Металошукач за принципом електронного частотоміра. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Металошукач за принципом електронного частотоміра. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Металошукачі

Коментарі до статті

Це спільна розробка автора та інженера з м. Донецька (Україна) Юрія Колоколова (адреса його персональної сторінки в Інтернеті - home.skif.net/-yukol/index.htm), зусиллями якого вдалося втілити ідею в закінчений виріб на основі програмованого однокристального мікроконтролера . Їм розроблено конструкцію та програмне забезпечення, а також проведено натурні випробування.

Незважаючи на простоту конструкції пропонованого металошукача за принципом частотоміра, його виготовлення в домашніх умовах може виявитися скрутним через необхідність занесення в мікроконтролер спеціальної програми. Це можна зробити, тільки маючи відповідний досвід та програмно-апаратні засоби для роботи з мікроконтролером.

В даний час московською фірмою "Майстер Кіт" освоєно випуск наборів для радіоаматорів для самостійного складання описуваного металошукача. Набір містить друковану плату та електронні компоненти, включаючи запрограмований контролер. Можливо, для багатьох любителів пошуку скарбів і реліквій, придбання набору NM8041 (нумерація за каталогом фірми "Майстер Кіт") та подальша його нескладна збірка, виявляться зручною альтернативою придбанню дорогого промислового приладу або виготовлення металошукача повністю своїми силами.

Для тих же, хто відчуває впевненість у собі і готовий спробувати виготовити та запрограмувати мікропроцесорний металошукач, на персональній сторінці Юрія Колоколова в Інтернеті розміщено код ознайомчої версії прошивки контролера у форматі Intel Hex та інша корисна інформація. Ця версія прошивки відрізняється від повної версії, яка записана в мікроконтролери набору NM8041, відсутністю динамічного режиму та деяких інших можливостей.

Принцип дії металошукача, що розглядається, заснований на вимірюванні за допомогою електронного частотоміра частоти генератора, в контур якого входить датчик - котушка індуктивності. При цьому корисну інформацію несе не значення частоти, а її збільшення, яке виникає при наближенні датчика до мішені, і знак цього збільшення.

Металошукач має дальність виявлення, приблизно в півтора рази більшу, ніж у прототипу на биття. При цьому він має селективність по металах. Малий споживаний струм і широкий діапазон можливих напруг живлення дозволяє реалізувати широкий вибір варіантів підключення батарей елементів живлення або акумуляторів. Прилад автоматично підлаштовується до початкової частоти вимірювального генератора. При цьому теоретично значення частоти може знаходитися в межах приблизно від 100 Гц до 200 кГц, що дає великі можливості також і для вибору конструкції датчика. За кількістю деталей пропонований металошукач не складніше, ніж металошукач на биття. Цього вдалося досягти завдяки програмній реалізації більшості функцій в однокристальному мікроконтролері.

Основні технічні характеристики

Структурна схема

Структурна схема металошукача, виконаного за принципом електронного частотоміра, показано на рис. 12.

Металошукач за принципом електронного частотоміра
Рис. 12. Структурна схема металошукача за принципом частотоміра

Власне, аналізований металошукач складається тільки з вимірювального генератора та електронного частотоміра. Структурна схема є, швидше, ілюстрацією до алгоритму його роботи.

А сам алгоритм роботи металошукача такий. Спочатку електронний частотомір вимірює частоту вимірювального генератора, коли датчик знаходиться далеко від металевих предметів та феромагнетиків. Це значення заноситься в регістр, що запам'ятовує. Потім, в реальному масштабі часу частотомір вимірює частоту вимірювального генератора. З отриманих значень віднімається значення еталонної частоти і результат подається на пристрій індикації.

Принципова схема

Принципова схема металошукача зображена на рис. 13.

Металошукач за принципом електронного частотоміра
Мал. 13. Принципова електрична схема металошукача за принципом електронного частотоміра

Вимірювальний генератор побудований на інтегральному таймері А1 типу NE555 (вітчизняний аналог – К1006ВІ1). Ця мікросхема використовується в дещо незвичайному включенні - як LC-генератор. Коливальний контур генератора складається з конденсаторів С1*, С2* та котушки індуктивності датчика L. Резонансна частота визначається як для звичайного коливального контуру, при цьому як ємність контуру виступає ємність послідовно включених конденсаторів С1* та С2*. При використанні типового датчика діаметром 180... 190 мм, що містить 100 витків дроту та ємностях конденсаторів С1* = 0,047 мкФ та С2* = 0,01 мкФ, частота генерації становить близько 20 кГц. При необхідності частоту генератора можна змінити, змінивши ємності конденсаторів С1 і С2. При цьому бажано, щоб ці ємності перебували у співвідношенні приблизно (4...6):1.

