Эхолот своими руками для рыбалки arduino

Евросамоделки — только самые лучшие самоделки рунета! Как сделать самому, мастер-классы, фото, чертежи, инструкции, книги, видео.

Cамодельный мини-эхолот на микроконтроллере Atmel ATMega8L

и

ЖКИ от мобильного телефона nokia3310

Представляю вашему вниманию авторскую разработку – самодельный мини-эхолот на микроконтроллере Atmel ATMega8L и ЖКИ от мобильного телефона nokia3310. Устройство рассчитано для повторения радиолюбителем средней квалификации, но, я думаю, конструкцию может повторить каждый желающий. Материал я старался изложить так, чтобы читателям в доступной форме дать побольше полезной информации по теме. Надеюсь, что повторение конструкции принесет Вам много удовольствия и пользы.

Буду рад ответить на ваши вопросы/пожелания/замечания и помочь в повторении конструкции.

С уважением, Alex

Эхолот, сонар (sonar) — сокращение от SOund NAvigation and Ranging. Эхолот известен где-то с 40-х годов, технология была разработана во время Второй мировой войны для отслеживания вражеских подводных лодок. В 1957 году компания Lowrance выпустила первый в мире эхолот на транзисторах для спортивной рыбной ловли.

Эхолот состоит из таких основных функциональных блоков: микроконтроллер, передатчик, датчик-излучатель, приемник и дисплей. Процесс обнаружения дна (или рыбы) в упрощенном виде выглядит следующим образом: передатчик выдает электрический импульс, датчик-излучатель преобразует его в ультразвуковую волну и посылает в воду (частота этой ультразвуковой волны такова, что она не ощущается ни человеком, ни рыбой). Звуковая волна отражается от объекта (дно, рыба, другие объекты) и возвращается к датчику, который преобразует его в электрический сигнал (см. рисунок ниже).

Приемник усиливает этот возвращенный сигнал и посылает его в микропроцессор. Микропроцессор обрабатывает принятый с датчика сигнал и посылает его на дисплей, где мы уже видим изображение объектов и рельефа дна в удобном для нас виде.

На что следует обратить внимание: рельеф дна эхолот рисует только в движении. Это утверждение вытекает из принципа действия эхолота. Тоесть, если лодка неподвижна, то и информация о рельефе дна неизменна, и последовательность значений будет складываться из одинаковых, абсолютно идентичных значений. На экране при этом будет рисоваться прямая линия.

Первый вопрос, который, я уверен, возникнет у читателей «Почему использован такой маленький дисплей?» Поэтому я сразу на него отвечу: этот «мини-эхолотик» разрабатывался по просьбе знакомого из того, что оказалось под рукой. А этими подручными средствами оказались ATMega8L, дисплей от nokia3310 и какой-то излучатель с обозначением f=200kHz. Еще Вы, наверное, спросите возможно ли переделать программу/схему под другой, больший дисплей? Да. Теоретически это возможно.

От эхолотов, описанных в [1, 2, 3] моя конструкция отличается применением графического ЖК дисплея, что дает устройству преимущества в отображении полезной информации.

Вся конструкция собрана в корпусе «Z14». Питание обеспечивается от аккумулятора 9В GP17R9H. Максимальный потребляемый ток не более 30 мА (в авторском варианте 23мА).

Теперь о возможностях эхолота. Рабочая частота 200 кГц и настраивается под конкретный имеющийся излучатель. Программно реализована возможность измерять глубину до 99,9 метров. Но скажу сразу: максимальная глубина, которую сможет «видеть» эхолот, в большой степени будет зависеть от параметров примененного излучателя. Моя конструкция на данное время тестировалась только на водоеме с максимальной глубиной около 4 м. Прибор показал отличные результаты. По мере возможности постараюсь протестировать работу эхолота на более больших глубинах, о чем будет сообщено читателям.

Итак, перейдем к схеме. Схема мини-эхолота показана на рисунке ниже:

Основные функциональные блоки эхолота: схема управления (тоесть микроконтроллер ATMega8L), передатчик, излучатель, приемник, дисплей, клавиатура, схема зарядки аккумуляторной батареи.

Работает эхолот следующим образом: микроконтроллер на выводе РВ7 формирует управляющий сигнал (прямоугольные импульсы лог. «0») длительностью примерно 40 мкс. Этот сигнал запускает на указанное время задающий генератор с рабочей частотой 400 кГц на микросхеме IC4. Далее сигнал подается на микросхему IC5, где частота сигнала делится на 2. Сигнал с IC5 подается на буферный каскад на микросхеме IC6 и далее на ключи Q3 и Q4. 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 вход приемника, который собран на микросхеме SA614AD в типовом включении (см. Datasheet на SA614AD). Диодная сборка BAV99 на входе приемника ограничивает входное напряжение приемника в момент работы передатчика.

