piringan piezoelektrik, diameter 12,9 mm, tebal 3,1 mm, dan frekuensi resonansi 640 kHz. Elemen ini adalah penghasil pulsa probe dan penerima sinyal yang dipantulkan. Dari sisi lingkungan akuatik, ia diisolasi oleh elemen pencocokan seperempat gelombang (resin poliuretan). Bersama-sama dengan rangkaian analog, desain emitor / penerima membuat kontribusi besar pada kualitas perangkat secara keseluruhan. Kecepatan suara dalam plastik, yang digunakan sebagai elemen pencocokan / isolasi dalam emitor, adalah 2400 m / s. Ini menentukan ketebalan elemen yang cocok adalah 0,9 mm.
Ada beberapa kelemahan dalam prototipe papan sirkuit cetak, tetapi dengan memasangnya kami membuat perangkat ini bekerja dalam mode minimum yang dapat diterima. Ini cukup untuk menghilangkan karakteristik pola radiasi.
Sebagai bangku untuk pengukuran directivity, kami tidak memikirkan hal yang lebih baik daripada menggunakan palung plastik penuh air, di mana modul pengintai kami dipasang sebagai penghasil emisi, dan pada jarak yang pendek dari itu, penerima adalah elemen piezoelektrik yang terhubung ke osiloskop. Modul range finder dapat berputar kiri-kanan dari 0 hingga 180 °, pada saat ini kami mengambil osilogram dari penerima dan menentukan amplitudo sinyal yang diterima tergantung pada sudut rotasi emitor.
Di bawah ini adalah grafik dari pola radiasi akhir.
Pengukuran lebih lanjut dilakukan di kolam dadakan - pipa plastik diisi dengan air hingga ketinggian 1 meter. Ngomong-ngomong, dimungkinkan untuk mendeteksi tiga pantulan dari dasar dan permukaan air sebelum sinyalnya hilang sama sekali.
Karena kami memutuskan untuk menggunakan antarmuka UART dengan perintah teks sederhana (pada tahap pertama), tidak sulit untuk mengimplementasikan bundel modul pencari jangkauan dengan GUI pada komputer yang menjalankan pemrosesan.
Dalam foto - upaya untuk memindai bagian bawah reservoir lokal menggunakan perahu dengan modul pengintai dan pemancar radio yang diinstal untuk menerima data dari modul ke laptop. Sayangnya, pada saat-saat pengujian sepotong besi yang menarik, Anda harus memikirkan kualitas foto dari proses tersebut.
Dan menggunakan aplikasi ponsel pintar Bluetooth Electronics dan konverter USB-> UART, Anda dapat mengimplementasikan versi yang lebih mobile dari pengaturan pengujian.
Kami sedang mengerjakan prototipe berikutnya dari modul range finder, karena memang ada sesuatu yang perlu ditingkatkan.
Misalnya, sadari penguatan bertahap dari sinyal input, sehingga pantulan dari benda-benda di sekitarnya tidak berguling, dan amplifikasi dari benda-benda yang jauh adalah maksimum. Mungkin menerapkan basis elemen yang lebih murah. Pertimbangkan opsi mengisi interior dengan semacam senyawa atau minyak silikon untuk menutup dan menahan tekanan tinggi.
Sampai jumpa di edisi berikutnya!