Введение

Теоретические вопросы и наша точка зрения на принципы работы многочастотных металлоискателей были подробно изложены в статье [1]. На основе этих принципов нами был разработан двухчастотный индукционный металлоискатель, который по своим характеристикам не уступает дорогостоящим моделям металлоискателей ведущих производителей. Теперь высококлассная поисковая техника станет доступной широкому кругу радиолюбителей, благодаря фирме Мастер Кит, которая на основе нашего прибора освоила выпуск недорогого набора КОЩЕЙ-ВМ8043. (КОЩЕЙ=КОлоколов+ЩЕдрин+Й) В предлагаемой вашему вниманию статье описаны схемные и конструктивные решения, которые воплощены в этом приборе. Для более полного понимания работы металлоискателя КОЩЕЙ-ВM8043 рекомендуется также ознакомиться с инструкцией по эксплуатации [2].

Основные технические характеристики

Максимальная глубина обнаружения объектов(по воздуху):
Монета диаметром 25мм – до 30см;
Каска — до 1м;
Максимальная глубина — до 2м;
Индикация:
Визуальная графическая и текстовая, ЖКИ 132 на 32 точки;
Звуковая многотональная;
Режимы поиска селективный и неселективный;
Количество рабочих частот 2 (7 и 14кГц);
Потребляемый ток
на частоте 7кГц, не более 180мА;
на частоте 14кГц, не более 100мА;
Диаметр датчика 195мм;

Структурная схема

Структурная схема металлоискателя Кощей-BM8043 изображена на Рис.1. Как видно из схемы, рассматриваемый металлоискатель имеет два принципиальных отличия от классических одночастотных приборов:

  • 1. Передающий и приемный тракты имеют широкую полосу пропускания.
  • 2. Для детектирования сигнала используется единственный коммутируемый синхронный детектор (причем он используется для детектирования на всех рабочих частотах).
  •  

    k01

     

     
    Рис.1. Структурная схема металлоискателя.

    Принципиальная схема

    image004

     
    Принципиальная схема металлоискателя Кощей-18М изображена на Рис.2 и Рис.3.

     Рис. 2. Схема принципиальная – часть 1.

    схемы и расположение элементов на печатной плате под печать

     

    image006

    Рис. 3. Схема принципиальная – часть 2.

    Передающий каскад металлоискателя выполнен на микросхемах D1…D3 и транзисторах VT1…VT4 и представляет собой типовую рекуперационную мостовую схему, которая широко применяется, например, в импульсных источниках питания. Микросхема D1 используется для инверсии сигнала. Микросхемы D2,D3 типа IR2104S представляют собой т.н. полумостовые драйверы, которые управляют транзисторами VT1…VT4. В схеме использованы транзисторы типа IRFR1205, которые обладают очень низким сопротивлением (менее 0,1 Ом!) в открытом состоянии. Это необходимо для достижения высокого КПД рекуперации. Электролитические конденсаторы C41,С42 участвуют в процессе рекуперации в качестве аккумулятора энергии. Входной усилитель выполнен на микросхеме D4. В схеме используется малошумящий термостабильный операционный усилитель типа OP27GS. Для управления коэффициентом усиления входного усилителя служит коммутатор D9. Коэффициент усиления может принимать восемь фиксированных значений. Синхронный детектор в этом приборе имеет в своей основе широко известную схему и реализован на операционном усилителе D6 и аналоговом коммутаторе D7. Отличительная особенность этого синхронного детектора – это наличие дополнительного коммутатора D5, который переключает “запоминающие” конденсаторы C6, C7, C9, C10. Благодаря такому включению этот синхронный детектор может осуществлять квазиодновременное квадратурное декодирование одно- или двухчастотного сигнала. Измерительный усилитель D8 и 10-ти разрядный ЦАП D10, который стоит в цепи автоподстройки этого усилителя, позволяют увеличить разрядность аналого-цифрового преобразования сигнала с выхода синхронного детектора. Аналого-цифровое преобразование производится с помощью 10-ти разрядного АЦП, встроенного в микроконтроллер D14. При этом используется сигнал ADC0 непосредственно с выхода синхронного детектора и усиленный сигнал ADC1 с выхода измерительного усилителя. Каскад на микросхеме D11 формирует высокостабильное напряжение величиной около 4,6В, которое используется в качестве опорного для АЦП и ЦАП, а также для цепей смещения измерительного усилителя. Стабилизатор D12 формирует питающее напряжение +5В. Стабилизатор D15 формирует напряжение +10В, которым запитывается передающий каскад. Для формирования напряжения –5В предназначен импульсный преобразователь на элементах VT5, VT6, VD4…VD6 и последующий линейный стабилизатор D13. Импульсный преобразователь работает на той же частоте, что и передающий каскад. Это позволяет существенно уменьшить влияние этого каскада на высокочувствительный приемный тракт. На элементах VT8, VT9, D16 выполнен каскад формирования сигнала звуковой индикации. На транзисторах VT8, VT9 выполнен электронный регулятор громкости. Работает он следующим образом – на RC цепочку R43, C35 подается ШИМ сигнал. В зависимости от скважности ШИМ сигнала будет меняться уровень постоянного напряжения на выходе этой RC цепочки, а также напряжение на выходе эммитерного повторителя VT8. В результате будет меняться амплитуда аудиосигнала на коллекторе VT9. Далее этот аудиосигнал подается на усилитель мощности D16, выход которого нагружен на громкоговоритель либо на наушники. Через разъем X2 к устройству подключается графический ЖКИ с размером экрана 122х32 точки. С помощью транзистора VT7 включается подсветка этого ЖКИ. Через разъем X3 к устройству подключается восьмикнопочная клавиатура. Разъем X1 предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера D14. Основой всей схемы металлоискателя является микроконтроллер D14 типа ATMEGA16. Он выполняет следующие функции:

    • 1. Генерирует сигнал передатчика F и опорный сигнал синхронного детектора SD_SYNC. Эти сигналы всегда имеют одинаковую частоту, однако фазовый сдвиг между этими сигналами может перестраиваться в пределах 0…360°. Шаг перестройки составляет 0,16° для частоты 7кГц и 0,32° для частоты 14кГц.
    • 2. Формирует управляющие сигналы для аналоговых коммутаторов D5,D9 и для ЦАПа D10.
    • 3. Генерирует сигнал звуковой индикации с регулируемой частотой и амплитудой.
    • 4. Осуществляет вывод информации на графический ЖКИ, а также формирует сигнал управления подсветкой этого ЖКИ.
    • 5. Осуществляет ввод информации с восьмикнопочной клавиатуры.
    • 6. Измеряет с помощью АЦП напряжение питания батареи.
    • 7. Измеряет с помощью АЦП сигнал с выхода синхронного детектора.
    • 8. Осуществляет математическую обработку измеренных данных.
    • 9. Осуществляет общее программное управление всем прибором.

    Вся схема металлоискателя, за исключением ЖКИ и клавиатуры, смонтирована на двухсторонней печатной плате размером 84 х 59мм. Столь малый размер удалось получить благодаря применению SMD деталей. Сборочный чертеж этой платы изображен на Рис.4.
    image008

     

     

     

     

     

     

     

    image010

     

     

     

     

     

     

     

     Рис. 4. Расположение элементов на печатной плате.

    Популярные запросы


    Catalog-Moldova - Ranker, Statistics Rambler's Top100

    Портал Электриков — Новости и комментарии из мира техники