Сигнал с приемника подается на компаратор на микросхеме LM2903, чувствительность которого регулируется микроконтроллером.

Далее сигнал обрабатывается в микроконтроллере и отображается в нужном виде на графическом ЖК дисплее 84х48 точек.

Трансформатор Т1 передатчика намотан на сердечнике К16*8*6 из феррита M1000НМ. Первична обмотка наматывается в 2 провода и содержит 2х14 витков, вторичная – 150 витков провода ПЭВ-2 0,21мм. Первой мотается вторичная обмотка. Половины первичной обмотки должны быть «растянуты» по всей длине сердечника. Обмотки необходимо изолировать друг от друга слоем лакоткани или трансформаторной бумаги.

Теперь самая интересная и проблемная часть: датчик-излучатель. У меня эта проблема была решена изначально: у меня уже был готовый излучатель. Как быть Вам?
Вариант 1: приобрести готовый датчик.
Вариант 2: изготовить самому из пьезокерамики ЦТС-19.

При прошивке микроконтроллера ATMega8L fuse bits выставить согласно картинке ниже :

Полная информация по изготовлению, настройке, прошивке и руководству по использованию мини-эхолота

смотрите в прилагаемом архиве!

Эхолот из двух дальномеров для определения положения объекта

Эхолот из двух дальномеров для определения положения объекта

В этой статье объясняется, как определить местоположение объекта, используя Arduino, два ультразвуковых датчика и формулу Герона для треугольников. Измерение положения производится без механического вращения дальномеров.

Формула Герона позволяет рассчитать площадь треугольника, для которого известны длины всех сторон. Зная площадь треугольника, можно рассчитать положение отдельного объекта (относительно известной базовой линии), используя тригонометрию и теорему Пифагора.

Большие области обнаружения и хорошая точность возможны при использовании общедоступных ультразвуковых датчиков на подобии HC-SR04 или HY-SRF05.

В собранном виде это выглядит так:

Для эксперимента на полу с помощью верёвки и клейкой ленты делаем квадрат со сторонами 100см. От квадрата на расстоянии 50см размещаем дальномеры. К крышке от пластиковой ёмкости клейкой лентой прикрепляем нитку, за которую будет удобно тягать крышку.

Визуализация положения объекта сделана на Processing, объект отображается красным мигающим кругом:

Вот видео, как это всё работает:

Шаг 1: схема подключения

На дальномере «B» нужно заклеить излучатель. Это можно сделать с помощью изоленты или скотча, подложив под него бумагу или наклеив его в несколько слоёв, чтобы обеспечить блокировку излучения ультразвука. В противном случае излучаемый ультразвук с этого дальномера будет мешать.

Шаг 2: используемые детали

Основные компоненты — это одна Arduino Uno и два ультразвуковых дальномера на подобии HC-SR04 (в данном случае используется HY-SRF05) и немного проводов. Что бы не паять провода на прямую, используются штыревые соединения pls и pbs.

На этом изображении показаны диаграммы перекрытия лучей для дальномеров. Дальномер A будет получать отражённое эхо от любого объекта в розовом треугольнике. Датчик B будет получать только отраженное эхо от излучателя дальномера A. Определять положение объекта можно если объект находится примерно в зоне пересечения обоих треугольников. Что бы обеспечить большую рабочую зону, нужно расположить оба датчика достаточно далеко.

Площадь любого треугольника можно рассчитать по формуле:

площадь = основание * высота / 2

Сделав перестановку, получаем:

высота = площадь * 2 / основание

Пока все хорошо. но как рассчитать площадь?

Ответ заключается в размещении двух ультразвуковых преобразователей на известном расстоянии друг от друга (базовая линия) и измерении расстояния, на котором каждый датчик находится от объекта, с помощью ультразвука.

Датчик А посылает импульс, который отражается от объекта во всех направлениях и попадает на приёмники обоих дальномеров. У дальномера B заклеен излучатель и его импульс блокируется.

Обратный путь излучённого сигнала к дальномеру A показан красным. При делении на два пройденного звуковой волной расстояния учете скорости звука (в микросекундах) мы можем вычислить расстояние (в сантиметрах) d1 по следующей формуле:

Путь к приёмнику B показан синим цветом. Если вычесть расстояние d1 из этой длины пути, мы получим расстояние d2. Формула для расчета:

d2 = время / 29,5 — d1

Теперь у нас есть длина всех трех сторон треугольника.

