Металлоискатель по принципу электронного частотомера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Металлоискатели

Комментарии к статье

Это совместная разработка автора и инженера из г. Донецка (Украина) Юрия Колоколова (адрес его персональной странички в Интернете - home.skif.net/-yukol/index.htm), усилиями которого удалось воплотить идею в законченное изделие на основе программируемого однокристального микроконтроллера. Им разработаны конструкция и программное обеспечение, а также проведены натурные испытания.

Несмотря на простоту конструкции предлагаемого металлоискателя по принципу частотомера, его изготовление в домашних условиях может оказаться затруднительным из-за необходимости занесения в микроконтроллер специальной программы. Это можно сделать, только имея соответствующий опыт и программно-аппаратные средства для работы с микроконтроллером.

В настоящее время московской фирмой "Мастер Кит" освоен выпуск наборов для радиолюбителей для самостоятельной сборки описываемого металлоискателя. Набор содержит печатную плату и электронные компоненты, включая уже запрограммированный контроллер. Возможно, для многих любителей поиска кладов и реликвий, приобретение набора NM8041 (нумерация по каталогу фирмы "Мастер Кит") и последующая его несложная сборка, окажутся удобной альтернативой приобретению дорогого промышленного прибора или изготовлению металлоискателя полностью своими силами.

Для тех же, кто чувствует уверенность в себе и готов попробовать изготовить и запрограммировать микропроцессорный 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, которая записана в микроконтроллеры набора NM8041, отсутствием динамического режима и некоторых других возможностей.

Принцип действия рассматриваемого металлоискателя основан на измерении с помощью электронного частотомера частоты генератора, в контур которого входит датчик - катушка индуктивности. При этом полезную информацию несет не само значение частоты, а ее приращение, которое возникает при приближении датчика к мишени, и знак этого приращения.

Металлоискатель обладает дальностью обнаружения, примерно в полтора раза большей, чем у прототипа на биениях. При этом он обладает селективностью по металлам. Малый потребляемый ток и широкий диапазон возможных питающих напряжений позволяет реализовать широкий выбор вариантов подключения батарей элементов питания или аккумуляторов. Прибор автоматически подстраивается под начальную частоту измерительного генератора. При этом, теоретически, значение частоты может находиться в пределах примерно от 100 Гц до 200 кГц, что дает большие возможности также и для выбора конструкции датчика. По количеству деталей предлагаемый металлоискатель не сложнее, чем металлоискатель на биениях. Этого удалось достичь благодаря программной реализации большинства функций в однокристалльном микроконтроллере.

Основные технические характеристики

Структурная схема

Структурная схема металлоискателя, выполненного по принципу электронного частотомера, показана на рис. 12.

Рис. 12. Структурная схема металлоискателя по принципу частотомера

Собственно, рассматриваемый металлоискатель состоит только из измерительного генератора и электронного частотомера. Структурная же схема является, скорее, иллюстрацией к алгоритму его работы.

А сам алгоритм работы металлоискателя таков. Сначала электронный частотомер измеряет частоту измерительного генератора, когда датчик находится вдали от металлических предметов и ферромагнетиков. Это значение заносится в запоминающий регистр. Затем, в реальном масштабе времени, частотомер измеряет частоту измерительного генератора. Из полученных значений вычитается значение эталонной частоты и результат подается на устройство индикации.

Принципиальная схема

Принципиальная схема металлоискателя изображена рис. 13.

Рис. 13. Принципиальная электрическая схема металлоискателя по принципу электронного частотомера

Измерительный генератор построен на интегральном таймере А1 типа NE555 (отечественный аналог - К1006ВИ1). Эта микросхема используется в несколько необычном включении - в качестве LC-генератора. Колебательный контур генератора состоит из конденсаторов С1*, С2* и катушки индуктивности датчика L. Резонансная частота определяется как для обычного колебательного контура, при этом в качестве емкости контура выступает емкость последовательно включенных конденсаторов С1* и С2*. При использовании типового датчика диаметром 180... 190 мм, содержащего 100 витков провода и емкостях конденсаторов С1* = 0,047 мкФ и С2* = 0,01 мкФ, частота генерации составляет около 20 кГц. При необходимости частоту генератора можно изменить, изменив емкости конденсаторов С1* и С2*. При этом желательно, чтобы эти емкости находились в соотношении примерно (4...6):1.

На микроконтроллер А2 возложены все остальные функции по обработке сигнала измерительного генератора вплоть до индикации. В данной схеме применен микроконтроллер AT90S2313-10PI производства фирмы ATMEL. Это - 8-разрядный экономичный RISC однокристальный микроконтроллер. Он имеет на частоте 10 МГц производительность 10 MIPS. Содержит: 2 килобайта флэш-памяти, 128 байт EEPROM, 15 линий ввода/вывода, 32 рабочих регистра, два таймера/счетчика, сторожевой таймер, аналоговый компаратор, универсальный последовательный порт. Для решения поставленной задачи выбранный микроконтроллер имеет достаточно высокие технические характеристики при сравнительно низкой цене.

