Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Металлоискатель на микроконтроллере AVR — Микроконтроллеры и Технологии

Дата публикации: 23 августа 2012.

С давних пор людей привлекают приборы для поиска скрытых металлических предметов. Причины этого интереса различны. Строителей интересует расположение металлической арматуры в стенах, искатели кладов мечтают найти в развалинах старого здания кувшин с золотыми монетами, саперы разыскивают неразорвавшиеся «подарки» прошлых войн. Всех этих людей объединяет желание иметь недорогой, компактный и экономичный прибор, который поможет им обнаружить через слой земли или бетона металлические предметы и, по возможности, определить из какого металла они состоят. Если исключить экзотические методы, вроде лозоискательства и экстрасенсов, то абсолютное большинство таких приборов строится на базе электронных приборов, реагирующих на изменение металлическими предметами электромагнитного поля возбуждаемого поисковым прибором. Наиболее часто в качестве катушки возбуждения и одновременно датчика прибора используется рамочная катушка, состоящая из нескольких сотен витков медного провода и включенная в контур автогенератора. В таких приборах используется тот эффект, что при приближении металлического предмета к катушке изменяется ее индуктивность и, как следствие, частота работы автогенератора. При этом, в общем случае, ферромагнитные предметы (железо, чугун) понижают частоту, а неферромагнитные (медь, золото, алюминий) повышают частоту генерации. Регистрируя величину и знак отклонения частоты, можно сделать заключение о типе металлического предмета, попавшего в зону поиска рамки. Основные различия между большинством типов таких металлоискателей заключаются в способах регистрации изменения частоты. Далее приводится краткое описание наиболее часто используемых способов.

Частотный детектор

Один из самых простых — это прибор, работающий по принципу «срыва резонанса» (OR — Off Resonance). Принцип действия этого прибора основан на использовании частотного детектора на основе колебательного контура. См. рис. 1.

Рисунок 1. Структурная схема OR металлоискателя

Колебательный контур частотного детектора имеет резонансную частоту, близкую к частоте поискового генератора. Изменение частоты генератора приводит к изменению амплитуды сигнала на контуре, что фиксируется помощью индикатора, например стрелочного прибора. Такие приборы не нашли широкого применения. Их недостатки — необходимость обеспечения стабильной амплитуды сигнала на выходе генератора, а также необходимость подстройки резонансной частоты контура из-за влияния дестабилизирующих факторов как на контур поискового генератора, так и на контур частотного детектора.

Метод биений

Другой прибор, — это металлоискатель на биениях (BFO — Beat Frequency Oscillation). Принцип действия такого металлоискателя основан на биениях частоты эталонного генератора и частоты поискового генератора. См рис. 2.

Рисунок 2. Структурная схема BFO металлоискателя

Измерительный и эталонный генераторы настраиваются на одинаковую частоту. При изменении частоты измерительного генератора на выходе смесителя появляется сигнал разностной частоты. Оператор воспринимает этот сигнал на слух или визуально – в зависимости от конструкции. Такие приборы производятся уже несколько десятилетий. Сейчас по такому принципу строятся, в основном, недорогие металлоискатели-игрушки и любительские металлоискатели. Такие приборы имеют ряд недостатков. Первый — это наличие паразитной взаимной синхронизации обоих генераторов. Это приводит к тому, что оказывается невозможным оценить очень малую разность частот и как следствие – существенно снижается чувствительность прибора. Второй недостаток — это отсутствие селекции по типам металлов. Ферромагнитные объекты вызывают понижение частоты, а металлические неферромагнитные – повышение частоты измерительного генератора. Однако после смесителя в BFO металлоискателе информация о знаке ухода частоты теряется.

Частотный детектор на основе ФАПЧ

Следующий прибор (PLL — Phase Locked Loop) — это прибор, в котором недостаток металлоискателя на биениях используется во благо. В таком приборе оба генератора, измерительный и эталонный, работают строго на одной частоте. Причем частота измерительного генератора подстраивается под частоту эталонного генератора с помощью системы ФАПЧ. См. рис. 3.

Рисунок 3. Структурная схема PLL металлоискателя

Сигнал напряжения подстройки используется для определения величины и знака изменения частоты. Такие металлоискатели обладают селекцией по типам металлов. Существует несколько радиолюбительских конструкций такого типа. К недостаткам таких приборов можно отнести следующее — наличие «полезной» ФАПЧ не исключает наличия паразитной взаимной синхронизации обоих генераторов, как и в приборе на биениях. Это приводит к тому, что уменьшается крутизна регулировочной характеристики, и как результат уменьшается дальность обнаружения.

