No Image

Схема пирата с дискриминацией

СОДЕРЖАНИЕ
4 просмотров
10 марта 2020

Уменьшаем ток потребления, увеличиваем чувствительность, повышаем
стабильность работы популярного металлодетектора.

Сижу спокойно, никого не трогаю, и тут бац – приходит мне на почту письмо чудаковатого содержания:
– Уважаемый автор! Не могли бы Вы подсказать, как можно улучшить работу металлоискателя Пират? При питании от 9-вольтовой батареи – чувствительности не хватает, но ток потребления приемлемый, при переходе на 12-вольтовый аккумулятор – работа схемы становится лучше, но задолбаешься его постоянно подзаряжать. Схема во вложении.
Чур меня! – сказал я, оглянувшись по сторонам, зашёл на всякий случай на свой сайт, полазил там, перекрестился. Нет там ничего похожего на металлоискатели!
– А с какого бодунца я должен что-то смыслить в этой области? – пишу автору вопроса. – Я, конечно, наблюдал лет 100 назад в журналах простенькие схемы металлоискателей на биениях, но не более того.
– Нет, этот не на биениях – импульсный, ребята из "радиоскота" разработали. Там всего-то делов: передатчик, да приёмник. Вам как два пальца об асфальт, а мне знаний не хватает и ответить толком никто не может!
Ну, как-то, – подумал я, – два пальца об асфальт, это не тот процесс, о котором я так долго мечтал с детсадовского возраста, – и хотел было в мягкой, но решительной форме отшить навязчивого вопрошающего, но. побродив по сети и поизучав вопрос, обнаружил – а оказывается, тема эта будоражит умы изрядного количества радиолюбителей. Популярная, оказывается, тема!
Да, немало ещё золотых самородков закопано на великих просторах нашей страны, – обозначил я возможные истоки подобного интереса и решил-таки озадачиться данным вопросом.
Результатом теоретической проработки темы стала страница – ссылка на страницу.
А теперь плавно переходим к "Пирату".

Случилось так, что "ребятам из радиоскота" пришлось не так уж и сильно поднапрячься.
Первая реализация подобного металлодетектора нашлась в буржуйском журнале "Everyday Electronics August 1989", и уж совсем похожую схему "PI Metal Detector" опубликовал 30.09.2008 С.В.Smith.
Так что братве всего-то и осталось – лишь выкинуть лишние, на их взгляд, радиодетали. На сколько лишние – оставим на их совести, работает, ну и слава богу!

Рассмотрим принцип работы данного металлоискателя. После излучения передатчиком короткого импульса магнитной индукции, в искомом металлическом объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отражённый сигнал. Этот отражённый сигнал и несёт полезную информацию об объекте, которую и надо зарегистрировать приёмной частью металлодетектора.

На Рис.1 (слева) приведена передающая часть "Пирата".
Генератор импульсов формирует короткие импульсы тока, поступающие с частотой 150Гц в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка имеет ярко выраженный индуктивный характер, всплески напряжения на ней могут достигать сотен вольт. А поскольку данная катушка является по совместительству и приёмной, необходимо позаботиться об ограничении данного напряжения на входе приёмной части регистратора. Для этой цели использован диодный ограничитель D1-D2.
На правой части рисунка показаны эпюры напряжения на ограничителе в условиях отсутствия в зоне действия катушки металлического предмета (синий цвет) и наличия железяки (красный цвет). Как можно увидеть – налицо эффект расширения импульса, обусловленный переизлучением мишени. Чем больше металлический объект, либо чем он ближе расположен к поисковой катушке – тем более выраженным будет эффект расширения, т.е. вычислив разницу между длительностями красного и синего импульсов можно судить о размерах и глубине залегания объекта.

