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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Detector de metales basado en el principio de un frecuencímetro electrónico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / detector de metales Este es un desarrollo conjunto del autor y el ingeniero de Donetsk (Ucrania) Yuri Kolokolov (la dirección de su página personal en Internet es home.skif.net/-yukol/index.htm), gracias a cuyos esfuerzos fue posible traducir la idea en un producto terminado basado en un microcontrolador programable de un solo chip. Desarrolló el diseño y el software, y también llevó a cabo pruebas a gran escala. A pesar de la simplicidad del diseño del detector de metales propuesto basado en el principio de un frecuencímetro, su fabricación en casa puede resultar complicada debido a la necesidad de introducir un programa especial en el microcontrolador. Esto sólo se puede hacer si tiene la experiencia y el hardware y software adecuados para trabajar con el microcontrolador. Actualmente, la empresa moscovita "Master Kit" ha dominado la producción de kits para radioaficionados para el autoensamblaje del detector de metales descrito. El kit contiene una placa de circuito impreso y componentes electrónicos, incluido un controlador preprogramado. Quizás, para muchos amantes de la búsqueda de tesoros y reliquias, la adquisición del kit NM8041 (numerado según el catálogo de la empresa Master Kit) y su posterior montaje sencillo resulte una alternativa cómoda a la compra de un costoso dispositivo industrial o a la fabricación de un detector de metales completamente por su cuenta. Para aquellos que se sienten seguros y están listos para intentar fabricar y programar un detector de metales con microprocesador, la página personal de Yuri Kolokolov en Internet contiene el código para una versión de evaluación del firmware del controlador en formato Intel Hex y otra información útil. Esta versión de firmware se diferencia de la versión completa, que está grabada en los microcontroladores NM8041, en ausencia de un modo dinámico y algunas otras características. El principio de funcionamiento del detector de metales en cuestión se basa en medir la frecuencia de un generador mediante un frecuencímetro electrónico, cuyo circuito incluye un sensor: una bobina de inductancia. En este caso, la información útil no la transmite el valor de frecuencia en sí, sino su incremento, que ocurre cuando el sensor se acerca al objetivo, y el signo de este incremento. El detector de metales tiene un alcance de detección aproximadamente una vez y media mayor que el del prototipo de paliza. Al mismo tiempo, tiene selectividad por los metales. El bajo consumo de corriente y una amplia gama de voltajes de suministro posibles permiten una amplia gama de opciones para conectar baterías o baterías. El dispositivo se ajusta automáticamente a la frecuencia inicial del generador de medición. En este caso, teóricamente el valor de la frecuencia puede estar en el rango de aproximadamente 100 Hz a 200 kHz, lo que también ofrece grandes posibilidades a la hora de elegir el diseño del sensor. En cuanto al número de piezas, el detector de metales propuesto no es más complicado que un detector de metales de paliza. Esto se logró gracias a la implementación de software de la mayoría de las funciones en un microcontrolador de un solo chip. Principales características técnicas
esquema estructural El diagrama de bloques de un detector de metales, fabricado según el principio de un frecuencímetro electrónico, se muestra en la figura. 12.
