Wykrywacz metali działający na zasadzie elektronicznego miernika częstotliwości. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / wykrywacz metalu

Komentarze do artykułu

Jest to wspólne dzieło autora i inżyniera z Doniecka (Ukraina) Jurija Kołokołowa (adres jego osobistej strony w Internecie to home.skif.net/-yukol/index.htm), dzięki któremu udało się przetłumaczyć pomysł w gotowy produkt oparty na programowalnym mikrokontrolerze jednoukładowym. Opracował projekt i oprogramowanie, a także przeprowadził pełnowymiarowe testy.

Pomimo prostoty konstrukcji proponowanego wykrywacza metalu opartego na zasadzie miernika częstotliwości, jego wykonanie w domu może być trudne ze względu na konieczność wprowadzenia specjalnego programu do mikrokontrolera. Można to zrobić tylko wtedy, gdy masz odpowiednie doświadczenie oraz sprzęt i oprogramowanie do pracy z mikrokontrolerem.

Obecnie moskiewska firma „Master Kit” opanowała produkcję zestawów dla radioamatorów do samodzielnego montażu opisywanego wykrywacza metalu. Zestaw zawiera płytkę drukowaną oraz elementy elektroniczne, w tym wstępnie zaprogramowany sterownik. Być może dla wielu miłośników poszukiwania skarbów i zabytków zakup zestawu NM8041 (ponumerowany zgodnie z katalogiem firmy Master Kit) i jego późniejszy prosty montaż okaże się wygodną alternatywą dla zakupu drogiego urządzenia przemysłowego lub samodzielnego montażu wykrywacz metalu całkowicie samodzielnie.

Dla tych, którzy czują się pewnie i są gotowi spróbować zbudować i zaprogramować mikroprocesorowy wykrywacz metali, osobista strona Jurija Kołokołowa w Internecie zawiera kod wersji ewaluacyjnej oprogramowania sprzętowego kontrolera w formacie Intel Hex i inne przydatne informacje. Ta wersja oprogramowania różni się od pełnej wersji, która jest zarejestrowana w mikrokontrolerach NM8041, brakiem trybu dynamicznego i niektórych innych funkcji.

Zasada działania omawianego wykrywacza metali opiera się na pomiarze częstotliwości generatora za pomocą elektronicznego miernika częstotliwości, w którego obwodzie znajduje się czujnik - cewka indukcyjna. W tym przypadku użyteczną informację niesie nie sama wartość częstotliwości, ale jej przyrost, który pojawia się, gdy czujnik zbliża się do celu, oraz znak tego przyrostu.

Wykrywacz metalu ma zasięg wykrywania około półtora raza większy niż prototyp bijący. Jednocześnie ma selektywność w stosunku do metali. Niski pobór prądu oraz szeroki zakres możliwych napięć zasilania pozwala na szerokie możliwości podłączenia akumulatorów lub akumulatorów. Urządzenie automatycznie dostosowuje się do częstotliwości początkowej generatora pomiarowego. W tym przypadku teoretycznie wartość częstotliwości może mieścić się w przedziale od około 100 Hz do 200 kHz, co również daje duże możliwości wyboru konstrukcji czujnika. Pod względem liczby części proponowany wykrywacz metalu nie jest bardziej skomplikowany niż bijący wykrywacz metalu. Osiągnięto to dzięki programowej implementacji większości funkcji w jednoukładowym mikrokontrolerze.

Główne cechy techniczne

Schemat strukturalny

Schemat blokowy wykrywacza metalu, wykonanego na zasadzie elektronicznego miernika częstotliwości, pokazano na ryc. 12.

Ryż. 12. Schemat strukturalny detektora metalu opartego na zasadzie miernika częstotliwości

W rzeczywistości omawiany wykrywacz metalu składa się jedynie z generatora pomiarowego i elektronicznego miernika częstotliwości. Schemat strukturalny jest raczej ilustracją algorytmu jego działania.

Algorytm samego wykrywacza metalu jest następujący. Po pierwsze, elektroniczny miernik częstotliwości mierzy częstotliwość oscylatora pomiarowego, gdy czujnik znajduje się z dala od metalowych przedmiotów i ferromagnesów. Wartość ta jest przechowywana w rejestrze pamięci. Następnie w czasie rzeczywistym miernik częstotliwości mierzy częstotliwość oscylatora pomiarowego. Od uzyskanych wartości odejmuje się wartość częstotliwości odniesienia, a wynik przesyła się do urządzenia wskazującego.