Непосредственно к микросхеме микроконтроллера подключены как органы управления, так и органы индикации. Переменный резистор R6 регулирует чувствительность прибора. Светодиоды VD1-VD3 индицируют уровень отклонения частоты измерительного генератора в случае преобладания ферромагнитного эффекта. Светодиоды VD5...VD7 - в случае преобладания эффекта проводимости. Светодиод VD4 указывает на нулевой сдвиг частоты. Наушник или пьезоизлучатель Y предназначен для звуковой индикации отклонения частоты сигнала измерительного генератора. При помощи переключателя S1 задается режим работы прибора - статический или динамический. В статическом режиме сигнал, который представляет собой цифровой код разности частот, логарифмируется и сразу подается на индикацию. Каждый уровень световой индикации сопровождается своим тоном звуковой индикации.

Динамический режим предназначен для поиска мишеней на фоне помех от грунта, минералов и т.д. В динамическом режиме сигнал подвергается цифровой фильтрации, которая выделяет полезный сигнал на фоне мешающих сигналов. В данном приборе применена оптимальная согласованная фильтрация. Вкратце ее суть заключается в том, что для любого сигнала существует оптимальный фильтр, позволяющий получить максимальный отклик на своем выходе. Такой цифровой фильтр реализован для сигнала расстройки частоты, который возникает при движении поисковой катушки над мелкими мишенями со скоростью 0,5... 1 м/с. Фильтр реализован программно в микроконтроллере.

Разъем Х1 используется для подключения компьютера на этапе загрузки программы в микроконтроллер.

Типы деталей и конструкция

Конструкция содержит минимальное количество деталей. При этом к ним не выдвигается особых требований.

Микросхему таймера А1 (NE555) можно заменить на КР1006ВИ1. Светодиоды желательно выбирать с повышенной яркостью свечения. Стабилизатор A3 (LP2950) можно применить типа 1184ЕН1 или, что несколько хуже - 78L05. В последнем случае минимально допустимое напряжение батареи составит 6,7 В.

Микроконтроллер А2 впаивается непосредственно в печатную плату (так как занесение программы осуществляется через разъем, то нет необходимости вынимать его из платы даже при ее изменении), но при желании микроконтроллер можно установить и в панельку. Микросхему AT90S2313-10PI можно заменить на AT90S2313-10PC, однако, в этом случае фирма- производитель не гарантирует работу при температуре менее 0 °С (что вполне может быть в полевых условиях).

Резисторы могут быть применены самых разнообразных типов, на рассеиваемую мощность 0,063...0,25 Вт. Конденсаторы С1* и С2* - желательно использовать термостабильные, особенно С2*. Электролитический конденсатор С4 - любого типа. Остальные конденсаторы - керамические, типа К10-17. Кварцевый резонатор типов РГ-05, РК169, либо другой малогабаритный. Датчик - экранированная катушка. Конструкцию можно взять из данной книги.

Программное обеспечение

Большинство функций прибора возложено на программу, выполняемую микроконтроллером и записанную (запрограммированную) в его энергонезависимую память. На момент написания этого материала был реализован следующий алгоритм работы прибора.

1. После старта программы, по нажатию кнопки SO, микроконтроллер грубо измеряет частоту измерительного генератора в течение фиксированного интервала времени (около нескольких десятков миллисекунд).

2. Затем один внутренний таймер микроконтроллера настраивается так, чтобы в результате деления входной частоты получался измеренный интервал Ти, немного меньший, чем указанный выше фиксированный интервал.

3. Далее производится контрольный замер измеренного интервала Ти с помощью второго таймера, на который подаются счетные импульсы с тактовой частотой несколько мегагерц.

4. Измеренное значение временного интервала Ти запоминается и в дальнейшем используется как эталонное Тэ.

5. В цикле повторяется измерение интервала Ти.

6. Производится сравнение интервалов Ти и Тэ путем вычитания одного из другого.

7. Полученный результат обрабатывается для удобного его восприятия с помощью световой и звуковой индикации.

Программное обеспечение для данного прибора создавалось и отлаживалось более двух лет и продолжает постоянно совершенствоваться, как и печатная плата. Возможно, на момент чтения вами этого текста предлагаемая конструкция и программное обеспечение уже претерпели существенные изменения. За последней информацией рекомендуем обратиться на персональную страничку Юрия Колоколова в Интернете, home.skif.net/-yukol/index.htm, где содержится информация о новых функциональных возможностях.

Работа с прибором

При замыкании переключателя S1 прибор переходит в статический режим. В этом режиме при приближении катушки к ферромагнитной мишени начинают последовательно загораться светодиоды VD3, VD2, VD1. Если катушку приближать к неферромагнитному металлическому объекту, то будут загораться светодиоды VD5, VD6, VD7.

