Proponowany państwu impulsowy wykrywacz metali jest wspólny rozwój autora i inżyniera z r. w Doniecku (Ukraina) Jurija Kołokołowa, wysiłkiem którego udało się zrealizować pomysł w kompletny produkt oparty o sterownik programowalny jednokryształowego mikrokontrolera. Im opracowane oprogramowanie, a także przeprowadzone naturnyje testy i obszerna praca debugowania.
Obecnie moskiewskiej firmą "Master Kit" planowane jest wydanie zestawów dla krótkofalowców do samodzielnego montażu opisywanego metalu. Zestaw będzie zawierać pcb i elementy elektroniczne, w tym już zaprogramowany sterownik. Być może, dla wielu miłośników poszukiwania skarbów i relikwii zakup takiego zestawu, a następnie jego prosta kompilacja są wygodną alternatywą dla zakupu drogiego urządzenia przemysłowego lub produkcji metalu w pełni własnymi siłami.
Dla tych, którzy czują pewność siebie i gotowy, aby spróbować zrobić i zaprogramować mikroprocesorowy impulsowy wykrywacz metali, na osobistej stronie Jurija Kołokołowa w Internecie umieszczony kod próbnej wersji oprogramowania sprzętowego kontrolera w formacie Intel HEX i inne przydatne informacje. Ta wersja firmware różni się od pełnej wersji brak niektórych trybów pracy detektora.
Zasada działania impulsowego lub wiroprądowych detektora opiera się na wszczęcie w metalowym obiekcie impulsowych prądów wirowych i pomiaru wtórnego pola elektromagnetycznego, które nakłaniają te prądy. W tym przypadku mocny sygnał doprowadzany jest do przekazywania cewkę czujnika nie jest na stałe, a okresowo w postaci impulsów. W obiektach przewodzących naprowadzają się tłumione prądy wirowe, które pobudzają zagasające pole elektromagnetyczne. Pole to, z kolei, nakłania w gilzy czujnika zanikanie wpływ na prąd. W zależności od właściwości przewodzących i wielkości obiektu, sygnał zmienia swój kształt i czas trwania. Na rys. 24. schematycznie pokazano sygnał na gilzy impulsowego wykrywacza metalu.
Ryż. 24. Sygnał na wejściu impulsowego wykrywacza metalu. Oscyłłogramma 1 - sygnał dźwiękowy w przypadku braku metalowych celów; oscyłłogramma 2 - sygnał po znalezieniu czujnika w pobliżu metalowego obiektu
Impulsowe wykrywacze metalu mają swoje zalety i wady. Do zalet należy niska wrażliwość na minieralizowannomu ziemi i słonej wodzie, wady - słaba selektywność według rodzaju metalu i stosunkowo duże zużycie energii.
Praktyczna konstrukcja
Większość praktycznych konstrukcji impulsowych wykrywaczy metali są budowane lub dwuchkatuszecznoj schemacie, albo na odnokatuszecznoj schemacie z dodatkowym źródłem zasilania. W pierwszym przypadku urządzenie posiada oddzielne biuro i promieniującym cewki, co komplikuje konstrukcję czujnika. W drugim przypadku cewka w czujniku jedna, a dla wzmocnienia sygnału użytkowego używany wzmacniacz, który jest zasilany z dodatkowego źródła zasilania. Sens takiego budowania jest następujący sygnał indukcji własnej ma wyższy potencjał niż potencjał źródła zasilania, który jest używany do podawania prądu do cewki nadawczej. Dlatego dla wzmocnienia tego sygnału wzmacniacz musi mieć własne źródło zasilania, którego potencjał musi być wyższe od napięcia wzmacnianego sygnału. To również utrudnia schemat urządzenia.
Proponowana odnokatuszecznaja konstrukcja oparta jest na oryginalnym schemacie, który jest pozbawiony powyższych wad.
Podstawowe dane techniczne
- Napięcie zasilania 7,5... 14 W
- Pobór prądu nie więcej niż 90 ma
Głębokość wykrywania:
- moneta o średnicy 25 mm - 20 cm
- pistolet - 40 cm
- kask - 60 z
Mimo względnej prostoty konstrukcji proponowanego impulsowego wykrywacza metalu, jego wykonanie w warunkach domowych może okazać się utrudnione ze względu na konieczność wprowadzania w mikrokontroler specjalnego programu. Można to zrobić tylko mając odpowiednie kwalifikacje i sprzęt i narzędzia do pracy z mikrokontrolerem.
