«Простой металлоискатель. Сайт о микроконтроллерах AVR.RU», версия для печати. Исходный документ: https://avr.ru/ready/measure/mass/metdet

планета Железяка

Предистория этого прибора начиналась с учебной статьи "ураа! Склад!!! (/beginer/avrsbs/step8)". Есл вам нужен сам прибор и не интересны принципы работы, то просто соберите схему (/int/Files/Picture/metdet/metall.png) и залейте прошивку (/int/Files/Dounload/metdet/detector.zip) в устройство (микросхема AtTiny2313), не забыв установить "фьюзы" устройства в состояние  "без деления на 8" и "внешний кварц на  8+ мегегерц". Но будет гораздо полезнее ознакомиться с выше указанной статьей и понять основные принципы работы прибора.

Для того чтобы сделать из игрушки, предназначенной для обучения программированию, хоть сколько-то реально полезный прибор, необходимо слегка изменить схему.. добавить звуковую индикацию, изменить схему «подкачки», перейти на программирование на языке высокого уровня и использовать полностью возможности микроконтроллера AVR, такие как таймеры и прерывания.

 

Первое что бросается в глаза при сравнении двух схем — это измененная схема накачки. Вместо конденсатора в схеме стоит диод. Суть изменения такова- при переключении вывода накачки в «0» через диод и катушку L1 начинает течь ток. Катушка создает магнитное поле и запасает в нем энергию. Так-как ток постоянный, то сопротивление катушки очень невелико, падение напряжения на ней маленькое, и конденсатор C3 практически не заряжается.. Как только вывод накачки устанавливается в состояние «1», диод запирается, и катушка начинает заряжать конденсатор C3. Таким образом запуская работу колебательного контура. Может показаться что весь ток из контура «утечет» через диод на следующем полупериоде, ведь диод оказывается подключен параллельно колебательному контуру. Однако на самом деле такого не происходит, так как полупроводниковый диод имеет порог открытия 0,7-1.2 вольт, и напряжение на контуре не может его открыть. Применение такой схемы позволяет увеличить эффективность накачки контура, однако следует учесть, что импульс накачки должен быть предельно коротким, иначе мы быстро перегоним всю энергию источника питания в тепловую. Так-же в параллель источнику питания необходимо поставить «разгонный» электролит, который будет поддерживать ток в цикле «накачки».

Колебательный контур настроен на довольно низкий частотный диапазон. Это связано с тем, что черный металл становится практически «деревянным» при воздействии на него высоких частот. К сожалению, чем ниже частота контура тем больше тепловые потери и хуже работает компаратор: ведь фронты синусоиды становятся более пологими. В результате происходят ошибки срабатывания, из-за которых приходится вводить программный фильтр и включать схемы подавления помех. Все это снижает чувствительность устройства. Так что если вас интересуют только цветные металлы — смело повышайте частоту контура уменьшением количества витков катушки и емкости конденсатора C3.

Информация для размышления: Чем выше индуктивность катушки и меньше емкость конденсатора тем большее напряжение выдает колебательный контур. То-есть фронты круче и четче срабатывания компаратора. Кроме того период колебаний прямо пропорционален квадратному корню из произведения индуктивности и емкости (формула Томсона). То есть, при прочих равных, чем больше индуктивность, тем больше ее изменения при внесении в ее поле металла, и тем больше изменения периода. Однако эта зависимость не линейна и увеличение индуктивности может вызвать повышение тепловых потерь и может «пробить» контур накачки. По этому золотое правило — чем больше витков тем толще и «многожильнее» провод.

По поводу конструкции колебательного контура: по большому счету — имеет смысл впихнуть резонансный конденсатор рядом с катушкой. И высший шик- припаять его припоем с серебром. Это увеличит добротность контура. Кроме того, можно сделать разъемную конструкцию с разными типами детекторов. А учитывая, что у нас есть один незадействованный вывод микроконтроллера мы можем автоматически устанавливать нужные параметры для каждого типа детектора.

По поводу индикации. Со звуком — все понятно, наушник через конденсатор, резистор и на землю. А вот со световой индикацией мы немного схитрим. Так как в индикаторе уровня в один момент горит только один светодиод, то и ограничивающий резистор нужен только один. Индиктор «цветности» может гореть независимо от индикатора уровня, и по этому нуждается в собственном резисторе. Итого — эконом 7 резисторов.. а что? Экономика должна быть экономной.. По большому счету вместо диодов можно подключить ЖК индикатор, но.. пока лениво.

Теперь коснемся программы. Прога писана на паскале. Ибо я так хочу. Кому не нравится — переписывайте на другой ЯВУ. Сама программа работает по следующему принципу: Таймер Т1 подключается к компаратору. После запуска цикла идет отсчет числа срабатываний компаратора. По достижении заданного числа срабатываний запоминается состояние счетчика таймера. Это число сравнивается с «нулевым» уровнем (который запоминается при нажатии на кнопку). Разница между ними выводится на световую и звуковую индикацию.. Перед началом нового цикла (то есть в конце текущего) таймер автоматически формирует короткий импульс «подкачки». Результат сравнения обрабатывается фильтром, загрубляется. Сама программа работает в два потока.. основной поток — рабочий цикл программы. Вторичный поток- обработчики прерываний. Оба потока «общаются» с помощью регистра флагов.

 Программа, прошивка (hex), и схема устройства доступны для скачивания одним архивом metall.zip (/int/Files/Dounload/metdet/metall.zip). ЕЩЕ раз: не забудьте про фьюзы (ext=0xFF, High=0xDB, Low=0xFF)  иначе устройство не будет работать! (обязательно нужно ставить работу от кварца и отсутствие деления на 8!) Скачивайте, анализируйте, изменяйте на здоровье.  А изобретете чтото полезное, или улучшите конструкцию, или еще какая оказия приключиться - не жадничайте, делитесь с коллегами. Компилятор, как обычно, мой любимый Паскаль для AVR (http://www.mikroe.com/en/compilers/#avr) . ну а если, паче чаяния, оно вам все понравилось - будьте друзьями - котя-бы киньте ссылочку на наш ресурс.

Обсудить можно на нашем форуме AVR (http://forum.avr.ru/metaloiskatel-t33761.html).

Предшественник- учебный детектор "склад (/beginer/avrsbs/step8.html)

    Муравьев Юрий

 

Все права защищены © AVR.RU, 2021.