Импульсный металлоискатель PI-AR на микроконтроллере stm32f103c8t6.
Название взято то слов PI — импульсный принцип работы, AR — сокращенно от ARM микроконтроллер. Программное обеспечение разработано в среде Arduino.
Параметры металлоискателя, обнаружение монеты,по воздуху, 25 мм до 25 см,крупные предметы до 200 см. Принципиальная схема представлена на рис.
Принцип работы как и у всех импульсных металлоискателей. На поисковую катушку L1 подается короткий импульс тока,(120 мкс в данном случае)наводящий в мишени вихревые токи.
При резком прерывании импульса в катушке возникает ЭДС самоиндукции и эти вихревые токи увеличивают время затухания импульса самоиндукции, затем сигнал усиливается аналоговой частью и фиксируется микроконтроллером.
На рисунках представлены осциллограммы,первая без металла в зоне видимости катушки,вторая с металлом. Первый канал осциллографа, выход с катушки через ограничительную цепь R5,D1,D2. Второй канал вход на контакт микроконтроллера ( А0).
Импульс на катушку L1 подается через транзистор Т1 который управляется цепочкой В9 (контакт платы STM32),R6,T2,R1,R2.Резистор R5 и диоды D1,D2 ограничивают напряжение самоиндукции катушки L1 до 2 вольт.
Аналоговая часть выполнена на операционном усилителе DA1 (TL072) и транзисторе Т3, последний служит для усиления и согласования уровней с микроконтроллером на 3.3 вольта. Далее сигнал поступает на вход (А0) микроконтроллера STM32F103C8T6,где происходит захват по таймеру от (1) до (0) и после обработки сигнала, значение выводится на индикатор.
Этот микроконтроллер выбран из-за своего быстродействия что в данном случае очень важно(не хотелось усложнять аналоговую часть, когда можно обработать цифровым методом),ну и поддержка этой платы в ARDUINO. Индикация выполнена на готовом модуле WS2812В из восьми светодиодов и зуммере с напряжением питания 5 вольт.
Управление осуществляется с помощью энкодера (настройка чувствительности, яркости, отключение и включение зуммера, увеличение, уменьшение глубины обнаружения и расширение шкалы индикации.)
Изготовление катушки
Катушка намотана проводом 0.7 мм, на оправке 200 мм, 25 витков, затем плотно скручена ниткой. Корпус катушки изготовлен из листа ПВХ, толщиной 5 мм и склеен клеем для PVC труб.
Штанга
Штанга изготовлена из PVC труб соединенных клеем. Эти трубы имеют хорошую жесткость по сравнению с теми которые спаиваются, ну и по весу легче.
Программное обеспечение
В среде ARDUINO нужно скачать библиотеку для плат STM32, затем установить в менеджере плат поддержку 32 битных плат CORTEX M3. Затем выбрать плату Generic STM32F103C series. Выбрать программатор (я использовал программатор ST-LINK ). Скетч для прошивки прилагается в архиве.В скетче все прокомментировано так что должно быть все понятно.
Источник питания
В качестве источника питания я использовал POWER-BANK 10 Аh и DC-DC повышающий преобразователь.Так как POWER-BANK не хотел с ним работать,(срабатывала защита) припаял провода напрямую к аккумуляторам,на выходе получилось 3.7 — 4.2 вольта.
В таком случае надо пользоваться КРАЙНЕ ОСТОРОЖНО!!! от короткого замыкания могут взорваться аккумуляторы и не допускать разряда ниже 2.7 вольт (так делать нельзя!!!,надо ставить дополнительную защиту).Далее на выходе DC преобразователя выставляем напряжение 12 вольт.
В момент включения питания (пока инициализируется микроконтроллер) транзистор Т1 был открыт и DC преобразователь не запускался, для этого был добавлен резистор R4.
DC — DC повышающий преобразователь MT3608.
- Здесь поставил фильтр по питанию (на всякий случай).
- Потребление тока в момент работы 80 миллиампер.
- Изготовление блока
- Для изготовления самого блока нам понадобится готовая плата с микроконтроллером STM32F103C8T6, энкодер , зуммер на 5 вольт,светодиодный модуль из 8-ми светодиодов WS2812В в виде полоски или круга и радиоэлементы указанные в списке.
- Печатная плата выполнена в программе Sprint-Layout.
