Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Transmisja radiowa pod wodą (RF)

13 Sie 2013 14:29 7161 33
  • Poziom 8  
    Witam
    Pozwolę sobie ponownie otworzyć temat, jako że przeszukanie całej elektrody (i wielu innych miejsc) nie dało mi odpowiedzi na które liczyłem.
    Muszę stworzyć system do podwodnej transmisji radiowej. Ilość danych jakie muszą być przesłane jest naprawdę znikoma (mniej więcej 4 bajty co 20 sekund), więc niska prędkość transmisji jaką można uzyskać w paśmie fal długich niespecjalnie mi przeszkadza. Zasięg jaki jest mi potrzebny to 1-1.5 metra, przy czym tak nadajnik, jak i odbiornik zanurzone są w wodzie (oczywiście w obudowie). Zakładam, że będę korzystał z modulacji amplitudy (AM) lub po prostu OOK. Od razu nadmienię, że ultradźwięki odpadają ze względu na limit poboru prądu na poziomie 50mA.
    O ile z nadajnikiem nie miałem większego problemu (ne555 jest dobry bo jest dobry i tani :) ), o tyle już kwestia anten i odbiornika na 40kHz spowodowała, że od kilku dni zaprzyjaźniam się z kalkulatorami cewek, filtrami i wzmacniaczami... A jako że jestem zdecydowanie cyfrowy a nie analogowy, to męczę się przeokrutnie...
    Czy znajdzie się ktoś, kto w prostych żołnierskich słowach pomoże w tym zakresie?

    Ja wiem, że pewnie zaraz okaże się, że żeby nadawać na 2 metry na 20kHz to trzeba mieć 8 kilometrów anteny, ale jak można przeczytać na przykład tutaj:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.ph...jnik+khz&sid=8933b0ac44fdda1813e3fa1dbc701dc9
    istnieją systemy nadające w VLF przy zachowaniu niewielkich rozmiarów tak anten jak i samych urządzeń.


    I przy okazji - przeczytałem tutaj:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.ph...od%B1%22&sid=730934c2d10c3fd386bb813e0bd4bd5d
    o pozytywnych testach na 433MHz.
    Nie ukrywam że zamiast męczyć sie z radiem na 40kHz, zdecydowanie wolałbym wykorzystać jakiegoś gotowca na 433 czy nawet 315 MHz i mieć całą radiówkę z głowy. Tylko, że rewelacyjny wynik w postaci kilku metrów stoi w całkowitej sprzeczności z dostępną mi wiedzą na temat tłumienia fali elektromagnetycznej w wodzie... Co prawda radiówka już kilka razy udowodniła mi że teoria to jedno, a praktyka to całkiem coś innego, więc nadal patrzę na to z dużą nadzieją. Co prawda jako dodatkowe utrudnienie muszę brać pod uwagę to, że woda będzie słona, ale kto wie... Czy może ktoś prowadził tego typu eksperymenty transmisyjne?

    A może po prostu wykorzystać przewodnictwo wody i potraktować ją jako kabelek? (no to raczej nie jest dobry pomysł, ale kto wie?)
  • IGE-XAO
  • Poziom 30  
    Zajrzyj na http://pl.wikipedia.org/wiki/Nask%C3%B3rkowo%C5%9B%C4%87 Zobacz co dokładnie oznacza głębokość wnikania fali elektromagnetycznej i ile wynosi ona dla wody.
    W przypadku wody słodkiej antena ferrytowa ze starego radia i niewielki nadajnik pracujący w zakresie fal długich powinny wystarczyć aby uzyskać zasięg 2m.
    Dla wody słonej rozważ użycie ultradźwięków.
  • Poziom 8  
    Witam
    To że niewielki nadajnik pracujący na kilkudziesięciu kHz powinien wystarczyć to ja wiem, jak wygląda sprawa z tłumieniem fali EM pod wodą (szczególnie słoną) również, co nie zmienia faktu, że
    borykam się z problemami z doborem odpowiednich komponentów dla odbiornika na 40kHz (oraz obliczeniami anten tak odbiornika jak i nadajnika).

