基于 DSPIC 的双频探鱼仪系统设计

2万 · 2022-12-3 09:56

硬件设计包括微控制器电路、电源电路、发射电路和接收电路。发射电路由频率、占空比、持续时间和发射间隔都可调的 PWM 波驱动。接收电路中，DSPIC 芯片的 IO 引脚负责控制模拟开关的开合，使接收电路能够切换至不同的换能器和频率通道。使用了对数放大器作为接收电路的后级放大器件，增加了接收电路的动态接收范围。采用了收发隔离电路，使得超声波换能器可以工作在收发一体的工作方式，有效的节约了电路成本。软件设计主要在 DSPIC 芯片的集成开发环境中实现，使用 C 语言进行开发。其中参数存取程序基于 DSPIC 芯片的 FLASH 自编程，采用了创新的存取方式，大大的延长了 FLASH的使用寿命。算法处理分为两个部分：波形特征值提取，坐标定位。经过算法处理，我们将得到水底深度、鱼的坐标及大小等信息，最后使用通信程序将结果数据以数据帧的形式传送给手持机

1万 · 2022-12-3 09:57

沙发！期待实战设计应用

2万 · 2022-12-3 09:59

探鱼仪是声纳技术在海洋渔业上的一种特殊应用。声呐技术是由英国海军刘易斯·尼克
森于 1906 年发明的，距今已经有 100 多年的历史[5]。他发明的第一部声呐采用了被动式结构，
用于对冰山等大型海下物体的检测。主动式声纳探测技术在第二次世界大战期间被广泛应用
于战场，成为探测隐藏在深海中的潜水艇的利器。伴随着半导体技术的发展，声纳装置也由
原先的机械式声纳发展为电子式声纳。
第二次世界大战结束后，日本为了脱离战败后的经济困难，需要大力发展海洋渔业，为
此发明了“探测鱼群仪”，即探鱼仪[6]。探鱼仪最开始被应用在围网渔业中，渔民利用其提供
的探测信息，大大提高了渔业捕捞量。海洋渔业从此告别了依靠运气和传统经验的旧时代，
走向了智能化捕捞的新时代。
近年来，国外探鱼仪技术的研究日新月异，市面上不但出现了采用多频多波束探测技术
的多功能探鱼仪，而且装备有最新的面扫描超声波换能器或环形扫描超声波换能器的高科技
探鱼仪也在设计生产之中.

2万 · 2022-12-3 10:00

以美国蜂鸟公司为例，最早使用的是单波束探测技术，即 Single Beam 技术。该技术采用
单频 200KHz、发射角为 20 度的超声波换能器，向水中发射超声波进行探测。虽然该波束的
发射角较小，探测范围有限，仅为深度的三分之一，但其较高的探测频率将带来很高的水下
分辨率，能够更好的分辨水下的环境。图 1.1 为蜂鸟公司的单波束探鱼仪在探测时的范围图。

1万 · 2022-12-3 10:01

看起来这个是高科技产品

2万 · 2022-12-3 10:01

2万 · 2022-12-3 10:05

2万 · 2022-12-3 10:06

根据探鱼仪的实际应用环境和性能需求，现对系统提出了如下七项设计指标：
（1）发射功率：发射功率可调，具体表现为发射间隔，发射脉冲数，脉冲的占空比等都
可调。
（2）探测范围：探鱼仪探测角度≥80°，最大探测距离≥50 米。
（3）发射频率：76KHz 和 200KHz 可调。
（4）探测精度：探测精度优于 5 厘米，可分辨大鱼跟鱼群的区别，大鱼和小鱼的区别。
（5）显示需求：需要显示水温，电量剩余，水深，鱼的大小及位置。同一时刻探测显示
的鱼总数大于 10 条。屏幕刷新率大于等于 5Hz，且可调。
（6）系统控制：系统需要设计按键，通过按键可对探鱼仪系统进行控制，从而改变其工
作状态。
（7）通信方式：探鱼仪系统跟手持机之间需要采用无线通信方案，且通信距离要大于 20
米。

2万 · 2022-12-3 10:07

2万 · 2022-12-3 10:11

2万 · 2022-12-3 10:14

优劣分析与选择

2万 · 2022-12-3 10:14

由表 2.2 可知，采用 DSPIC 芯片除了信号处理能力输给 MCU 加 DSP 方案之外，其余各
项都占有绝对优势。由于探鱼仪属于民用产品，对数据刷新率的要求不是很高，按设计要求
只需要大于 5Hz。并且对于接收波形的算法处理也没有用到大规模的高级算法，所以 DSPIC
芯片的数字信号处理能力能够满足设计的要求。该方案的选择，不但使得系统的稳定性和抗
干扰性更强，同时降低了开发的难度与时间周期，更重要的是降低了硬件成本，这点对于提
高产品的市场竞争力至关重要.

2万 · 2022-12-3 10:15

2万 · 2022-12-3 10:36

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2万 · 2022-12-3 10:38

换能器发射功率推导
电路在连接阻抗为 R 的超声波换能器的时候，由于 R 远小于 R4，所以并联后的 RL≈R。
经过变压器阻抗变换，映射到变压器初级一端的等效负载为：

2万 · 2022-12-3 10:38

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基于 DSPIC 的双频探鱼仪系统设计

技术奇才奖章

伴坛终老