Цифровой частотометр

Идея использования цифрового частотомера для регистрации ухода частоты измерительного генератора не нова. Такой металлоискатель (FM — Frequency Meter см. Рис.4.) свободен от большинства недостатков, присущих предыдущим схемам. Его принцип действия заключается в следующем:

Сначала электронный частотомер оценивает частоту измерительного генератора, когда датчик находится вдали от объектов поиска. Это значение заносится в запоминающий регистр. Затем, в процессе поиска, частотомер непрерывно измеряет текущую частоту измерительного генератора. Из полученных значений вычитается значение эталонной частоты, и результат подается на устройство индикации. Очевидно, что в такой конструкции эффект паразитной взаимной синхронизации генераторов будет выражен значительно слабее – ведь теперь частота измерительного генератора (единицы-десятки килогерц) на несколько порядков ниже частоты опорного генератора (десятки мегагерц). С помощью частотомера можно измерить не только величину ухода частоты измерительного генератора, но и ее знак, следовательно, такой металлоискатель обладает селективностью по типам металлов.

Рисунок 4. Структурная схема FM металлоискателя

Однако реализация этой идеи «в лоб», не позволяет получить реальную чувствительность, большую чем в приборе на биениях. Это связано с тем, что невозможно напрямую в реальном масштабе времени (20…40 мс на один отсчет) регистрировать очень малые уходы частоты (единицы и доли герц). Нам удалось решить эту проблему следующим образом — из теории радиоизмерений известен метод «быстрого» измерения низких частот — т.н. метод обратного счета. В этом методе измеряется период сигнала, а частота вычисляется как его обратная величина. Оставалась только задача практической реализации.

Практическая конструкция металлоискателя

Очевидно, что если реализовывать такое устройство на элементах средней степени интеграции, то получится сравнительно сложный и громоздкий прибор, что для мобильного исполнения нежелательно. Выходом из этой ситуации стало применение микроконтроллера. На микроконтроллер оказалось возможно возложить не только задачу по измерению периода, но и практически все функции по обработке результатов – вычисление разности частот, звуковую и световую индикацию результатов измерений. Наш металлоискатель реализован на микроконтроллере AT90S2313-10PI производства фирмы Atmel.

Это 8-битный экономичный RISC микроконтроллер. Имеет на частоте 10 MHz производительность 10 MIPS. Содержит: 2 кБ флэш памяти, 128 байт EEPROM, 15 линий ввода/вывода, 32 рабочих регистра, два таймера/счетчика, сторожевой таймер, аналоговый компаратор, универсальный последовательный порт. Более подробно с семейством AVR микроконтроллеров можно ознакомиться на сайте производителя.

Основные технические характеристики металлоискателя

Напряжение питания: 5,5-20 В
Потребляемый ток: 15 мА
Индикация: световая — 7 светодиодов и звуковая
Режимы поиска: статический и динамический
Дискриминация: ферромагнетики/неферромагнетики
Глубина обнаружения (на воздухе):

Монета диаметром 25 мм:  11 см
«Пистолет»: 17 см
«Каска»: 37 см

Принципиальная схема

Принципиальная схема металлоискателя по принципу частотомера изображена рис.5.

Рисунок 5. Принципиальная электрическая схема металлоискателя

Измерительный генератор построен на таймере D1 NE555. Она используется в несколько необычном включении — в качестве LC генератора. Колебательный контур генератора состоит из конденсаторов C1,C2 и катушки индуктивности датчика. Резонансная частота контура определяется как

где C — это последовательное соединение конденсаторов C1 и C2. Так как микроконтроллер автоматически подстраивается под частоту измерительного генератора, в схеме не предусмотрена подстройка частоты генератора. При использовании датчика диаметром 190 мм (100 витков) и емкостях конденсаторов С1=0.047 F и C2=0.01 F частота составит около 20 кГц. При необходимости ее можно изменить, заменив конденсаторы C1, C2. При этом желательно чтобы их емкости находились в соотношении примерно (4…6): 1.

На микроконтроллер D2 возложены все остальные функции по обработке сигнала измерительного генератора вплоть до индикации. В данной схеме применен микроконтроллер AT90S2313, описанный выше. Исполнение Industrial (температурный диапазон -40C…+85C). Это сделано из соображений, чтобы прибор мог эксплуатироваться в полевых условиях при отрицательных температурах. Непосредственно к микросхеме микроконтроллера подключены как органы управления, так и органы индикации. В металлоискателе реализованы два режима работы, которые задаются при помощи переключателя S1 — статический и 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 в сложных условиях, 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 своем приборе мы применили оптимальную согласованную фильтрацию. Вкратце ее суть заключается в том, что для любого сигнала существует оптимальный фильтр, позволяющий получить максимальный отклик на выходе фильтра. Мы реализовали такой цифровой фильтр для сигнала расстройки частоты, который возникает при движении поисковой катушки над мелкими мишенями со скоростью 0.5-1 м/c. Фильтр реализован программно.

При помощи переменного резистора R6 регулируется 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 Y предназначен для звуковой индикации отклонения частоты сигнала измерительного генератора.