Schemat obwodu

Schemat ideowy wykrywacza metalu przedstawiono na ryc. 13.

Ryż. 13. Schemat ideowy wykrywacza metalu opartego na zasadzie elektronicznego miernika częstotliwości

Generator pomiarowy zbudowany jest na zintegrowanym timerze A1 typu NE555 (analog krajowy - K1006VI1). Układ ten zastosowano w dość nietypowy sposób – jako oscylator LC. Obwód oscylacyjny generatora składa się z kondensatorów C1*, C2* i cewki czujnika L. Częstotliwość rezonansową wyznacza się jak dla konwencjonalnego obwodu oscylacyjnego, natomiast pojemność obwodu jest pojemnością połączonych szeregowo kondensatorów C1* i C2 *. Przy zastosowaniu typowego czujnika o średnicy 180...190 mm, zawierającego 100 zwojów drutu i kondensatorów C1* = 0,047 μF i C2* = 0,01 μF, częstotliwość generowania wynosi około 20 kHz. W razie potrzeby częstotliwość generatora można zmienić zmieniając pojemność kondensatorów C1* i C2*. W tym przypadku pożądane jest, aby stosunek tych pojemników wynosił w przybliżeniu (4...6):1.

Mikrokontroler A2 odpowiada za wszystkie pozostałe funkcje przetwarzania sygnału generatora pomiarowego aż do wyświetlacza. Układ ten wykorzystuje mikrokontroler AT90S2313-10PI firmy ATMEL. Jest to 8-bitowy, ekonomiczny jednoukładowy mikrokontroler RISC. Charakteryzuje się wydajnością 10 MIPS przy 10 MHz. Zawiera: 2 kilobajty pamięci flash, 128 bajtów pamięci EEPROM, 15 linii we/wy, 32 rejestry robocze, dwa timery/liczniki, timer watchdog, komparator analogowy, uniwersalny port szeregowy. Aby rozwiązać problem, wybrany mikrokontroler ma wystarczająco wysokie parametry techniczne przy stosunkowo niskiej cenie.

Zarówno elementy sterujące, jak i wyświetlające są podłączone bezpośrednio do chipa mikrokontrolera. Rezystor zmienny R6 reguluje czułość urządzenia. Diody LED VD1-VD3 wskazują poziom odchylenia częstotliwości generatora pomiarowego w przypadku przewagi efektu ferromagnetycznego. Diody LED VD5...VD7 - w przypadku przewagi efektu przewodności. Dioda LED VD4 wskazuje zerowe przesunięcie częstotliwości. Słuchawka lub emiter piezoelektryczny Y przeznaczony jest do dźwiękowej sygnalizacji odchylenia częstotliwości sygnału generatora pomiarowego. Za pomocą przełącznika S1 ustawia się tryb pracy urządzenia - statyczny lub dynamiczny. W trybie statycznym sygnał będący cyfrowym kodem różnicy częstotliwości jest logarytmowany i natychmiast przesyłany na wyświetlacz. Każdemu poziomowi sygnalizacji świetlnej towarzyszy własny ton sygnalizacji dźwiękowej.

Tryb dynamiczny przeznaczony jest do wyszukiwania celów na tle zakłóceń pochodzących z gruntu, minerałów itp. W trybie dynamicznym sygnał poddawany jest filtracji cyfrowej, która odróżnia sygnał użyteczny od tła sygnałów zakłócających. W tym urządzeniu zastosowano optymalnie dopasowaną filtrację. Krótko mówiąc, jego istotą jest to, że dla każdego sygnału istnieje optymalny filtr, który pozwala uzyskać maksymalną odpowiedź na jego wyjściu. Taki filtr cyfrowy zaimplementowano dla sygnału odstrajania częstotliwości, który pojawia się, gdy cewka szukacza przemieszcza się nad małymi celami z prędkością 0,5...1 m/s. Filtr zaimplementowany jest programowo w mikrokontrolerze.

Złącze X1 służy do podłączenia komputera na etapie ładowania programu do mikrokontrolera.

Rodzaje i konstrukcja części

Projekt zawiera minimalną liczbę części. Jednocześnie nie stawia się im żadnych specjalnych wymagań.

