Проектирование электронно–импульсного металлоискателя

Создание электрической структурной и принципиальной схем, выбор элементной базы датчика, используемого для обнаружения металла под землей. Описание специфики проектирования, эксплуатации и утилизации данного устройства. Визуальный вывод информации.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЕТНО-ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ

1.1 Назначение и технические характеристики устройства

1.2 Разработка электрической структурной схемы

1.3 Выбор элементной базы

1.4 Разработка электрической принципиальной схемы

1.5 Принцип действия

2. ЭНЕРГО- И МАТЕРИАЛОСБЕРЕЖЕНИЕ

3. ОХРАНА ТРУДА

4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Темой курсового проекта является разработка металлоискателя.

Объектом исследования являются различные методы поиска металла под землей.

Предметом исследования являются датчики, используемые для обнаружения металла под землей.

Цель исследования: провести теоретические исследования методов нахождения металлов под землей, и на основе самого прогрессирующего метода сконструировать металлоискатель.

Задачи:

1.Исследовать процессы нахождения металла;

2. Создание структурной и принципиальной схемы металлоискателя;

3. Исследование звукового и визуального вывода информации.

Теоретическая значимость: детально проработать материалы по современным металлоискателям, исследовать новейшие схемы функционирования металлоискателей и особенности их работы.

Практическая значимость заключается в том, что металлоискатель способен находить и распознавать металлы, как на чистой территории, так и на сильно загрязненной.

импульсный металлоискатель схема датчик

1. РАСЧЕТНО-ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ

1.1 Назначение и технические характеристики устройства

Металлоискатель - это электронный прибор, позволяющий обнаруживать металлические предметы в нейтральной или слабопроводящей среде за счет их проводимости.

В настоящее время существует 2 вида металлоискателей:

Индукционные металлоискатели;

Наиболее распространенная и востребованная разновидность металлоискателей - это приборы, работающие по т.н. принципу баланса индукции (IB). Основные их преимущества - это способность различать металлические объекты по их проводимости и ферромагнитным свойствам, а также способность отстраиваться от грунта.

Представляют собой разновидность приборов типа «приём-передача», содержат только одну катушку, которая одновременно является и передающей и приёмной.

Импульсные металлоискатели;

Принцип работы основан на возбуждении в зоне расположения металлического объекта импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В данном случае, возбуждающий сигнал передается в катушку датчика не постоянно, а периодически, в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Поле, в свою очередь, наводит в катушке датчика затухающий ток. Соответственно, в зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность.

Достоинства: нечувствительность к минерализированному грунту, простота конструкции датчика.

Недостатки: повышенное потребление энергии, слабые возможности дискриминации.

Для выполнения курсового проекта будет выбран импульсный металлоискатель. Он применяется в различных сферах деятельности человека: в строительстве или ремонте, в охранных структурах и криминалистике, в деревообрабатывающей промышленности, при добыче полезных ископаемых, при археологических раскопках и т.д.

1.2 Разработка структурной схемы

При разработке структурной схемы импульсного металлоискателя необходимо определить и учесть назначение каждого функционального узла и связей между ними.

Рисунок 1 - Структурная схема импульсного металлоискателя

Структурная схема состоит из следующих блоков:

Микроконтроллер - помимо общего управления всеми узлами осуществляет формирование импульсной последовательности.

Дифференциальный усилитель - служит для усиления сигнала, напряжение которого выше напряжения питания и привязке его к потенциалу +5В.

Приемный усилитель - производит дальнейшее усиление, имеет большой коэффициент усиления.

Интегратор 1 - производится измерение полезного сигнала. Во время прямого интегрирования происходит накопление полезного сигнала в виде напряжения, которое во время обратного интегрирования преобразуется в длительность импульса.

Интегратор 2 - имеет большую постоянную интегрирования и служит для балансировки усилительного тракта по постоянному току.

Мощный ключ - производит импульсное накопление энергии в катушке.

1.3 Выбор элементной базы

Дифференциальный и приемный усилители построены на микросхеме TL074CN- 4-канальный малошумящий операционный усилитель с малым температурным дрейфом для работы в бытовом диапазоне температур (0..+70°С). Входные каскады TL074CN выполнены на полевых транзисторах, что обеспечивает высокое входное сопротивление ОУ.

Рисунок 1 - Внешний вид микросхемы TL074CN

Таблица 1 - Основные технические параметры микросхемыTL074CN

Технические параметры	Значение
Количество каналов	4
Напряжение питания	±18В
Частота	4МГц
Напряжение смещения	7,5мВ
Температурный диапазон	0єС …70єС
Тип корпуса	DIP-14

Логический инвертор и интегратор 1 построены на микросхемеК561КТ3, которая содержит четыре цифро-аналоговых ключевых элемента.

Микросхема используется для построения различного рода коммутаторов как цифровых, так и аналоговых сигналов.Ключи микросхемы позволяют коммутировать сигналы с амплитудой в пределах от нуля до напряжения питания микросхемы (+Vdd). Ключи управляются цифровыми уровнями (0/1), которые зависят от напряжения питания.

Типовые применения микросхемы К561КТ3: Коммутаторы звуковых сигналов в звуко-усилительной аппаратуре, изменение коэффициента усиления ОУ (по цепи ОС), переключатели-мультиплексоры и т.п.

Данная микросхема в большинстве случаев может также заменить м/с К176КТ1 (импортный аналог 4016) и отличается от нее меньшим сопротивлением канала в открытом состоянии.

Рисунок 3 - Внешний вид микросхемы К561КТ3

Таблица 2 - Основные технические параметры микросхемыК561КТ3

Технические параметры	Значение
Напряжение питания	+3…+18В
Rоткр. (при Vdd= +15В)	80 Ом
Разброс Rоткр. (при Vdd= +15В)	±5 Ом
Время задержки распространения	<25нс (при Vdd= +10В)
Ток утечки закрытого ключа (макс.)	±0,1А (при Vdd= +15В)
Ток потребления (макс.)	2мкА (при Vdd= +10В)
Рабочий диапазон температур	-40єС …+85єС
Корпус	DIP-14
Импортный аналог	4066А

Рисунок 4 - Условно-графическое обозначение микросхемы К561КТ3

Микроконтроллер AT90S2313-это 8-ми разрядный CMOS микроконтроллер с низким энергопотреблением основанный на AVR RISC архитектуре. Выполнение большинства инструкций происходит за один период тактового сигнала, т.е. AT90S2313 достигает производительности, приближающейся к уровню 1 MIPS на МГц.Ядро AVR содержит набор из инструкций и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра напрямую подключены к АЛУ, что дает программисту доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной инструкции за один такт. Режим ожидания «Idle Mode» останавливает CPU, но позволяет функционировать SRAM, таймерам/счетчикам, SPI порту и системе прерываний. Режим экономии энергопотребления «Power Down» сохраняет значения регистров, но останавливает тактовый генератор, отключая все остальные функции микроконтроллера до срабатыв...