Самодельный мини-эхолот на микроконтроллере Atmel ATMega8L и дисплее от телефона Nokia 3310
В этой статье представлен авторский проект по созданию компактного эхолота, собранного на микроконтроллере Atmel ATMega8L с использованием графического ЖК-дисплея от мобильного телефона Nokia 3310. Конструкция рассчитана на радиолюбителей среднего уровня, но благодаря подробному изложению материала повторить её сможет любой заинтересованный человек. Автор постарался максимально доступно раскрыть все аспекты сборки и настройки устройства, чтобы процесс создания принёс удовольствие и практическую пользу.
Автор открыт для обратной связи: готов ответить на вопросы, дать рекомендации и помочь в повторении конструкции.
Что такое эхолот и как он работает?
Эхолот (сонар) — это устройство, использующее принцип эхолокации для определения расстояния до объектов под водой. Аббревиатура SONAR расшифровывается как Sound Navigation and Ranging. Технология, разработанная в военные годы для обнаружения подводных лодок, позже нашла применение в гражданской сфере. Первый транзисторный эхолот для рыбалки был выпущен компанией Lowrance в 1957 году.
Упрощённый принцип работы выглядит так:
- Передатчик генерирует электрический импульс.
- Пьезоэлектрический датчик-излучатель преобразует этот импульс в ультразвуковую волну (как правило, частотой 200 кГц, неслышимой для человека и рыбы) и отправляет её в воду.
- Волна отражается от дна, рыбы или других объектов и возвращается к датчику.
- Датчик преобразует отражённый сигнал обратно в электрический.
- Приёмник усиливает этот сигнал и передаёт его в микроконтроллер.
- Микроконтроллер обрабатывает данные и выводит информацию на дисплей в виде понятного изображения рельефа дна и обнаруженных объектов.
Важный нюанс: для построения карты рельефа дна эхолот должен находиться в движении. Если лодка стоит на месте, на экране будет отображаться прямая линия, так как глубина не меняется.
Особенности и компоненты данного проекта
Почему выбран такой маленький дисплей? Конструкция разрабатывалась из доступных компонентов, которые оказались под рукой: микроконтроллер ATMega8L, дисплей от Nokia 3310 и излучатель на 200 кГц. Теоретически устройство можно адаптировать и под больший экран.
Главное отличие этого проекта от других самодельных эхолотов — применение графического ЖК-дисплея, что значительно расширяет возможности по визуализации данных.
Устройство собрано в корпусе «Z14» и питается от аккумулятора 9В (тип GP17R9H). Потребляемый ток не превышает 30 мА (в авторском варианте — 23 мА).
Технические характеристики и возможности
Рабочая частота эхолота — 200 кГц, она программно настраивается под конкретный излучатель. Программно заложена возможность измерения глубины до 99,9 метров. Однако реальная максимальная глубина обнаружения сильно зависит от параметров применённого пьезоизлучателя. На момент публикации устройство успешно протестировано на глубинах до 4 метров. Тестирование на больших глубинах планируется в будущем.
Принципиальная схема и работа устройства
Основные функциональные блоки эхолота:
- Схема управления (микроконтроллер ATMega8L).
- Передатчик.
- Пьезоэлектрический излучатель.
- Приёмник.
- Графический дисплей (84x48 точек).
- Клавиатура управления.
- Схема зарядки аккумулятора.
Алгоритм работы:
- Микроконтроллер на выводе PB7 формирует управляющий импульс длительностью ~40 мкс.
- Этот импульс запускает задающий генератор на 400 кГц (микросхема IC4).
- Частота делится на два делителем (IC5).
- Сигнал усиливается буферным каскадом (IC6) и подаётся на ключевые транзисторы Q3, Q4.
- Повышающий трансформатор T1 подаёт высоковольтный импульс на пьезоизлучатель LS2, который излучает ультразвуковую посылку.
- Отражённый сигнал принимается тем же излучателем, ограничивается диодной сборкой BAV99 и поступает на вход приёмника, собранного на специализированной микросхеме SA614AD.
- Сигнал с выхода приёмника поступает на компаратор LM2903, чувствительность которого регулируется микроконтроллером.
- Обработанный цифровой сигнал анализируется микроконтроллером, и результат выводится на дисплей.
Изготовление ключевых компонентов
Трансформатор T1: наматывается на ферритовом сердечнике К16*8*6 (M1000НМ).
Порядок намотки:
1. Вторичная обмотка — 150 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,21 мм.
2. Первичная обмотка — наматывается в два провода (2x14 витков), её секции нужно равномерно распределить по сердечнику.
Между обмотками обязательна изоляция лакотканью или трансформаторной бумагой.
Датчик-излучатель — самый критичный элемент. Есть два варианта:
1. Приобрести готовый датчик на 200 кГц.
2. Изготовить самостоятельно из пьезокерамики ЦТС-19.
Прошивка микроконтроллера
При программировании ATMega8L необходимо правильно установить fuse-биты, как показано на изображении ниже:
Файлы для скачивания
Для сборки устройства доступен комплект файлов, включающий:
- Схемы и печатные платы (форматы .doc, .png).
- Прошивки для микроконтроллера (.hex).
- Техническую документацию на компоненты (.pdf).
- Инструкцию пользователя (.zip).
- Фотографии устройства и процесса сборки.
Архив со всеми материалами: Эхолот, сонар (sonar).zip