En realidad, el detector de metales en cuestión consta únicamente de un generador de medición y un frecuencímetro electrónico. El diagrama estructural es más bien una ilustración del algoritmo de su funcionamiento. Y el algoritmo del detector de metales en sí es el siguiente. En primer lugar, un frecuencímetro electrónico mide la frecuencia del oscilador de medición cuando el sensor está alejado de objetos metálicos y ferroimanes. Este valor se almacena en un registro de almacenamiento. Luego, el frecuencímetro mide en tiempo real la frecuencia del oscilador de medición. El valor de la frecuencia de referencia se resta de los valores obtenidos y el resultado se envía al dispositivo indicador. Diagrama esquemático El diagrama esquemático del detector de metales se muestra en la fig. 13
El generador de medición está construido sobre un temporizador integrado A1 tipo NE555 (análogo doméstico - K1006VI1). Este chip se utiliza de una forma algo inusual: como oscilador LC. El circuito oscilatorio del generador consta de los condensadores C1*, C2* y el inductor del sensor L. La frecuencia de resonancia se determina como en un circuito oscilatorio convencional, mientras que la capacitancia del circuito es la capacitancia de los condensadores C1* y C2 conectados en serie. *. Cuando se utiliza un sensor típico con un diámetro de 180... 190 mm, que contiene 100 vueltas de cable y condensadores C1* = 0,047 μF y C2* = 0,01 μF, la frecuencia de generación es de aproximadamente 20 kHz. Si es necesario, la frecuencia del generador se puede cambiar cambiando la capacitancia de los condensadores C1* y C2*. En este caso, es deseable que estos contenedores estén en una proporción de aproximadamente (4...6):1. El microcontrolador A2 es responsable de todas las demás funciones desde el procesamiento de la señal del generador de medición hasta la pantalla. Este circuito utiliza el microcontrolador AT90S2313-10PI fabricado por ATMEL. Este es un microcontrolador de un solo chip RISC rentable de 8 bits. Tiene un rendimiento de 10 MIPS a 10 MHz. Contiene: 2 kilobytes de memoria flash, 128 bytes de EEPROM, 15 líneas de E/S, 32 registros de trabajo, dos temporizadores/contadores, temporizador de vigilancia, comparador analógico, puerto serie universal. Para resolver el problema, el microcontrolador seleccionado tiene características técnicas suficientemente altas a un precio relativamente bajo. Tanto los elementos de control como los de visualización están conectados directamente al chip del microcontrolador. La resistencia variable R6 regula la sensibilidad del dispositivo. Los LED VD1-VD3 indican el nivel de desviación de frecuencia del generador de medición en caso de predominio del efecto ferromagnético. LED VD5...VD7 - en caso de predominio del efecto de conductividad. El LED VD4 indica cambio de frecuencia cero. El auricular o piezoemisor Y está destinado a la indicación audible de la desviación de frecuencia de la señal del generador de medición. Usando el interruptor S1, se configura el modo de funcionamiento del dispositivo: estático o dinámico. En modo estático, la señal, que es un código digital de la diferencia de frecuencia, se logaritmia y se envía inmediatamente a la pantalla. Cada nivel de indicación luminosa va acompañado de su propio tono de indicación sonora. El modo dinámico está diseñado para buscar objetivos en un contexto de interferencia del suelo, minerales, etc. En el modo dinámico, la señal se somete a un filtrado digital, que distingue la señal útil del fondo de señales perturbadoras. Este dispositivo utiliza una filtración combinada óptima. En resumen, su esencia es que para cualquier señal existe un filtro óptimo que le permite obtener la máxima respuesta en su salida. Un filtro digital de este tipo se implementa para una señal de desafinación de frecuencia que se produce cuando la bobina de búsqueda se mueve sobre objetivos pequeños a una velocidad de 0,5... 1 m/s. El filtro se implementa en software en un microcontrolador. El conector X1 se utiliza para conectar una computadora en la etapa de cargar el programa en el microcontrolador. Tipos de piezas y diseño. El diseño contiene un número mínimo de piezas. Al mismo tiempo, no se les imponen requisitos especiales. El chip temporizador A1 (NE555) se puede reemplazar por KR1006VI1. Es recomendable elegir LED con mayor brillo. El estabilizador A3 (LP2950) se puede utilizar como 1184EN1 o, lo que es algo peor, 78L05. En este último caso, la tensión mínima permitida de la batería será de 6,7 V. El microcontrolador A2 se suelda directamente a la placa de circuito impreso (dado que el programa se ingresa a través del conector, no es necesario retirarlo de la placa incluso si se cambia), pero si se desea, el microcontrolador también se puede instalar en el enchufe. El chip AT90S2313-10PI se puede reemplazar por un AT90S2313-10PC, sin embargo, en este caso, el fabricante no garantiza el funcionamiento a temperaturas inferiores a 0 °C (lo que bien puede ser el caso en condiciones de campo). Las resistencias se pueden utilizar en una amplia variedad de tipos, con una disipación de potencia de 0,063...0,25 W. Condensadores C1* y C2*: se recomienda utilizar condensadores térmicamente estables, especialmente C2*. Condensador electrolítico C4: cualquier tipo. El resto de condensadores son cerámicos, tipo K10-17. Resonador de cuarzo tipo RG-05, RK169 u otro de pequeño tamaño. El sensor es una bobina blindada. El diseño se puede tomar de este libro. Software La mayoría de las funciones del dispositivo están asignadas a un programa ejecutado por el microcontrolador y registrado (programado) en su memoria no volátil. Al momento de escribir este material, se implementó el siguiente algoritmo operativo del dispositivo. 