    No niestety jak już pisałem ultradźwięki nie wchodzą w grę z dwóch powodów:
    1) zbyt duży pobór prądu (mimo, że ultradźwiękowy to jednak jest to głośnik...)
    2) brak możliwości określenia kierunku transmisji (musi być dookulna)

    Poza tym jeszcze raz podkreślam, że transmisja ma być prowadzona z wody do wody, a więc niema mowy o pokonywaniu granicy powietrze/woda, co zasadniczo znacznie ułatwia sprawę.

    Jeśli ktoś ma w swoim archiwum jakiś nadajnik/odbiornik z zakresu 10-80kHz to będę niezwykle wdzięczny za podzielenie się taką wiedzą.
    Wiem, że istnieje mnóstwo urządzeń transmisyjnych działających w tym zakresie pod wodą, więc nie jest to pomysł z gatunku science-fiction...
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Cytat:
    No niestety jak już pisałem ultradźwięki nie wchodzą w grę z dwóch powodów:
    1) zbyt duży pobór prądu (mimo, że ultradźwiękowy to jednak jest to głośnik...)
    Masz bardzo mało danych do przesłania, nadajnik może być załączany na krótką chwilę, przez co średni pobór prądu będzie mały.
    Cytat:
    2) brak możliwości określenia kierunku transmisji (musi być dookulna)
    Nie istnieją anteny dookólne.

    Przy tak niskich częstotliwościach zazwyczaj stosuje się anteny magnetyczne, czyli cewki na rdzeniach ferrytowych (załóżmy że takie zastosujemy), nie ma co rozważać fal elektromagnetycznych i propagacji, bo tu mamy sytuację znacznie prostszą "wolnozmienne" (dla krótkofalowców to prawie DC ;) ) pole magnetyczne, z jednej cewki, które częściowo przenika przez drugą, działa to jak kiepski transformator.
    Z powodu że takie anteny są kierunkowe, możliwe że trzeba będzie zastosować kilka, ustawionych pod różnymi kątami, tak żeby nie było zaników odbioru.

    Nadajnik łatwo wykonać, jak sam piszesz, będzie pobierał dużo prądu, ale nie musi być włączony na stałe.
    Odbiornik to wzmacniacz selektywny, o dużym wzmocnieniu, z powodu niskich częstotliwości nie ma sensu budować obwodów LC, trzeba budować filtry aktywne RC na wzmacniaczach operacyjnych, lub zastosować jakieś filtry scalone, np. z przełączanymi pojemnościami.
  • IGE-XAO
  • Poziom 8  
    jarek_lnx napisał:
    Masz bardzo mało danych do przesłania, nadajnik może być załączany na krótką chwilę, przez co średni pobór prądu będzie mały.


    no ale właśnie o krótką chwilę chodzi... znaczy chodzi o to że w żadnym momencie nie mogę przekroczyć tych marnych paru mA, a nie o "żywotność" urządzenia w czasie, więc bym musiał jakiś bufor budować, a to z kolei niekoniecznie się zmieści...

    jarek_lnx napisał:
    Z powodu że takie anteny są kierunkowe, możliwe że trzeba będzie zastosować kilka, ustawionych pod różnymi kątami, tak żeby nie było zaników odbioru.


    hmmm.... całkiem możliwe, ale jak rozbieram nadajniki jakie dostępne są na rynku, to mają tam tylko jedną antenkę ferrytową. Odbiornik zwykle mieści się w zegarku, więc niema nawet tego...

    jarek_lnx napisał:
    Nadajnik łatwo wykonać, jak sam piszesz, będzie pobierał dużo prądu, ale nie musi być włączony na stałe.