Причём основная часть тока потребления устройства как раз и приходится на процесс накачки катушки энергий, необходимой для достаточной мощности излучения. Как можно снизить это потребление? Тупо – уменьшить частоту повторения импульсов.
Давайте подумаем, почему частота этих импульсов выбрана в "Пирате" равной 150 Гц? Да очень просто – это частоту необходимо зафиксировать динамиком. Динамик маленький, он и эту-то частоту воспроизведёт с трудом, а если её сильно понизить, то и вовсе будет молчать как рыба, ну а если и не молчать, то слегка пощёлкивать.
Ладно, забыли про динамик! А до каких пределов можно понижать данную частоту? До значений, позволяющих комфортно перемещать в пространстве катушку металлоискателя без потери скорости обнаружения цели. Ясен хулахуп, что понижение частоты до 50Гц (или 50-ти плевков поисковым импульсом в секунду) не окажут никакого негативного влияния на скорость перемещения. Зато троекратное уменьшение частоты позволит, как минимум, в три раза уменьшить ток потребления. Дальнейшего снижения можно добиться, применив цифровую схему обработки сигнала посредством малопотребляющих КМОП микросхем.

Читайте также:  Бигуди для крупных локонов на длинные волосы

Ну и хватит этой унылой теории, пора переходить к схеме электрической-принципиальной!

Рис.2

На Рис.2 приведена схема формирования импульса, длительность которого прямо пропорциональна мощности отражённого от металлического объекта сигнала.
В формирователе применены КМОП логические элементы "2И-НЕ" с триггерами Шмитта на входах. Именно наличие этих триггеров позволяет избежать микросхемам затянутых переходных процессов и обеспечивает собственное потребление тока, близкое к нулю.
Частота импульсов генератора, как мы уже договорились – 50Гц, длительность импульсов накачки – 150мкс (это значение является оптимальным для применённой в металлодетекторе катушки).
В самом простом варианте катушка наматывается на оправке 200 мм и содержит около 30 витков провода. Её форма и конструкция может иметь различные очертания, важно, чтобы результирующая индуктивность составляла величину 300-330 мкГн.
Начало импульса запрета совпадает с началом передающего импульса. Длительность регулируется переменным резистором R2 и должна составлять величину, равную времени разрядки излучающей катушки.
Операционный усилитель DA1A усиливает сигнал, поступающий с выхода диодного ограничителя и приближает его форму на своём выходе к прямоугольной.

Для лучшего понимания работы схемы приведу диаграммы напряжений в различных точках.

Думаю, дальнейшего пояснения работы формирователя не требуется.

Собственно говоря, теперь нам только и осталось, что измерить длительность выходного импульса и зафиксировать её любым удобным для юзера методом. Сделать это также удобно сугубо цифровыми средствами.

Рис.4

На Рис.4 приведены два варианта измерителя длительности импульса: первый со светодиодной индикацией, второй – с регистрацией длительности посредством изменяющейся звуковой частоты.
В основе обоих устройств лежит микросхема CD4017 (К561ИЕ8), представляющая собой десятичный счётчик с дешифратором. Дешифратор работает таким образом, что обеспечивает логическую единицу только на одном выходе в любой момент времени, что крайне полезно для снижения энергопотребления схемы при работе на светодиодные матрицы. Как это всё функционирует?

С приходом на вход устройства положительного перепада измеряемого сигнала (вх. импульс), запускается генератор, построенный на IC1.1, выходные импульсы которого с частотой, задаваемой цепочкой R1 C1, поступают на тактовый вход счётчика IC2. Счётчик начинает заниматься своим непосредственным делом – считать.
По окончании измеряемого сигнала, его уровень становится равным нулю, генератор стопорится и счётчик, соответственно, тоже, индицируя "единицей" на соответствующем выходе количество посчитанных импульсов.
Чем больше счётчик успеет к этому моменту насчитать – тем выше длительность поступающего на вход сигнала.
Элементы IC1.2 и IC1.3 предназначены для остановки счётчика в момент появления "единицы" на последнем разряде, чтобы не допустить его последующего перезапуска.
Переменный резистор R1, регулирующий частоту генератора, по совместительству отвечает и за чувствительность металлоискателя: чем больше частота – тем выше чувствительность.

