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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Détecteur de métaux basé sur le principe d'un fréquencemètre électronique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / détecteurs de métaux Il s'agit d'un développement conjoint de l'auteur et d'un ingénieur de Donetsk (Ukraine) Yuri Kolokolov (l'adresse de sa page personnelle sur Internet est home.skif.net/-yukol/index.htm), qui a réussi à transformer l'idée en un produit fini basé sur un microcontrôleur monopuce programmable . Il a développé la conception et le logiciel, ainsi que réalisé des tests grandeur nature. Malgré la simplicité de conception du détecteur de métaux proposé basé sur le principe d'un fréquencemètre, sa fabrication à domicile peut être difficile en raison de la nécessité d'entrer un programme spécial dans le microcontrôleur. Cela ne peut être fait qu'avec l'expérience et le micrologiciel appropriés pour fonctionner avec le microcontrôleur. À l'heure actuelle, la société moscovite "Master Kit" maîtrise la production de kits pour radioamateurs pour l'auto-assemblage du détecteur de métaux décrit. Le kit contient la carte de circuit imprimé et les composants électroniques, y compris le contrôleur déjà programmé. Peut-être que, pour de nombreux amateurs de chasse au trésor et de reliques, l'achat du kit NM8041 (numéroté selon le catalogue Master Kit) et son assemblage simple ultérieur se révéleront une alternative pratique à l'achat d'un appareil industriel coûteux ou à la fabrication d'un détecteur de métaux complètement par vous-même. Pour ceux qui ont confiance en eux et sont prêts à essayer de fabriquer et de programmer un détecteur de métaux à microprocesseur, la page personnelle de Yuri Kolokolov sur Internet contient la version d'essai du micrologiciel du contrôleur au format Intel Hex et d'autres informations utiles. Cette version du firmware diffère de la version complète, qui est stockée dans les microcontrôleurs de l'ensemble NM8041, en l'absence d'un mode dynamique et de quelques autres fonctionnalités. Le principe de fonctionnement du détecteur de métaux considéré est basé sur la mesure de la fréquence du générateur avec un fréquencemètre électronique, dont le circuit comprend un capteur - une inductance. Dans ce cas, ce n'est pas la valeur de fréquence elle-même qui porte une information utile, mais son incrément, qui se produit lorsque le capteur s'approche de la cible, et le signe de cet incrément. Le détecteur de métaux a une plage de détection environ une fois et demie supérieure à celle du prototype sur battements. En même temps, il a une sélectivité pour les métaux. Une faible consommation de courant et une large gamme de tensions d'alimentation possibles permettent un large éventail d'options pour connecter des batteries ou des batteries. L'appareil s'adapte automatiquement à la fréquence initiale du générateur de mesure. Dans ce cas, théoriquement, la valeur de fréquence peut être comprise entre environ 100 Hz et 200 kHz, ce qui offre également de grandes opportunités pour choisir la conception du capteur. En termes de nombre de pièces, le détecteur de métaux proposé n'est pas plus difficile qu'un détecteur de métaux à battements. Ceci a été réalisé grâce à l'implémentation logicielle de la plupart des fonctions dans un microcontrôleur monopuce. Principales caractéristiques techniques
Schéma structurel Le schéma fonctionnel d'un détecteur de métaux, réalisé sur le principe d'un fréquencemètre électronique, est illustré à la fig. 12.
En réalité, le détecteur de métaux considéré se compose uniquement d'un générateur de mesure et d'un fréquencemètre électronique. Le schéma fonctionnel est plutôt une illustration de l'algorithme de son fonctionnement. Et l'algorithme du détecteur de métaux est le suivant. Tout d'abord, le fréquencemètre électronique mesure la fréquence de l'oscillateur de mesure lorsque le capteur est éloigné d'objets métalliques et de ferromagnétiques. Cette valeur est stockée dans un registre de stockage. Puis, en temps réel, le fréquencemètre mesure la fréquence de l'oscillateur de mesure. La valeur de la fréquence de référence est soustraite des valeurs obtenues et le résultat est transmis au dispositif d'affichage. Diagramme schématique Le schéma de principe du détecteur de métaux est illustré à la fig. 13.
