docs.unavlab.com

Главная ❯ Наши проекты для образования ❯ ACoubes: Руководство пользователя

www.unavlab.com support@unavlab.com	A3S ACoubes Руководство пользователя

Семейство устройств A³S
Руководство пользователя

Что это, кому и зачем может быть нужно?

В первую очередь ACubes задумывался для применения в сфере образования и подготовки инженерных кадров.

A³S или ACubes или “Акустические кубики” - это конструктор, набор из элементарных функциональных элементов, на основе которых можно создавать макеты практически любых типов гидроакустических навигационных систем и систем связи:

• простейшие системы передачи цифровой информации - гидроакустические модемы
• системы для беспроводной передачи голоса
• фазированные антенные решетки, а на их основе и ультракороткобазисные (USBL) навигационные системы с маяками-ответчиками
• длиннобазисные, короткобазисные, а также системы с синтезированной измерительной базой
• системы телеуправления
• системы сетевого мониторинга

“Кубики” берут на себя вопросы связанные с преобразованием цифрового сигнала в гидроакустический и обратно, позволяя пользователю сконцентрироваться на решении своих прикладных задач - разработке оригинальных навигационных алгоритмов или алгоритмов помехоустойчивого кодирования, сетевых протоколов и схем взаимодействия. Как правило, для этих целей не требуются ни сверхминиатюрность, ни высокая мощность, ни рекордная дальность - требуется простота, надежность и доступность - это мы и постарались заложить в основу, при создании этой линейки устройств.

Коробка с кубиками

Мы осознанно не ограничиваем список самих “кубиков”, потому что он изначально задуман, как пополняемый. Он будет строиться из разных сценариев применения, например, сборка антенной решетки или приемо-передатчика для измерения наклонной дальности.

A³T и A³R

Это импульсный одноканальный (одночастотный) передатчик и одночастотный приемник.

Передатчик A³T излучает импульсы фиксированной частоты и длительности при изменении состояния на своем цифровой входе, которым управляет пользователь. Приемник A³R может улавливать эти импульсы и передавать пользователю, изменяя состояние своего цифрового выхода.

Эти два устройства спроектированы таким образом, что могут объединяться в стек и использовать общую приемопередающую антенну, например, RT-1.332820-1. В таком виде получится приемопередатчик.

Если выход приемника подключить ко входу передатчика, получится маяк-ответчик - принятый сигнал сразу же передается на вход передатчика, который излучает ответный гидроакустический сигнал и вся связка работает как “эхо”. При помощи данной схема можно измерять, например, двойное время распространения между запрашивающим и маяком-ответчиком, а следовательно и наклонную дальность.

Разъемы, смонтированные по длинным краям плат являются, по сути, шиной, на которую можно объединить один передатчик и до 12 приемников. При этом выходы всех приемников будут доступны на свободном разъеме.

Таким образом можно строить и изучать разные конфигурации антенных решеток. В случае, если 12-ти элементной антненной решетки мало, ничто не запрещает использовать сколько угодно стеков, в каждом из которых может быть до 12 модулей A³R.

Для того, чтобы удобно объединить до 24 приемников есть специальная кросс-плата A³R-CB2. И конечно, никто не запрещает использование любого числа таких плат.

О гидроакустических антеннах

Для использования с модулями A³S могут использоваться антенны двух типов - приемопередающие, которые можно использовать как с модулями A³R, так и с модулями A³T, так и чисто приемные, подходящие для работы только с модулями A³R.

Зачастую, если от конкретного устройства требуется только приемная функция, целесообразно использовать приемную антенну, т.к. она, во-первых, дешевле, а во-вторых, меньше по габаритам и массе.

Приемные антенны R-1.d3505-1 специально разработаны для использования с модулями A³R и имеют специальные крепления для построения антенных решеток, при многоканальном приеме.

В качестве приемопередающей антенны (или просто в качестве передающей) могут быть использованы все приемопередающие антенны, производимые лабораторией подводной связи и навигации:

• RT-1.332820-1 - самое доступное и малогарабритное решение
• RT-2.332820-1 - свешиваемая антенна для надводного оборудования на основе двух пьезоэлементов
• RT-1.524525-1 - антенна с увеличенной чувствительностью

Общие правила применения гидроакустических антенн достаточно просты:

• к антеннам не следует прилагать ударных нагрузок или неравномерного нагружения
• при креплении, антенны, имеющие крепежный паз должны крепиться только за него
• не допускается механическое перекрытие рабочей поверхности антенны
• при подключении к электронным модулям желательно снять возможный заряд с антенны, закоротив ее выводы

Не стоит использовать агрессивные растворители типа изопропанола или ацетона для очистки поверхностей антенн или кабелей, особенно тех, покрытие которых выполнено из полиуретана. В остальном, антенны достаточно просты в обслуживании и долговечны.

Сценарий №1 - Передаем и принемаем

Самый простой сценарий, в которм задействованы один приемник и один передатчик.

Требуемый набор оборудования

№	Наименование	Количество	Примечание
1	Модуль A3R	1
2	Модуль A3T	1
3	Антенна приемная R-1.d3505-1	1
4	Антенна приемопередающая RT-1.332820-1	1
5	Любая плата с МК, например, Arduino Nano	2	Плату для инициации передачи можно заменить кнопкой
6	Провода Dupont Female-Female или Male-Female, 25+ см	4

Сначала необходимо подключить гидроакустические антенны к модулям. Приемную R-1.d3505-1 к A³R:

и приемопередающую RT-1.332820-1 к A³T:

Инициация передачи на плате A³T осуществляется изменением логического уровня на пине 4 (разъем XS2) с высокого на низкой, т.е. подтяжкой его к земле (GND), которая присутствует в изобилии на разъеме XS2 - это все нечетные пины. Таким образом, для того, чтобы плата излучила сигнал требуется соединить пин 4 c любым нечетным пином на этом же разъеме, например, с пином 3.

Это можно сделать при помощи обычной кнопки, или платы с МК. Вот пример простого скетча для Arduino, который переключает пин D4 в низкий логический уровень на 10 мс раз в секунду:

Скетч №1 - Инициация передачи 1 раз в секунду

```c /* * На пине A3T_TX_ENGAGE_PIN генерирует уровень A3T_TX_ACTIVE_STATE на DURATION_TKS микросекунд * через каждые PERIOD_TKS микросекунд. Изменение дублируется на встроенный светодиод */ #define A3T_TX_ENGAGE_PIN (4) // Этот пин необходимо соединить с пином 4 (разъем XS2) на модуле передатчика // Так же необходимо соединить пин GND на Arduino с пином 3 (разъем XS2) #define A3T_TX_ACTIVE_STATE (LOW) #define A3T_TX_INACTIVE_STATE (HIGH) #define LED_PIN (13) #define DURATION_TKS (10000) #define PERIOD_TKS (1000000 - DURATION_TKS) bool state; uint32_t switch_tks; uint32_t tks; void setup() { pinMode(LED_PIN, OUTPUT); pinMode(A3T_TX_ENGAGE_PIN, OUTPUT); digitalWrite(A3T_TX_ENGAGE_PIN, A3T_TX_INACTIVE_STATE); for (int i = 0; i < 10; i++) { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(100); digitalWrite(LED_PIN, LOW); delay(100); } } void loop() { tks = micros(); if (state) { if (tks - switch_tks > DURATION_TKS) { digitalWrite(A3T_TX_ENGAGE_PIN, A3T_TX_INACTIVE_STATE); digitalWrite(LED_PIN, LOW); switch_tks = tks; state = false; } } else { if (tks - switch_tks > PERIOD_TKS) { digitalWrite(A3T_TX_ENGAGE_PIN, A3T_TX_ACTIVE_STATE); digitalWrite(LED_PIN, HIGH); switch_tks = tks; state = true; } } } ```

После перевода пина 4 в состояние низкого логического уровня модуль излучит акустический сигнал. Повторное излучение возможно не ранее чем через 40 мсек.

Если при этом модуль приемника детектирует переданный сигнал, он переведет пин 1 на разъеме XS3 в состояние низкого логического уровня на 2 мсек. В этом примере, факт приема сигнала будем определять при помощи платы Arduino Nano, но при наличии осциллографа в этом можно легко убедиться и без платы с микроконтроллером.

Скетч №2 - Зажигаем светодиод по факту приема акустического сигнала

```c /* По внешнему прерыванию на A3R_STATE_PIN (по спаду) включается встроенный светодиод, который гаснет через * LED_DURATION_TKS микросекунд */ #define A3R_STATE_PIN (2) // Этот пин необходимо соединить с пином 1 (разъем XS3) на модуле приемника // Так же необходимо соединить пин GND на Arduino с пином 1 на модуле приемника #define LED_PIN (13) #define LED_DURATION_TKS (10000) bool led_state; uint32_t led_on_tks; uint32_t tks; void a3r_state_changed_interrupt_handler() { led_state = true; digitalWrite(LED_PIN, HIGH); led_on_tks = micros(); } void setup() { pinMode(LED_PIN, OUTPUT); pinMode(A3R_STATE_PIN, INPUT); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(A3R_STATE_PIN), a3r_state_changed_interrupt_handler, FALLING); for (int i = 0; i < 10; i++) { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(100); digitalWrite(LED_PIN, LOW); delay(100); } } void loop() { if (led_state) { tks = micros(); if (tks - led_on_tks > LED_DURATION_TKS) { digitalWrite(LED_PIN, LOW); led_state = false; } } } ```

Итак, к обоим модулям подключены платы с МК, модули и платы Arduino запитаны. В результате передатчик будет инициироваться каждую секунду, на подключенной к нему плате Arduino синхронно с передачей будет загораться светодиод, а гидроакустическая антенна будет щелкать.

Для того, чтобы проверить передачу сигнала на воздухе, достаточно расположить излучающую и приемные антенны в непосредственной близости друг от друга, как правило устойчивая работа обеспечивается, если между антеннами не более 10-15 см.

При успешном приеме акустического сигнала, приемный модуль будет инициировать прерывание на плате Arduino и на ней тоже будет загораться светодиод.

Вот как может выглядеть вся лабораторная установка:

При работе на водоеме или в бассейне крайне желательно обеспечивать достаточное заглубление антенн - и излучающая и приемные антенны должны быть опущены не менее 1 метра ниже поверхности воды.

Сценарий №2 - Собираем приемопередатчик и измеряем наклонную дальность

В ходе данной работы мы соберем два приемопередатчика, один из которых будет выполнять функцию маяка-ответчика, а другой сможет излучать запросный сигнал, ожидать ответный и по времени распространения сигнала и скорости звука определять наклонную дальность между абонентами.

Требуемый набор оборудования

№	Наименование	Количество	Примечание
1	Модуль A3R	2
2	Модуль A3T	2
3	Антенна приемопередающая RT-1.332820-1	2
4	Любая плата с МК, например, Arduino Nano	1
5	LCD-экран, например MT-204S	1	Для отображения измеренного времени и дальности, но можно выводить и в COM-порт
6	Провода Dupont Female-Female или Male-Female, 25+ см	4

This site is open source. Improve this page.