|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Простий імпульсний металошукач на мікросхемах. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Металошукачі Останнім часом порівняно широкого поширення набули імпульсні металошукачі типу PI (Puls Induction), у яких з метою оцінки наявності металевих предметів у зоні пошуку використовується явище виникнення вихрових поверхневих струмів у металевому предметі під впливом зовнішнього електромагнітного поля. У металодетекторах типу PI імпульсний сигнал подається на котушку, що передає, в якій ініціюється змінне електромагнітне поле. При появі у зоні дії цього поля металевого предмета з його поверхні періодично, під впливом імпульсного сигналу, виникають вихрові струми. Ці струми є джерелом вторинного сигналу, який приймається приймальною котушкою. Завдяки явищу самоіндукції форма вторинного сигналу відрізнятиметься від форми випромінюваного передавальної котушкою імпульсу. При цьому відмінності в параметрах вторинного імпульсного сигналу використовуються для аналізу з подальшим формуванням даних для блоку індикації. У всіх відомих автору імпульсних металодетекторах оцінюється зміна форми заднього фронту вторинного імпульсу. У цьому пристрої використовується мікропроцесор з відповідним програмним забезпеченням. На жаль, до моменту видання цієї книги опублікувати на 100% працездатну версію його прошивки не вдалося. Тому зацікавлені та підготовлені читачі мають можливість перевірити свої сили у створенні прошивки для мікроконтролера. Автор жодної секунди не сумнівається в тому, що російські умільці з честю впораються із цим завданням. Проте, на думку автора, конструкція пропонованого металошукача досить складна для повторення радіоаматорами-початківцями. Також слід згадати і про складнощі, що виникають при регулюванні цього пристрою. Необхідно особливо звернути увагу на те, що помилки при монтажі та некоректне налаштування приладу можуть призвести до виходу з ладу дорогих елементів. Принципова схема Принципову схему пропонованого простого імпульсного металошукача умовно можна розділити на дві частини, а саме: блок передавача і блок приймача. На жаль, обмежений об'єм цієї книги не дозволяє докладно зупинитися на всіх особливостях схемотехнічних рішень, які були використані при створенні даного приладу. Тому далі будуть розглянуті основи функціонування лише найважливіших вузлів та каскадів. До складу блоку передавача (рис. 3.14) входять модуль формування імпульсів та синхронізації, сам передавач, а також перетворювач напруги.
Головною складовою всієї конструкції є модуль формування імпульсів та синхронізації, виконаний на мікропроцесорі IC1 типу АТ89С2051 фірми ATMEL і забезпечує формування імпульсів для передавача, а також сигналів, що керують роботою всіх інших блоків. Робоча частота мікроконтролера IC1 стабілізована кварцовим резонатором (3,5 МГц). При зазначеному значенні робочої частоти мікропроцесор формує періодичну послідовність керуючих імпульсів для різних каскадів металодетектора. Ця послідовність складається з 250 тактів тривалістю 9 мкс кожен. Спочатку на виведенні IC1/14 мікропроцесора формується імпульс для транзистора Т6, після закінчення якого на виведенні IC1/15 формується аналогічний імпульс для транзистора Т7. Потім цей процес повторюється ще раз. В результаті відбувається запуск перетворювача напруги. Далі, послідовно на висновках IC1/8, IC1/7, IC1/6, IC1/16, IC1/17, IC1/19 та IC1/18 формуються імпульси запуску передавача. При цьому зазначені імпульси мають однакову тривалість, але кожен наступний імпульс затримано щодо попереднього на кілька тактів. Початок першого імпульсу, сформованого на виведенні IC1/8, збігається із закінченням другого імпульсу на виведенні IC1/15. За допомогою перемикача Р1 можна вибрати час затримки імпульсу запуску передавача по відношенню до стартового імпульсу. Через кілька тактів після закінчення імпульсу на виведенні IC1/18 короткий стробуючій імпульс для одного з каналів аналізатора формується на виведенні IC1/3. Потім аналогічний імпульс, призначений другого каналу аналізатора, формується на виведенні IC1/9. Після цього на виведенні IC1/11 формується сигнал для транзистора Т10 схеми акустичної сигналізації блоку приймача. Потім, після невеликої паузи, послідовність імпульсів керуючих на відповідних виходах мікроконтролера формується знову. Напруга живлення +5 В, попередньо стабілізована мікросхемою IC2, подається на висновок IC1/20 мікроконтролера. Перетворювач напруги, виконаний на транзисторах Т6-Т8 і стабілізаторі IC3, забезпечує формування двополярної напруги живлення 12 В, необхідного для живлення каскадів приймальної частини. Управляючі сигнали для транзисторів Т7 та Т8 формуються на відповідних висновках мікроконтролера IC1. При цьому транзистор Т8 цей сигнал подається через перетворювач рівня, зібраний на транзисторі Т6. Далі сформована напруга живлення стабілізується мікросхемою IC3, з виходу якої напруга +12 В надходить на