Схема содержит рекордно низкое количество деталей. При этом к ним не выдвигается особых требований. Микросхему AT90S2313-10PI можно заменить на AT90S2313-10PC, однако, в этом случае не гарантируется работа при температуре меньше 0C. (что вполне может быть в полевых условиях).

Микросхему D1 можно попробовать заменить на КР1006ВИ1. Светодиоды желательно выбирать с повышенной яркостью свечения. Стабилизатор D3 можно заменить на К1184ЕН1 или, что несколько хуже — 78L05. В последнем случае минимально допустимое напряжение батареи составит 6,7 В. К резисторам особых требований не предъявляется. Они могут иметь рассеиваемую мощность 0,125-0,25 Вт.

Конденсаторы C1 и C2 – должны иметь минимальный ТКЕ, особенно C2. К остальным конденсаторам не предъявляется особых требований.

Наушник Y (или наушники) можно взять от плеера. Возможно потребуется подобрать номинал резистора R3 для получения приемлемой громкости. В крайнем случае, наушник можно заменить на пьезоизлучатель.

Конструкция корпуса прибора может быть достаточно произвольной.

Особо следует остановиться на конструкции поисковой катушки — она может быть реализована различными способами. Основные требования к ней — жесткость конструкции, герметичность и наличие электростатического экрана. Можно предложить следующую технологию изготовления катушки:

Берется доска подходящего размера и на ней рисуется окружность диаметром 190 мм. Затем равномерно по окружности в доску забиваются небольшие гвозди — 15…20 штук. На эти гвозди наматывается 100 витков эмалированного провода диаметром 0.3 — 0.56 мм. После намотки гвозди извлекаются или подгибаются и катушка снимается с оправки. Следующий этап — обмотка катушки изолентой. Обмотка ведется внахлест. См. рис.6

Рисунок 6. Обмотка катушки липкой лентой

Аналогичным образом поверх слоя из липкой ленты наносится слой из алюминиевой фольги, служащий экраном обмотки датчика. Для этого фольга нарезается на полосы шириной около 10 мм. Для предотвращения образования короткозамкнутого витка, снижающего добротность контура, обмотка из фольги должна занимать не всю поверхность кольца обмотки датчика — от фольги оставляется свободным небольшой участок длиной 10-20 мм. Отвод от экрана выполняется луженым одножильным проводом, который закрепляют узлом поверх экрана. В завершение, кольцо обмотки датчика обматывают еще одним слоем липкой ленты по все поверхности, выпустив наружу выводы обмотки и экрана. К этим выводам подпаивается экранированный кабель, который соединяет катушку с металлоискателем. Жесткость катушке можно придать различными способами. Один из них — подобрать подходящий корпус, например, взять крышку от набора пластиковой посуды, поместить в него катушку и залить эпоксидной смолой. Предварительно необходимо проделать в корпусе отверстие и продеть в него кабель. Также на корпусе катушки необходимо предусмотреть крепление для штанги.

Вид печатной платы, расположение элементов на печатной плате и рисунок печатной платы (М1:1) приведены на рис.7, 8 и 9.

Настройка прибора

Можно предложить следующий порядок настройки прибора.

Проверить правильность монтажа схемы и подать питание.
Измерить потребляемый ток. Он должен быть не более 15 мА.
Убедиться, что на выводе 3 микросхемы D1 присутствует меандр расчетной частоты (около 20 кГц для указанных выше номиналов конденсаторов C1 и C2 и стандартного датчика)
Удалить рамку прибора подальше от металлических предметов и нажать кнопку S0 «Сброс».
Убедиться в работоспособности органов индикации, поднося к датчику различные металлические предметы.

Работа с прибором

Если переключатель S1 замкнут, то 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 последовательно 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.

При размыкании переключателя S1 прибор переходит в динамический режим. В этом режиме 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 этих ложных срабатываний.

При прочих равных условиях динамический режим за счет фильтрации позволяет достичь лучшей чувствительности по сравнению со статическим режимом. Однако статический режим также бывает иногда необходим. Например, необходимо проверить дно узкой ямы. В этом случае нет возможности осуществлять горизонтальные качания поисковой катушки, которые необходимы для динамического режима. Здесь выручит статический режим.

Во время полевых испытаний металлоискатель показал неплохие результаты.

Пинпоинтер «Малыш FM2V2» с различием металлов

Рисунок №1 — электрическая схема пинпоинтера

В целом, схему можно поделить на несколько блоков, а именно:

• блок преобразователя напряжения, выполненного на линейном стабилизаторе LM317L. Такой подход позволил повысить стабильность прибора в широком диапазоне питающего напряжения, даже при понижении последнего до уровня 5V.
  
• блок звуковой индикации о наличии вблизи катушки металлического предмета, который выполнен с помощью усиливающего транзистора Т2 и динамика SP1.
  
