Echolot

Mit einem Echolot können einfach Entfernungen gemessen werden. Im vorliegenden Fall geht es um Entfernungsmessungen unter Wasser. Dazu wird ein Schallsignal abgestrahlt. Der Schallimpuls wird von einem Hinderniss reflektiert und nach seiner Rückkehr gemessen. Aus der Laufzeit des Signals kann bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Abstand zum reflektierendem Hinderniss gemessen werden. Käufliche Echolote arbeiten meist im Ultraschallbereich. Je größer die zu messende Entfernung ist um so tiefer muss die verwendete Schallfrequenz liegen, da die Dämpfung der Schallwellen im Wasser mit der Frequenz stark ansteigt.
Kleinere Echolote für Sportboote arbeiten oft mit Frequenzen um 200 kHz, damit werden Enfernungen von etwa 100 Metern erreicht. Große Geräte zur Kartierung des Meeresgrunds in einigen Tausend Metern Tiefe verwenden deutlich tiefere Frequenz von einigen Kilohertz.
Obwohl der Bau eines Echolots keine größere Herausforderung darstellt wird hier auf ein billiges käufliches, Gerät zurückgegriffen.
Der Fishfinder wurde für ca. 40€ bei Ebay gekauft. Für das Geld bekommt man ein kleines Handecholot mit zugehörigem Transducer. Das Gerät arbeitet mit einer Schallfrequenz von 200 kHz und die Reichweite beträgt 100 m.

Nach dem Entfernen des Gehäuses sieht man dass nur ein Teil der Platine von den Bauteilen der eigentlichen Echolotfunktionen belegt ist. Der Rest der Platine ist vom dem Mikrokontroller zur Ablauf und Anzeigensteuerung und seiner Peripherie belegt. Da diese Funktionen vom Arduino übernommen werden sollen wurde die Platine zersägt. Vom Rest der Platine wurden nur die Bauteile des 200 kHz Oszillators verwendet.

Das Echolot wird von einem ArduinoNano angesteuert. Der circa 50 bis 100 µs lange Sendepuls wird an einem Digitalport des Controllers ausgegeben. Das empfangene Echosignal wird über einem Analogport eingelesen und die Messwerte in einem Array abgespeichert. Für einen Messschleifendurchlauf benötigt der mit 16 MHz getaktete Controller circa 112 µs.
Aus der Laufzeit errechnet sich die Distanz s = (c x t) / 2 mit c = 1500 m/s. So lässt sich die maximale Auflösung zu etwa 8 cm bestimmen. Auf dem rechten Diagramm ist der gemessene Signalverlauf zu sehen. Ganz links sieht man das Übersprechen des Sendepulse, nach circa 2 ms folgt der vom Seegrund reflektierte Empfangspuls. Nach 4 ms folgt noch ein Puls der durch Mehrfachreflektion entsteht.
Man sollte aber bedenken dass die Schallgescwindigkeit im Wasser keine Konstante ist sondern vielen Faktoren wie z.B Temperatur und Salzgehalt abhängt. Schwierig wird es durch den Umstand dass Temperatur des Wasser meist mit der Wassertiefe abnimmt.

Wird das empfangene Signal in geeigneter Weise auf dem PC dargestellt erhält man, trotz des einfachzen Geräts und der niedrigen Auflösung bei 200 kHz, eine ausagekräftige Darstellung des überfahrenen Seegrunds. Auf dem unteren Bild sind neben dem, von 6 auf 8 Meter Tiefe abfallenden, weichen Seegrunds auch Seegraswiesen und einzelne Fische zu sehen.