каскади приймальної частини. Вихідні каскади передавача виконані на потужних транзисторах Т1, Т2 і Т3, що працюють на загальне навантаження, якою виступає котушка L1, шунтована ланцюжком резисторів R1-R6. Роботою транзисторів вихідного каскаду керує транзистор Т4. Керуючий сигнал базу транзистора Т4 подається з відповідного виходу процесора IC1 через транзистор Т5. Імпульс, що формується мікропроцесором IC1 відповідно до закладеної в його пам'яті програми, через перемикач подається на вхід транзистора Т5 і далі, через транзистор Т4, на вихідні каскади передавача, виконані на транзисторах Т1-Т3, а потім - на котушку L1. При появі в зоні дії котушки L1 металевого предмета на поверхні під впливом зовнішнього електромагнітного поля, ініційованого імпульсом передавача, збуджуються вихрові поверхневі струми. Час існування цих струмів залежить від тривалості імпульсу, що випромінюється котушкою L1. У свою чергу, поверхневі струми є джерелом вторинного імпульсного сигналу, який з відповідною затримкою приймається котушкою L1, посилюється і подається на схему аналізу. Необхідно відзначити, що завдяки явищу самоіндукції тривалість вторинного сигналу буде більшою, ніж тривалість випромінюваного передавальної котушкою імпульсу. При цьому форма вторинного імпульсу залежить від властивостей металу, з якого виготовлений предмет. Обробка інформації про відмінності параметрів імпульсів, випромінюваних та прийнятих котушкою L1 забезпечує формування даних для блоку індикації про наявність металевого предмета. У аналізованому металошукачі для аналізу використовуються параметри заднього фронту вторинного імпульсного сигналу. До складу блоку приймача (рис. 3.15) входять двокаскадний підсилювач вхідного сигналу, аналізатор та схема звукової індикації.
Сигнал від металевого предмета приймається котушкою L1 і через схему захисту, виконану на діодах D1 і D2, подається на двокаскадний вхідний підсилювач з ємнісним зворотним зв'язком, виконаний на операційних підсилювачах IC4 і IC5. З виходу мікросхеми IC5 (висновок IC5/6) посилений імпульсний сигнал подається на схему аналізатора, виконану мікросхемах IC6-IC8. Підсилювачі IC6 і IC7 в процесі роботи приладу постійно вимкнені, і напруга живлення подається на них лише при вступі на відповідні входи (висновки IC6/8 та IC7/8) стробуючих імпульсів, тривалість кожного з яких становить 9 мкс (один такт). При цьому на підсилювач IC6 подається стробуючого імпульсу, затриманий по відношенню до закінчення обраного імпульсу запуску передавача на 30-100 мкс, а на підсилювач IC7 - затриманий по відношенню до закінчення першого стробуючого імпульсу на 200 мкс. Необхідність такої затримки пояснюється тим, що форма прийнятого сигналу залежить від впливу сторонніх факторів, тому корисний сигнал можна спостерігати лише в проміжку приблизно 400 мкс після закінчення імпульсу. В даному випадку корисним сигналом є зростання позитивної напруги при наближенні котушки L1 до металевого предмета внаслідок збільшення тривалості заднього фронту вторинного імпульсу в порівнянні з випромінюваним імпульсом. Після закінчення подачі напруги живлення на виходах кожного підсилювача (мікросхеми IC6 і IC7) протягом кількох секунд зберігається рівень прийнятого сигналу, зафіксований під час впливу імпульсів, що стробують. Таким чином на один із входів відповідного підсилювача (висновки IC6/3 і IC7/3) подається прийнятий імпульсний сигнал, а на другий вхід цього ж підсилювача (висновки IC6/8 та IC7/8) через конденсатори С34 і С35 надходить відповідний стробуючій імпульс від модуля формування імпульсів та синхронізації (висновки IC1/3 та IC1/9). Сигнали, сформовані на виходах мікросхем IC6 та IC7 (висновки IC6/5 та IC7/5), далі подаються на відповідні входи диференціального підсилювача, виконаного на мікросхемі IC8. При цьому сигнал з виходу підсилювача IC6 проходить через змінний резистор R45 за допомогою якого регулюється чутливість приладу. За наявності в зоні дії металодетектора металевого предмета рівні сигналів на відповідних входах диференціального підсилювача (висновки IC8/2 та IC8/3) будуть однаковими. В результаті вихідний сигнал цього підсилювача (висновок IC8/6) буде низьким. Падіння напруги на виході підсилювача IC8 призводить до відкриття транзистора Т9 та підключення до загального дроту головних телефонів BF1. При надходженні з відповідного виходу мікроконтролера (висновок IC1/11) на транзистор Т10 сигналу керування в телефонах буде прослуховуватися сигнал звукової частоти. Резистор R44 обмежує струм через головні телефони BF1. Його підбір можна регулювати гучність акустичного сигналу. Живлення даного металодетектора здійснюється від джерела напругою В1 12 В. Деталі та конструкція Всі деталі приладу, що розглядається (за винятком пошукової котушки L1, резистора R45, перемикача Р1, а також вимикача S1) розташовані на друкованій платі розмірами 105х65 мм (рис. 3.16), виготовленої з двостороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.