Значение 59 для константы получается следующим образом. Скорость звука составляет приблизительно 340 м/с. Переведя в сантиметры/микросекунды получаем 0,034 см/мкс. 0,034 см/мкс это 29,412 мкс/см. Умножив 29,412 на 2, получаем 58,824 или округлив 59. Для получения большей точности это значение нужно немного скорректировать, учитывая параметры среды (температура воздуха, влажности и т.д.).

При вычислении d2 используется число 29,5, т.к. нужно учитывать не полный путь от дальномера и обратно, а только от объекта до дальномера.

Формула Герона

В формуле Герона используется полупериметр, который вычисляется по формуле:

Теперь площадь можно рассчитать по следующей формуле:

Зная площадь, можно вычислить высоту (координата Y).

Пифагор

Координата X может быть рассчитана, если провести перпендикуляр из вершины треугольника к базовой линии, чтобы получить прямоугольный треугольник. В таком случае координата X может быть рассчитана с использованием следующей формулы:

c1 = sqrt (b2 — h2)

Шаг 4: программная часть

Для загрузки прошивки в Arduino понадобиться Arduino IDE, которую можно скачать с официального сайта по следующей ссылке . Загрузите и установите Arduino IDE, если она еще не установлена.

Для визуализации используется приложение Processing, скачать его можно по следующей ссылке . Запустив среду Processing можно переключить языка интерфейса на русский. Для этого в меню нажмите «File» и затем » Preferences…»

Откроется окно, в котором можно сменить язык интерфейса:

В выпадающем списке выбираете язык и затем внизу окна нажимаете «Ok». Подключите Arduino Uno к компьютеру. Скачайте скетч dual_sensor _echo_locator.ino , откройте его в Arduino Ide и загрузите в плату Arduino Uno. После прошивки среда Ardino IDE больше не нужна, можете закрыть её. Только оставьте плату Arduino Uno подключенной к компьютеру.

Скачайте скетч dual_sensor_echo_locator.pde , откройте его в Processing и нажав в верху кнопку «Выполнить», запустите.

Если всё работает правильно, в консоли будут отображаться данные, поступающие от платы Arduino.

Если в коде установлен неправильный номер ком-порта, при запуске скетча в консоли будет выведен список всех доступных на данный момент ком-портов:

В квадратных скобках указывается индекс ком-порта, далее в кавычках идёт название. В скетче есть строка:

myPort = new Serial(this, Serial.list()[0], Baud_rate);

В квадратных скобках нужно вписать индекс порта, к которому подключена Arduino. К примеру подключена Arduino не к «COM1», а к «COM8». В данном случае это индекс 1, соответственно 1 и вписываем:

myPort = new Serial(this, Serial.list()[1], Baud_rate);

Шаг 5: Расположение датчиков

Размещаем датчики на расстоянии 100 см друг от друга и на расстоянии 50см от квадрата (метр на метр) из верёвки.

Датчики ориентируются не параллельно стороне квадрата, а под углом — поверните оба датчика примерно к диагонально противоположным углам у квадрата. При вращении датчиков Вы обнаружите положение, в котором на графическом дисплее появляется мигающая красная точка.

Arduino.ru

Подводный эхолот

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Хочу сделать подводный эхолот на базе arduino. В теории задача выглядит весьма просто — берем два пьезоэлемента, опускаем их в воду, одним излучаем импульсы частотой несколько сотен килогерц, другим — слушаем отраженный сигнал.

Для начала буду тестировать в ванне, т.е. запредельные мощности не нужны.

Использовать Ping и им подобные платы с готовыми излучателями не получится — они настроены на частоту 40 килогерц и ее не поменять, плюс скорость ультразвука в воздухе 300-400 метров в секунду, а в воде — 1500 метров в секунду.

Можно ли при помощи arduino генерировать импульсы частотой килогерц 500? (судя по всему можно, вот пример с 1 мегагерцем: http://forum.arduino.cc/index.php/topic,122065.0.html )

И самое главное — можно ли оцифровывать данные с аналогового входа на такой же частоте? Мне нужно узнать не просто время прихода отраженного импульса, а все эхосигналы и отражения т.к. это требуется визуализировать.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почти все, что обсуждается на этом форуме можно купить в готовом виде на ebay. Меня интересует как сделать такое же устройство своими руками.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Возьмите , попробуйте «макнуть» в воду 🙂

Или просто так( удлиннив датчики) или в пластиковом мешке

Не уверен что заработает, хотя.