В собранном виде. Здесь вместо R7,R8 и R10,R11 ставил подстроечные резисторы для настройки на максимальную чувствительность.
Настройка
Правильно собранная схема в настройке не нуждается. Вместо R10, R11 ставил подстроечный резистор на 10 кОм , самый оптимальный вариант это R10 — 3 кОм , R11 — 7 кОм. Вместо R7 и R8 тоже ставил подстроечный резистор на 100 кОм.
Самый лучший вариант это R7 — 18 кОм , R8 — 82 кОм. Все настройки производились при напряжении питания 12 вольт.
Коннекторы для подключения катушки и питания надо ставить мощнее такие как на фото не пойдут (влияет на чувствительность и ложные срабатывания) а лучше припаять на прямую. Вот на этом фото переделал.
Работа с металлоискателем
При включении питания поисковую катушку нужно отвести подальше от металлических предметов так как происходит автоподстройка чувствительности. Далее настройка чувствительности металлоискателя осуществляется вручную, вращением ручки энкодера. Так же есть режим меню.
Первое нажатие на ручку энкодера, входим в режим регулировки яркости светодиодов. Второе нажатие, режим включения, отключения зуммера.
Третье нажатие,режим регулировки глубины обнаружения мишени,уменьшаем или увеличиваем длительность импульса на катушку, от 120 до 50 мкс (по умолчанию 120 мкс).
Четвёртое нажатие, входим в режим регулировки на крупные или мелкие объекты, расширяем шкалу индикации (по умолчанию на минимуме,более чувствительна).Пятое нажатие, выход из режима меню и автоподстройка чувствительности (отвести подальше от металла).
Металлоискатель в сборе.
| MOSFET-транзистор | IRF740 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Биполярный транзистор | BC547 | 3 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Линейный регулятор | L7805AB | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| МК STM32 | STM32F103C8 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Резистор | 6,8 кОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 20 Ом | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 390 Ом | 1 | 2W | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 10 кОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 620 Ом | 2 | 1W | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 3,9 kОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 18 кОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 82 кОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 1 мОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 3,6 кОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 7,5 кОм | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 1 кОм | 2 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Резистор | 100 | 1 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Конденсатор | 100n | 3 | smd 1206 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Конденсатор | 3300 мкф | 1 | 25 в | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Конденсатор | 1 мкф | 1 | 16 в | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Конденсатор | 10 мкф | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Конденсатор | 2200 мкф | 1 | 10 в | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Конденсатор | 1000 мкф | 1 | 10 в | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Диод | 1N4841 | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Операционный усилитель | TL 072 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Добавить все |
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- metallodetector_2.rar (51 Кб)
Самодельные металлоискатели, или как сделать металлоискатель своими руками
Приборный поиск имеет просто огромную популярность. Ищут взрослые и дети, и любители и профессионалы. Ищут клады, монеты, потерянные вещи и закопанный металлолом. А главным орудием для поиска является металлоискатель.
Существует великое множество различных металлоискателей, на любой «вкус и цвет». Но для многих людей покупка готового фирменного металлоискателя просто финансово накладна. А кому то хочется собрать металлоискатель своими руками, а кто-то даже строит свой небольшой бизнес на их сборке.
Самодельные металлоискатели
В этом разделе нашего сайта о самодельных металлоискателях, буду собранны: лучшие схемы металлоискателей, их описания, программы и другие данные для изготовления металлоискателя своими руками. Здесь не будит схем металлоискателей из СССР и схем на двух транзисторах. Так как такие металлоискатели лишь подходят для наглядной демонстрации принципов металлодетекции, но совсем не пригодны для реального использования.
Все металлоискатели в этом разделе будут достаточно технологичными. Они будут иметь хорошие поисковые характеристики. И грамотно собранный самодельный металлоискатель немногим будит уступать заводским аналогам. В основном тут представлены различные схемы импульсных металлоискателей и схемы металлоискателей с дискриминацией металлов.
Но для изготовления этих металлоискателей, вам понадобится не только желание, но еще и определенные навыки и умения. Схемы приведенных металлоискателей, мы постарались разбить по уровню сложности.
Кроме основных данных необходимых для сборки металлоискателя, будет также информация о необходимом минимальном уровне знаний и оборудования для самостоятельно изготовления металлоискателя.
Для сборки металлоискателя своими руками вам обязательно понадобится:
В этом списке будут приведены необходимые инструменты, материалы и оборудование, для самостоятельной сборки всех без исключения металлоискателей. Для многих схем вам также понадобится различное дополнительное оборудования и материалы, тут только основное для всех схем.