1. Después de iniciar el programa, presionando el botón SO, el microcontrolador mide aproximadamente la frecuencia del generador de medición durante un intervalo de tiempo fijo (aproximadamente varias decenas de milisegundos). 2. Luego se ajusta un temporizador interno del microcontrolador de modo que dividir la frecuencia de entrada dé como resultado un intervalo medido Ti ligeramente menor que el intervalo fijo especificado anteriormente. 3. A continuación se realiza una medición de control del intervalo Ti medido mediante un segundo temporizador, al que se suministran impulsos de contaje con una frecuencia de reloj de varios megahercios. 4. El valor medido del intervalo de tiempo Ti se recuerda y posteriormente se utiliza como referencia Te. 5. La medición del intervalo Ti se repite en el ciclo. 6. Los intervalos Ti y Te se comparan restando uno del otro. 7. El resultado obtenido se procesa para una fácil percepción mediante indicación luminosa y sonora. El software para este dispositivo ha sido creado y depurado durante más de dos años y continúa mejorándose constantemente, al igual que la placa de circuito impreso. Es posible que al momento de leer este texto, el diseño y software propuesto ya hayan sufrido cambios significativos. Para obtener la información más reciente, le recomendamos que visite la página personal de Yuri Kolokolov en Internet, home.skif.net/-yukol/index.htm, que contiene información sobre nuevas funciones. Trabajando con el dispositivo Cuando el interruptor S1 está cerrado, el dispositivo entra en modo estático. En este modo, cuando la bobina se acerca al objetivo ferromagnético, los LED VD3, VD2, VD1 comienzan a encenderse secuencialmente. Si se acerca la bobina a un objeto metálico no ferromagnético, se iluminarán los LED VD5, VD6, VD7. Desafortunadamente, el dispositivo reacciona de la misma manera ante objetos de hierro con una gran superficie (por ejemplo, una lata). Esto se debe al hecho de que cuando la bobina de búsqueda se expone a objetos metálicos ferromagnéticos, se producen dos efectos a la vez: el efecto de conductividad y el efecto ferromagnético. A una cierta relación entre la superficie de un objeto y su volumen, el efecto de conductividad comienza a predominar. El dispositivo cambia al modo dinámico cuando se abre el interruptor S1. En este modo, el detector de metales tiene la mayor sensibilidad posible, pero reacciona a los objetos sólo cuando el sensor se mueve; la bobina debe moverse por encima del suelo a una velocidad de aproximadamente 0,5...1 m/s. La ubicación de un objeto en modo dinámico se determina mediante el método del "horquilla de artillería", pasando la bobina sobre el objeto dos veces: de izquierda a derecha y de derecha a izquierda. En este modo, es importante sentir la velocidad más baja a la que puedes mover el carrete. Esto es fácil de dominar con un poco de práctica. La visualización en modo dinámico se ve un poco diferente. Cuando la bobina se mueve sobre un objeto ferromagnético, primero se encienden los LED de la "escala" VD5, VD6, VD7 y luego de la "escala" VD3, VD2, VD1. Al mover la bobina sobre un objeto no ferromagnético, la indicación funciona a la inversa. Como se mencionó anteriormente, cada LED tiene su propio tono de indicación de sonido. Después de un breve período de trabajo con el detector de metales, se recuerdan las “melodías” características de los diferentes tipos de objetivos. Esto le permite utilizar principalmente indicaciones sonoras durante la búsqueda, lo cual es bastante conveniente. Antes de comenzar a trabajar en ambos modos, es necesario configurar la sensibilidad óptima del dispositivo utilizando la resistencia variable R6. Está configurado en una posición donde el dispositivo comienza a mostrar respuestas falsas. Luego, girando lentamente el rotor de esta resistencia, es necesario asegurarse de que desaparezcan las falsas alarmas. Autor: Shchedrin A.I.
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Comentarios sobre el artículo: invitado Los diagramas parecen interesantes. Quiero recopilar, probar ... Pero por qué no hay firmware, esa es la pregunta ![[?]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/query.gif){kind=small}
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