Układ timera A1 (NE555) można zastąpić KR1006VI1. Wskazane jest wybieranie diod LED o zwiększonej jasności. Stabilizator A3 (LP2950) można zastosować podobnie jak 1184EN1 lub, co jest nieco gorsze, 78L05. W tym drugim przypadku minimalne dopuszczalne napięcie akumulatora wyniesie 6,7 V.

Mikrokontroler A2 wlutowuje się bezpośrednio w płytkę drukowaną (ponieważ program wprowadza się przez złącze, nie ma potrzeby wyjmowania go z płytki nawet w przypadku jego zmiany), ale w razie potrzeby mikrokontroler można również zamontować w gniazdo elektryczne. Układ AT90S2313-10PI można zastąpić układem AT90S2313-10PC, jednak w tym przypadku producent nie gwarantuje pracy w temperaturach poniżej 0°C (co równie dobrze może mieć miejsce w warunkach terenowych).

Rezystory mogą być stosowane w szerokiej gamie typów, a straty mocy wynoszą 0,063...0,25 W. Kondensatory C1* i C2* - zaleca się stosowanie kondensatorów termostabilnych, zwłaszcza C2*. Kondensator elektrolityczny C4 - dowolny typ. Pozostałe kondensatory są ceramiczne typu K10-17. Rezonator kwarcowy typu RG-05, RK169 lub inny małogabarytowy. Czujnik to cewka ekranowana. Projekt można zaczerpnąć z tej książki.

Oprogramowanie

Większość funkcji urządzenia przypisana jest do programu realizowanego przez mikrokontroler i zapisanego (programowanego) w jego pamięci nieulotnej. W chwili pisania tego materiału zaimplementowano następujący algorytm działania urządzenia.

1. Po uruchomieniu programu, po naciśnięciu przycisku SO, mikrokontroler w przybliżeniu mierzy częstotliwość generatora pomiarowego przez ustalony odstęp czasu (około kilkudziesięciu milisekund).

2. Następnie reguluje się jeden wewnętrzny zegar mikrokontrolera w taki sposób, że podzielenie częstotliwości wejściowej daje zmierzony przedział Ti nieco mniejszy niż ustalony przedział określony powyżej.

3. Następnie przeprowadza się kontrolny pomiar mierzonego przedziału Ti za pomocą drugiego timera, do którego podawane są impulsy zliczające o częstotliwości taktowania kilku megaherców.

4. Zmierzona wartość przedziału czasu Ti jest zapamiętywana i następnie wykorzystywana jako odniesienie Te.

5. Pomiar odstępu Ti jest powtarzany w cyklu.

6. Przedziały Ti i Te porównuje się, odejmując jeden od drugiego.

7. Uzyskany wynik przetwarza się w celu ułatwienia jego odbioru za pomocą sygnalizacji świetlnej i dźwiękowej.

Oprogramowanie dla tego urządzenia jest tworzone i debugowane od ponad dwóch lat i jest stale udoskonalane, podobnie jak płytka drukowana. Możliwe, że w momencie czytania tego tekstu proponowany projekt i oprogramowanie uległy już znaczącym zmianom. W celu uzyskania najświeższych informacji zalecamy odwiedzenie osobistej strony Jurija Kołokołowa w Internecie, home.skif.net/-yukol/index.htm, która zawiera informacje o nowej funkcjonalności.

Praca z urządzeniem

Gdy przełącznik S1 jest zamknięty, urządzenie przechodzi w tryb statyczny. W tym trybie, gdy cewka zbliża się do celu ferromagnetycznego, diody LED VD3, VD2, VD1 zaczynają świecić sekwencyjnie. Jeśli cewka zostanie zbliżona do przedmiotu z metalu nieferromagnetycznego, zaświecą się diody LED VD5, VD6, VD7.

Niestety urządzenie w ten sam sposób reaguje na prasowanie przedmiotów o dużej powierzchni (np. puszki). Wynika to z faktu, że gdy cewka badawcza jest wystawiona na działanie metalowych przedmiotów ferromagnetycznych, występują jednocześnie dwa efekty - efekt przewodnictwa i efekt ferromagnetyczny. Przy pewnym stosunku powierzchni obiektu do jego objętości zaczyna dominować efekt przewodności.

