МАЙ
кіт
lim
Hill
Сигнал напряжения подстройки используется для оп-
ределения величины и знака изменения частоты. Такие ме-
таллоискатели обладают селекцией по типам металлов.
Существует несколько радиолюбительских конструкций та-
кого типа [2]. К недостаткам таких приборов можно отнести
следующее - наличие “полезной" ФАПЧ не исключает на-
личия паразитной взаимной синхронизации обоих генера-
торов, как и в приборе на биениях. Это приводит к тому,
что уменьшается крутизна регулировочной характеристи-
ки, и как результат уменьшается дальность обнаружения.
Цифровой частотометр
Идея использования цифрового частотомера для-ре-
гистрации ухода частоты измерительного генератора не
нова [3]. Такой металлоискатель
(FM
- Frequency Meter)
свободен от большинства недостатков, присущих
(рис. 4)
предыдущим схемам. Его принцип действия заключается
в следующем. Сначала электронный частотомер оцени-
вает частоту измерительного генератора, когда датчик на-
ходится вдали от объектов поиска. Это значение заносит-
ся в запоминающий регистр. Затем, в процессе поиска,
частотомер непрерывно измеряет текущую частоту изме-
рительного генератора. Из полученных значений вычита-
ется значение эталонной частоты, и результат подается
на устройство индикации. Очевидно, что в такой конст-
рукции эффект паразитной взаимной синхронизации ге-
нераторов будет выражен значительно слабее - ведь те-
перь частота измерительного генератора (единицы-десят-
ки килогерц) на несколько порядков ниже частоты опор-
ного генератора (десятки мегагерц). С помощью частото-
мера можно измерить не только величину ухода частоты
измерительного генератора, но и ее знак, следовательно,
такой металлоискатель обладает селективностью по ти-
пам металлов.
Однако реализация этой идеи “в лоб”, как это сделано
в [3], не позволяет получить реальную чувствительность,
большую чем в приборе на биениях. Это связано с тем,
что невозможно напрямую в реальном масштабе време-
ни (20.
..40 мс на один отсчет) регистрировать очень ма-
лые уходы частоты (единицы и доли герц). Нам удалось
решить эту проблему [4] следующим образом - из теории
радиоизмерений известен метод
“быстрого” измерения
низких частот - т.н. метод обратного счета. В этом методе
измеряется период сигнала, а частота вычисляется как
его обратная величина. Оставалась только задача прак-
тической реализации.
ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ
Очевидно, что если реализовывать такое устройство
на элементах средней степени интеграции, то получится
сравнительно сложный и громоздкий прибор, что для мо-
бильного исполнения нежелательно. Выходом из этой си-
туации стало применение микроконтроллера. На микро-
контроллер оказалось возможно возложить не только за-
дачу по измерению периода, но и практически все функ-
ции по обработке результатов - вычисление разности ча-
стот, звуковую и световую индикацию результатов изме-
рений. Наш металлоискатель реализован на микроконт-
роллере AT90S2313-10PI производства фирмы Atmel.
Это 8-битный экономичный микроконтроллер. Имеет
на частоте 10 МГц производительность 10 MIPS. Содер-
жит: 2 кб флэш памяти, 128 байт EEPROM, 15 линий вво-
да/вывода, 32 рабочих регистра, два таймера/счетчика,
сторожевой таймер, аналоговый компаратор, универсаль-
ный последовательный порт. Более подробно с семей-
ством AVR микроконтроллеров можно ознакомиться на
WWW-сайте производителя [5].
5/2002
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕ-
ТАЛЛОИСКАТЕЛЯ
Напряжение питания, В
5,5.
..20
Потребляемый ток, мА
15
Индикация
световая (7 светодиодов)
и звуковая
Режимы поиска
статический
и динамический
Дискриминация
ферромагнетики/
неферромагнетики
Глубина обнаружения (на воздухе):
монета диаметром 25 мм, см
11
“пистолет”, см
17
“каска”, см
37
Принципиальная схема
Принципиальная схема металлоискателя по принципу ча-
стотомера изображена на
рис. 5.
Измерительный генератор построен на таймере ЭА1
ІМЕ555. Она используется в несколько необычном включе-
нии - в качестве ГС генератора. Колебательный контур ге-
нератора состоит из конденсаторов С1, С2 и катушки индук-
тивности датчика. Резонансная частота контура определя-
ется как
2 к
V
LC
где С - это последовательное соединение конденсато-
ров С1 и С2. Так как микроконтроллер автоматически под-
страивается под частоту измерительного генератора, в схе-
ме не предусмотрена подстройка частоты генератора. При
использовании датчика диаметром 190 мм (100 витков) и
емкостях конденсаторов С1 =0,047 мкФ и С2=0,01 мкФ час-
тота составит около 20 кГц. При необходимости ее можно
изменить, заменив конденсаторы С1, С2. При этом жела-
тельно чтобы их емкости находились в соотношении при-
мерно (4.
..6):1.
На микроконтроллер DD1 возложены все остальные фун-
кции по обработке сигнала измерительного генератора
вплоть до индикации. В данной схеме применен микроконт-
роллер AT90S2313, описанный выше. Исполнение Industrial
(температурный диапазон -40°С.
. .+85°С). Это сделано из со-
ображений, чтобы прибор мог эксплуатироваться в полевых
условиях при отрицательных температурах. Непосредствен-
но к микросхеме микроконтроллера подключены как органы
управления, так и органы индикации. В металлоискателе ре-
ализованы два режима работы, которые задаются при по-
мощи переключателя S1 - статический и динамический. В
статическом режиме сигнал, который представляет собой
цифровой код разности частот, логарифмируется и сразу по-
дается на индикацию. Каждый уровень световой индикации
сопровождается своим тоном звуковой индикации.
Динамический режим предназначен для поиска мише-
ней в сложных условиях, на фоне помех от грунта, минера-
лов и т.д. В динамическом режиме сигнал подвергается циф-
ровой фильтрации, которая выделяет полезный сигнал на
фоне мешающих сигналов. В своем приборе мы применили
оптимальную согласованную фильтрацию. Вкратце ее суть
заключается в том, что для любого сигнала существует оп-
тимальный фильтр, позволяющий получить максимальный
отклик на выходе фильтра. Мы реализовали такой цифро-
вой фильтр для сигнала расстройки частоты, который воз-
никает при движении поисковой катушки над мелкими ми-
шенями со скоростью 0,5.
.. 1 м/с. Фильтр реализован про-
граммно.
При помощи переменного резистора R6 регулируется чув-
ствительность прибора. Светодиоды VD1.
..VD3 индицируют
предыдущая страница 19 Радиолюбитель 2002-05 читать онлайн следующая страница 21 Радиолюбитель 2002-05 читать онлайн Домой Выключить/включить текст