RU184783U1 - Радиогидроакустический буй на микроконтроллере - Google Patents
Радиогидроакустический буй на микроконтроллере Download PDFInfo
- Publication number
- RU184783U1 RU184783U1 RU2018103793U RU2018103793U RU184783U1 RU 184783 U1 RU184783 U1 RU 184783U1 RU 2018103793 U RU2018103793 U RU 2018103793U RU 2018103793 U RU2018103793 U RU 2018103793U RU 184783 U1 RU184783 U1 RU 184783U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- buoy
- sonar
- block
- float part
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B22/00—Buoys
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к гидроакустике, а именно к устройствам регистрации акустических сигнало, и может быть использована для обнаружения, определения местонахождения и классификации движущихся подводных объектов. Радиогидроакустический буй на микроконтроллере содержит опускаемую часть, включающую в себя гидроакустическую антенну (гидрофон) и предварительный усилитель; поплавковую часть, включающую триггер Шмитта, цифровое радиопередающее устройство, приемопередающую радиоантенну, пусковой блок, блок питания, блок самоликвидации. Принципиальным отличием радиогидроакустического буя на микроконтроллере является то, что в поплавковую часть дополнительно введены микроконтроллер и Ethernet-адаптер, подключающий РГБ к спутниковому каналу связи для передачи шумовых сигналов от цели на береговой центр. Технический результат полезной модели заключается в создании нового радиогидроакустического буя на микроконтроллере. Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующий суммарный технический результат - повышение вероятности обнаружения цели путем расширения полосы пропускания буя с целью включения всех спектральных составляющих шума винтов современных ПЛ и устранение дрейфа характеристик ФНЧ; - обеспечение связи с береговым центром путем оцифровки сигнала с выхода предварительного усилителя при помощи аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, преобразования отсчетов в формат кадра Ethernet и передачи их на береговой центр через спутниковый канал связи. 3 ил.
Description
Полезная модель относится к гидроакустике, а именно к устройствам регистрации акустических сигналов и может быть использована для обнаружения, определения местонахождения и классификации движущихся подводных объектов.
Известно устройство-радиогидроакустический буй реактивный (Патент №2400392 RU, МПК В63В 22/00 от 27.09.2010 г.), содержащий корпус, батарею, парашютную систему, передатчик, приемник с гидрофонами, запоминающее устройство, кабель-трос, антенну, механизм автоотцепа, блок управления, часовой механизм, ракетный двигатель, стабилизатор, механизм отделения, устройство ввода данных, датчик приводнения, поплавок, газогенератор. Для осуществления пуска радиогидроакустического буя используются счетно-решающий прибор, приборы управления стрельбой и пусковая установка, предназначенные для стрельбы реактивными глубинными бомбами. Достигается сокращение времени, необходимого для доставки устройства в заданную точку и приведения его в рабочее состояние.
Основными недостатками предлагаемого буя являются:
• полоса пропускания буя включает не все спектральные составляющие шума винтов современных ПЛ;
• дрейф характеристик аналоговых фильтров в следствие старения их компонентов.
• отсутствие связи с береговым центром.
Известно устройство - энергонезависимый гидроакустический буй (Патент №2584954 RU, МПК В63В 22/00 от 20.05.2016 г.), содержащий корпус в виде сжатой сферы, оборудованный водометным движителем, корпус сверху обтянут тонкой пленкой на тканевой основе, представляющей собой кремниевую солнечную батарею, в корпусе расположен электрогенератор, через систему управления соединенный с электродвигателем и аккумуляторной батареей, на вал электрогенератора в верхней части за пределами корпуса насажена крыльчатка, к нижней части которой шарнирно прикреплены щетки, прижимаемые к поверхности корпуса пружинами. Данное изобретение направлено на совершенствование системы электропитания радиогидроакустического буя.
Основными недостатками предлагаемого буя являются:
• полоса пропускания буя включает не все спектральные составляющие шума винтов современных ПЛ;
• дрейф характеристик аналоговых фильтров в следствии старения их компонентов.