До деталей, що використовуються в цьому пристрої, не висуваються особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори та резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі (рис. 3.17).
Мікросхему типу LF357 (IC4) можна замінити на LM318 або NE5534, проте внаслідок такої заміни можуть виникнути проблеми з налагодженням. Як підсилювач IC5 крім зазначеної на схемі мікросхеми типу LF356 можна використовувати мікросхему CA3140. Мікросхеми типу LF398 (IC6, IC7) без проблем замінюються MAC198. Замість підсилювача CA3140 (IC8) можна застосувати мікросхему TL071. Як транзистори Т1-Т3, крім зазначених на принциповій схемі, можна використовувати транзистори типу BU2508, BU2515 або ST2408. Робоча частота кварцового резонатора має становити 3,5 МГц. Однак можна використовувати будь-який інший кварцовий елемент із частотою резонансу від 2 до 6 МГц. Для встановлення мікропроцесора IC1 слід використовувати спеціальну панельку. При цьому мікроконтролер встановлюється на плату після закінчення всіх монтажних робіт. Ця умова необхідно дотримуватися і при проведенні регулювальних робіт, пов'язаних з виконанням паяння при підборі величин окремих елементів. Особливу увагу слід приділити виготовленню котушки L1, індуктивність якої має становити 500 мкГ. Котушка L1 виконана у вигляді кільця діаметром 250 мм і містить 30 витків дроту діаметром не більше 0,5 мм. При використанні дроту більшого діаметра струм у котушці зросте, проте ще швидше зростатимуть значення паразитних вихрових струмів, що призведе до погіршення чутливості приладу. Для виготовлення котушки не рекомендується використовувати лакований провід, оскільки різниця потенціалів між сусідніми витками при випромінюванні імпульсу досягає 20 В. Якщо в процесі намотування витків котушки поруч виявляться провідники, наприклад, першого і п'ятого витків, пробій ізоляції практично забезпечений. Це може призвести до виходу з експлуатації транзисторів передавача та інших елементів. Тому провід, що використовується при виготовленні котушки L1, повинен бути хоча б поліхлорвінілової ізоляції. Готову котушку також рекомендується добре ізолювати. Для цього можна скористатися епоксидною смолою чи різними пінними наповнювачами. Котушку L1 слід підключати до плати за допомогою двожильного добре ізольованого дроту, діаметр кожної жили якого повинен бути не меншим за діаметр дроту, з якого виготовлена сама котушка. Не рекомендується використовувати коаксіальний кабель через його значну власну ємність. Джерелом звукових сигналів можуть бути або головні телефони з опором від 8 до 32 Ом, або малогабаритний гучномовець з аналогічним опором котушки. Як джерело живлення В1 рекомендується використовувати акумуляторну батарею ємністю близько 2 А/год, оскільки величина струму, споживаного цим металошукачем, - не менше 200 мА. Друкована плата з розташованими на ній елементами та джерело живлення розміщуються в будь-якому відповідному корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний резистор R45, перемикач P1, роз'єм для підключення головних телефонів BF1 і котушки L1, а також вимикач S1. Налагодження Даний прилад слід налаштовувати в умовах, коли будь-які металеві предмети віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м. Особливість налаштування та регулювання металошукача полягає в тому, що його окремі блоки і каскади підключаються поступово. При цьому кожна операція підключення (паяння) виконується при вимкненому джерелі живлення. У першу чергу потрібно перевірити наявність і величину напруги живлення на відповідних контактах панельки мікросхеми IC1 без мікроконтролера. Якщо напруга живлення в нормі, далі слід встановити на плату мікропроцесор і за допомогою частотоміра або осцилографа перевірити сигнал на висновках IC1/4 і IC1/5. Частота пілот-сигналу на зазначених висновках повинна відповідати робочій частоті кварцового резонатора, що використовується. Після підключення транзисторів перетворювача напруги (без навантаження) струм, що споживається, повинен зрости на 50 мА. Напруга на конденсаторі С10 без