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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Detector de metales de pulso avanzado en microcircuitos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / detector de metales Al igual que otros tipos de detectores de metales, los detectores de metales PI (Puls Induction) se mejoran constantemente. Gracias al uso de nuevas soluciones de circuitos, es posible conseguir una sensibilidad aún mayor de estos dispositivos. Según el autor, el diseño del dispositivo propuesto es bastante complejo para que lo repitan los radioaficionados novatos. Además, pueden surgir ciertas dificultades a la hora de ajustar este dispositivo. Se debe prestar especial atención al hecho de que los errores de instalación y la configuración incorrecta del dispositivo pueden provocar el fallo de elementos costosos. Diagrama esquemático El diagrama esquemático del detector de metales por impulsos mejorado propuesto se puede dividir en dos partes, a saber: un bloque transmisor y un bloque receptor. Desafortunadamente, el espacio limitado de este libro no nos permite detenernos en detalle en todas las características de las soluciones de circuitos utilizadas para crear este dispositivo. Por lo tanto, a continuación consideraremos los conceptos básicos del funcionamiento de solo los nodos y cascadas más importantes. Como ya se mencionó, este detector de metales es una versión mejorada del dispositivo comentado en la sección anterior de este capítulo. Ciertos cambios afectaron al módulo de generación y sincronización de pulsos, al transmisor y al convertidor de voltaje. El circuito del bloque receptor ha sufrido cambios más significativos (Fig. 3.18). El bloque transmisor incluye un módulo de generación y sincronización de pulsos, el propio transmisor y un convertidor de voltaje.
El componente principal de todo el diseño es el módulo de generación y sincronización de pulsos, realizado en un microprocesador IC1 tipo AT89C2051 de ATMEL y que proporciona la generación de pulsos para el transmisor, así como señales que controlan el funcionamiento de todos los demás bloques. La frecuencia de funcionamiento del microcontrolador IC1 está estabilizada por un resonador de cuarzo (6 MHz). A la frecuencia operativa especificada, el microprocesador genera una secuencia periódica de pulsos de control para varias etapas del detector de metales. Inicialmente, se genera un impulso de control en el pin IC1/14 del microprocesador para el transistor T6, después de lo cual se genera un impulso similar en el pin IC1/15 para el transistor T7. Luego este proceso se repite nuevamente. Como resultado, se pone en marcha el convertidor de voltaje. A continuación, los impulsos de activación del transmisor se generan secuencialmente en los pines IC1/8, IC1/7, IC1/6, IC1/17, IC1/16 e IC1/18. En este caso, estos pulsos tienen la misma duración, pero cada pulso posterior se retrasa con respecto al anterior varios ciclos de reloj. El comienzo del primer pulso generado en el pin IC1/8 coincide con la mitad del segundo pulso en el pin IC1/15. Usando el interruptor P1, puede seleccionar el tiempo de retardo del pulso de inicio del transmisor en relación con el pulso de inicio. Unos pocos ciclos de reloj después del final del pulso en el pin IC1/18, se forma un pulso de puerta corto para el amplificador del analizador en el pin IC1/2. A diferencia del circuito discutido anteriormente, en este dispositivo se forma un segundo pulso de activación en el mismo pin del microcontrolador después de varios ciclos de reloj. Además, las señales de control para los transistores T1 y T12 de la unidad receptora se generan en las clavijas IC1/13 e IC31/32 del microprocesador. La mitad del impulso de control para el transistor T31 coincide con la mitad del primer impulso de puerta en el pin IC1/2, pero la duración del impulso en el pin IC1/12 es casi el doble. En este caso, el pulso indicado tiene polaridad negativa. El comienzo de la señal del pulso de control en el pin IC1/13 casi coincide con la mitad del segundo pulso en el pin IC1/14 del microcontrolador, y termina unos pocos ciclos de reloj después del final del segundo pulso de puerta generado en el pin IC1/ 2. Luego, en el pin