• отсутствие связи с береговым центром.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является авиационный радиогидроакустический буй РГБ-16, который выбран в качестве прототипа. Прототип содержит опускаемое устройство, включающее в себя гидроакустическую антенну и предварительный усилитель; основной усилитель, автоматическое пороговое устройство, радиопередающее устройство; приемо-передающую радиоантенну, источник тока, устройство самоликвидации, парашютную систему, пусковое устройство. (С.В. Попов, В.В. Емельяненко, И.Н. Сургаев. Радиогидроакустические буи противолодочной авиации. Владивосток: ТОВМИ им. С.О. Макарова, 2002.)
Однако основными недостатками буя РГБ-16 являются:
• полоса пропускания буя включает не все спектральные составляющие шума винтов современных ПЛ;
• дрейф характеристик аналоговых фильтров в следствии старения их компонентов.
• отсутствие связи с береговым центром.
На устранение указанных недостатков направлено новое техническое решение «Радиогидроакустический буй на микроконтроллере», технической задачей которого является:
- повышение вероятности обнаружения цели путем расширения полосы пропускания буя с целью включения всех спектральных составляющих шума винтов современных ПЛ;
- обеспечение связи с береговым центром путем оцифровки сигнала с выхода предварительного усилителя при помощи аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, преобразования отсчетов в формат кадра Ethernet и передачи их на береговой центр через спутниковый канал связи.
Указанный технический результат достигается тем, что создано новое устройство - радиогидроакустический буй на микроконтроллере, который содержит опускаемую часть, включающую в себя гидроакустическую антенну (гидрофон) и предварительный усилитель; поплавковую часть, включающую триггер Шмитта, цифровое радиопередающее устройство, приемо-передающую радиоантенну, пусковой блок, блок питания, блок самоликвидации. Принципиальным отличием радиогидроакустического буя на микроконтроллере является то, что в поплавковую часть дополнительно введены микроконтроллер и Ethernet-адаптер, подключающий РГБ к спутниковому каналу связи для передачи шумовых сигналов от цели на береговой центр.
Дополнительным отличием является то, что автоматическое пороговое устройство выполнено на основе триггера Шмитта. В результате устройство значительно упрощается, снижаются его стоимость, вес и габариты, повышается надежность функционирования.
Реализация цифрового фильтра нижних частот (ФНЧ) на микроконтроллере с полосой пропускания, включающей все спектральные составляющие шума винтов современных ПЛ, позволяет увеличить вероятность обнаружения цели и устраняет дрейф характеристик по причине старения радиокомпонентов, присущий аналоговым фильтрам.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фигура 1. Радиогидроакустический буй на микроконтроллере.
Функциональная схема.
Фигура 2. Радиогидроакустический буй на микроконтроллере. Подключение микроконтроллера к Ethernet-адаптеру. Принципиальная электрическая схема.
Фигура 3. Радиогидроакустический буй на микроконтроллере. Алгоритм работы буя. Блок-схема алгоритма.
На Фигуре 1 представлена функциональная схема радиогидроакустического буя на микроконтроллере:
1. Опускаемая часть:
1.1. Гидроакустическая антенна (гидрофон);
1.2. Предварительный усилитель.
2. Поплавковая часть:
2.1. Триггер Шмитта;
2.2. Микроконтроллер (МК):
2.2.1. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
2.2.2. Цифровой фильтр нижних частот (ФНЧ);
2.2.3. Память данных EEPROM.
2.3. Ethernet-адаптер;
2.4. Цифровое радиопередающее устройство (РПДУ);
2.5. Пусковой блок;
2.6. Блок питания;
2.7. Блок самоликвидации.
Все конструктивные элементы буя связаны между собой электрическими связями.
После установки буя его пусковой блок 2.5 поплавковой части 2 приводит в действие блок питания 2.6, с которого электропитание подается на блоки опускаемой и поплавковой частей.
Выход гидрофона 1.1 связан с входом предварительного усилителя 1.2 опускаемой части 1. Выход предварительного усилителя 1.2 связан с установочным входом триггера Шмитта 2.1 и аналоговым входом AN1 АЦП 2.2.1 микроконтроллера (МК) 2.2 поплавковой части 2. Выход триггера Шмитта 2.1 связан с входом RB0/CN4 микроконтроллера 2.2 поплавковой части 2, по которому организовано прерывание по перепаду напряжения. Отсчеты АЦП 2.2.1 после фильтрации при помощи цифрового ФНЧ 2.2.2 записываются в память данных EEPROM 2.23.