    nadajnik w wersji ultradźwiękowej zużywa dużo prądu, ale radiowy to chyba raczej niekoniecznie... jak odpalam mojego ulepka na ne555, to maksymalnie bierze jakieś 10mA-20mA

    jarek_lnx napisał:
    Odbiornik to wzmacniacz selektywny, o dużym wzmocnieniu, z powodu niskich częstotliwości nie ma sensu budować obwodów LC, trzeba budować filtry aktywne RC na wzmacniaczach operacyjnych, lub zastosować jakieś filtry scalone, np. z przełączanymi pojemnościami.


    hmm tak na to nie spojrzałem... czyli jednym słowem bierzemy kawał kabla, i przepuszczamy to co tam nam się wzbudziło przez dolno i górno przepustowy filtr, a potem na wzmacniacze? no chyba że nie do końca rozumiem czym filtr RC różni się od aktywnego filtra RC...

    Dzięki za podpowiedzi!!!
  • Poziom 30  
    Proponuję raczej zrobić klasyczny obwód rezonansowy nawinięty na antenie ferrytowej.
  • Poziom 8  
    Ja rozumiem, że "zwykłe radio" i "klasyczny obwód" zwykle są najlepszymi rozwiązaniami każdego problemu, tak samo najlepszym rozwiązaniem na napęd nadświetlny jest "klasyczny silnik warp"...

    Więc jeszcze raz podkreślę, że zbudowałem "klasyczne radio", które jednak przy 40kHz najwyraźniej postanowiło mi udowodnić, że obliczenia nijak mają się do rzeczywistości i maksymalny zasięg to jakieś 5 cm... To właśnie spowodowało, że założyłem ten temat: szukam przyczyn dla których "klasyczne radio" z dwoma "klasycznymi antenami ferrytowymi" całkiem klasycznie nie działa... Konkretnie: szukam bądź pomysłów jakie podsunął jarek_lnx, bądź pomocy przy doborze układu rezonansowego anteny itd...

    z góry dziekuję
  • Poziom 30  
    robotik33 napisał:
    szukam przyczyn dla których "klasyczne radio" z dwoma "klasycznymi antenami ferrytowymi" całkiem klasycznie nie działa...

    W zasadzie mogą być tylko cztery przyczyny:
    - częstotliwości nadajnika i odbiornika się nie zgadzają,
    - nadajnik zbyt małą moc
    - odbiornik ma zbyt małą czułość
    - poza właściwym sygnałem odbiornik odbiera jakieś zakłócenia

    Nie bardzo można pomóc jeśli wiadomo tylko, że "radio postanowiło mi udowodnić, że obliczenia nijak mają się do rzeczywistości".
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Proponuję raczej zrobić klasyczny obwód rezonansowy nawinięty na antenie ferrytowej.
    Zgadzam się, dokładając jeden kondensator uzyskujemy jakąś selektywność już w samej antenie, kolejnych stopni filtrów nie budował bym jako LC z powodu dużych wymiarów cewek na takie częstotliwości.

    Cytat:
    no chyba że nie do końca rozumiem czym filtr RC różni się od aktywnego filtra RC...
    Filtr aktywny daje znacznie więcej możliwości niż filtr pasywny RC i wzmacniacz.

    Cytat:
    Więc jeszcze raz podkreślę, że zbudowałem "klasyczne radio", które jednak przy 40kHz najwyraźniej postanowiło mi udowodnić, że obliczenia nijak mają się do rzeczywistości
    Niestety, rozwiązywanie problemów układowych cię nie ominie, niezależnie od tego jaki układ zbudujesz, po prostu prawa fizyki działają nawet wtedy gdy się o nich pamięta, dlatego na początku każdy układ "postanowi ci udowodnić" cokolwiek, lepiej pokaż schemat tego co zrobiłeś, poszukamy błędów.
  • Poziom 8  
    Witam
    W załączniku schemat części nadawczej urządzenia.
    Na nóżkę 4 lm555 wchodzi sygnał sterujący z procesora.