навантаження повинна становити близько 20 В. Потім слід підключити каскади передавача. Режими роботи транзисторів Т1-Т4 повинні бути однаковими та встановлюються підбором величин резисторів R13-R16. Опір котушки L1, зашунтованої резисторами R1-R3, має становити приблизно 500 Ом. При цьому висновки котушки і резисторів повинні бути добре пропаяні, оскільки порушення контакту в цьому ланцюзі спричиняє вихід з ладу вихідних транзисторів передавача. Для перевірки працездатності каскадів передавача можна притримати котушку L1 біля вуха та включити живлення металошукача. Приблизно через півсекунди (після обнулення мікроконтролера) можна буде почути сигнал низького тону, виникнення якого обумовлено мікровібрацією окремих витків котушки. При цьому на колекторах транзисторів Т1-Т3 буде сформовано немодульований гострий імпульс тривалістю близько 10-20 мкс, форму якого можна проконтролювати за допомогою осцилографа. Збільшення опору резисторів R1-R3 призводить до зростання амплітуди вихідного імпульсу із зменшенням його тривалості. Для підбору величини опору шунта котушки L1 не рекомендується використовувати змінний резистор, оскільки навіть короткочасне порушення контакту двигуна з доріжкою струмопровідної може призвести до виходу з ладу вихідних транзисторів передавача. Тому бажано поступово змінювати величину шунта з кроком 50 Ом. Перед заміною деталей напругу живлення приладу необхідно обов'язково вимикати. Далі можна приступати до налагодження приймальної частини. Якщо всі деталі справні, а монтаж виконаний безпомилково, після включення металодетектора (приблизно через 20 мкс після закінчення стартового імпульсу) на виході мікросхеми IC4 (висновок IC4/6) за допомогою осцилографа можна буде спостерігати експоненційно зростаючий сигнал, що переходить в сигнал постійного рівня. Спотворення фронту цього сигналу усуваються підбором резисторів R1-R3, що шунтують котушку L1. Після цього слід проконтролювати форму та амплітуду сигналу на виході мікросхеми IC5 (висновок IC5/6). Максимальна амплітуда цього сигналу встановлюється підбором резистора величини R36. На виході мікросхеми IC6 (висновок IC6/5) повинен формуватися постійний сигнал, що залежить від імпульсу, обраного за допомогою перемикача P1, а також від наявності в зоні дії котушки L1 металевих предметів. В ідеальному варіанті цей сигнал повинен бути близьким до нуля за всіх положень перемикача P1. На закінчення залишається правильно встановити положення зразкового вимірювального імпульсу по відношенню до стартового імпульсу. Для цього достатньо підбором кварцового резонатора Q1 вибрати відповідну робочу частоту. Порядок роботи Перед практичним використанням даного металошукача слід перемикачем P1 встановити мінімальну затримку імпульсу, а резистором R45 – максимальну чутливість. Якщо у процесі роботи у зоні дії пошукової котушки L1 виявиться металевий предмет, то головних телефонах з'явиться акустичний сигнал. Необхідно відзначити, що перехід у режим роботи з більшою затримкою імпульсу забезпечить виключення впливу не тільки магнітних властивостей ґрунту, але й позбавить реакції приладу на різні сторонні предмети (іржаві цвяхи, фольга від сигаретних пачок тощо) і подальших марних пошуків. Автор: Адаменко М.В.
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Вирощування стовбурових клітин на МКС ▪ 20-дюймові дисплеї AMOLED від Ignis ▪ Космічний апарат NASA зміг витримати вибух на Сонці ▪ Вегетаріанці здоровіші за м'ясоїдів
▪ розділ сайту Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки. Добірка статей ▪ стаття Недоросль. Крилатий вислів ▪ стаття Які бувають ягоди? Детальна відповідь ▪ стаття Самшит. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Вимірювач рівня води. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Монета проходить крізь хустку. Секрет фокусу
Коментарі до статті: Vad Мова не повертається назвати цей девайс простим. Тоді Клон, Трекер ... найпростіші що? Найпростіший – з геном на NE555 та однією К157УД2 при 20 см на п'ятак.
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page