Подключите другие датчики, например

Берите весь комплект, отдельно датчики выйдут дороже, опять-же можно макнуть в воду ( эти хоть герметичные)

Потом можно комплект и на машину поставить, удобная вещь скажу я вам.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

А где можно почитать, с какой частотой можно сэмплировать данные на аналоговом входе?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Я как-то дошел до того что не осилю этих сложностей. Вопрос к спецам не проще ли купить готовый китайский поплавок за 10-15уе (1хх кГц) и пробывать словить то что он передает на 433мГц с помощью баксового приемника? или врезатся в него до передатчика?

Да и разные пьезо нужны для разных частот вроде.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Можно, если вы знаете основные принципы эхолокации. Скорее всего там есть импульсы которые идут с переодичностью: зондирующие, и не вписывающиеся в этот промежуток: эхо. Период их равен 40м/[скорость звука в пресной воде]. НО баксовые передатчики ловят туеву хучу помех (люди не раз наступали на эти грабли). Поэтому приемник надо выбрать качественный и послушать осцилографом чтобы подтвердить догадки и разобрать возможный протокол(различные эхо дна и препятствий.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Я как-то дошел до того что не осилю этих сложностей. Вопрос к спецам не проще ли купить готовый китайский поплавок за 10-15уе (1хх кГц) и пробывать словить то что он передает на 433мГц с помощью баксового приемника? или врезатся в него до передатчика?

Да и разные пьезо нужны для разных частот вроде.

Китайский поплавок передает уже результаты, а мне нужен оригинальный сигнал, снятый непосредственно с пьезоэлемента. Хочу параллельно сделать ультразвуковой дефектоскоп, чтобы смотреть, что в стене, например.

Про частоты — само собой, но на рынке есть большой выбор элементов на разные частоты, у меня есть несколько на 0.5 мгц и 2 мгц.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Так тему бы и назвали 🙂 ДЕФЕКТОСКОП. под водой оптимум 200кГц. Дальше начинаем светить сквозь дно 🙂

С вашего разрешения позадаю свои вопросы здесь, дабы не плодить сущности.

Можно, если вы знаете основные принципы эхолокации. Скорее всего там есть импульсы которые идут с переодичностью: зондирующие, и не вписывающиеся в этот промежуток: эхо. Период их равен 40м/[скорость звука в пресной воде]. НО баксовые передатчики ловят туеву хучу помех (люди не раз наступали на эти грабли). Поэтому приемник надо выбрать качественный и послушать осцилографом чтобы подтвердить догадки и разобрать возможный протокол(различные эхо дна и препятствий.

А какое может быть недорогое решение подводного эхолота/глубиномера до 8-10м на 150-200кГц для чайника не знающего основных принципов эхолокации? типа того же HC-SR04. Пока я нашел только гармин за 100500 баксов с нмеа. Задача стоит только в нахождении кромки ямы. Состав дна, к-во рыбы, водоросли и т.д. не актуальны.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Я догадываюсь что возбуждать излучатель надо на частоте его собственного резонанса. Пакетами импульсов.

А приёмник скорее всего должен иметь ВАРУ ( времненнАя автоматическая регулировка усиления) как в локации,

хотя может хватит и беэ этого (в воде и не на предельной дальности).

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Вот я как раз и хочу его сделать. Проблем нет никаких — нужно просто выяснить, способна ли ардуина:

а) генерировать частоту несколько сотен килогерц (хотелось бы — до мегагерца)

б) оцифровывать данные с аналогового входа на частоте до мегагерца (в вашем случае достаточно будет цифрового входа и расчета задержки — чтобы вычислить расстояние до дна).

Простой эхолот для ваших целей можно собрать за вечер, а вот как решить мою проблему с оцифровкой — я пока не имею понятия.

P.S. Кстати, в вашем случае можно излучать и на 40 килогерцах. Я видео на sparkfun наборы ультразвуковых измерителей расстояния, некоторые из них тупо выдавали расстояние, предполагая, что они находятся в воздухе, а некоторые — сырой сигнал.

Вам нужно найти такой вот «тупой» модуль, выпять из него пищалки, если понадобится — дополнить усилителями, запустить и слушать время прихода отраженного импульса, предполагая что скорость звука в воде 1300-1500 метров в секунду (нужно уточнить в справочнике).

Можно измерять скорость лодки и рисовать на экране срез дна в точке, над которой мы проплываем.