Металошукач
 Скачать 1.32 Mb.
|
  НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ» Кафедра конструювання електронно-обчислювальної апаратури КУРСОВА РОБОТА з дисципліни «Аналогова Схемотехніка» на тему: «Металошукач» Студента 2 курсу групи ДК-21 Напряму підготовки: Радіоелектронні апарати Спеціальності: Радіоелектронні апарати та засоби ____________Носов А.О._____________ Керівник: ___________ас. Короткий Є.В.____________ Національна оцінка: ________________ Кількість балів: ____ Оцінка: ECTS _____ Члени комісії: _____________ ________ас. Короткий Є.В._________ (підпис) (вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали) _____________ _______________________________ (підпис) (вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали) Київ - 2014 рік ЗМІСТ Вступ….…... 3 Розділ 1. Розробка принципової схеми приладу. 4 1.1 Опис мікросхеми NE555. 5 1.2 Електрична схема металошукача. 6 1.3 Принцип роботи таймера NE555 . 8 1.4 Принцип роботи металошукача. 8 Розділ 2. Розрахунок частоти LC контура.…. 9 Розділ 3. Розробка друкованого вузла приладу.…. 11 Розділ 4. Фотозвіт по роботі.…. 13 Висновок…. 14 ВСТУП Ціллю даної курсової роботи є розробка і реалізація працюючої схеми металошукача якій працює таким чином: при піднесенні котушки індуктора до постійного магніту або до масивного металевого предмета відбувається зміна частоти звукового сигналу. Дана модель може бути використана для виявлення сильних магнітних полів або для виявлення наявності металу . Завдання курсової роботи :
РОЗДІЛ 1 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ ПРИЛАДУ Розробка принципової схеми приладу має починатися з формування блок схеми (рис.1.). Дана схема виробляє звуковий сигнал, який змінює свою частоту при піднесенні індуктора до магніту або металевого предмету. Гучномовець RC коло Живлення Індуктор, LC коло Таймер NE555 Рис.1. 1.1 Опис мікросхеми NE555 В даному приладі використовується мікросхема NE555 блок – схема якої приведена на рис.2.  Рис.2. Контакт 1 - Земля. Контакт підключається до мінуса живлення або до загального проводу схеми. Контакт 2 - Запуск. Цей контакт є одним із входів компаратора 2. При подачі на цей вхід імпульсу низького рівня , який має бути не більше 1/3 напруги живлення, відбувається запуск таймера і на виході 3 з'являється напруга високого рівня на час, який задається зовнішнім опором і конденсатором. Даний режим роботи називається - режим моно стабільного мультивібратора. Імпульс, що подається на контакт 2 , може бути як прямокутним , так і синусоїдна. Контакт 3 - Вихід. Високий рівень дорівнює напрузі живлення мінус 1,7 Вольта . Низький рівень дорівнює приблизно 0,25 вольта. Час перемикання з одного рівня на інший відбувається приблизно за 100 нс. Контакт 4 - Зброс. При подачі на цей контакт напруги низького рівня ( не більше 0,7 в) відбудеться зброс таймера і на виході його встановиться напруга низького рівня. Якщо в схемі немає необхідності в режимі скидання , то даний контакт необхідно підключити до плюса живлення. Контакт 5 - Контроль. Зазвичай , цей контакт не використовується. Однак його застосування може значно розширити функціональність таймера. При подачі напруги на цей контакт можна управляти тривалістю вихідних імпульсів таймера , а значить відмовитися від RC кола. Подається напруга на цей вхід в режимі моно стабільного мультивібратора і може становити від 45 % до 90 % напруги живлення . А в режимі мультивібратора від 1,7 в і до напруги живлення. Відповідно на виході вийде FM модульований сигнал. Якщо цей контакт не використовується, то його краще підключити через конденсатор 0,01 мкФ до загального проводу . Контакт 6 - Стоп. Цей контакт є одним із входів компаратора 1. При подачі на цей контакт імпульсу високого рівня (не менше 2 / 3 напруги живлення) , робота таймера зупиняється, і на виході таймера встановлюється напруга низького рівня. Як і на контакт 2, на цей контакт можна подавати імпульси як прямокутні, так і синусоїдальні. Контакт 7 - Розряд. Цей контакт з'єднаний з колектором транзистора Т1, емітер якого з'єднаний із загальним проводом. При відкритому транзисторі конденсатор розряджається через перехід колектор-емітер і залишається в розрядженому стані поки не закриється транзистор. Транзистор закритий, коли на виході таймера високий рівень і відкритий, коли на виході низький рівень. Контакт 8 - Живлення. Напруга живлення таймера становить від 4,5 до16 вольт. 1.2 Електрична схема металошукача Схема металошукача приведена на рис.3.  Рис.3.