• блок световой индикации, как дополнение к звуку. Блок выполнен на светодиодах Led1 и Led2. Led1 сигнализирует о наличии вблизи катушки цветного металла, Led2 — чёрного.
  
• блок генератора на транзисторах Т1 и Т3. Подобное схемное решение обеспечивает автоматическую подстройку резонансной частоты под параметры датчика и высокую термостабильность.
  
• центральный блок управления, основой которого является микроконтроллер PIC12F675 или PIC12F629. Прошивки для каждого типа контроллера идут отдельно и отличаются лишь тем, что для PIC12F675 добавлен режим звуковой индикации при разряде батареи ниже 5,5В. В остальном все функции идентичны и можно брать тот контроллер, который проще достать по месту.
  

Ниже приведён список радиоэлементов, используемых в схеме.

• R1, R6, R7, R11 — 10кОм
  
• R2 — 51 Ом
  
• R3 — 100 Ом
  
• R4 — 560 Ом
  
• R5, R9, R12 — 1 кОм
  
• R8 — 220 кОм
  
• R10 — 220 Ом
  
• R13 — 3 кОм
  
• D1 — 1N4007
  
• LED1 — зелёный (цветной металл)
  
• LED2 — красный (чёрный металл)
  
• С1 — 33 нФ (обязательно плёночный)
  
• С2 — 1000 мкФ на 16В
  
• С3 — 10 мкФ на 6,3 В
  
• С4, С5 — 15 пФ
  
• С6 — 100 нФ
  
• Т1, Т3 — ВС557
  
• Т2, Т4 — ВС547
  
• VR1 — LM317L
  
• SP1 — бузер без внутреннего генератора (подойдёт с материнской платы ПК)
  
• Cr1 — термостабильный кварцевый резонатор на 20 МГц
  
• But1 — тактовая кнопка без фиксации
  
• IC1 — PIC12F675 или PIC12F629 (для каждого из указанных микроконтроллеров идёт своя отдельная прошивка.)
  

metfm2_675_v2.rar [2.24 Kb] (скачиваний: 887)
Скачать прошивку для PIC12F629: metfm2_629_v2.rar [2.04 Kb] (скачиваний: 680)

Так как данное устройство изначально задумывалось как пинпоинтер, были определены следующие требования: компактный размер платы и поисковой катушки, монолитный цилиндрический корпус. Для корпуса идеально подошла водопроводная труба ПХВ, диаметром 25мм. Отсюда определились требования к печатной плате. Её ширина не должна превышать внутреннего диаметра трубы, а высота запаянных элементов не должна мешать плате свободно заходить внутрь корпуса. Добиться компактных размеров удалось частичным применением SMD-элементов. В итоге, вытравленная плата выглядит следующим образом (фото №2).

Фото №2 — внешний вид печатной платы

Плата разработана таким образом, что SMD-элементы устанавливаются со стороны дорожек, а выводные элементы — с противоположной стороны. На фото №3 показана плата с запаянными SMD-элементами. Все они имеют размер 1206.

Фото №3 — плата пинпоинтера с запаянными SMD-элементами

Для микроконтроллера лучше использовать панельку DIP8, чтобы всегда иметь возможность извлечь его и перепрошить, если что-то пойдёт не так. Также повторюсь, что конденсатор С1 на 33 нФ лучше использовать плёночный, это обеспечит дополнительную стабильность частоты генератора при изменении температуры окружающей среды. К остальным элементам требований особых нет. На фото №4 приведён вид платы с противоположной относительно дорожек стороны.

Фото №4 — плата со стороны монтажа выводных элементов

Итак, с платой разобрались, но этого недостаточно. Впереди ещё несколько этапов перед получением готового пинпоинтера. Одним из этих этапов является изготовление датчика (катушки). Это довольно кропотливое занятие, которое требует некоторой подготовки и предварительных расчётов.
Для начала, определимся с диаметром провода, который имеется в наличии и диаметром самой катушки. В моём случае нашёлся эмалированный медный провод, диаметром 0,4мм. Что касается диаметра катушки, необходимо учитывать следующие правила: чем больше диаметр, тем чувствительней прибор, т.е. он способен на более дальнем расстоянии обнаружить металлический предмет и наоборот с уменьшением диаметра падает чувствительность. Так как в моих планах было использование корпуса 25мм, решено было мотать катушку на оправе, диаметром 20мм, чтобы иметь возможность спрятать её внутрь корпуса. Для оправки идеально подошла водопроводная труба 20мм и пара крышек от баклажек с водой, расстояние между которыми около 10мм. (фото №5).