На мікроконтролер А2 покладено всі інші функції обробки сигналу вимірювального генератора аж до індикації. У цій схемі застосовано мікроконтролер AT90S2313-10PI виробництва фірми ATMEL. Це - 8-розрядний економічний RISC однокристальний мікроконтролер. Він має на частоті 10 МГц продуктивність 10 MIPS. Містить: 2 кілобайти флеш-пам'яті, 128 байт EEPROM, 15 ліній вводу/виводу, 32 робочі регістри, два таймери/лічильники, сторожовий таймер, аналоговий компаратор, універсальний послідовний порт. Для вирішення поставленого завдання вибраний мікроконтролер має досить високі технічні характеристики за порівняно низькою ціною.

Безпосередньо до мікросхем мікроконтролера підключені як органи управління, так і органи індикації. Змінний резистор R6 регулює чутливість приладу. Світлодіоди VD1-VD3 індикують рівень відхилення частоти вимірювального генератора у разі переважання феромагнітного ефекту. Світлодіоди VD5...VD7 - у разі переважання ефекту провідності. Світлодіод VD4 вказує на нульове зсув частоти. Навушник чи пьезоизлучатель Y призначений для звукової індикації відхилення частоти сигналу вимірювального генератора. За допомогою перемикача S1 визначається режим роботи приладу - статичний або динамічний. У статичному режимі сигнал, який є цифровий код різниці частот, логарифмується і відразу подається на індикацію. Кожен рівень світлової індикації супроводжується своїм тоном звукової індикації.

Динамічний режим призначений для пошуку мішеней на тлі перешкод від ґрунту, мінералів і т.д. У динамічному режимі сигнал піддається цифровій фільтрації, яка виділяє корисний сигнал на тлі сигналів, що заважають. У даному приладі застосовано оптимальну узгоджену фільтрацію. Коротко її суть полягає в тому, що для будь-якого сигналу існує оптимальний фільтр, що дозволяє отримати максимальний відгук на своєму виході. Такий цифровий фільтр реалізований для сигналу розладу частоти, який виникає при русі пошукової котушки над дрібними мішенями зі швидкістю 0,5... 1 м/с. Фільтр реалізований програмно у мікроконтролері.

Гніздо Х1 використовується для підключення комп'ютера на етапі завантаження програми в мікроконтролер.

Типи деталей та конструкція

Конструкція містить мінімальну кількість деталей. При цьому до них не висувається особливих вимог.

Мікросхему таймера А1 (NE555) можна замінити КР1006ВІ1. Світлодіоди бажано вибирати з підвищеною яскравістю свічення. Стабілізатор A3 (LP2950) можна застосувати типу 1184ЕН1 або, що дещо гірше - 78L05. В останньому випадку мінімально допустима напруга батареї становитиме 6,7 Ст.

Мікроконтролер А2 впаюється безпосередньо в друковану плату (оскільки занесення програми здійснюється через роз'єм, то немає необхідності виймати його з плати навіть при її зміні), але при бажанні мікроконтролер можна встановити і в панельку. Мікросхему AT90S2313-10PI можна замінити на AT90S2313-10PC, однак, у цьому випадку фірма-виробник не гарантує роботу при температурі менше 0 ° С (що цілком можливо в польових умовах).

Резистори можуть бути застосовані найрізноманітніших типів, на потужність, що розсіюється 0,063...0,25 Вт. Конденсатори С1 і С2 - бажано використовувати термостабільні, особливо С2 *. Електролітичний конденсатор С4 – будь-якого типу. Інші конденсатори - керамічні, типу К10-17. Кварцовий резонатор типів РГ-05, РК169 або інший компактний. Датчик – екранована котушка. Конструкцію можна взяти з цієї книги.

Програмне забезпечення

Більшість функцій приладу покладено на програму, яку виконує мікроконтролер і записана (запрограмована) в його енергонезалежну пам'ять. На момент написання цього матеріалу було реалізовано наступний алгоритм роботи приладу.

1. Після старту програми, після натискання кнопки SO, мікроконтролер грубо вимірює частоту вимірювального генератора протягом фіксованого інтервалу часу (близько кількох десятків мілісекунд).

2. Потім один внутрішній таймер мікроконтролера налаштовується так, щоб в результаті розподілу вхідної частоти виходив виміряний інтервал Ті, трохи менший, ніж зазначений вище фіксований інтервал.

3. Далі проводиться контрольний вимір виміряного інтервалу Ті за допомогою другого таймера, на який подаються лічильні імпульси з тактовою частотою кілька мегагерц.

4. Виміряне значення часового інтервалу Ти запам'ятовується і надалі використовується як еталонне Те.

5. У циклі повторюється вимір інтервалу Ті.

6. Проводиться порівняння інтервалів Ті та Те шляхом віднімання одного з іншого.

7. Отриманий результат обробляється для зручного його сприйняття за допомогою світлової та звукової індикації.

Програмне забезпечення даного приладу створювалося і налагоджувалося понад два роки і продовжує постійно вдосконалюватися, як і друкована плата. Можливо, на момент читання вами цього тексту пропонована конструкція та програмне забезпечення вже зазнали суттєвих змін. За останньою інформацією рекомендуємо звернутися на персональну сторінку Юрія Колоколова в Інтернеті, home.skif.net/-yukol/index.htm, де міститься інформація про нові функціональні можливості.