Le générateur de mesure est construit sur le temporisateur intégré A1 type NE555 (analogique domestique - K1006VI1). Cette puce est utilisée d'une manière quelque peu inhabituelle - en tant qu'oscillateur LC. Le circuit oscillant du générateur est constitué des condensateurs C1*, C2* et de l'inductance de capteur L. La fréquence de résonance est déterminée comme pour un circuit oscillant classique, tandis que la capacité des condensateurs connectés en série C1* et C2* agit comme le circuit capacitance. Lors de l'utilisation d'un capteur typique d'un diamètre de 180 ... 190 mm, contenant 100 tours de fil et des capacités de condensateurs C1 * = 0,047 μF et C2 * = 0,01 μF, la fréquence de génération est d'environ 20 kHz. Si nécessaire, la fréquence du générateur peut être modifiée en changeant les capacités des condensateurs C1* et C2*. Dans ce cas, il est souhaitable que ces conteneurs soient dans un rapport d'environ (4 ... 6): 1. Le microcontrôleur A2 est responsable de toutes les autres fonctions de traitement du signal du générateur de mesure jusqu'à l'indication. Ce circuit utilise un microcontrôleur AT90S2313-10PI fabriqué par ATMEL. Il s'agit d'un microcontrôleur monopuce RISC 8 bits à faible coût. Il a une performance de 10 MIPS à 10 MHz. Contient : Flash 2 Ko, EEPROM 128 octets, 15 lignes d'E/S, 32 registres d'exploitation, deux temporisateurs/compteurs, temporisateur chien de garde, comparateur analogique, port série universel. Pour résoudre le problème, le microcontrôleur sélectionné a des caractéristiques techniques suffisamment élevées à un prix relativement bas. Les commandes et les indications sont directement connectées à la puce du microcontrôleur. La résistance variable R6 ajuste la sensibilité de l'appareil. Les LED VD1-VD3 indiquent le niveau de déviation de la fréquence du générateur de mesure en cas de prédominance de l'effet ferromagnétique. LED VD5...VD7 - en cas de prédominance de l'effet de conduction. La LED VD4 indique un décalage de fréquence nul. L'écouteur ou émetteur piézo Y est conçu pour l'indication sonore de l'écart de fréquence du signal du générateur de mesure. À l'aide du commutateur S1, le mode de fonctionnement de l'appareil est défini - statique ou dynamique. En mode statique, le signal, qui est un code numérique de la différence de fréquence, est logarithmique et est immédiatement affiché. Chaque niveau d'indication lumineuse est accompagné de sa propre tonalité d'indication sonore. Le mode dynamique est conçu pour rechercher des cibles dans un contexte d'interférences provenant du sol, des minéraux, etc. En mode dynamique, le signal est soumis à un filtrage numérique qui sépare le signal utile du bruit de fond des signaux parasites. Cet appareil utilise un filtrage adapté optimal. En bref, son essence réside dans le fait que pour tout signal, il existe un filtre optimal qui vous permet d'obtenir la réponse maximale à sa sortie. Un tel filtre numérique est mis en œuvre pour le signal de désaccord de fréquence qui se produit lorsque la bobine de recherche se déplace sur de petites cibles à une vitesse de 0,5 ... 1 m/s. Le filtre est implémenté par programmation dans le microcontrôleur. Le connecteur X1 sert à connecter un ordinateur au stade du chargement du programme dans le microcontrôleur. Types de pièces et conception La conception contient un nombre minimum de pièces. Cependant, il n'y a pas d'exigences particulières pour eux. La puce de minuterie A1 (NE555) peut être remplacée par KR1006VI1. Il est souhaitable de choisir des LED avec une luminosité accrue de la lueur. Le stabilisateur A3 (LP2950) peut être utilisé de type 1184EN1 ou, un peu pire, 78L05. Dans ce dernier cas, la tension de batterie minimale autorisée sera de 6,7 V. Le microcontrôleur A2 est soudé directement dans la carte de circuit imprimé (puisque le programme est entré via le connecteur, il n'est pas nécessaire de le retirer de la carte même s'il change), mais si vous le souhaitez, le microcontrôleur peut également être installé dans la prise . La puce AT90S2313-10PI peut être remplacée par l'AT90S2313-10PC, cependant, dans ce cas, le fabricant ne garantit pas un fonctionnement à des températures inférieures à 0 °C (ce qui peut très bien être sur le terrain). Les résistances peuvent être utilisées dans une grande variété de types, pour une dissipation de puissance de 0,063 ... 