Фото №5 — Оправка для намотки катушки (d=20мм)

Когда техническая часть готова, встаёт вопрос, сколько же витков наматывать? Ответить на этот вопрос поможет программа Coil32. Скачиваем программу по этой ссылке, запускаем и выполняем ряд действий, приведённых ниже.
Для начала распаковываем архив с программой и запускаем файл Coli32.exe. После этого появляется основное окно, показанное на скриншоте №6

Скриншот №6 — программа Coil32 после запуска

В исходном состоянии, в программе отсутствуют плагины для необходимых нам расчётов. Следовательно их нужно скачать. Сделать это позволяет сама программа. Для этого необходимо зайти в меню «Plugins» и в выпадающем списке выбрать «Проверить обновления«, как показано на скриншоте выше. После чего откроется соответствующее окно, показанное на скриншоте №7.

Скриншот №7 — Менеджер плагинов

Устанавливаем все плагины, предлагаемые программой с помощью кнопок «Скачать» и закрываем менеджер. Программа попросит перезапуститься, соглашаемся и после перезапуска опять заходим в меню «Plugins«. Теперь здесь появился целый список дополнительных калькуляторов из которого нам потребуется всего один с названием «Multi loop» (скриншот №8)

Скриншот №8 — выбор необходимого плагина для расчёта катушки пинпоинтера

В появившемся окне заполняем ячейки необходимыми параметрами, а именно:

• Индуктивность — 1500 мкГн (катушка L1 на схеме)
  
• Внутренний диаметр D — 20мм (как обсуждалось выше, я делаю маленькую катушку)
  
• Диаметр провода d — 0,4мм (у меня в наличии был только такой)
  

После чего, нажимаем кнопу вычислить и получаем результат, показанный на скриншоте №9:

Скриншот №9 — результат расчёта параметров катушки для пинпоинтера

Как видно из скриншота, необходимо мотать 249 витков проводом 0,4мм на 20-ти миллиметровой оправе, чтобы получить заветные 1500мкГн, которые требует от нас схема. Спорить не будем — будем мотать…
Чтобы как-то облегчить процесс намотки, мною был собран шедевр инженерной мысли из детского столика, мелких тисков, и прочего подручного хлама. Результат показан на фото №10.

Фото №10 — подготовка к намотке катушки

Сразу замечу, что катушка мотается в навал. Пытаться укладывать витки нет смысла, но всё же провод лучше распределять равномерно по всей площади намотки. Для удобства счёта витков лучше поставить на ограничительном конце какую-либо метку — так проще отслеживать каждый пройденный оборот. Во время намотки лучше отключить мобильный телефон и закрыться в отдельной комнате, чтобы никто не смог сбить со счёта. После того, как работа сделана, необходимо аккуратно снять катушку с каркаса и стянуть её нитками по всему периметру, как показано на фото №11.

Фото №11 — Свежеиспечённая катушка для пинпоинтера

Чтобы добавить прочности катушке и подготовить её к экранированию — обматываем её обычным канцелярским скотчем, как показано на фото №12

Фото №12 — подготовка к экранированию

Так как пинпоинтер работает по принципу измерения частоты колебательного контура, отсюда вытекают высокие требования к стабильности частоты и защите от влияния помех. Если стабильность частоты нам обеспечивает схема генератора, то защиту от помех обеспечит экранирование катушки.
Для экранирования можно использовать обычную пищевую фольгу, которая есть практически у каждого на кухне или что-либо подобное. Обматываем фольгой катушку, оставляя небольшой пустой сектор в районе её выводов. Это требуется для того, чтобы не получить короткозамкнутый виток, через который вообще не будет проходить сигнал. Сверху фольги дополнительно наматывается зачищенный медный провод, который в дальнейшем будет подпаиваться к общему минусу на плате. Ниже приведено фото №13, на котором наглядно можно увидеть процесс экранирования.

Фото №13 — экранированная катушка

Чтобы всё это дело держалось и не разваливалось, нужно укрепить катушку ещё одним слоем скотча или изоленты. И только после этого можно расслабиться и считать катушку полностью готовой. Результат моих стараний показан на фото №14.

Фото №14 — полностью готовая катушка

Большая часть работы сделана. Спаиваем всё в единое целое и проверяем работу пинпоинтера на столе. Для питания лучше всего подходит батарейка «KRONA» со специальным холдером под неё. У меня пинпоинтер заработал с первого раза и никаких трудностей я не обнаружил. Даже с приплюснутой под будущий корпус катушкой работает стабильно (фото №15)

Фото №15 — пинпоинтер готов к помещению в корпус

Так как пинпоинтер предполагается использовать в жёстких полевых условиях, для него необходим прочный и герметичный корпус. На мой взгляд самым оптимальным и доступным вариантом является использование водопроводной ПХВ трубы, диаметром 25мм и длинной около 25см. Она прекрасно лежит в руке и с лёгкостью вмещает в себя все элементы устройства. Также один из концов трубы срезаем под углом около 60 градусов. Это позволит разместить катушку под удобным для поиска углом и даст возможность раскалывать заострённым концом земляные комки. На фото №16 показан внешний вид моего корпуса.