- Паяльник, припой, олово и другие паяльные принадлежности.
- Отвертки, плоскогубцы, кусачки и прочий инструмент.
- Материалы и навыки по изготовлению печатной платы.
- Минимальный опыт и знания в электронике и электротехники также.
- А также прямые руки — будут очень полезны при сборке металлоискателя своими руками.
У нас вы можете найти схемы, для самостоятельной сборки следующих моделей металлоискателей:
| Металлоискатель Малыш FM и малыш FM-2 | ||
 |
Принцип работы | Электронного частотомера FM |
| Дискриминация металлов | есть (Черный и все остальные) | |
| Максимальная глубина поиска | 0,6 метра | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | 19 кГц | |
| Уровень сложности | начальный |
| Металлоискатель ПИРАТ | ||
 |
Принцип работы | PI (импульсный) |
| Дискриминация металлов | нет | |
| Максимальная глубина поиска | 1,5 метр | |
| Программирумые микроконтроллеры | нет | |
| Рабочая частота | — | |
| Уровень сложности | начальный |
| Металлоискатель ШАНС | ||
 |
Принцип работы | PI (импульсный) |
| Дискриминация металлов | есть | |
| Максимальная глубина поиска | 1 метр | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | — | |
| Уровень сложности | средний |
| Металлоискатель Clone PI | ||
 |
Принцип работы | PI (импульсный) |
| Дискриминация металлов | нет | |
| Максимальная глубина поиска | 2,5 метра (Зависит от размера катушки) | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | — | |
| Уровень сложности | средний |
| Металлоискатель Clone PI AVR | ||
 |
Принцип работы | PI (импульсный) |
| Дискриминация металлов | нет | |
| Максимальная глубина поиска | 2,5 метра (Зависит от размера катушки) | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | — | |
| Уровень сложности | средний |
| Металлоискатель Clone PI W | ||
 |
Принцип работы | PI (импульсный) |
| Дискриминация металлов | нет | |
| Максимальная глубина поиска | 2,5 метра (Зависит от размера катушки) | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | — | |
| Уровень сложности | средний |
| Металлоискатель Квазар | ||
 |
Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть | |
| Максимальная глубина поиска | 1-1,5 метра (Зависит от размера катушки) | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | 4 — 17 кГц | |
| Уровень сложности | Средний |
| Металлоискатель Квазар ARM | ||
 |
Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть | |
| Максимальная глубина поиска | 1-1,5 метра (Зависит от размера катушки) | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | 4 — 16 кГц | |
| Уровень сложности | Средний |
| Металлоискатель Соха 3TD-M | ||
 |
Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть | |
| Максимальная глубина поиска | 1 — 1,5 метра (Зависит от размера катушки) | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | 5 — 17 кГц | |
| Уровень сложности | Средний |
| Металлоискатель Фортуна | ||
 |
Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть | |
| Максимальная глубина поиска | 1 — 1,5 метра (Зависит от размера катушки) | |
| Программирумые микроконтроллеры | есть | |
| Рабочая частота | 4,5 — 19,5 кГц | |
| Уровень сложности | Средний |
| Металлоискатель Фортуна ПРО-2 | |
| Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть |
| Максимальная глубина поиска | 1 — 2 метра (Зависит от размера катушки) |
| Программирумые микроконтроллеры | есть |
| Рабочая частота | 4,5 — 19,5 кГц |
| Уровень сложности | Высокий |
| Металлоискатель Фортуна М2 и М3 | |
| Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть |
| Максимальная глубина поиска | 1 — 2 метра (Зависит от размера катушки) |
| Программирумые микроконтроллеры | есть |
| Рабочая частота | 4,5 — 19,5 кГц |
| Уровень сложности | Высокий |
| Металлоискатель Фортунам М | |
| Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть |
| Максимальная глубина поиска | 1,5 — 2 метра (Зависит от размера катушки) |
| Программирумые микроконтроллеры | есть |
| Рабочая частота | 7 — 16 кГц |
| Уровень сложности | Высокий |
| Металлоискатель ТЕРМИНАТОР-3 | |
| Принцип работы | IB |
| Дискриминация металлов | есть |
| Максимальная глубина поиска | 1 метр (Зависит от размера катушки) |
| Программирумые микроконтроллеры | нет |
| Рабочая частота | 7 — 20 кГц |
| Уровень сложности | Высокий |
Мой личный рейтинг самодельных металлоискателей
Приборный поиск имеет просто огромную популярность. Ищут взрослые и дети, и любители, и профессионалы. Ищут клады, монеты, потерянные вещи и закопанный металлолом. А главным орудием для поиска является металлоискатель.