Результаты преобразования из памяти данных EEPROM МК 2.2 последовательным кодом с использованием интерфейса SPI передаются на вход SDI Ethernet-адаптера 2.3 поплавковой части 2, который упаковывает данные (результаты преобразований АЦП) в кадры Ethernet и передает их на вход цифрового радиопередающего устройства 2.4 поплавковой части 2. Цифровое РПДУ 2.4 передает сообщение через спутниковый канал связи на береговой центр. Ethernet-адаптер 2.3 связан с МК 2.2 поплавковой части 2 следующим образом: вход тактирования SCK соединен с выходом тактирования RC5(SCK) модуля SPI МК 2.2, вход SDI соединен с последовательным выходом данных RC4(SDO) модуля SPI МК 2.2, вход выбора микросхемы CS соединен с выходом RA0 параллельного порта portА МК 2.2, на котором программно формируется Лог. 0 для разрешения передачи (приема) сообщения. Последовательный выход данных SDO Ethernet-адаптера 2.3 поплавковой части 2 связан с последовательным входом данных SDI МК 2.2. По истечении времени работы буя микроконтроллер 2.2 поплавковой части 2 на выходе RA1 формирует сигнал на самоликвидацию буя, передаваемый в блок самоликвидации 2.7
На Фигуре 2 приведена принципиальная электрическая схема подключения микроконтроллера 2.2 поплавковой части 2 к Ethernet-адаптеру 2.3. Данная схема используется для моделирования работы интерфейса сопряжения микроконтроллера и Ethernet-адатера в программе Proteus.В состав схемы входят:
U1 - микроконтроллер dsPIC33FJ32GP204;
U2 - Ethernet-адатер ENC28J60;
U3 - АЦП LTC1864;
U4:А - триггер Шмитта 74LS14;
U4 - логический элемент НЕ;
R1, R2 - резисторы 1К;
D1, D2 - светодиоды.
Все элементы схемы соединены электрическими связями.
Напряжение на выходе предварительного усилителя буя, пропорциональное уровню шума, имитируется при помощи двух генераторов. Первый генератор - «Море», второй - «Цель». Генераторы подключаются к установочному входу 1 триггера Шмитта U3:A переключателями. Начальное состояние триггера - нулевое. Когда подключен только генератор «Море», состояние триггера не изменяется. При подключении дополнительно генератора «Цель», напряжение на входе 1 триггера U3:A превысит пороговое значение и произойдет переключение триггера в единичное состояние. На выходе триггера 2 будет сформирован отрицательный перепад напряжения, так как выход триггера инверсный. На выходе логического элемента НЕ U4 и на входе CN4 микроконтроллера U1 сформируется положительный перепад напряжения, являющийся запросом на прерывание. Запустится программа-обработчик прерывания, которая инициализирует запись отсчетов АЦП МК U1 в память данных EEPROM («Программа управления радиогидроакустическим буем на микроконтроллере». Свидетельство о регистрации №2017613161, дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ 13.03.2017 г.). Из EEPROM МК U1 отсчеты АЦП через интерфейс SPI передаются на вход SI Ethernet-адатера.
На Фигуре 3 приведен алгоритм работы радиогидроакустического буя на микроконтроллере. Алгоритм включает следующие блоки:
Блок 1 - Начало алгоритма;
Блок 2 - Проверка условия «Уровень напряжения на выходе предварительного усилителя превышает пороговый уровень?»;
Блок 3 - Запуск таймера счетчика для измерения интервала времени Т, в течении которого выполняется условие «UВЫХ>Unop»;
Блок 4 - Запись отсчетов АЦП в память EEPROM микроконтроллера;
Блок 5 - Проверка условия Т<10 с;
Блок 6 - Проверка условия UВЫХ>Unop;
Блок 7 - Перевод РГБ в режим пониженного энергопотребления (SLEEP);
Блок 8 - Первичная классификация цели;
Блок 9 - Проверка условия «Цель - подводная лодка (ПЛ)?»;
Блок 10 - Передача отсчетов АЦП на вход Ethernet-адаптера;
Блок 11 - Проверка условия «Время работы РГБ истекло?»;
Блок 12 - Самоликвидация РГБ;
Блок 13 - Конец алгоритма.
Радиогидроакустический буй на микроконтроллере работает следующим образом:
Алгоритм работы радиогидроакустического буя на микроконтроллере представлен на Фигуре 3. До обнаружения цели буй находится в режиме пониженного энергопотребления (режим SLEEP). При обнаружении цели происходит передача записанных в память EEPROM МК 2.2 отсчетов АЦП 2.2.1 на вход Ethernet-адаптера 2.3 поплавковой части 2 Фигуры 1 (Фигура 3, Блок 10).
Работа микроконтроллера (МК) 2.2 поплавковой части 2 организована с использованием внешних прерываний, вызываемых изменением уровня напряжения на выводе CN4 микроконтроллера 2.2 («Программа управления радиогидроакустическим буем на микроконтроллере». Свидетельство о регистрации №2017613161, дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ 13.03.2017 г.).
Для того, чтобы активизировать прерывание по изменению сигнала, в программе предусмотрены следующие действия:
- настройка канала CN4 на вход с помощью регистра TRISB;
- включение контроля изменения сигнала на входе CN4 с помощью регистров CNEN1 и CNEN2;
- включение подтягивающих резисторов с помощью регистров CNPU1 и CNPU2;
- разрешение прерывания по изменению сигнала на CN4 (_CNIE=1);
- в подпрограммах обработки прерываний сбрасываются флаги прерываний.
Теперь как только изменится сигнал на контролируемом выводе CN4, установится флаг прерывания _CNIF, и управление будет передано в функцию обработки прерывания.
При отсутствии цели (UВЫХ<Unop) РГБ находится в режиме пониженного энергопотребления (SLEEP). Когда напряжение на выходе гидрофона UВЫХ превысит пороговое значение Unop, триггер Шмитта 2.1 поплавковой части 2 переключится в единичное состояние и на выводе CN4 МК 2.2 (Фигура 1) сформируется положительный перепад напряжения, что является сигналом внешнего прерывания. Произойдет переход к обработчику прерывания. Начнется запись последовательных отсчетов в память EEPROM МК (Фигура 3, Блок 4). Если в процессе записи напряжение на выходе гидрофона станет меньше порогового, триггер Шмитта переключится в нулевое состояние, при этом будет выработан сигнал прерывания, который запустит обработчик, останавливающий процесс записи и переводящий РГБ в режим SLEEP (Фигура 3, Блок 7). Если сигнал от цели появится повторно, то снова будет включен режим «Запись» и запись отсчетов АЦП начнется с «нулевых» ячеек в память EEPROM МК. По истечению 10 секунд после начала записи будет выработан сигнал прерывания, который запустит обработчик, обеспечивающий первичную классификацию цели и проверку условия «Цель - ПЛ?». Если условие выполняется, то есть обнаруженная цель является подводной лодкой, происходит передача отсчетов АЦП на вход Ethernet-адаптера. По истечении времени работы буя микроконтроллер выдает команду в блок самоликвидации на самоликвидацию буя (Фигура 3, Блок 12).
Технический результат полезной модели заключается в создании нового радиогидроакустического буя на микроконтроллере. Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующий суммарный технический результат:
- повышение вероятности обнаружения цели путем расширения полосы пропускания буя с целью включения всех спектральных составляющих шума винтов современных ПЛ и устранение дрейфа характеристик ФНЧ;
- обеспечение связи с береговым центром путем оцифровки сигнала с выхода предварительного усилителя при помощи аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, преобразования отсчетов в формат кадра Ethernet и передачи их на береговой центр через спутниковый канал связи.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как при его изготовлении могут быть использованы распространенные устройства и компоненты, такие как:
- МК на интегральной микросхеме (ИМС) dsPIC33FJ32GP204;
- триггер Шмитта на ИМС 74LS14;
- Ethernet-адаптер на ИМС ENC28J60;
- цифровое РПДУ.