Schemat struktury
Strukturalny schemat pokazano na rysunku. 25 Podstawą urządzenia jest mikrokontroler. Z jego pomocą odbywa się kształtowanie szczelin czasowych do zarządzania wszystkimi węzłami urządzenia, a także wskazanie i ogólne zarządzanie urządzeniem. Z pomocą potężnego klucza odbywa się udarowe akumulacja energii w cewce czujnika, a następnie przerwanie prądu, po którym pojawia się impuls indukcji własnej, pobudzający pole elektromagnetyczne w cel.
Ryż. 25. Strukturalny schemat impulsowego wykrywacza metalu
"Punktem kulminacyjnym" proponowanego schematu jest zastosowanie wzmacniacza różnicowego na wejściu kaskadzie. Służy do wzmocnienia sygnału, którego napięcie jest wyższe od napięcia zasilania, i wiązanie go do określonego potencjału (+5 v). Dla dalszego wzmocnienia służy przybrany wzmacniacz o większym wzmocnieniu. Do pomiaru sygnału użytkowego służy pierwszy integrator. Podczas bezpośredniego całkowania odbywa się gromadzenie przydatnych sygnał w postaci napięcia, a podczas wstecznego całkowania odbywa się konwersja wyniku w czas trwania impulsu. Drugi integrator ma większą stałą całkowania (240 ms) i służy do równoważenia przypominającej pokarmowego dla prądu stałego.
Pojęcie
Schemat impulsowego wykrywacza metalu jest przedstawiona na rys. 26 - różnicowy wzmacniacz, przybrany wzmacniacz, integratorom systemów i potężny klucz.
Ryż. 26. Zasadnicza elektryczna schemat impulsowego wykrywacza metalu. Wzmacniający pokarmowy, potężny klucz, integratorom systemów (kliknij, aby powiększyć)
Na rys. 27 przedstawia mikrokontrolera i elementy sterowania i sygnalizacji. Proponowana konstrukcja stworzona w pełni na importowanych komorową bazie. Stosowane najczęściej komponenty wiodących producentów. Niektóre elementy można spróbować zastąpić na krajowych, o tym będzie napisane poniżej. Większość zastosowanych elementów nie są one niewystarczające i mogą być zakupione w dużych miastach Rosji i WNP przez firmy handlujące elektroniką.
Ryż. 27. Zasadnicza elektryczna schemat impulsowego wykrywacza metalu. Mikrokontroler (kliknij, aby powiększyć)
Potężny klucz montowane na polowym wyjściu tranzystorowym VT1. Ponieważ zastosowany tranzystor polowy typu IRF740 ma pojemność migawki ponad 1000 pf, do jego szybkiego zamknięcia służy podgląd kaskada na wyjściu tranzystorowym VT2. Prędkość otwierania potężnego klucza już nie jest tak krytyczna, z tego względu, że prąd w indukcyjnego obciążenia zwiększa się stopniowo. Rezystory R1, R3 przeznaczone są do "gaszenia" energii indukcji własnej. Ich wartość wybrana ze względów bezpiecznej pracy tranzystora VT1, a także zapewnienia apieriodiczeskogo charakteru stanu nieustalonego w obwodzie, który powstał indukcyjność czujnika i pasożytnicze mieżwitkowoj pojemności. Ochronne diody VD1, VD2 ograniczają wahania napięcia na wejściu wzmacniacza różnicowego.
Różnicowy wzmacniacz zmontowany na OH D1.1. Układ D1 stanowi połączony po cztery wzmacniacz operacyjny typu TL074. Jego charakterystycznymi cechami są wysoka wydajność, niskie zużycie energii, niski poziom hałasu, wysoka impedancja, a także możliwość pracy przy napięciach na wejściach, blisko do napięcia zasilania. Te właściwości zadecydowały o jego zastosowanie w wzmacniaczu różnicowym podwójnym w szczególności i w schemacie w ogóle. Współczynnik wzmocnienia różnicowego wzmacniacza wynosi około 7 i zależy zakresie rezystorów R3, R6 - R9, R11.
Objęcie wzmacniacz D1.2 stanowi nieodwracający wzmacniacz z zysku 56. Podczas działania akumulatora części impulsu indukcji własnej współczynnik ten spada do 1 z pomocą analogowego klucza D2.1. To zapobiega przeciążeniu wejściowego przypominającej pokarmowego i umożliwia szybkie wejście w tryb dla wzmocnienia słabego sygnału. Tranzystor VT3, a także tranzystor VT4, przeznaczone do dopasowania poziomów sygnałów sterujących podawanych z mikrokontrolera na klucze analogowe.
Z pomocą drugiego integratora D1.3 odbywa się automatyczne wyważanie wałka przypominającej pokarmowego dla prądu stałego. Stała całkowania 240 ms wybrana jest wystarczająco duży, aby opinia ta nie wpłynęła na wzmocnienie szybko zmieniającego się sygnału użytkowego. Za pomocą tego integratora na wyjściu wzmacniacza D1.2 w przypadku braku sygnału obsługiwane poziom +5 V.