Существует великое множество различных металлоискателей, на любой «вкус и цвет». Различаются они как по стоимости, так и по принципу работы, но для многих людей покупка готового фирменного металлоискателя просто финансово накладна. А кому то хочется собрать металлоискатель своими руками, а кто-то, как я, даже строит свой небольшой бизнес на их сборке.
И вот для тех, кто задумывается о самостоятельной сборке металлоискателя я и решил создать данный пост…
А затронем мы сегодня несколько схем самодельных металлоискателей. От простых, до полупрофи.
- Открывает наш сегодняшний топ металлоискатель «Пират».
- Одна из самых простых и надежных схем, которую легко повторить в домашних условиях.
- Свое название Пират (PIRAT) получил от разработчиков его схемы – PI – импульсный принцип его работы, RAT – сокращение от «Радио Скот» – сайт разработчиков.
Металлоискатель Пират не различает металлы. Но он хорошо подойдет для поиска металлолома и для новичков. Также огромным достоинством пирата, является его простота для самостоятельного изготовления и доступность компонентов.
Также в Пирате отсутствуют программируемые элементы, что значительно упрощает жизнь радиолюбителям. Даже человек с минимальным уровнем подготовки, изготовит металлоискатель пират своими руками.
Правильно собранный прибор не нуждается в какой либо настройке (кроме настройки чувствительности).
Отлично подходит для поиска чермета. Собрал, накопал металла, сдал, окупил прибор…
https://www.youtube.com/watch?v=w7tvCxhkb5U\u0026t=1s
По характеристикам: в зависимости от диаметра поисковой катушки глубина обнаружения до 1.5м. (Канализационный люк с катушкой 30см)
На фото МД Пират собранный по одной из «стандартных» схем.
Следующим идет пара идентичных по характеристикам металлоискателей: Клон PI-W и Клон AVR. Отличаются они только индикацией, у AVR имеется двухстрочный дисплей, а в PI-W реализована светодиодная индикация.
Данные металлоискатели так же как и предыдущий являются импульсными и так-же не различают металлы. В данных металлоискателях используется микроконтроллер Atmega, что может как усложнить сборку, так и увеличить итоговую цену.
Так как это все-же импульсные МД и они не различают металлы, то и используют их в основном для чермета. Плюсом Клонов служит то, что можно отсечь мелкий металл и копать только крупные цели.
По характеристикам: в зависимости от диаметра поисковой катушки глубина обнаружения до 2м. (Канализационный люк с катушкой 30см)
Следующим идет серия металлоискателей: Малыш, Малыш FM2 и Малыш FM2 v2.
Работает Малыш ФМ по принципу частотомера. Схема металлоискателя МАЛЫШ FM и FM2 отлично подходит для изготовления пинпойтеров, как полноценный металлоискатель она слабовата, но вполне подойдет для новичка. Огромное достоинство этого металлоискателя – его простота, но в нем, как и в предыдущем, присутствуют микроконтроллер Pic.
Подходит для пляжного поиска, так как различает металлы, вы уже не будете нагибаться за каждым гвоздем =)
По характеристикам: около 20-30 см, в зависимости от катушки. Так как этот металлоискатель работает по принципу частотомера, у него присутствует дискриминация металлов. Разделяет на два типа: все черные металлы и остальные.
Рекомендуется собирать данный металлоискатель только в качестве пинпоинтера, ибо сам автор на форуме писал: «Что вы хотите от малыша? Он изначально как детская игрушка создавался.»
На фото Малыш FM2
Следующим по списку идет Квазар АВР (Quasar AVR) и его «старший брат» Квазар АРМ (Quasar ARM)
Квазар это селективный IB металлоискатель с распознанием металлов, и прямой обработкой сигнала. Шкала ВДИ в Квазаре разбита на 16 столбиков, 3 на черные металлы и 13 на цветные, с возможностью удаления из поиска любых из столбиков (Закрытие их маской) а также звуковой многотональной индикацией.