Claims (1)
- Радиогидроакустический буй на микроконтроллере, содержащий опускаемую часть, включающую в себя гидроакустическую антенну (гидрофон) и предварительный усилитель; поплавковую часть, включающую триггер Шмитта, цифровое радиопередающее устройство, приемопередающую радиоантенну, пусковой блок, блок питания, блок самоликвидации, отличающийся тем, что в поплавковую часть дополнительно введены микроконтроллер, включающий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой фильтр нижних частот (ФНЧ), память данных EEPROM, и Ethernet-адаптер, подключающий РГБ к спутниковому каналу связи для передачи шумовых сигналов от цели на береговой центр.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018103793U RU184783U1 (ru) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018103793U RU184783U1 (ru) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU184783U1 true RU184783U1 (ru) | 2018-11-08 |
Family
ID=64103820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018103793U RU184783U1 (ru) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU184783U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU193093U1 (ru) * | 2019-06-25 | 2019-10-14 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере с базой данных эталонных сигналов |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0357441A1 (en) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Lawborough Consultants Limited | Improvements in or relating to underwater communication devices |
US6687186B1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-02-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Sonobuoy deployment method |
UA86694C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-05-12 | Киевский Государственный Научно-Исследовательский Институт Гидроприборов | Active radio-hydroacoustic buoy |
RU2400392C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Маяк" | Устройство радиогидроакустический буй реактивный |
RU2561012C1 (ru) * | 2014-04-23 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Система определения и контроля местоположения подводного объекта |
RU2584954C1 (ru) * | 2015-02-19 | 2016-05-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации | Энергонезависимый гидроакустический буй |
-
2018
- 2018-01-31 RU RU2018103793U patent/RU184783U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0357441A1 (en) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Lawborough Consultants Limited | Improvements in or relating to underwater communication devices |
US6687186B1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-02-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Sonobuoy deployment method |
UA86694C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-05-12 | Киевский Государственный Научно-Исследовательский Институт Гидроприборов | Active radio-hydroacoustic buoy |
RU2400392C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Маяк" | Устройство радиогидроакустический буй реактивный |
RU2561012C1 (ru) * | 2014-04-23 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Система определения и контроля местоположения подводного объекта |
RU2584954C1 (ru) * | 2015-02-19 | 2016-05-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации | Энергонезависимый гидроакустический буй |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU193093U1 (ru) * | 2019-06-25 | 2019-10-14 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере с базой данных эталонных сигналов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2438149C2 (ru) | Автономная донная станция для сейсмических наблюдений | |
US9193478B2 (en) | Flight recorder, aircraft with flight recorder and method for reading out flight data from a flight recorder | |
RU184783U1 (ru) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере | |
CN108563176A (zh) | 一种用于海洋探测的浮标微系统 | |
CN103561171A (zh) | 一种手机落水的保护处理方法及系统 | |
RU2659347C9 (ru) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллерах | |
JP2009223407A (ja) | 管理装置および災害情報取得システム | |
US3098993A (en) | Sonobuoy-bathythermograph system | |
US8844341B2 (en) | Data collector for an internal engine component | |
FR2874094A1 (fr) | Balise acoustique sous-marine autolocalisee et procede de deploiement de balises acoustiques sous-marines autolocalisees | |
CN104132689A (zh) | 一种弹上数据测量记录仪 | |
CN216558556U (zh) | 一种弹体发射入水试验三轴角速度测量装置 | |
CN106104276B (zh) | 用于检测并记录一建筑体验到的加速度的装置以及操作该装置的方法 | |
RU176835U1 (ru) | Подводный планер | |
US11460350B2 (en) | Bathythermograph buoy and associated method of operation | |
RU2703406C1 (ru) | Радиогидроакустический буй на микроконтроллере с блоком звукоподводной связи | |
KR101310117B1 (ko) | 발사체 분리 시스템의 분리 시점 확인 장치 및 방법 | |
CN111238564B (zh) | 用于获得传感器数据的声学供电传感器单元和方法 | |
CN202171343U (zh) | 内置震动检测装置的燃气热水器 | |
CN211291536U (zh) | 一种数据采集装置 | |
CN103267519A (zh) | 一种带无线传输的水文测量系统及测量方法 | |
CN202869636U (zh) | 燃料动力无人潜器的振动与自噪声监测系统 | |
CN216611507U (zh) | 一种航空浮标系统 | |
KR101850058B1 (ko) | 블랙박스용 절전 시스템 | |
US4992988A (en) | Underwater acoustic control system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190201 |