1.3 Принцип роботи таймера NE555 У даній схемі металошукача мікросхема NE555 використовується як генератор прямокутних імпульсів. Для опису роботи пристрою розглянемо більш детальну схему наведену на рис.4.  Рис.4. Спочатку роздивимось роботу таймера без LC кола. Таймер генерує послідовність прямокутних імпульсів які визначаються RC ланцюжком. У початковому стані конденсатор С1 розряджений і на входах обох компараторів низький рівень, близький до нуля. Компаратор 2 перемикає внутрішній тригер в 1, і як наслідок цього на виході таймера (контакт 3 ) встановлюється високий рівень. Транзистор Т1 закривається і конденсатор С1 починає заряджатися через коло резисторів R1 і R2. Коли , в результаті зарядки , напруга на конденсаторі досягає 2 /3 напруги живлення , компаратор 1 перемикає тригер , який в свою чергу встановлює низький рівень на виході таймера (Контакт 3). Транзистор Т1 відкривається і через резистор R2 починає розряджатися конденсатор С. Як тільки напруга на конденсаторі досягне 1/3 напруги живлення , компаратор 2 знову перемкне тригер і на виході таймера (контакт 3 ) знову з'явиться високий рівень. Транзистор Т1 закриється і конденсатор С знову почне заряджатися. Частота імпульсів , залежить від величин C1 , R1 і R2 , і розраховується за формулою .  Опори R1 і R2 підставляються в Омах ; Ємність конденсатора C1 - у Фарада ; Результат в виходить в Герцах .  Рис.5. Час між початком одного та початком наступного імпульсу називається періодом ( t ) . Воно складається з тривалості самого імпульсу ( t1 ) і проміжком між імпульсами ( t2) . Значення t1 і t2 можна розрахувати за такими формулами: t1 = ln2 * (R1 + R2) C1 = 0.693 * ( 200 + 100) * 2.2 * ( 10 ^ ( -3 )) = 0,45 с. t2 = 0.693R2C1 = 0.693 * 100 * 2.2 * ( 10 ^ ( -3 )) = 0.15 с. t = t1 + t2 = 0.6 c. f = 1/t = 1.33 Гц У даній схемі : R1 = 200 кОм. R2 = 100 кОм. C1 = 2.2 мкФ. В результаті при відсутності LC ланцюга схема видає характерні клацання частотою 1.33 Гц. РОЗДІЛ 2 РОЗРАХУНОК ЧАСТОТИ LC КОНТУРА Розглянемо схему з LC ланцюгом. У початковий момент конденсатори С3, C1 розряджені, і на входах обох компараторів низький рівень близький до нуля. Компаратор К2 перемикає внутрішній тригер і встановлює на виході 3 високий рівень. Конденсатори С3, С1 починають швидко заряджатися через індуктор L1 активний опір , якого малий. При досягненні напруги в 2/3 U живлення на вході 2,6, компаратор1 перемикає тригер в 0, який в свою чергу встановлює низький рівень на виході 3. Конденсатори С1, С3 починають розряджатися. При досягненні напруги 1/3 U живлення на вході 2,6 компаратор 2 знову встановлює високий рівень на виході 3. Таким чином виникає коливальний LC контур де С , ємність коливального контуру складається з послідовно увімкнених конденсаторів С1 і С3. С = С3 * С1 / ( С3 + С1) = 2.2 * 2.2 / (2.2 +2.2 ) = 1.1 мкФ L = 6,8 мГн Високочастотні коливання в LC контурі мають вигляд синусоїди. Таким чином період коливань в контурі дорівнює: T = 2*3.14* (LC ) ^ 0.5 = 2 * 3.14 * (6.8 * 10 ^ (-3) * 1.1 * 10 ^ (-6)) ^ 0.5 = 0.00038 [ c ] Частота коливань дорівнює f = 1 / T = 2600 [ Гц ] Висока частота коливального контуру створює високочастотні звукові сигнали на динаміці S1. Високочастотні коливання контуру підсумовуються з низькочастотними коливаннями створюваними RC колом конденсатора С2 в результаті чого на динаміці створюється характерний переривчастий звук. Сигнали на виходах 2,6 та на виході 3 мікросхеми мають вигляд рис.6.  