    Transmisja radiowa pod wodą (RF)

    Jakie panowie mają propozycje odnośnie anteny? w tej chwili jest to ferryt o długości 4cm, średnica 9,8 cm z drutem 0.22mm nawinientym w 13 zwoi.
  • Pomocny post
    Poziom 32  
    robotik33 napisał:
    Jakie panowie mają propozycje odnośnie anteny? w tej chwili jest to ferryt o długości 4cm, średnica 9,8 cm z drutem 0.22mm nawinientym w 13 zwoi.



    Moment, ten ferryt ma większą średnicę niż długość? Coś nie tak z liczbami albo jednostkami - to na pewno jest pręt ferrytowy?
  • Poziom 30  
    Nic dziwnego, że nie uzyskałeś sukcesu.
    Czy dysponujesz jakimś przestrajanym generatorem (sinusoidalnym) na zakres fal długich ?
    Czy masz czym zmierzyć amplitudę ew. wartość skuteczną sygnału ~100kHz o poziomie rzędu mV ?
    Czy masz czym zmierzyć indukcyjność ?
  • Poziom 8  
    Przepraszam - co do tego ferrytu to oczywiście literówka - powinno być 40 mm długości i 9,8 mm średnica...

    Mam generator, mam oscyloskop, indukcyjności nie bardzo mam jak zmierzyć.

    Acha - a sygnał ma być na około 40kHz, a nie 100
  • Pomocny post
    Poziom 30  
    Z jakiego napięcia chcesz zasilać ten nadajnik ?
    Moim zdaniem te 13 zwoi to stanowczo zbyt mało. Uważam, że dla 40kHz powinno to być ze 30-40 razy więcej.
  • Poziom 8  
    W tej chwili zasilam z 9-12 i pewnie tak zostanie, choć oczywiście wolałbym z 5.
    ok - dokładam więc zwoi... zobaczymy jak będzie.

    W tej chwili to co na wyjściu (przed ferrytem) wygląda tak jak poniżej:

    Transmisja radiowa pod wodą (RF)

    i zasadniczo, poza koniecznością ulepszenia anteny (zaraz dokładam zwojów) ewidentnie "cośtam" transmituje. W zasadzie zwykły kabel w oscyloskop i na paru centymetrach widać że coś zbiera. Największy problem to odbiornik mam wrażenie...
    Poskładałem dzisiaj coś na ua741 (który pracuje jako element rail splittera) i dalej TL072 jako wzmacniacza DC. wpuszczam na to sygnał z tanka zrobionego z (znowu) 13 zwojowej cewki z ferrytem i kondensatora 1nF i... no i jest chyba gorzej niż jak przystawiam kabel sondy do nadajnika :)

    (ta cewka i kondensator wzięły się z :
    1) obliczenia indukcyjności przy 40kHz i 1nF : http://www.daycounter.com/Calculators/LC-Resonance-Calculator.phtml
    2) a następnie wziąłem obliczoną indukcyjność i policzyłem cewkę tutaj : http://deepfriedneon.com/tesla_f_calchelix.html)
  • Pomocny post
    Poziom 30  
    robotik33 napisał:
    W tej chwili zasilam z 9-12 i pewnie tak zostanie, choć oczywiście wolałbym z 5.
    ok - dokładam więc zwoi... zobaczymy jak będzie.

    Zakładam, że masz antenę ferrytową a nie jakiś przypadkowo znaleziony rdzeń z nieznanego materiału.
    Nawiń np. 100 zwoi (zapamiętaj ile) i podłącz cewkę przez rezystor np. 1k do generatora (musi mieć sinusoidę na wyjściu np. 100mV). Na podstawie spadku napięcia na rezystorze oszacuj jaką cewka ma reaktancję. Następnie oblicz jej indukcyjność L=X/(2*Pi *f).
  • Poziom 12  
    Być może mój pomysł okaże się totalnie ignorancki, a może jednak się przyda. Co powiesz na transmisję danych poprzez falę dźwiękową (sonar)?
  • Poziom 8  
    Jak już pisałem na samym wstępie zaczynając ten temat: transmisje na ultradźwiękach to ja już zrobiłem, ale takie rozwiązanie jest zbyt prądożerne jak na potrzeby budowanego przeze mnie urządzenia: mam limit 50mA maksymalnego poboru prądu więc głośnika tym nie rozbujam niezależnie od tego czy jest to zwykły dźwięk czy ultradźwięk, ale dzięki za pomysł :)