Pomiarowy pierwszy integrator jest na D1.4. Na czas całkowania sygnału użytkowego otwiera klucz D2.2 i, odpowiednio, zamyka klucz D2.4. Na kluczyku D2.3 realizowany logiczny falownik. Po wykonaniu całkowania sygnału klucz D2.2 zamyka się i otwiera klucz D2.4. Zbiorczy kondensator C6 zaczyna się rozładowywać przez rezystor R21. Czas rozładowania będzie proporcjonalnie do napięcia, które wywierali na skraplaczu C6 do końca całkowania sygnału użytkowego.
Jest to czas mierzony jest za pomocą mikrokontrolera, który wykonuje analogowo-cyfrowa konwersja. Do pomiaru czasu rozładowania kondensatora C6 są używane analogowy komparator i liczniki, które są wbudowane w mikrokontroler D3.
Za pomocą diod led VD3... VD8 odbywa się sygnalizacja świetlna. Przycisk S1 służy do wstępnego zerowania mikrokontrolera. Za pomocą przełączników S2 i S3 są ustawiane tryby pracy urządzenia. Z pomocą zmiennego rezystora przez r29 regulowana czułość detektora.
Łódź funkcjonowania
W celu wyjaśnienia zasady działania opisywanego impulsowego wykrywacza metalu na rysunku. 28 przedstawiono przebieg sygnałów w najważniejszych punktach urządzenia.
Ryż. 28. Przebieg
Na czas odstępu A otwiera klucz VT1. Przez cewkę czujnika zaczyna przeciekać zębów piły prąd - oscyłłogramma 2. Po osiągnięciu prądu około 2 A klucz się zamyka. Na zlewie tranzystora VT1 występuje emisja napięcia indukcji własnej - oscyłłogramma 1. Wielkość tej emisji - ponad 300 (!) i ogranicza się do rezystory R1, R3. Aby uniknąć przeciążenia przypominającej pokarmowego służą diody ograniczające VD1, VD2. Również Do tego celu na czas odstępu A (akumulacja energie w cewce) i odstępu (emisja indukcji własnej) otwiera klucz D2.1. To zmniejsza pass-through współczynnik wzmocnienia pokarmowego z 400 do 7. Na przebiegu 3 pokazano sygnał na wyjściu przypominającej pokarmowego (wniosek 8 D1.2). Od odstępu Z, klucz D2.1 zamyka się i współczynnik wzmocnienia pokarmowego staje się duży. Po zakończeniu odstępu ochronnego, podczas którego wzmacniający obszar wchodzi w tryb, otwiera klucz D2.2 i zamyka klucz D2.4 - rozpoczyna się integracja sygnału użytkowego - interwał D. Po upływie tego przedziału klucz D2.2 zamknięte, a klucz do D2.4 otwiera się - zaczyna się "inaczej" integracja. W tym czasie (interwały E i F) kondensator C6 jest w pełni rozładowany. Za pomocą wbudowanego analogowy komparator mikrokontroler określa wielkość odstępu E, która okazuje się być proporcjonalne do poziomu sygnału użytecznego sygnału. Dla wersji 1.0 oprogramowania sprzętowego są następujące ustawienia interwałów:
- A-60...200 µs, W - 12 µs,
- Z - 8 µs, D - 50 µs,
- A+B+C+D+E+F - 5 ms - okres powtarzania.
Mikrokontroler przetwarza otrzymane dane cyfrowe i sygnalizuje za pomocą diody led VD3 - VD8 i emitera dźwięku Y1 stopień oddziaływania cel na czujnik. Dioda stanowi odpowiednik strzałkowego wskaźnika - w przypadku braku cel świeci dioda VD8, dalej w zależności od poziomu oddziaływania kolejno zapalają się VD7, VD6 itp.
Typy elementów i konstrukcji
Zamiast wzmacniacza operacyjnego D1 TL074N można spróbować zastosować TL084N lub dwóch podwójnych OH typów TL072N, TL082N.
Układ D2 - to połączony po cztery analogowy klucz typu CD4066, który można wymienić na ii układ do 561 KTZ.
Mikrokontroler D4 AT90S2313-10PI bezpośrednich odpowiedników nie ma. W schemacie nie są łańcuchy do jego wnutrischiemnogo programowania, więc kontroler najlepiej instalować na gniazdo, aby go można było przeprogramować.
Stabilizator 78L05 można, w ostateczności wymienić na KR 142 JEN 5 a.