АВР версия имеет более слабый микроконтроллер и уже морально устарела, но АРМ версию автор до сих пор поддерживает и выпускает новые прошивки.
Собирать лучше сразу АРМ версию, НО! В сборке он гораздо сложнее всех предыдущих металлоискателей. Сложность заключается как в большом количестве СМД компонентов, так и сложной в изготовлении поисковой катушке.
Работает квазар с катушками частотой до 20кГц (АВР до 17кГц) и отлично подходит для поиска цветных металлов, монеток и т.п.
Характеристики можно долго описывать, но глубина обнаружения и уверенной дискриминации с ДД катушкой будет примерно равна ее диаметру…
На фото собранный блок Квазар АРМ и собранная плата.
Ну и последние на сегодня это серия металлоискателей Фортуна.
Существует множество разных вариаций этого металлоискателя: Фортуна, Фортуна М2, Фортуна ПРО2… Тут блин как с айфоном, каждая новая версия чуть дороже и имеет незначительные улучшения.
Последние версии самим собрать не получится, придется заказывать у автора плату с прошитым микроконтроллером, так как прошивка нынче стала платной…
Работает фортуна по тому же принципу, что и вышеупомянутый Квазар АРМ, да и по характеристикам примерно такая же… Лично мое мнение, что ради большого дисплея не стоит заморачиваться. Как писал один мой знакомый (Владелец Фортуны, а в дальнейшем Квазар АРМ), пока на Фортуне натыкаешь нужные настройки для копа, комрады с Квазарами уже пол поля прошли…
На фото Фортуна Про2 в двух вариациях
Ну вот и весь мой топ. Другие самодельные металлоискатели не вижу смысла включать сюда, т.к. большинство из них либо морально устарели, либо гораздо сложнее в сборке, чем их аналоги.
И напоминаю, это лишь мой личный рейтинг и идет он не по качеству самого металлоискателя, а скорее по сложности его изготовления…
Если вы с чем то не согласны, пишите в х, обсудим…
P.S. ВСЕ фото в данном посте взяты с интернета…
Импульсный металлоискатель
Предлагаемый вашему вниманию импульсный металлоискатель является совместной разработкой автора и инженера из г. Донецка (Украина) Юрия Колоколова (адрес в Интернете — http://home.skif.net/~yukol/index.htm), усилиями которого удалось воплотить идею в законченное изделие на основе программируемого однокристального микроконтроллера. Им разработано программное обеспечение, а также проведены натурные испытания и обширная работа по отладке.
В настоящее время московской фирмой «Мастер Кит» [3] (см. также Рекламное приложение в конце книги) планируется выпуск наборов для радиолюбителей для самостоятельной сборки описываемого металлоискателя.
Набор будет содержать печатную плату и электронные компоненты, включая уже запрограммированный контроллер.
Возможно, для многих любителей поиска кладов и реликвий приобретение такого набора и последующая его несложная сборка окажутся удобной альтернативой приобретению дорогого промышленного прибора или изготовлению металлоискателя полностью своими силами.
Для тех, кто чувствует уверенность в себе и готов попробовать изготовить и запрограммировать микропроцессорный импульсный металлоискатель, на персональной страничке Юрия Колоколова в Интернете помещен код ознакомительной версии прошивки контроллера в формате Intel HEX и другая полезная информация. Данная версия прошивки отличается от полной версии отсутствием некоторых режимов работы металлоискателя.
Принцип действия импульсного или вихретокового металлоискателя основан на возбуждении в металлическом объекте импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В этом случае возбуждающий сигнал подается в передающую катушку датчика не постоянно, а периодически в виде импульсов.
В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Это поле, в свою очередь, наводит в приемной катушке датчика затухающий ток. В зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность. На рис. 24.
схематично показан сигнал на приемной катушке импульсного металлоискателя.
Рис. 24. Сигнал на входе импульсного металлоискателя Осциллограмма 1 — сигнал в отсутствии металлических мишеней; осциллограмма 2 — сигнал при нахождении датчика вблизи металлического объекта
Импульсные металлоискатели имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам относится малая чувствительность к минерализованному грунту и соленой воде, к недостаткам — плохая селективность по типу металла и сравнительно большое потребление энергии.
Практическая конструкция
Большинство практических конструкций импульсных металлоискателей [9, 10] строятся либо по двухкатушечной схеме, либо по однокатушечной схеме с дополнительным источником питания.
В первом случае прибор имеет раздельные приемную и излучающую катушки, что усложняет конструкцию датчика. Во втором случае катушка в датчике одна, а для усиления полезного сигнала используется усилитель, который питается от дополнительного источника питания.
Смысл такого построения заключается в следующем — сигнал самоиндукции имеет более высокий потенциал, чем потенциал источника питания, который используется для подачи тока в передающую катушку.
Поэтому для усиления такого сигнала усилитель должен иметь собственный источник питания, потенциал которого должен быть выше напряжения усиливаемого сигнала. Это также усложняет схему прибора.
Предлагаемая однокатушечная конструкция построена по оригинальной схеме, которая лишена приведенных выше недостатков. Основные технические характеристики Напряжение питания 7,5… 14 В Потребляемый ток не более 90 мА
- Глубина обнаружения:
- каска 60 с
- Внимание!
монета диаметром 25 мм 20 см пистолет 40 см
Несмотря на относительную простоту конструкции предлагаемого импульсного металлоискателя, его из-I готовление в домашних условиях может оказаться затруднительным из-за необходимости занесения в микроконтроллер специальной программы. Это можно сделать, только имея соответствующую квалификацию и программно-аппаратные средства для работы с микроконтроллером.
Структурная схема
Структурная схема изображена на рис. 25 Основой устройства является микроконтроллер.
С его помощью осуществляется формирование временных интервалов для управления всеми узлами устройства, а также индикация и общее управление прибором.
С помощью мощного ключа производится импульсное накопление энергии в катушке датчика, а затем прерывание тока, после которого возникает импульс самоиндукции, возбуждающий электромагнитное поле в мишени.
Рис. 25. Структурная схема импульсного металлоискателя
«Изюминкой» предлагаемой схемы является применение дифференциального усилителя во входном каскаде. Он служит для усиления сигнала, напряжение которого выше напряжения питания, и привязке его к определенному потенциалу (+5 В). Для дальнейшего усиления служит приемный усилитель с большим коэффициентом усиления.
Для измерения полезного сигнала служит первый интегратор. Во время прямого интегрирования производится накопление полезного сигнала в виде напряжения, а во время обратного интегрирования производится преобразование результата в длительность импульса.
Второй интегратор имеет большую постоянную интегрирования (240 мс) и служит для балансировки усилительного тракта по постоянному току.
Принципиальная схема
Принципиальная схема импульсного металлоискателя изображена на рис. 26 — дифференциальный усилитель, приемный усилитель, интеграторы и мощный ключ. С1 2200М
Рис. 26. Принципиальная электрическая схема импульсного металлоискателя. Усилительный тракт, мощный ключ, интеграторы
Рис. 27. Принципиальная электрическая схема импульсного металлоискателя. Микроконтроллер
На рис. 27 изображен микроконтроллер и органы управления и индикации. Предложенная конструкция разработана полностью на импортной элементной базе. Использованы самые распространенные компоненты ведущих производителей.
Некоторые элементы можно попытаться заменить на отечественные, об этом будет сказано ниже.
Большинство примененных элементов не являются дефицитными и могут быть приобретены в больших городах России и СНГ через фирмы, торгующие электронными компонентами.
Мощный ключ собран на полевом транзисторе VT1. Так как примененный полевой транзистор типа IRF740 имеет емкость затвора более 1000 пФ, для его быстрого закрытия используется предварительный каскад на транзисторе VT2. Скорость открывания мощного ключа уже не столь критична из-за того, что ток в индуктивной нагрузке нарастает постепенно.
Резисторы R1, R3 предназначены для «гашения» энергии самоиндукции. Их номинал выбран из соображений безопасной работы транзистора VT1, а также обеспечения апериодического характера переходного процесса в контуре, который образован индуктивностью датчика и паразитной межвитковой емкостью.
Защитные диоды VD1, VD2 ограничивают перепады напряжения на входе дифференциального усилителя.
Дифференциальный усилитель собран на ОУ D1.1. Микросхема D1 представляет собой счетверенный операционный усилитель типа TL074.
Его отличительными свойствами являются высокое быстродействие, малое потребление, низкий уровень шумов, высокое входное сопротивление, а также возможность работы при напряжениях на входах, близких к напряжению питания.
Эти свойства и обусловили его применение в дифференциальном усилителе в частности и в схеме в целом. Коэффициент усиления дифференциального усилителя составляет около 7 и определяется номиналами резисторов R3, R6-R9, R11.