IC1/11, se genera una señal de control para el transistor T35 del circuito de señalización acústica de la unidad receptora. Después de una breve pausa, se vuelve a formar la secuencia de pulsos de control en las salidas correspondientes del microcontrolador. La tensión de alimentación de +5 V, previamente estabilizada por IC2, se aplica al pin IC1/20 del microcontrolador. El convertidor de voltaje, fabricado con transistores T6-T8 y estabilizador IC3, asegura la formación de la tensión de alimentación de +5 V necesaria para alimentar las cascadas de la parte receptora. Las señales de control para los transistores T7 y T8 se generan en los pines correspondientes del microcontrolador IC1, mientras que esta señal se suministra al transistor T8 a través de un convertidor de nivel montado en el transistor T6. A continuación, la tensión de alimentación generada se estabiliza mediante el microcircuito IC3, desde cuya salida se suministra una tensión de +5 V a las etapas del receptor. Las etapas de salida del transmisor se realizan en potentes transistores T1, T2 y T3, que funcionan con una carga común, que es la bobina L1, desviada por una cadena de resistencias R1-R6. El funcionamiento de los transistores de la etapa de salida está controlado por el transistor T4. La señal de control a la base del transistor T4 se suministra desde la salida correspondiente del procesador IC1 a través del transistor T5. Como en el detector de metales comentado en el apartado anterior, el pulso generado por el microprocesador IC1 de acuerdo con el programa almacenado en su memoria se alimenta a través de un interruptor a la entrada del transistor T5 y luego, a través del transistor T4, a las etapas de salida del el transmisor, hecho en los transistores T1-T3, y luego - a la bobina de transmisión-recepción L1. Cuando aparece un objeto metálico en el área de cobertura de la bobina L1, se excitan corrientes superficiales parásitas en su superficie bajo la influencia de un campo electromagnético externo iniciado por un pulso del transmisor. La vida útil de estas corrientes depende de la duración del impulso emitido por la bobina L1. Las corrientes superficiales son la fuente de una señal de pulso secundaria, que es recibida por la bobina L1, amplificada y alimentada al circuito de análisis. Debido al fenómeno de autoinducción, la duración de la señal secundaria será mayor que la duración del pulso emitido por la bobina transmisora. En este caso, la forma de la señal de pulso secundaria depende de las propiedades del material del que está hecho el objeto metálico detectado. El procesamiento de información sobre las diferencias en los parámetros de los pulsos emitidos y recibidos por la bobina L1 asegura la generación de datos para la unidad de indicación sobre la presencia de un objeto metálico. El bloque receptor (Fig. 3.19) incluye un amplificador de señal de entrada de dos etapas, amplificadores de señal de referencia, un amplificador analizador, un filtro activo de banda estrecha, un filtro de paso bajo, un circuito de generación de voltaje de polarización, circuitos de conmutación y una indicación de audio. circuito.
La señal del objeto metálico es recibida por la bobina L1 y, a través de un circuito de protección formado por diodos D1 y D2, se alimenta al amplificador de retroalimentación capacitiva de dos etapas de entrada formado por los amplificadores operacionales IC31 e IC32. Desde la salida del chip IC32 (pin IC32/6), la señal de pulso amplificada se envía a un amplificador-analizador fabricado en el chip IC33. Durante el funcionamiento del dispositivo, el amplificador IC33 se apaga constantemente y se le suministra tensión de alimentación sólo cuando se reciben impulsos de puerta en la entrada correspondiente (pin IC33/8). Una vez suministrada la tensión de alimentación, la salida del amplificador (pin IC33/5) mantiene el nivel de la señal recibida registrada durante la exposición a los pulsos estroboscópicos durante varios segundos. El tiempo necesario para mantener el nivel de la señal depende de la capacitancia del condensador C65. Por lo tanto, la señal de pulso recibida se suministra a una entrada del amplificador (pin IC33/3), y el pulso de puerta correspondiente del módulo de