Так, с эти разобрались, выкидываем светодиоды, подключаем к счётчику генератор (Рис.4 справа).
Генератор выполнен на IC3.1, IC3.2, Т1 и представляет собой устройство, частота которого формируется посредством управляющего тока. Управляющий ток, в свою очередь, зависит от значений резисторов R4-R11, подключённых к соответствующим выходам счётчика.
При указанных на схеме номиналах, минимальная частота, соответствующая самой малой длительности входного импульса, будет около 500 Гц, максимальная, соответствующая самой большой длительности: ≈ 1 кГц. Остальные резисторы следует выбирать из сетки промежуточных номиналов.
В процессе повышения частоты генератора происходит и одновременное увеличение громкости в звуковом излучателе, связанное с уменьшением скважности выходных импульсов (приближении их формы к меандру).

Для поддержания высокой стабильности работы металлоискателя – все логические элементы необходимо запитывать стабилизированным напряжением, снимаемым с интегрального стабилизатора VR1 (Рис.2). На самом деле, для классического "Пирата" такой стабилизатор был бы тоже совсем не лишним!

В этой подробной статье поговорим о том, как сделать металлоискателе пират самому и своими руками, мы разберем все по полочкам, все аспекты его сборки. Начиная от принципа действия, до перечня популярных неисправностей.

Для начала немного истории, от куда взялся этот прибор, каковы отзывы копателей и посмотрим на его характеристики.

Pirat – это вовсе не завоеватель морских далей, а такое сокращение. PI – означает что этот металлодетектор импульсный, а rat – сайт автора данного мд, radioscot. Что касаемо отзывов, то пират завоевал славу простого и не дорогого прибора, обычно начинающие создатели детекторов начинают с его. Надежность зависит от автора и качества его сборки. После сборки, он сразу готов к работе, в настройке не нуждается.

Характеристики металлоискателя пират:

Здесь так же много зависит от создателя этого прибора, использованных деталей и диаметра катушки. Приведем, в качестве примера, заявленный автором значения:

  • Напряжение питания 9 – 12 вольт.
  • Потребляемый ток 30-40 мА.
  • Глубина обнаружения монеты(25мм) – 20 см.
  • Глубина обнаружения крупных металлов – 150 см.
Читайте также:  Дизайн интерьера с искусственным камнем фото

Список нужных деталей, для металлоискателя пират ,приложен в виде изображения ниже. Все эти радиодетали достать не трудно, за исключением микросхемы компаратора, она относительно редкая, но в магазинах ее найти можно, достаточно их и в старой советской технике. Теперь вопрос какие нужны детали отпал, поехали дальше.

Схема металлоискателя пират

Классическая принципиальная схема пирата состоит на микросхеме ne555, вот ее рисунок.

Схема металлоискателя пират на NE555

Эта электросхема состоит из 2-ух блоков — генератора импульсов и компаратора. Вкратце, принцип работы таков: генератор импульсов посылает свои импульсы на один вход компаратора, а на второй вход компаратора подается импульс с катушки. Если на двух входах компаратора есть сигналы, то и на его выходе он тоже есть, сигнал с выхода идет на динамик, и он оповещает нас – металл тут. Кроме того, в интернете есть схемы, мд пират с использованием микросхем tl072 и к561ла7. Конкретной информации по к561ла7 найдено не было, поэтому если есть что сказать по этому поводу, ждем в комментарии, обязательно добавим к статье.

Схема металлоискателя пират на транзисторах

Это второй вариант схемы от разработчика. В качестве генератора тут используется не микросхема, а транзисторы, в оригинальном варианте советские KT-361 и KT-361. Но никто не запрещает эксперименты, иные транзисторы, похожие по параметрам, хорошо подойдут.