Приемный усилитель D1.2 представляет собой не-инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 56. Во время действия высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается до 1 с помощью аналогового ключа D2.1.
Это предотвращает перегрузку входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим для усиления слабого сигнала.
Транзистор VT3, а также транзистор VT4, предназначены для согласования уровней управляющих сигналов, подаваемых с микроконтроллера на аналоговые ключи.
С помощью второго интегратора D1.3 производится автоматическая балансировка входного усилительного тракта по постоянному току. Постоянная интегрирования 240 мс выбрана достаточно большой, чтобы эта обратная связь не влияла на усиление быстро изменяющегося полезного сигнала. С помощью этого интегратора на выходе усилителя D1.2 при отсутствии сигнала поддерживается уровень +5 В.
Измерительный первый интегратор выполнен на D1.4. На время интегрирования полезного сигнала открывается ключ D2.2 и, соответственно, закрывается ключ D2.4. На ключе D2.3 реализован логический инвертор.
После завершения интегрирования сигнала ключ D2.2 закрывается и открывается ключ D2.4. Накопительный конденсатор С6 начинает разряжаться через резистор R21.
Время разряда будет пропорционально напряжению, которое установилось на конденсаторе С6 к концу интегрирования полезного сигнала.
Это время измеряется с помощью микроконтроллера, который осуществляет аналого-цифровое преобразование. Для измерения времени разряда конденсатора С6 используются аналоговый компаратор и таймеры, которые встроены в микроконтроллер D3.
С помощью светодиодов VD3…VD8 производится световая индикация. Кнопка S1 предназначена для начального сброса микроконтроллера. С помощью переключателей S2 и S3 задаются режимы работы устройства. С помощью переменного резистора R29 регулируется чувствительность металлоискателя.
Алгоритм функционирования
Рис. 28. Осциллограммы
Для разъяснения принципа работы описываемого импульсного металлоискателя на рис. 28 приведены осциллограммы сигналов в наиболее важных точках прибора.
На время интервала А открывается ключ VT1. Через катушку датчика начинает протекать пилообразный ток -осциллограмма 2. При достижении тока около 2 А ключ закрывается. На стоке транзистора VT1 возникает выброс напряжения самоиндукции — осциллограмма 1. Величина этого выброса — более 300 В (!) и ограничивается резисторами R1, R3.
Для предотвращения перегрузки усилительного тракта служат ограничительные диоды VD1, VD2. Также Для этой цели на время интервала А (накопление энергии в катушке) и интервала В (выброс самоиндукции) открывается ключ D2.1. Это снижает сквозной коэффициент усиления тракта с 400 до 7.
На осциллограмме 3 показан сигнал на выходе усилительного тракта (вывод 8 D1.2). Начиная с интервала С, ключ D2.1 закрывается и коэффициент усиления тракта становится большим. После завершения защитного интервала С, за время которого усилительный тракт входит в режим, открывается ключ D2.2 и закрывается ключ D2.
4 — начинается интегрирование полезного сигнала — интервал D. По истечении этого интервала ключ D2.2 закрывается, а ключ D2.4 открывается — начинается «обратное» интегрирование. За это время (интервалы Е и F) конденсатор С6 полностью разряжается.
С помощью встроенного аналогового компаратора микроконтроллер отмеряет величину интервала Е, которая оказывается пропорциональной уровню входного полезного сигнала. Для версии 1.0 микропрограммного обеспечения установлены следующие значения интервалов:
А-60…200 мкс, С — 8 мкс,
В- 12 мкс, D — 50 мкс,
A+B+C+D+E+F — 5 мс — период повторения.
Микроконтроллер обрабатывает полученные цифровые данные и индицирует с помощью светодиодов VD3-VD8 и излучателя звука Y1 степень воздействия мишени на датчик. Светодиодная индикация представляет собой аналог стрелочного индикатора — при отсутствии мишени горит светодиод VD8, далее в зависимости от уровня воздействия последовательно загораются VD7, VD6 и т.д.
Типы деталей и конструкция
Вместо операционного усилителя D1 TL074N можно попробовать применить TL084N или по два сдвоенных ОУ типов TL072N, TL082N.
Микросхема D2 — это счетверенный аналоговый ключ типа CD4066, который можно заменить на отечественную микросхему К561КТЗ. Микроконтроллер D4 AT90S2313-10PI прямых аналогов не имеет.
В схеме не предусмотрены цепи для его внутрисхемного программирования, поэтому контроллер желательно устанавливать на панельку, чтобы его можно было перепрограммировать.
Стабилизатор 78L05 можно, в крайнем случае, заменить на КР142ЕН5А.
Транзистор VT1 типа IRF740 можно попробовать заменить на IRF840. Транзисторы VT2-VT4 типа 2N5551 можно заменить на КТ503 с любым буквенным индексом. Однако следует обратить внимание на тот факт, что они имеют разную цо-колевку. Светодиоды могут быть любого типа, VD8 желательно взять другого цвета свечения. Диоды VD1, VD2 типа 1N4148.
Резисторы могут быть любых типов, R1 и R3 должны иметь рассеиваемую мощность 0,5 Вт, остальные могут быть 0,125 или 0,25 Вт. R9 и R11 желательно подобрать, чтобы их сопротивление отличалось не более, чем на 5 %.
Подстроечный резистор R7 желательно использовать многооборотный.
Конденсатор С1 — электролитический, на напряжение 16 В, остальные конденсаторы керамические. Конденсатор С6 желательно взять с хорошим ТКЕ.
Кнопка S1, переключатели S2-S4, переменный резистор R29 могут быть любых типов, которые подходят по габаритам. В качестве источника звука можно использовать пьезоизлучатель или головные телефоны от плеера.
Конструкция корпуса прибора может быть произвольной. Штанга вблизи датчика (до 1 м) и сам датчик не должны иметь металлических деталей и элементов крепления. В качестве исходного материала для изготовления штанги удобно использовать пластиковую телескопическую удочку.
Датчик содержит 27 витков провода диаметром 0,6…0,8 мм, намотанного на оправке 190 мм. Датчик не имеет экрана и его крепление к штанге должно осуществляться без применения массивных шурупов, болтов и т.д.
(!) В остальном технология его изготовления может быть такая же, как для индукционного металлоискателя. Для соединения датчика и электронного блока нельзя использовать экранированный кабель из-за его большой емкости.
Для этих целей надо использовать два изолированных провода, например типа МГШВ, свитых вместе.
Налаживание прибора
Внимание! В приборе имеется высокое, потенциально опасное для жизни напряжение — на коллекторе VT1 и на датчике. Поэтому при настройке и эксплуатации следует соблюдать меры электробезопасности.
Настройку прибора рекомендуется проводить в следующей последовательности:
1. Убедиться в правильности монтажа.
2. Подать питание и убедиться, что потребляемый ток не превышает 100 (мА).
3. С помощью подстроечного резистора R7 добиться такой балансировки усилительного тракта, чтобы осциллограмма на выводе 7 D1.4 соответствовала осциллограмме 4 на рис. 28. При этом необходимо следить за тем, чтобы сигнал в конце интервала D был неизменным, т.е. осциллограмма в этом месте должна быть горизонтальной.
В дальнейшей настройке правильно собранный прибор не нуждается. Необходимо поднести датчик к металлическому объекту и убедиться в работе органов индикации. Описание работы органов управления приводится в описании программного обеспечения.
Программное обеспечение
На момент написания этой главы было разработано и протестировано программное обеспечение версий 1.0 и 1.1. Код «прошивки» версии 1.0 в формате Intel HEX можно найти в Интернете на персональной страничке Юрия Колоко-лова [7].
Коммерческая версия 1.1 программного обеспечения планируется к поставке в виде уже запрограммированных микроконтроллеров в составе наборов, выпускаемых фирмой «Мастер Кит» [3]. Версия 1.0 реализует следующие функции:
- — контроль напряжения питания — при напряжении питания менее 7 В начинает прерывисто загораться светоди-од VD8;
- — фиксированный уровень чувствительности;
- — статический режим поиска.
Версия программного обеспечения 1.1 отличается тем, что позволяет регулировать чувствительность прибора с помощью переменного резистора R29.
Работа над новыми версиями программного обеспечения продолжается, планируется введение дополнительных режимов. Для управления новыми режимами зарезервированы переключатели S1, S2. Новые версии, после их всестороннего тестирования, будут доступны в наборах «Мастер Кит». Информация о новых версиях будет публиковаться в Интернете на персональной страничке Юрия Колоколова [7].
Загрузка...