sincronización y conformación de pulsos (pin IC33/8) se suministra a la segunda entrada (pin IC64/1 ) a través de los condensadores C2. A continuación, la señal seleccionada pasa a través de un filtro activo fabricado en el elemento IC34a y sintonizado a una frecuencia de 6 MHz. Para lograr los parámetros de los elementos individuales de este filtro indicados en el diagrama del circuito, se recomienda utilizar la conexión en paralelo de resistencias y condensadores. Así, por ejemplo, el valor de capacitancia del condensador C67 (0,044 μF) indicado en el diagrama se logra conectando en paralelo dos condensadores con una capacidad de 0,022 μF cada uno. Cabe señalar que cuando se utiliza un elemento de cuarzo Q1 con una frecuencia de funcionamiento distinta de 6 MHz, se deben volver a calcular los valores de los elementos filtrantes individuales. Desde la salida del filtro, la señal se envía a un detector síncrono, en cuya entrada se instala un amplificador inversor con una ganancia de 1, fabricado en el elemento IC34b. En este caso, al cerrar los pares de contactos correspondientes del microcircuito IC37 (pines IC37/1,2 e IC37/3,4), se conmuta la señal negativa suministrada al circuito integrado con el condensador C71. Las señales de control para el microcircuito IC37 se generan en cascadas realizadas en los transistores T31-T33. Desde la salida del circuito integrador, la señal de pulso pasa a la entrada de la etapa del amplificador, que está hecha en el chip IC35 y al mismo tiempo funciona como un filtro de paso bajo. La caída de tensión en la salida del amplificador operacional (pin IC35/6) provoca la apertura del transistor T34 y la conexión al cable común de los auriculares BF1. Cuando se recibe una señal de control desde la salida correspondiente del microcontrolador (pin IC1/11) al transistor T35, se escuchará una señal de audiofrecuencia en los auriculares. La resistencia R77 limita la corriente que fluye a través de los auriculares BF1. Al seleccionarlo, podrá ajustar el volumen de la señal acústica. La señal del pin IC35/6 también se envía a la entrada de otro amplificador operacional (pin IC36/2), cuyo trabajo es anular la señal de salida. Su uso se explica por el hecho de que en la salida del microcircuito IC33 se generará una señal de salida variable en el tiempo incluso en ausencia de objetos metálicos en el rango de la bobina de búsqueda L1, por lo que la amplitud de la señal resultante será diferente de cero. Usando la resistencia R86, se aplica un voltaje de polarización a la entrada de la segunda etapa del amplificador (pin IC32/2) precisamente en el momento en que llega el primer pulso de puerta. El nivel de tensión de polarización requerido depende del nivel de la señal de salida en el pin IC35/6; su formación se garantiza mediante la cadena integradora C73, R78-R80 y la etapa amplificadora en el chip IC36. El circuito generador de voltaje de polarización funciona solo cuando los contactos correspondientes del microcircuito IC37 (pines IC37/9,8) están cerrados. La duración de este período de tiempo es de tres tics. En este caso, las señales de control del microcircuito IC37 provienen de cascadas realizadas en los transistores T31-T33. Esto asegura la ecualización de los niveles de señal generados en los momentos de llegada del primer y segundo pulso de activación. Pulsando el botón S2 se puede reducir significativamente el tiempo del proceso de puesta a cero. Detalles y construcción Todas las partes del dispositivo en cuestión (excepto la bobina de búsqueda L1, el interruptor P1, el interruptor S1 y el botón S2) están ubicadas en una placa de circuito impreso (Fig. 3.20) de 95x65 mm, hecha de lámina de doble cara getinax o textolita.
No existen requisitos especiales para las piezas utilizadas en este dispositivo. Se recomienda utilizar condensadores y resistencias de pequeño tamaño que se puedan colocar en una placa de circuito impreso sin ningún problema. Cabe señalar que para lograr los parámetros de los elementos individuales indicados en el diagrama del circuito, se debe utilizar la conexión en paralelo de resistencias y condensadores (Fig. 3.21). Se proporciona espacio adicional en la placa de circuito impreso para acomodar dichos elementos.