Схемы микроконтроллерных версий: пират 2, пират 3, пират 4, прилагаться не будут. Что касаемо схемы на золото, то тут не нужно каких-то отдельных манипуляций. Достаточно собрать обычный пират и испытать его, он должен реагировать на любые металлы. Некоторым нужно скачать схемы для печати, вы можете кликнуть на изображение и сохранить себе на компьютер. Если вы сделали переделку схемы своими руками, то будем рады добавить ваш вариант в статью.

Вот мы подробно и поговорили о схеме металлоискателя пират.

Плата металлоискателя пират

Раз от автора есть два варианта схемы, следовательно, есть и два варианта печатной платы. Вот изображение платы на ne555:

Плата на транзисторах

Вот, кстати, плата на tl072, если кому это интересно. На SMD деталях.

  • На транзисторах — 30×76.
  • На NE555 — 30×80.
  • SMD на TL072 — 26×35.

Катушка для металлоискателя пират

Теперь поговорим о том, как сделать катушку для металлоискателя пират своими руками.

Есть много вариаций намотки катушки. Классический вариант – это взять провод ПЭВ 0.5 и намотать 25 витков на какой-нибудь оправе, радиусом 19-20 см. Запаивать рекомендуется напрямую, а как вся схема заработает, начинать экспериментировать с различными штекерами и переходниками. Если вы любите скрутки – их быть не должно, от этого очень зависит чувствительность.

Некоторые, делают катушку для металлоискателя пират, из витой пары. Это очень хороший вариант катушки. Чтобы сделать ее, нам нужно примерно 2.5 – 2.7 провода витой пары. Находим средину и делаем отметку, после делаем кольцо и тоже отмечаем как на рисунке ниже. Все это дело фиксируем и начинаем огибать кольцо концами с двух стороны. Делать это нужно плотно, без зазоров. Должно получиться около 3ех витков.

Распиновка проводов для катушки из витой пары

Глубинная катушка для металлоискателя пират.

Для повышения глубины и чувствительности металлоискателя пират, нужно грамотно сделать катушку. Методика такова:

  1. Наматываем 25 витков.
  2. Тестируем, отматывая по одному витку и отрезая их, чувствительность будет повышаться.
  3. Находим тот момент, когда чувствительность начнет не возрастать, а понижаться.
  4. Высчитываем число витков и наматываем новую катушку с этим количеством витков + 1 или 2 витка.
  5. Максимальная чувствительность достигнута.

Так и повышается чувствительность пирата. Очень много так же зависит и от качества дорожек. Еще можно поиграться с резистором R7.

Параметры при которых была достигнута максимальная глубина:

  • Количество витков — 10.
  • Сопротивление катушки – 2 Ома.
  • Толщина проволоки – 0.45.
  • Диаметр – 20 см.
  • Резистор R7 – 75 Ом.

Настройка металлоискателя пират

Не нуждается в спец настройке. Достаточно собрать плату и включить его. После 5-10 сек он начинает издавать звуки. Переменными резисторами настраиваем этот звук до щелчков — готово, это максимальная чувствительность, лопату в руки и вперед.

Металлоискатель пират не работает

Разберем перечень неисправностей, их причины и способы их устранения.

Неисправность: После сборки не издает признаков жизни.

Устранение: если вы паяли паяльными пастами или какими-либо кислотами, настоятельно рекомендуется протереть плату спиртом и просушить. Если это не помогает, то нужно проверять каждую деталь на исправность, это основные причины.

Читайте также:  Прибор для нарезки овощей кубиками

Неисправность: Греется NE555 или другая деталь.

Устранение: проверяем дорожки на наличие замыканий, проверяем номиналы и исправность всех деталей. Посмотрите советы из первой неисправности, пройдитесь по ним.

Металлоискатель пират с дискриминацией металлов

Мд пират, в оригинальной схеме от автора, никогда не сможет быть с дискриминацией. Т.к он является импульсным, то дискриминацию тут прикрутить некуда. Можно сделать на микросхемах и контроллерах – но будет ли это пират? Я думаю, что нет.