0,25 W. Condensateurs C1 * et C2 * - il est souhaitable d'utiliser des condensateurs thermiquement stables, en particulier C2 *. Condensateur électrolytique C4 - tout type. Les condensateurs restants sont en céramique, type K10-17. Types de résonateurs à quartz RG-05, RK169 ou autres de petite taille. Le capteur est une bobine blindée. La conception peut être tirée de ce livre. Logiciel La plupart des fonctions de l'appareil sont affectées au programme exécuté par le microcontrôleur et enregistrées (programmées) dans sa mémoire non volatile. Au moment de la rédaction de ce document, l'algorithme de fonctionnement de l'appareil suivant a été implémenté. 1. Après avoir lancé le programme, en appuyant sur la touche SO, le microcontrôleur mesure grossièrement la fréquence de l'oscillateur de mesure pendant un intervalle de temps fixe (de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes). 2. Ensuite, une minuterie interne du microcontrôleur est ajustée de sorte que la division de la fréquence d'entrée se traduit par un intervalle mesuré Ti légèrement inférieur à l'intervalle fixe ci-dessus. 3. Ensuite, une mesure de contrôle de l'intervalle mesuré Ti est effectuée à l'aide du deuxième temporisateur, auquel des impulsions de comptage sont envoyées avec une fréquence d'horloge de plusieurs mégahertz. 4. La valeur mesurée de l'intervalle de temps Ti est stockée et ensuite utilisée comme référence Te. 5. La mesure de l'intervalle Ti est répétée dans le cycle. 6. Les intervalles Ti et Te sont comparés en soustrayant l'un de l'autre. 7. Le résultat obtenu est traité pour sa perception pratique à l'aide d'indications lumineuses et sonores. Le logiciel de cet appareil a été créé et débogué pendant plus de deux ans et continue d'être constamment amélioré, ainsi que la carte de circuit imprimé. Peut-être, au moment où vous lisez ce texte, la conception et le logiciel proposés ont-ils déjà subi des modifications importantes. Pour les dernières informations, nous vous recommandons de vous référer à la page personnelle de Yuri Kolokolov sur Internet, home.skif.net/-yukol/index.htm, qui contient des informations sur les nouvelles fonctionnalités. Travailler avec l'appareil Lorsque l'interrupteur S1 est fermé, l'appareil passe en mode statique. Dans ce mode, lorsque la bobine s'approche de la cible ferromagnétique, les LED VD3, VD2, VD1 commencent à s'allumer séquentiellement. Si la bobine est rapprochée d'un objet métallique non ferromagnétique, les LED VD5, VD6, VD7 s'allumeront. Malheureusement, l'appareil réagit de la même manière aux objets en fer de grande surface (par exemple, une boîte de conserve). Cela est dû au fait que lorsque la bobine de recherche est exposée à des objets métalliques ferromagnétiques, deux effets apparaissent à la fois - l'effet de conduction et l'effet ferromagnétique. À un certain rapport de la surface de l'objet au volume, l'effet de conduction commence à dominer. L'appareil passe en mode dynamique lorsque l'interrupteur S1 est ouvert. Dans ce mode, le détecteur de métaux a la sensibilité la plus élevée possible, mais ne réagit aux objets que lorsque le capteur se déplace - la bobine doit se déplacer au-dessus du sol à une vitesse d'environ 0,5 ... 1 m/s. L'emplacement de l'objet en mode dynamique est trouvé par la méthode "fourche d'artillerie" lorsque la bobine passe deux fois sur l'objet - de gauche à droite et de droite à gauche. Dans ce mode, il est important de ressentir la vitesse la plus basse avec laquelle vous pouvez déplacer la bobine. Il est facilement maîtrisé avec une courte session de formation. L'affichage en mode dynamique est un peu différent. Lorsque la bobine se déplace sur un objet ferromagnétique, les LED de la "échelle" VD5, VD6, VD7 s'allument d'abord, puis de la "échelle" VD3, VD2, VD1. Lors du déplacement de la bobine sur un objet non ferromagnétique, l'indication fonctionne en sens inverse. Comme mentionné ci-dessus, chaque LED a sa propre tonalité d'indication sonore. Après un court travail avec un détecteur de métaux, les "airs" caractéristiques des différents types de cibles sont mémorisés. Cela vous permet d'utiliser principalement l'indication sonore lors de la recherche, ce qui est très pratique. Avant de commencer à travailler dans les deux modes, il est nécessaire de régler la sensibilité optimale de l'appareil à l'aide d'une résistance variable R6. Il est réglé sur une position lorsque l'appareil commence à indiquer de fausses réponses. Puis en faisant tourner lentement le rotor de cette résistance, il faut parvenir à la disparition des faux positifs. Auteur : Shchedrin A.I.
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