Робота з приладом

При замиканні перемикача S1 пристрій перетворюється на статичний режим. У цьому режимі при наближенні котушки до феромагнітної мішені починають послідовно спалахувати світлодіоди VD3, VD2, VD1. Якщо котушку наближатимуть до неферомагнітного металевого об'єкта, то загорятимуться світлодіоди VD5, VD6, VD7.

На жаль, так само прилад реагує на залізні предмети з великою площею поверхні (наприклад, консервна банка). Це з тим, що з впливу пошукову котушку в металевих феромагнітних об'єктах виникає відразу два ефекту - ефект провідності і феромагнітний ефект. При деякому співвідношенні площі поверхні об'єкта до обсягу починає переважати ефект провідності.

У динамічний режим пристрій переходить при розмиканні перемикача S1. У цьому режимі металошукач має максимально можливу чутливість, але реагує на предмети тільки при русі датчика - котушка повинна переміщатися над ґрунтом зі швидкістю приблизно 0,5...1 м/с. Місцезнаходження об'єкта в динамічному режимі знаходиться методом "артилерійської вилки" під час проведення котушки над об'єктом двічі - зліва направо та праворуч наліво. У цьому режимі важливо відчути найменшу швидкість, з якою можна рухати котушку. Це легко освоюється при недовгому тренуванні. Індикація в динамічному режимі виглядає трохи інакше. При пересуванні котушки над феромагнітним об'єктом спочатку спалахують світлодіоди зі "шкали" VD5, VD6, VD7, а потім зі "шкали" VD3, VD2, VD1. При пересуванні котушки над неферомагнітним об'єктом індикація працює навпаки.

Як було зазначено вище, кожному світлодіоду відповідає свій тон звуковий індикації. Після нетривалої роботи з металошукачем запам'ятовуються "наспіви", характерні для різних типів мішеней. Це дозволяє при пошуках користуватися переважно звуковою індикацією, що досить зручно.

Перед початком роботи в обох режимах необхідно встановити оптимальну чутливість приладу за допомогою змінного резистора R6. Він виставляється у таке становище, коли прилад починає індикувати помилкові відгуки. Потім повільно обертаючи ротор цього резистора, необхідно досягти зникнення хибних спрацьовувань.

Автор: Щедрін А.І.

Дивіться інші статті розділу Металошукачі.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Водоблок EK-Vector RX 5700+XT 14.07.2019

Компанія EK Water Blocks оголосила про випуск водоблоку EK-Vector Radeon RX 5700+XT, сумісного з референсними 3D-картами AMD Radeon RX 5700 та 5700 XT. За словами EK Water Blocks, рідинне охолодження дозволяє розганяти ці карти, підвищуючи їхню продуктивність для вимогливих ігор або інших завдань, що сильно навантажують графічний процесор.

Водоблок охолоджує графічний процесор, 8 ГБ пам'яті GDDR6 та регулятори напруги, покриваючи всю поверхню плати. Його основа виготовлена з міді та нікельована. Верх, залежно від різновиду, виготовлений з прозорого акрилового матеріалу або чорного матеріалу POM Acetal. Обидва різновиди прикрашені підсвічуванням RGB, але в першому випадку вона підсвічує всю кришку, а в другому – лише декоративний елемент на торці. Крім того, підсвічена ділянка з портами для підключення до інших компонентів СЖО.

Підсвічування сумісне з популярними технологіями синхронізації RGB і розраховане на підключення до чотириконтактного гнізда. У комплект поставки включено монтажну планку одинарної ширини. Окремо можна придбати панель, що встановлюється на тильній стороні друкованої плати для додаткового охолодження та надання карти більш естетичного вигляду.

Водоблоки та задні панелі вже доступні для попереднього замовлення. Відвантаження замовлень розпочнеться 26 липня. Водоблок EK-Vector Radeon RX 5700+XT RGB - Nickel+Plexi коштує приблизно 130 євро, EK-Vector Radeon RX 5700+XT RGB - Nickel+Acetal - 125 євро. Панель EK-Vector Radeon RX 5700+XT Backplate – Black оцінена приблизно у 27 євро, EK-Vector Radeon RX 5700+XT Backplate – Nickel – у 34 євро.

Інші цікаві новини:

▪ ІС бездротового живлення корисною потужністю 12 Вт

▪ Найчорніше тіло у Сонячній системі

▪ Знайдено гриби, що виділяють золото

▪ Мікроскопічний робот на рідкому паливі

▪ Побутова техніка керується через Інтернет

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Найважливіші наукові відкриття. Добірка статей

▪ стаття Ніл Деграсс Тайсон. Знамениті афоризми

▪ статья Яку сільськогосподарську роботу виконували південноафриканські павіани? Детальна відповідь

▪ стаття Робота на універсальному палітурно-обтискному та зошитно-пакувальному пресі. Типова інструкція з охорони праці