Металлоискатель пират подводный

Обычно собранный пират, уже готов к подводной охоте. Главное хорошо изолировать корпус и катушку — всю электронную часть. Ну и нужно придумать что-нибудь с индикацией. Если вы конечно не будут нырять с ним — то все можно оставить как есть, но вот под водой, звука вы не услышите. Обычно, для таких целей, делают световую индикацию.

Модернизация металлоискателя пират

Т.к пират очень прост, на него очень легко можно наслаивать различные примочки и улучшение. Некоторые из них, мы сейчас рассмотрим.

На пирата очень просто прикрутить тональный звук, схему и печатную плату вы увидите ниже.

Схема контроля разряда аккумулятора

Вот несколько улучшений, используй на здоровье.

Заключение: вот мы и разобрались как сделать самому металлоискатель пират. Статья достаточно полная, но, как и все – несовершенна. Если у вас есть дополнения к ней, то ждем в комментариях ниже.

Жми «Нравится» и получай только лучшие посты в Facebook ↓

Такое название этот металлоискатель получил из-за того, что он является импульсным, это обозначение двух первых его букв (PI-импульс). Ну а RA-T созвучно со словом radioskot – это название сайта разработчиков, где была и выложена самоделка. По словам автора, собирается Пират очень просто и быстро, для этого хватит даже начальных навыков в работе с электроникой.

Недостатком такого устройства является то, что оно не имеет дискриминатора, то есть не умеет распознавать цветные металлы. Так что поработать с ним на загрязненных различного рода металлами участках не получится.

Материалы и инструменты для сборки:
– микросхема КР1006ВИ1 (или ее зарубежный аналог NE555) – на ней строится передающий узел;
– транзистор IRF740;
– микросхема К157УД2 и транзистор ВС547 (на них собирается приемный узел);
– провод ПЭВ 0.5 (для наматывания катушки);
– транзисторы типа NPN;
– материалы для создания корпуса и так далее;
– изолента;
– паяльник, провода, прочий инструмент.

Остальные радиокомпоненты можно увидеть на схеме.


Еще нужно найти подходящую пластиковую коробочку для монтажа электронной схемы. Еще будет нужна пластиковая труба для создания штанги, на которую крепится катушка.

Процесс сборки металлоискателя:

Шаг первый. Создаем печатную плату
Самой сложной частью устройства является, конечно же, электроника, поэтому с нее и целесообразно начать. В первую очередь нужно сделать печатную плату. Всего есть несколько вариантов плат, в зависимости от используемых радиоэлементов. Есть плата для NE555, а есть плата на транзисторах. Все необходимые файлы для создания платы есть к статье. Также в интернете можно найти и другие варианты плат.








После того, как катушка будет намотана, ее нужно установить на жестком корпусе, на нем не должно быть металла. Здесь нужно немного подумать и поискать любой подходящий по размерам корпус. Он нужен для того, чтобы защитить катушку от ударов во время работы с устройством.

Выводы от катушки припаиваются к многожильному проводу, диаметром около 0.5-0.75 мм. Лучше всего, если это будут два, свитые между собой провода.

Шаг пятый. Настраиваем металлоискатель

При сборке точно по схеме настраивать металлоискатель не требуется, он и так имеет максимальную чувствительность. Для более тонкой настройки металлоискателя нужно покрутить переменный резистор R13, нужно добиться редких щелчков в динамике. Если достичь этого получается только в крайних положения резистора, то необходимо сменить номинал резистора R12. Переменный резистор должен настраивать устройство на нормальную работу в средних положениях.

Если есть осциллограф, то с помощью него можно померить частоту на затворе транзистора Т2. Длительность импульса должна составлять 130-150 мкс, а нормальная рабочая частота равна 120-150 Гц.

Как работать с металлоискателем
После включения прибора нужно подождать около 10-20 секунд, чтобы работа металлоискателя стабилизировалась. Теперь можно крутить резистор R13 для настройки. После этого можно приступать к поиску.

Комментировать
4 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector