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.
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.