Фото №16 — корпус из водопроводной трубы

Выключатель питания и кнопку сброса я решил вынести наружу и прикрепить у основания трубы. Также не стоит забывать про светодиоды — под них следует сделать отверстия в удобном для восприятия месте — у меня они расположились приблизительно в центре. Отверстие под динамик не делал, его и так отлично слышно. Ниже, на фото №17, показан способ крепления выключателя и кнопки сброса.

Фото №17 — место крепления выключателя и кнопки сброса

С противоположной стороны крепится катушка. Чтобы зафиксировать её внутри трубы я использовал термоклей. А для того чтобы закрыть её от механических повреждений — вырезал из текстолита заглушку по форме среза. Результат показан на фото №18.

Фото №18 — крепление катушки и заглушка из текстолита

После того, как термоклей остынет, можно клеить заглушку. Лучше всего это делать при помощи супер-клея, присыпая неплотно прилегающие места обычной пищевой содой. При взаимодействии супер-клея и пищевой соды — образуется твёрдое вещество, напоминающее стекло. Таким способом можно устранить все щели в корпусе пинпоинтера. Результат проклейки показан на фото №19.

Фото №19 — крепление заглушки при помощи супер-клея и соды

Тыльная сторона прибора закрыта вырезанным по диаметру трубы поролоном. Можно конечно купить заглушку, но меня и так всё устраивает. В целом прибор получился эргономичным, хорошо лежит в руке и не занимает много места. Общий вид готового пинпоинтера показан на фото №20.

Фото №20 — внешний вид готового пинпоинтера

Ну и в конце хочу привести два видео-теста, без которых статья была бы не полной. Советую каждому иметь при себе такого помощника.

Тестирование на предмет различия металлов:

[media=https://www.youtube.com/watch?v=k2A3dyajoE4]

Тестирование дальности:

[media=https://www.youtube.com/watch?v=lLJv1Y4CW5U]

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

ЦИФРОВОЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ НА AVR МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ — 21 Декабря 2014 — Блог

ПРОСТОЙ ЦИФРОВОЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ НА AVR МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

источник: indikatop.ru

Начну с пред истории…
Вскапывая огород, один знакомый человек нашел старинную монету 1600-сотого года. И говорит, мол «был бы металлоискатель…и т.д.»  Я недолго думая и не капаясь в интернете в поисках истины начал делать свой проект, так сказать буквально на коленках. За основу взята задумка из набора Мастер КИТ, название: «Металлоискатель по принципу частотомера».
В этой статье хочу представить Вашему вниманию мой проект «Металлоискатель на микроконтроллере AVR». Данный проект несложен для самостоятельного изготовления и содержит минимум деталей для нормального функционирования устройства.

Схема простого маталлоискателя на микроконтроллере AVR показана на рисунке ниже:

Устройство имеет как звуковую индикацию обнаруживаемых предметов, так и цифровую. Принцип работы устройства заключается в подсчете периода нескольких десятков импульсов, фильтрация данного значения, проход через условности автоматической коррекции и сброса а затем вывод на дисплей. Устройство работает в динамическом и статическом режиме с возможностью переключения режимов и огрубления чувствительности в каждом из них. Метало детектор обеспечивает обнаружение по воздуху, на расстоянии от центра поисковой катушки:

* монета 1 копейка ————5см;
* монета 5 копеек ————  10см;
* крышка от консервации — 25см;
* ведро металлическое —-   ~45см;

 

Внешний вид цифрового металлоискателя на микроконтроллере AVR

Конструкция:
Печатная плата металлоискателя выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита методом ЛУТ (Лазерно-Утюжной технологии:). Разъем для внутрисхемного программирования я сделал прямо на плате, чтобы не изворачиваться с вытаскиванием микроконтроллера, во избежание погнутых и поломанных выводов. Транзистор КТ3102 с любым буквенным индексом, он работает в режиме ключа и коэффициент усиления неважен, так же возможна замена транзистора на другой аналогичный N-P-N. Микроконтроллер ATmega8-16Mhz можно тактировать от внутреннего RC-генератора на максимальной частоте, при этом быстродействие в динамическом режиме может заметно ухудшиться, поэтому рекомендую все-таки поставить кварцевый резонатор.

Светодиод VD1 — красный , служит для питания дисплея от 3-х вольт, хотя его можно не ставить, а подключить напрямую. Дисплей работает и от 5В, но при этом длительная работа не гарантируется. Если применить 4 пальчиковые аккумулятора с суммарным напряжением 4,8В , то стабилизатор 78L05 можно не ставить, конденсатор C1 естественно тоже. Конденсатор для поисковой катушки нужно использовать с малым ТКЕ, желательно поставить тантал. При не подходящем конденсаторе значения на дисплее будут сильно «скакать». Я использовал конденсатор типа «зеленый приплюснутый бочонок» залитый чем-то похожим на зеленый эпоксидный клей. 

