该设备诞生于一个潜水计算机项目的开发过程中，该计算机的组成应该是一个窄束声纳测距仪。 要么我们搜索不力，要么实际上市场上没有适合该参数的产品，但最后，我们决定购买一款用于潜水电脑的测距仪，而不是购买现成的模块。 而且，当发射器和电子电路根据外壳内部的自由空间分开时，集成到紧凑型计算机外壳中的过程似乎更容易。
当潜水电脑正在等待时，我们想到了：如果将测距仪分成一个单独的项目怎么办？ 由于我们很难找到适合水下测距仪的模块，因此其他人可能也遇到了类似的搜索困难。
该模块的初始要求确定如下：
- 简单的数字接口。 理想情况下，带有文本命令/答案的UART。
- 电源电压-5伏
- 尽可能紧凑的防水外壳
为了不耽误叙述，我立即给出初始工作方案，并在文本中作一些解释。
如您所见，该方案是经典版本，有条件地分为三个主要部分：
选择STM32F302K8U6 MK作为价格，性能和尺寸的良好组合，作为控制元件。 该单元的职责范围是为发送单元生成信号，数字化并处理来自接收单元的信号，并为用户应用提供访问权限，以方便他们使用的格式配置系统和测量数据。
发射单元包括：栅极驱动器，电源开关，匹配升压变压器，二极管的反并联组件。 一般来说，在这种方案中不需要最后一个元件，但是在我们的情况下，当压电元件上的有效电压值低于二极管的开路电压时，在接收阶段“断开”变压器起着重要作用，这有助于将接收信号从放大器的输入级中分离出来。变压器。
接收单元对性能的质量要求最高，而这几乎取决于一切。 一方面，它必须在探测脉冲产生阶段在输入端消化数百伏特的电压。 另一方面，提供具有可接受的信噪比且幅度可达微伏量级的信号放大，并达到ADC上可靠的检测和捕获水平。 有两个组件负责在输入端以数百伏特的电压保持安全和声音的能力：一个高压电容器C2（在该电容器上限制了交流电流）和一个将电压限制在可接受值的反并联二极管组件。 值得注意的是，该电路仅能在脉冲模式下以几十微秒的数量级执行其任务。
有源带通滤波器的三个级联负责信号放大，最后两个是提供良好频率选择性的二阶窄带滤波器。 但是，以良好的频率选择性为代价，是为频率设置组件选择错误的一种更严格的方法，否则它将无法确保实例之间参数的稳定性。 在设备预算范围内，电阻的误差为0.1％，电容器的误差为0.5％。 进一步根据该方案：幅度检测器和无源低通滤波器，以抑制通过检测器的残留载波。
至于设备的声学部分（在电路图上不可见），此处的基本元件是DZHGK.757681.008-172压电盘，直径为12.9 mm，厚度为3.1 mm，谐振频率为640 kHz。 该元件既是探测脉冲的发射器又是反射信号的接收器。 从水生环境的侧面，它被四分之一波长匹配元件（聚氨酯树脂）隔离。 发射器/接收器的设计与模拟电路一起，对整个设备的质量做出了很大的贡献。 在发射器中用作匹配/绝缘元件的塑料中的声音速度为2400 m / s。 由此确定匹配元件的厚度为0.9mm。
印刷电路板的原型存在一些缺陷，但是通过安装它，我们使该设备以最小可接受的模式工作。 这足以消除辐射图的特征。
作为方向性测量的平台，我们没有想到比使用装满水的塑料槽更好的了，在该槽中，测距仪模块被安装为发射器，并且在离接收器不远的地方，接收器是连接到示波器的压电元件。 测距仪模块可以从0到180°从左到右旋转，这时，我们从接收器获取波形图，并根据发射器的旋转角度确定接收信号的幅度。
下面是最终辐射方向图。
在即兴水池中进行了进一步的测量，即水池中是装满水的塑料管，高度为1米。 顺便说一下，有可能在信号完全消失之前检测到来自水底和水面的三种反射。
由于我们决定在简单的文本命令中使用UART接口（在第一阶段），因此在运行Processing的计算机上用GUI来实现一系列的范围查找器模块并不困难。
在照片中-尝试使用装有测距仪模块和装有无线电发射器的船来扫描本地水库的底部，该无线电发射器从该模块接收数据到便携式计算机。 不幸的是，在令人兴奋的铁片测试时刻，您最不重要的是考虑了过程照片的质量。
并使用智能手机应用程序Bluetooth Electronics和USB-> UART转换器，可以实现测试设置的更多移动版本。
我们目前正在研究测距仪模块的下一个原型，因为确实有一些需要改进的地方。
例如，实现输入信号的逐渐放大，以使来自附近物体的反射不会翻转，并且来自远处物体的放大最大。 也许使用更便宜的元素基础。 考虑使用某种化合物或硅油填充内部以密封并承受高压的选项。
下期见！