Рис.6. Якщо до індуктора L піднести магніт то магнітний потік індуктора L взаємодіє з полем магніту в результаті зменшуючи магнітний потік в котушці . В наслідок цього індуктивність котушки зменшується і частота в коливальному контурі зростає. Динамік S1 видає звуки більш високої частоти. Таким чином схема реагує на магнітне поле . РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА ДРУКОВАНОГО ВУЗЛА ПРИЛАДУ Для більш детального вивчення схеми та її налагоджування був зроблений макетний зразок на монтажній платі з розводкою за допомогою проводів. Після отримання працюючого макету була виготовлена плата розмірами 55х220мм на двосторонньому фольгованому текстоліті. У зв’язку з тим що схема не е складною то розводка плати була проведена в ручну (рис.7, Рис.8.)  Рис.7. Розводка сигнальних ланцюгів  Рис.8. Розводка живлення Використана елементна база (номінали деталей зазначених на схемі Рис.7. ):
Виготовляючи друкований вузол розробленої принципової схеми приладу були виконані дії в такій послідовності:
4. ФОТОЗВІТ ПО РОБОТІ В результаті схема була виконана на платі розмірами 55х220 мм. на доступній і дешевій елементній базі (рис.10.). Пристрій не є сильно вибагливим до напруги живлення: робоча напруга 9 вольт. Діапазон допустимих напруг 6… 12 вольт. Схема спрацьовує при піднесенні індуктора до магніту або до металевого предмету шляхом зміни тону звукового сигналу.  Рис.9. Схема виконана на макетній платі.  Рис.10. Схема виконана на друкованій платі. ВИСНОВОК В результаті виконання роботи розроблено і реалізовано працюючу схему пристрою який при піднесенню до магніту або металевого предмету змінює частоту звукового сигналу. Розрахована частота звукового сигналу без піднесення індуктора до магніту або металевого предмета, вона дорівнює 2600 Гц. Використана в макетному зразку котушка є більш чутливою до металевих предметів, ніж котушка з феритовим сердечником яка була використана на зразку з друкованою платою. Цей ефект можна пояснити тим ,що поле котушки з феритовим сердечником замикається на ньому слабо реагуючи на зовнішні металеві предмети, але краще реагує на зовнішнє магнітне поле, а поле звичайної котушки замикається через металеві предмети що призводить до зміни її індуктивності. Чутливість даної схеми не є високою і не дозволяє використовувати прилад для пошуку металу на відстані більшій за 1 см, але при збільшенні розмірів котушки без сердечника та підвищенні потужності джерела живлення можливо досягти кращого результату. Друкована плата розроблена в ручну. Живиться схема від джерела напруги 9 В батареї типу «крона». |