    Wracając do naszego radia... Pomiary jutro przeprowadzę, ale w międzyczasie przerysowałem pająka odbiornika - proszę zerknijcie co ja tu pokręciłem że nie chce działać...
    Transmisja radiowa pod wodą (RF)

    Po podłączeniu oscyloskopu do "OUT" przy 100mV na działkę sygnał jest praktycznie niewidoczny. Oczywiście wiem że brakuje filtrów częstotliwości (planuje je dorobić), ale narazie chce zobaczyć COKOLWIEK :)
  • Poziom 30  
    Odbiornik raczej nie ma szansy zadziałać. Proponuję jednak najpierw skupić się na podstawach. Czyli antenie nadajnika jak i odbiornika (zakładam, że chcesz je zrobić na identycznym ferrycie).
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Odbiornik nie działał dlatego że najpierw dałeś diodę która wymaga sporego napięcia (0,7V) żeby zaczęła przewodzić, następnie podzieliłeś sygnał przez 500 żeby wzmocnić x100 - nadal większa strata niż zysk.
    Części schematu z anteną w ogóle nie wiem jak zinterpretować czy połączyłeś antenę reagującą na pole elektryczne przez równoległy obwód rezonansowy (który usuwa częstotliwość którą chcesz odebrać :) ) czy anteną jest L1 której drugi koniec wisi w powietrzu (też źle).

    Cewkę liczyłeś wg kalkulatora dla cewek powietrznych więc po włożeniu rdzenia będzie co innego, ale poza tym musiał być inny gruby błąd, skoro wyszło tak mało zwojów.

    Korzystając z tych samych kalkulatorów co ty wyszło mi 10000 większa indukcyjność czyli 100x więcej zwojów, tylko że to bez sensu, bo cewka nie będzie powietrzna zwojów wyjdzie mniej.
  • Poziom 8  
    Dobra... :) zaczyna mi się rozjaśniać!
    Po pierwsze to podłączyłem TL072, tak jak ua741, co już samo w sobie rzeczywiście powoduje że układ nie może działać :) Poporawiałem, dodałem kondensator za anteną i rezystor do masy za kondensatorem... Zrobiłem anteny po 50 zwojów z kondensatorem 1nF i w odległości 1 m od nadajnika mam coś takiego (żółte na wejściu, zielone na wyjściu), wiec zdaje sie że jestem w domu...
    Transmisja radiowa pod wodą (RF)
  • Poziom 30  
    Myślę, że droga do sukcesu jest jeszcze długa
    Cewkę na antenie odbiorczej musisz dokładnie dostroić. Bez oszacowania jej indukcyjności nie będzie to możliwe. W przypadku anteny nadawczej proponuję nie robić obwodu rezonansowego. Tu jednak znajomość indukcyjności jest też konieczna aby uzyskać dopasowane energetyczne.
  • Poziom 8  
    No niestety okazało się że generator od długiego nieużywania zmarł, wiec pozostaje mi poczekać do jutra i po prostu nabyć jakiś miernik indukcyjności, żeby się nie bawić w pomiar reaktancji...

    Mnie szczerze mówiąc te wykresy napawają większym optymizmem :) 6V PP to więcej niż zadawalający wynik...