Los chips como LF356 (IC31, IC32) se pueden reemplazar por LM318 o NE5534, pero dicho reemplazo puede provocar problemas de instalación. Como amplificador IC35, además del microcircuito tipo IL071 indicado en el diagrama, se pueden utilizar microcircuitos CA3140, OP27 u OP37. El IC tipo R061 (IC36) se puede reemplazar fácilmente con CA3140. Además de los indicados en el esquema del circuito, como transistores T1-T3 se pueden utilizar transistores como BU2508, BU2515 o ST2408. La frecuencia de funcionamiento del resonador de cuarzo debe ser de 6 MHz. Puedes utilizar cualquier otro elemento de cuarzo con una frecuencia de resonancia de 2 a 6 MHz. Sin embargo, en este caso, será necesario volver a calcular los parámetros de los elementos filtrantes fabricados en el elemento IC34a. Para montar el microprocesador IC1, use un zócalo especial. En este caso, el microcontrolador se instala en la placa solo después de completar todo el trabajo de instalación. Esta condición también debe observarse al realizar trabajos de ajuste relacionados con la soldadura al seleccionar los valores de los elementos individuales. Se debe prestar especial atención a la fabricación de la bobina L1, cuya inductancia debe ser de 500 μH. El diseño de esta bobina prácticamente no difiere del diseño de la bobina de búsqueda L1 utilizada en el detector de metales discutido en la sección anterior. Tiene la forma de un anillo con un diámetro de 250 mm y contiene 30 vueltas de alambre con un diámetro no superior a 0,5 mm. Cuando se utiliza un cable de mayor diámetro, la corriente en la bobina aumentará, pero los valores de las corrientes parásitas aumentarán aún más rápido, lo que conducirá a un deterioro de la sensibilidad del dispositivo. Cabe recordar que para la fabricación de la bobina L1 no se recomienda utilizar alambre lacado, ya que la diferencia de potencial entre espiras adyacentes al emitir un pulso alcanza los 20 V. Si durante el proceso de bobinado de las espiras de la bobina, pasan conductores al estar cerca, por ejemplo, de la primera y quinta vuelta, la rotura del aislamiento está prácticamente garantizada. A su vez, esto puede provocar fallos en los transistores del transmisor y otros elementos. Por lo tanto, el cable utilizado en la fabricación de la bobina L1 debe estar aislado al menos con PVC. También se recomienda que la bobina terminada esté bien aislada. Para hacer esto, puede usar resina epoxica o varios rellenos de espuma. La bobina L1 debe conectarse a la placa mediante un cable bien aislado de dos núcleos, cuyo diámetro de cada núcleo no debe ser menor que el diámetro del cable del que está hecha la bobina. No se recomienda usar cable coaxial debido a su importante capacitancia inherente. La fuente de las señales de sonido pueden ser auriculares con una impedancia de 8 a 32 ohmios o un pequeño altavoz con una impedancia de bobina similar. Se recomienda utilizar una batería con una capacidad de aproximadamente 1 A/h como fuente de alimentación para B2, ya que la corriente consumida por este detector de metales supera los 200 mA. La placa de circuito impreso con los elementos ubicados en ella y la fuente de alimentación se colocan en cualquier carcasa adecuada. En la tapa de la carcasa hay un interruptor P1, conectores para conectar auriculares BF1 y una bobina L1, así como un interruptor S1 y un botón S2. Establecimiento Este dispositivo debe instalarse en condiciones en las que cualquier objeto metálico se retire de la bobina de búsqueda L1 a una distancia de al menos 1,5 m. La peculiaridad de configurar y ajustar el detector de metales en cuestión es que sus bloques y cascadas individuales se conectan gradualmente. En este caso, cada operación de conexión (soldadura) se realiza con la fuente de alimentación apagada. En primer lugar, es necesario verificar la presencia y el valor de la tensión de alimentación en los contactos correspondientes del zócalo del microcircuito IC1 en ausencia de un microcontrolador. Si este voltaje es normal, entonces debe instalar un microprocesador en la placa y usar un frecuencímetro u osciloscopio para verificar la señal en los pines IC1/4 e IC1/5. La frecuencia de la señal piloto en los pines especificados debe corresponder a la frecuencia de funcionamiento del resonador de cuarzo utilizado. Después de conectar los transistores del convertidor de voltaje (sin carga), el consumo de corriente debería aumentar en aproximadamente 50 mA. El voltaje en el capacitor C10 en ausencia de carga no debe exceder los 20 V. Luego se deben conectar las etapas del transmisor. Los modos de funcionamiento de los