Выдрал его из китайского радиоприемника (по моему). Емкость данного конденсатора не критична, рекомендуемая 0.01-0.05 мкФ , от этого зависит поисковая частота датчика. Катушку я мотал на 3-х литровой банке 80-120 витков, проводом 0,2-0,5 (тоже не критично). После намотки катушки на банку, снял и туго замотал ее скотчем для жесткости. Затем обязательно сверху намотать экран из медной или алюминиевой фольги. Намотка должна быть без просветов, с плотно прилегающими к друг-другу витками. От экрана делается отвод из медной проволоки, который припаивается затем к минусу источника питания. Конструкция поисковой катушки должна быть максимально жесткой, поэтому я свою засунул в распиленную пластиковую водопроводную трубу, и дополнительно обмотал скотчем.

Прошивка:
Фьюз-биты микроконтроллера программируются на тактирование от внешнего кварцевого резонатора.

 

Скачать прошивку микроконтроллера AVR для этого металло-детектора 

 

 

Металлоискатель Квазар (Qasar) на микроконтроллере AVR

Подробности

Категория: Металлоискатели

Опубликовано 23.06.2015 15:53

Автор: Admin

Просмотров: 19409

Металлоискатель Квазар представляет собой IB металлодетектор на микроконтроллере, разработанный на доступных электронных компонентах.  В металлоискателе использован селективный (избирательный) режим со звуковой многотональной индикацией. Существуют 2 версии схемы металлоискателя квазар на микроконтроллере Atmega32 и микроконтроллере STM32

Схема металлоискателя Квазар на микроконтроллере AVR

Схема металлоискателя в формате pdf

 Последняя версия прошивки 1.4.5

Список деталей для сборки металлоискателя квазар AVR

Обозначение	Тип	Номинал
R1	резистор	100 Ом
R2	резистор	2 кОм
R3	резистор	100 Ом*
R4	резистор	470 Ом
R5	резистор	4.7 кОм
R6	резистор	1.2 кОм
R7	резистор	100 кОм
R8	резистор	330 Ом
R9	резистор	47 кОм
R10	резистор	10 кОм
R11	резистор	1 кОм
R12	резистор	62 Ом
R13	резистор	1 кОм
R14	резистор	1 кОм
R15	резистор	100 кОм
R16	резистор	3.6 кОм
R17	резистор	1.2 кОм
R16	резистор	3.6 кОм
R18	резистор	1.1 кОм
R21	резистор	10 кОм
R22	резистор	1.5 кОм
R24	резистор	100 Ом
R25	резистор	10 Ом
R26	резистор	25 Ом
R27	резистор	25|sum50 Ом
R28	переменный резистор	10 кОм
R29	резистор	10 кОм
C2	конденсатор	0.033
C3	конденсатор	0.1
C5	конденсатор	0.1
C6	конденсатор	0.33*
C7	конденсатор	2200
C8	конденсатор	1.0
C9	конденсатор	0.1
C10	конденсатор	47
C12	конденсатор	0.1
C15	конденсатор	0.1
C16	конденсатор	0.1 (!)
C17	конденсатор	0.1
C18	конденсатор	22
C19	конденсатор	0.1
C20	конденсатор	0.1
C21	конденсатор	22
C22	конденсатор	0.47
C23	конденсатор	0.1
C25	конденсатор	0.1
C27	конденсатор	0.1
C29	конденсатор	0.1
C32	конденсатор	0.1
C11	электролетический конденсатор	2200x10V
C13	электролетический конденсатор	1500x10V
C14	электролетический конденсатор	2200x10V
C33	электролетический конденсатор	1000x16V
C34	электролетический конденсатор	1000x16V
D1	диод	1N4148WS
D2	диод	LED
D3	диод	1N4148WS
D4	диод	1N4148WS
D6	диод	1N4148WS
D7	диод	SK16
D8	диод	HER…, MURS…
D9	диод	HER…, MURS…
VD1	диод	1N4148WS
VD2	диод	1N4148WS
VD3	диод	1N4148WS
VD4	диод	1N4148WS
Q1A, Q1B	транзисторная сборка	IRF7105/SO
Q2	транзистор	BC846BL
Q3	транзистор	BC857BL
Q4	транзистор	BC846BL
U2	микросхема	TL431
U3	микросхема	LP2950
U4	микросхема	MCP3201
U5	микросхема	ATmega32A
U7	микросхема	LM2941S
U8	микросхема	MCP633
C1	конденсатор	0.1
LCD	дисплей
RC1602A	с контроллером HD44780 или KS0066
SW1-SW6	Кнопки 4х-контактные
BQ1	кварц 11.0592

Собранный металлоискатель выглядит следующим образом

 Функции кнопок

Кнопка	Назначение
SW1	UP/Barrier+/Autotune
SW2	Enter / OK / Ground balance
SW3	Right (+) / PinPointer
SW4	Left (-) / Backlight
SW5	Menu / Esc
SW6	Down / Barrier- / Autotune

Установка fuse битов в программе PonyProg

Под микроконтроллер AVR есть две версии печатной платы под dip и smd корпуса.