    Tymczasem przyszedł mi do głowy jeszcze jeden pomysł... skoro woda jest tak dobrym przewodnikiem, że przez nią muszę się męczyć z jakimiś kilohercami zamiast użyć gotowca na 433MHz, to co by było, gdy te dwie antenki włożyć bezpośrednio do wody? Wiadomo że rezystancja jest spora, ale nie mam zamiaru robić transmisji w wodzie destylowanej, tylko "jeziornej" a najczęściej słonej, więc można liczyć na 0.05 1/Ohm*m....
  • Poziom 30  
    robotik33 napisał:
    skoro woda jest tak dobrym przewodnikiem ...

    http://pl.wikipedia.org/wiki/Klatka_Faradaya

    Jak nie masz generatora to może okazać się przydatny taki regulowany kondensator ze starego radia mającego zakres fal długich. Postaraj się coś takiego zdobyć.
  • Poziom 8  
    no to niestety najwcześniej jutro ... będę kupował miernik indukcyjności to i o kondensator zapytam. To faktycznie ułatwi sprawę.

    Ale wracając do klatki Faradaya - ja rozumiem że "z wewnątrz" jest problem z komunikacją, ale jeśli i nadajnik i odbiornik są do tej klatki podłączone, to klatka robi za przewód... czy nie? A skoro tak, to dlaczego woda nie mogłaby robić za przewód w zasadzie?
  • Poziom 43  
    Cytat:
    ale jeśli i nadajnik i odbiornik są do tej klatki podłączone, to klatka robi za przewód... czy nie? A skoro tak, to dlaczego woda nie mogłaby robić za przewód w zasadzie?
    Mogła by robić za przewód, ale co ci po jednym przewodzie, jednym przewodem prąd nigdzie nie popłynie, mając dostępny tylko jeden potencjał nie można go z niczym porównać, ani zmierzyć.
  • Poziom 30  
    Nadajnik znajdujący się w wodzie jest otoczony przewodzącą cieczą. Czyli występują efekty podobne jak wewnątrz klatki Faradaya. W rzeczywistości woda nie tak dobrym przewodnikiem jak metal. Prąd/pole magnetyczne/pole elektryczne wnika więc głębiej. Jest pewna szansa, że dla częstotliwości 40kHz na 2m od nadajnika wniknie na tyle dużo energii przez niego emitowanej, że uda się ją wykryć.
  • Poziom 8  
    Paweł:No tak tak - na to liczę.
    jarek: zgadza się, ale ostatecznie wykrywanie fali radiowej to dokładnie to samo... jeden przewód ...
  • Poziom 28  
    Cytat:
    zgadza się, ale ostatecznie wykrywanie fali radiowej to dokładnie to samo... jeden przewód ...

    Taa, jasne...
    Stąd już tylko kroczek niewielki, by w szarlatanów od fri prundu wpaść sidełki
    - "strzeż się tych miejsc"!
    I poszukaj obrazków o dipolach różnorakich.

    Pomysł z wykorzystaniem wody jako opornika i badaniem spadku napięcia na nim dwiema sonadmi, jak najbardziej realny - wiedzą o tym ofiary węgorzy elektrycznych i innych barrakud.

    A nad skorzystaniem z modulowanego światełka się zastanawiałeś?
  • Poziom 8  
    nad światełkiem też myślałem, ale:
    -czasem nawet pod wodą jest bardzo jasno,
    -trzeba również dokładnie dobrać długość fali, bo czerwony w wodzie jest mocno tłumiony na rzecz niebieskiego, a to powoduje że IR raczej odpada
    -no i wreszcie światło jest jednak dość kierunkowe i niema szans żeby żeby włączyć telewizor kierując pilota w otwarte okno...

    Ale wracając do naszego radia : jestem szczęśliwym posiadaczem miernika indukcyjności! dzieku czemu okazało się że cewka ma 1.8mH, wiec dobrałem kondensator 8.2 uF i zasięg mam spokojnie jakieś 3-4 metry !!! czas dodać dekoder częstotliwości do odbiornika, przerysować całość na jakieś zgrabne PCB i po montażu wrzucić do wody :)

    Jako że urządzenie zasadniczo nie jest jeszcze skończone, to nie zamykam tematu, ale (chyba) udąło się rozwiązać wszelkie problemy i doprowadzić całość do miejsca gdzie można spać spokojnie :)

    Dzieki wszystkim za podpowiedzi.