transistores T1-T4 deben ser los mismos y se configuran seleccionando los valores de las resistencias R13-R16. La resistencia de la bobina L1, derivada por las resistencias R1-R3, debe ser de aproximadamente 500 ohmios. En este caso, las conexiones de la bobina y las resistencias deben estar bien soldadas, ya que una falla de contacto en este circuito conlleva la falla de los transistores de salida del transmisor. Para verificar el funcionamiento de las cascadas del transmisor, puede sostener la bobina L1 cerca de su oído y encender el detector de metales. Después de aproximadamente medio segundo (después de poner a cero el microcontrolador), se puede escuchar una señal de tono bajo, cuya aparición se debe a la microvibración de las espiras individuales de la bobina. En este caso, en los colectores de los transistores T1-T3 se formará un pulso puntiagudo no modulado con una duración de aproximadamente 10-20 μs, cuya forma se puede controlar mediante un osciloscopio. Un aumento en la resistencia de las resistencias R1-R3 conduce a un aumento en la amplitud del pulso de salida con una disminución en su duración. Para seleccionar el valor de la resistencia en derivación de la bobina L1, no se recomienda utilizar una resistencia variable, ya que incluso una violación breve del contacto del motor con la ruta conductora puede dañar los transistores de salida del transmisor. Por lo tanto, es aconsejable cambiar gradualmente el valor de la derivación en incrementos de 50 ohmios. Antes de reemplazar piezas, asegúrese de apagar la fuente de alimentación del dispositivo. A continuación, puede comenzar a configurar la parte receptora. Si todas las piezas están en buen estado y la instalación se realizó correctamente, luego de encender el detector de metales (aproximadamente 20 μs después del final del pulso de inicio), en la salida del microcircuito IC31 (pin IC31/6), usando En un osciloscopio se puede observar una señal que aumenta exponencialmente y se convierte en una señal de nivel constante. La distorsión del frente de esta señal se elimina seleccionando las resistencias R1, R2 y R3, bobina de derivación L1. Después de esto, debes verificar la forma y amplitud de la señal en la salida del chip IC32 (pin IC32/6). La amplitud máxima de esta señal se establece seleccionando el valor de la resistencia R64. Durante el proceso de configuración, el voltaje de polarización en el pin IC32/2 se puede suministrar desde un divisor de voltaje separado, que se puede usar como una resistencia variable con un valor nominal de 5-50 kOhm, conectado, por ejemplo, entre el IC32/ 4,7 pines. El motor del potenciómetro está conectado a la resistencia R86. En la salida del chip IC33 (pin IC33/5) se puede observar una señal rectangular, cuya amplitud está controlada por un potenciómetro conectado temporalmente. A continuación, debe verificar las señales en las salidas de los elementos IC34a e IC34b. En este caso, deben existir sinusoides correctas en los pines IC34/6,7. Como resultado, se forma un voltaje constante en el condensador C71, que se suministra a la entrada del microcircuito IC35. Durante el proceso de configuración, se puede observar la respuesta del dispositivo a los cambios en la posición del control deslizante de un potenciómetro conectado temporalmente, después de lo cual se debe soldar un divisor R84, R85 en su lugar. Procedimiento de trabajo El procedimiento para trabajar con un detector de objetos metálicos no difiere significativamente del uso del detector de metales discutido en la sección anterior. Antes del uso práctico de este detector de metales, cambie P1 para configurar el retardo mínimo del pulso. Si durante el funcionamiento hay algún objeto metálico en el alcance de la bobina de búsqueda L1, aparecerá una señal acústica en los auriculares. Cambiar a un modo de funcionamiento con un retraso de pulso más largo eliminará la influencia no solo de las propiedades magnéticas del suelo, sino que también eliminará la reacción del dispositivo a todo tipo de objetos extraños (clavos oxidados, papel de aluminio de paquetes de cigarrillos, etc.). ) y posterior búsqueda inútil. Autor: Adamenko M.V.
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Comentarios sobre el artículo: Vladimir Estimado, el motor de búsqueda nunca será un ingeniero electrónico. Es dos en uno para dos vidas... invitado ¿Y dónde puedo encontrar el firmware para al menos la versión anterior? Sin eso, es solo un esquema... ![[?]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/query.gif){kind=small}
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