Tranzystor VT1 typu IRF740 można spróbować wymienić na IRF840.
Tranzystory VT2 - VT4 typu 2N5551 można wymienić na KT 503 z każdym użyciu indeksu. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że mają one różną cokolewku.
Diody led mogą być dowolnego typu, VD8 wskazane jest wziąć innego koloru świecenia. Diody VD1, VD2 typu 1N4148.
Rezystory mogą być dowolnego typu, R1 i R3 powinny mieć rozsiewaną moc 0,5 W, pozostałe mogą być 0, 125 lub 0,25 W. R9 i R11 wskazane jest, aby wybrać, aby ich opór różniły się nie więcej niż 5 %.
Przybudowany rezystor R7 jest wskazane, aby używać wieloobrotowego.
Kondensator C1 - elektrolitycznych, na napięcie 16 v, pozostałe kondensatory ceramiczne. Kondensator C6 najlepiej wziąć z dobrym TKE.
Przycisk S1, przełączniki S2 - S4, zmienny rezystor przez r29 mogą być dowolnego typu, które są odpowiednie rozmiary. Jako źródło dźwięku można użyć pjezoizłuczatiel lub słuchawki od odtwarzacza.
Konstrukcja obudowy urządzenia może być dowolna. Łącznikowy w pobliżu czujnika (do 1 m) i sam czujnik nie powinien mieć żadnych części metalowych i elementów mocujących. Jako materiał wyjściowy do produkcji żerdzi, wygodne w użyciu plastikowe teleskopowy pręt.
Czujnik zawiera 27 zwojów drutu o średnicy 0,6... 0,8 mm wełny rany na trzpieniu 190 mm. Czujnik nie ma ekranu i jego mocowanie do masztu powinno odbywać się bez stosowania masywnych wkrętów, śrub itp. (!) Poza tym technologia jego budowy może być taka sama, jak dla indukcyjnego metalu. Do połączenia czujnika i układu elektronicznego nie wolno stosować ekranowany kabel z powodu jego dużej pojemności. Do tych celów należy używać dwóch izolowanych przewodów, na przykład typu MGSZW, switych razem.
Nawiązanie urządzenia
Uwaga! W urządzeniu znajduje się wysoka, potencjalnie niebezpieczne dla życia napięcie na kolektorze VT1 i na czujniku. Dlatego podczas konfigurowania i eksploatacji należy przestrzegać środków bezpieczeństwa.
Ustawienie urządzenia zaleca się przeprowadzać w następującej kolejności:
- Upewnić się co do poprawności montażu.
- Włączyć zasilanie i upewnić się, że pobór prądu nie przekracza 100 (ma).
- Z pomocą podstrojecznogo rezystora R7 osiągnąć taki równoważenia przypominającej pokarmowego, aby oscyłłogramma na pin 7 D1.4 odpowiadała przebiegu 4 na rys. 28. Należy przy tym uważać, aby sygnał na końcu przedziału D był bez zmian, tj. oscyłłogramma w tym miejscu powinna być pozioma.
W dalszej konfiguracji poprawnie zmontowane urządzenie nie potrzebuje. Należy przyłożyć czujnik do metalowego obiektu i upewnić się w pracach organów wskazania. Opis działania elementów sterujących znajduje się w opisie oprogramowania.
Oprogramowanie
W chwili pisania tego materiału zostało zaprojektowane i przetestowane oprogramowanie w wersji 1.0 i 1.1. Kod "firmware" w wersji 1.0 w formacie Intel HEX można znaleźć w Internecie na osobistej stronie Jurija Kołokołowa, http://home.skif.net/~yukol/index.htm.
Komercyjna wersja 1.1 oprogramowania planowane jest do dostarczenia w postaci już zaprogramowanych mikrokontrolerów w skład zestawów produkowanych przez firmę "Master Kit". Wersja 1.0 realizuje następujące funkcje:
- kontrola napięcia zasilania - przy napięciu zasilania mniejszym niż 7 W zaczyna powoli zapalać się dioda VD8;
- stały poziom czułości;
- statyczny tryb wyszukiwania.
Wersja oprogramowania 1.1 różni się tym, że pozwala regulować czułość urządzenia za pomocą zmiennego rezystora przez r29.
Praca nad nowymi wersjami oprogramowania trwa, planowane jest wprowadzenie dodatkowych trybów. Do zarządzania nowymi trybami zarezerwowane przełączniki S1, S2. Nowe wersje, po ich wszechstronnego testowania, będą dostępne w zestawach "Master Kit". Informacje o nowych wersjach będą publikowane w Internecie na osobistej stronie Jurija Kołokołowa, http://home.skif.net/~yukol/index.htm.
Autor: Szczedrin A. I.