Печатные платы металлоискателя на микроконтроллере AVR для dip и sdm корпусов в формате .lay

Поисковая катушка для металлоискателя Квазар

Диаметр катушки составялет 230 мм. Катушка состоит из 2-х частей:

• передающей TX — состоит их 40-45 витков проводом 0.5мм;
• приемной RX — 200 витков проводом 0.2 мм.

Передающий контур TX включается по схеме с последовательным колебательным контуром с емкостью 0.3 мкФ. Частота передающего контура составляет 8,192 кГц, но может работать в диапазоне 4,5 — 9 кГц.

Приемный контур  RX представляет собой параллельный колебательный контур, настраивается на частоту ниже контура TX на величину порядка 1,5-2 кГц.

Собранная катушка выглядит следующим образом

После намотки катушки следут залить эпаксидной смолой, что придаст форму и прочность а также защитит от влаги.

Видео демонстрирующее работу Квазара 

 

Автор Квазара — Федоров Андрей

Сайт автора металлодетектора Квазар http://fandy.ucoz.org/publ/metalloiskatel_quot_kvazar_quot_quot_quasar_quot/md_kvazar/2-1-0-1

• < Назад
• Вперёд >

Добавить комментарий

Простой, но чувствительный металлоискатель PiTone2 — Eddy’s site

Чуть больше двух лет назад на своём старом сайте я уже выкладывал проект нового металлодетектора PiTone. Первые результаты были обнадеживающими, но закончить проект я тогда не успел. Сейчас решил закончить начатое.

Чем отличается PiTone2 от других импульсных металлоискателей?

• он имеет очень простую схему из недорогих деталей
• высокая чувствительность
• автоматическая настройка на индуктивность подключенной катушки
• отображение светодиодами и тональностью звука уровня отклика мишени
• легко калибруемый детектор разряда аккумулятора
• стабилизация напряжения выходного каскада
• высокая экономичность (ток потребления около 70 мА при токе катушки 2А)
• режим отображения напряжения батареи (длительное нажатие кнопки)
• два режима озвучки отклика (высокая чувствительность и режим отстройки от помех)

Схема металлодетектора PiTone2 очень похожа на схему PiTone первой версии. Она доказала свою повторяемость и надёжность работы в самых разных условиях работы, от обычного поискового варианта до исполнения в виде пинпоинтера или подводного металлоискателя.

В схеме всего один настраиваемый элемент — резистор R16, который необходим для подстройки усилителя к времени спада тока в поисковой катушке. Я проводил работы со стандартной «кощеевской» катушкой 27 витков провода ПЭВ 0,5мм, намотанной на оправке ф190мм с индуктивностью  около 350 мкГн. Если Вы будете использовать катушку с меньшей индуктивностью (снайперка или подводная катушка), сопротивление R16 надо уменьшить, если индуктивность больше (глубинная рамка), сопротивление надо увеличить. Или применить переменный резистор большего номинала (с большим перекрытием настройки). С моей катушкой я получил около 20 см на советский пятак, около 15 см на колечко 1,5г, примерно пол метра на крышку от литровой кастрюли и около метра на батарею отопления. Если более тщательно подобрать сопротивление резистора, шунтирующего катушку, то дальность обнаружения можно еще увеличить.

При включении микроконтроллер производит тестирование деталей платы и калибруется на работу с установленными деталями. Когда огонёк на линейке из светодиодов бежит от первого к шестому, контроллер тестирует стабилизацию питания и ток катушки, при обратном движении огонька он калибруется на режимы усилителя.
Соответственно, если при первом сканировании произошла ошибка (преобразователь напряжения, катушка, батарея, провода), мигает первый светодиод, если неисправность в работе усилителя (или поддельный операционник), то мигать будет второй светодиод.

Извиняюсь за качество съёмки — снял вчера перед дождём по быстрому

В архиве содержатся  схема, плата и две версии прошивки  микроконтроллера (для разной разводки светодиодов).

 

Для расчета катушки можно воспользоваться одним из онлайн калькуляторов, например этим:
https://coil32.ru/calc/multi-layer.html

В металлоискателе применен микроконтроллер нового семейства, с более низковольтным и производительным ядром, поэтому процесс прошивки его программатором PICkit2 и PICkit3 немного отличается от прошивки контроллеров старых семейств. Как это сделать я описал тут: http://www.eddy.com.ua/archives/719

 

Если у Вас возникнут вопросы или Вы захотите связаться со мной, сделайте это с помощью формы на страничке «Обратная связь»