Urządzenie przełącza się w tryb dynamiczny po otwarciu przełącznika S1. W tym trybie wykrywacz metali ma najwyższą możliwą czułość, ale reaguje na obiekty dopiero w momencie ruchu czujnika - cewka powinna poruszać się nad ziemią z prędkością około 0,5...1 m/s. Położenie obiektu w trybie dynamicznym określane jest metodą „wideł artyleryjskich” poprzez dwukrotne przesunięcie cewki nad obiektem – od lewej do prawej i od prawej do lewej. W tym trybie ważne jest wyczucie najniższej prędkości, z jaką można poruszać kołowrotkiem. Łatwo to opanować przy odrobinie praktyki. Wyświetlacz w trybie dynamicznym wygląda nieco inaczej. Kiedy cewka porusza się nad obiektem ferromagnetycznym, najpierw zapalają się diody LED „skali” VD5, VD6, VD7, a następnie „skali” VD3, VD2, VD1. Podczas przesuwania cewki nad przedmiotem nieferromagnetycznym wskazanie działa w odwrotnej kolejności.

Jak wspomniano powyżej, każda dioda LED ma swój własny sygnał dźwiękowy. Po krótkim okresie pracy z wykrywaczem metali zapamiętywane są „melodie” charakterystyczne dla różnych typów celów. Dzięki temu podczas wyszukiwania można używać głównie sygnalizacji dźwiękowej, co jest dość wygodne.

Przed rozpoczęciem pracy w obu trybach należy ustawić optymalną czułość urządzenia za pomocą rezystora zmiennego R6. Jest ustawiony w pozycji, w której urządzenie zaczyna wyświetlać fałszywe odpowiedzi. Następnie, powoli obracając wirnik tego rezystora, należy upewnić się, że fałszywe alarmy znikną.

Autor: Szczedrin A.I.

Zobacz inne artykuły Sekcja wykrywacz metalu.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Blok wodny EK-Vector RX 5700 + XT 14.07.2019 Firma EK Water Blocks ogłosiła wydanie bloku wodnego EK-Vector Radeon RX 5700+XT kompatybilnego z referencyjnymi kartami 3D AMD Radeon RX 5700 i 5700 XT. Według EK Water Blocks, chłodzenie cieczą pozwala na przetaktowanie tych kart, zwiększając ich wydajność w wymagających grach lub innych zadaniach obciążających GPU. Blok wodny chłodzi GPU, 8 GB pamięci GDDR6 i regulatory napięcia, pokrywając całą powierzchnię płyty. Jego podstawa wykonana jest z miedzi i niklowana. Blat, w zależności od odmiany, wykonany jest z przezroczystego akrylu lub czarnego acetalu POM. Obie odmiany ozdobione są podświetleniem RGB, ale w pierwszym przypadku oświetla ono całą pokrywę, a w drugim jedynie element dekoracyjny na końcu. Dodatkowo podświetlony jest obszar z portami do podłączenia do innych komponentów LSS. Podświetlenie jest kompatybilne z popularnymi technologiami synchronizacji RGB i jest przeznaczone do podłączenia do czteropinowego złącza. W zestawie płyta montażowa o pojedynczej szerokości. Można dokupić osobny panel montowany z tyłu PCB w celu dodatkowego chłodzenia i nadania karcie bardziej estetycznego wyglądu. Bloki wodne i tylne panele są już dostępne w przedsprzedaży. Zamówienia rozpoczną się 26 lipca. Blok wodny EK-Vector Radeon RX 5700 +XT RGB - Nikiel + Plexi kosztuje około 130 euro, a EK-Vector Radeon RX 5700 +XT RGB - Nikiel + Acetal - 125 euro. EK-Vector Radeon RX 5700 +XT Backplate - Czarny panel kosztuje około 27 euro, EK-Vector Radeon RX 5700 +XT Backplate - Nikiel kosztuje 34 euro.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Bezprzewodowa moc sieciowa 12 W mocy netto

▪ Najczarniejsze ciało w Układzie Słonecznym

▪ Stwierdzono, że grzyby wydzielają złoto

▪ Mikroskopijny robot na paliwo płynne

▪ AGD sterowane przez Internet

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Najważniejsze odkrycia naukowe. Wybór artykułu

▪ artykuł Neila deGrasse Tysona. Słynne aforyzmy

▪ artykuł Jakie prace rolnicze wykonywały południowoafrykańskie pawiany? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Praca nad uniwersalną prasą bindująco - zaciskającą i pakującą zeszyty. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy

▪ artykuł Domofony. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Aktywny sprzęgacz audio. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024