К сожалению, таким же образом прибор реагирует на железные предметы с большой площадью поверхности (например, консервная банка). Это связано с тем, что при воздействии на поисковую катушку в металлических ферромагнитных объектах возникает сразу два эффекта - эффект проводимости и ферромагнитный эффект. При некотором соотношении площади поверхности объекта к объему начинает преобладать эффект проводимости.

В динамический режим прибор переходит при размыкании переключателя S1. В этом режиме металлоискатель обладает максимально возможной чувствительностью, но реагирует на предметы только при движении датчика - катушка должна перемещаться над грунтом со скоростью примерно 0,5...1 м/с. Местонахождение объекта в динамическом режиме находится методом "артиллерийской вилки" при проведении катушки над объектом дважды - слева направо и справа налево. В этом режиме важно почувствовать наименьшую скорость, с которой можно перемещать катушку. Это легко осваивается при недолгой тренировке. Индикация в динамическом режиме выглядит немного иначе. При передвижении катушки над ферромагнитным объектом сначала загораются светодиоды из "шкалы" VD5, VD6, VD7, а затем из "шкалы" VD3, VD2, VD1. При передвижении катушки над неферромагнитным объектом индикация работает наоборот.

Как уже было указано выше, каждому светодиоду соответствует свой тон звуковой индикации. После непродолжительной работы с металлоискателем запоминаются "напевы", характерные для разных типов мишеней. Это позволяет при поисках пользоваться преимущественно звуковой индикацией, что довольно удобно.

Перед началом работы в обоих режимах необходимо выставить оптимальную чувствительность прибора с помощью переменного резистора R6. Он выставляется в такое положение, когда прибор начинает индицировать ложные отклики. Затем медленно вращая ротор этого резистора, необходимо добиться исчезновения ложных срабатываний.

Автор: Щедрин А.И.

Смотрите другие статьи раздела Металлоискатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Захватывающие фильмы отключают мозг 12.08.2015 Что происходит у нас в голове, когда мы смотрим по-настоящему захватывающий фильм? Ответ на этот вопрос можно узнать из статьи в журнале Neuroscience, которую опубликовала группа психологов из Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук и Технологического института Джорджии. О том, что происходит в мозге, какие его зоны более активны, какие - менее, можно узнать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. То есть все, что требовалось от исследователей - показать добровольцам, лежащим в фМРТ-аппарате, какие-нибудь особо впечатляющие отрывки из мирового кинонаследия, а затем тщательно проанализировать, какие мозговые сигналы относятся именно к переживаемым киноощущениям. Для эксперимента отобрали десять известных лент, от хичкоковских "К северу через северо-запад" и "Человека, который слишком много знал" до "Чужого" Ридли Скотта. По краям экрана, на котором показывали кино, время от времени вспыхивали световые сигналы, которые должны были отвлекать зрителя от фильма. Причем отвлекающие вспышки были построены шахматным узором, так как известно, что он всегда довольно сильно отвлекает на себя зрительные нейроны. Оказалось, что в наиболее напряженных сценах, там, где саспенс стремительно возрастал, менялась активность в шпорной (или зрительной) борозде мозга, отвечающей за обработку большей части зрительной информации: те ее участки, которые отвечали за краевое зрение, успокаивались, а те, которые отвечали за центр зрительного поля, наоборот, сильно активировались. Грубо говоря, когда герой оказывался в опасности, мозг смотрел только на него, когда же герою удавалось выйти из трудной ситуации, мозг смотрел уже не только на него, но и, скажем, на интерьер или природу, посреди которой находился персонаж, а заодно замечал и шахматные вспышки по краям экрана. Кроме шпорной борозды, в мозге есть и другие зоны, отвечающие за анализ зрительной информации на более высоком уровне, но и они схожим образом отзывались на саспенс, сужая внимание до центра поля зрения. То есть когда мы говорим, что смотрели фильм, забыв обо всем, это вовсе не фигура речи - сознание действительно перестает следить за тем, что происходит вокруг, и в буквальном смысле ничего не видим и не слышим, кроме фильма. Очевидно, то же самое происходит в любом случае, когда мы с головой поглощены каким-то делом.

Другие интересные новости:

▪ Ловушка для позитронов

▪ Жирная пища разрушает мозг

▪ Распознавание лиц для кредитования в Сбербанке

▪ Птичьему гриппу слишком холодно

▪ Геймерский монитор AOC AGON PRO AG274QGM

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Музыканту. Подборка статей

▪ статья За яростных, за непохожих! Крылатое выражение

▪ статья Что такое плотина? Подробный ответ

▪ статья Инженер по проектно-сметной работе. Должностная инструкция

▪ статья Общие сведения по крашению тканей. Простые рецепты и советы

▪ статья Сохранение данных в памяти радиостанций. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025