金屬檢測(cè)模塊電路圖和調(diào)試說(shuō)明

1、創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)題 目： 金屬探測(cè)儀設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 金山學(xué)院 學(xué) 號(hào)： 136712055 專業(yè)（方向）年級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 黃偉霖 福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院信息與機(jī)電工程系2016年 5 月 14日目錄 1  任務(wù)和要求 . 1 2 總體方案設(shè)計(jì)與選擇 . 1 2.1 高頻振蕩器探測(cè)金屬. 1 2.2 場(chǎng)強(qiáng)識(shí)別探測(cè)金屬 . 2 2.3六反相器數(shù)字集成電路探測(cè)金屬. 2 3 電路總原理框圖設(shè)計(jì) . 

2、;3 4 單元電路設(shè)計(jì) . 4 4.1 焊接好后的調(diào)試方法. . 5 4.2 意見(jiàn)問(wèn)題. 5 4.3電壓-電流變換電路. 5 4.4 直流電源欠壓報(bào)警電路. 6 5 單元電路的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì) . 6  5.1焊接實(shí)物圖. 7 6 設(shè)計(jì)總結(jié). 8 1任務(wù)和要求(1)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種可準(zhǔn)確探測(cè)小范圍內(nèi)是否存在金屬物體的電子(2)探測(cè)器性能要求工作溫度范圍：-40+50連續(xù)工作時(shí)間：一組5號(hào)干電池可連續(xù)工作40h（小時(shí)）。探測(cè)距離

3、大于20cm（金屬物體越大，測(cè)距也越大，對(duì)于1分硬幣的探測(cè)距離為20cm）。具有自動(dòng)回零功能，并可抑制土壤效應(yīng)。2總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.1高頻振蕩器探測(cè)金屬調(diào)節(jié)高頻振蕩器的增益電位器，恰好使振蕩器處于臨界振蕩狀態(tài)，也就是說(shuō)剛好使振蕩器起振。當(dāng)探測(cè)線圈L靠近金屬物體時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)像，會(huì)在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處于臨界態(tài)的振蕩器振蕩減弱，甚至無(wú)法維持振蕩所需的最低能量而停振。如果能檢測(cè)出這種變化，并轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)，根據(jù)聲音有無(wú)，就可以判定探測(cè)線圈下面是否有金屬物體了。圖1 高頻振蕩器探測(cè)金屬原理圖2.2場(chǎng)強(qiáng)識(shí)別探測(cè)金屬場(chǎng)強(qiáng)識(shí)別：利用金屬物體對(duì)信號(hào)產(chǎn)生諧波

4、的場(chǎng)強(qiáng)變化而使振幅之變化來(lái)識(shí)別金屬物體。利用探頭線圈產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)在被測(cè)金屬物中感應(yīng)出渦流，渦流產(chǎn)生反作用于探頭，使探頭線圈阻抗發(fā)生變化，從而使探測(cè)器的振蕩器振幅也發(fā)生變化。該振幅變化量作為探測(cè)信號(hào)，經(jīng)放大、變換后轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)音響電路發(fā)聲，音頻信號(hào)隨被測(cè)金屬大小及距離的變化而變化。高頻振蕩器振蕩檢測(cè)器音頻振蕩器功率放大器電源圖1高頻振蕩器探測(cè)金屬原理圖數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì)2 2.3六反相器數(shù)字集成電路探測(cè)金屬  應(yīng)用一塊cMos六反相器數(shù)字集成電路，作為放大電路的金屬探測(cè)器，金屬探測(cè)器的原理電路圖如下：金屬探測(cè)器的探頭是一只高Q值的電感L。它與反相器IC l及電容器

5、C2、C3、C4構(gòu)成了一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器，其振蕩頻率約為27kHz。調(diào)節(jié)電位器RP可使電路處在剛剛起振的狀態(tài)下。微弱的振蕩信號(hào)通過(guò)由反相器IC-2和電阻R1組成的放大電路進(jìn)行放大，再由二極管VDI進(jìn)行整流，整流后的信號(hào)由反相器IC-3和IC-4進(jìn)行放大。最后通過(guò)二極管VD2去控制由1C-5和IC-6構(gòu)成的音頻振蕩器的工作狀態(tài)。作為探頭的電感L在沒(méi)有接近金屬物體時(shí)，電路正常起振。振蕩信號(hào)控制音頻振蕩器停止工作，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)有金屬物體接近電感時(shí)(電感線圈的軸向方向)，電感L的Q值下降，電路停振，沒(méi)有信號(hào)去抑制音頻振蕩器，所以音頻振蕩器工作，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。使用時(shí)，接通電源后，仔細(xì)調(diào)整位器RP

6、使揚(yáng)聲器剛剛不響這時(shí)靈敏度較高，探測(cè)距離可達(dá)5mm20mm。方案一用到了高頻振蕩器，價(jià)格比較高，雖然探測(cè)的效果比較好，但是制作起來(lái)比較麻煩，不適合作為課程設(shè)計(jì)的選擇。設(shè)計(jì)思路明確，結(jié)構(gòu)合理，方案易于實(shí)現(xiàn)。 3總電路設(shè)計(jì)原理圖路線圖Q1、L1、L2、C2、C3、R1、W組成高頻振蕩電路，調(diào)節(jié)電位器W，可以改變振蕩級(jí)增益，使振蕩器處于臨界振蕩狀態(tài)，也就是說(shuō)剛好使振蕩器起振。Q2、Q3組成檢測(cè)電路，電路正常振蕩時(shí)，振蕩電壓交流電壓超過(guò)0.6V時(shí),Q2就會(huì)在負(fù)半周導(dǎo)通將C4放電短路，結(jié)果導(dǎo)致Q3截止；當(dāng)探測(cè)線圈L1靠近金屬物體時(shí)，會(huì)在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減

7、弱，處于臨界態(tài)的振蕩器振蕩減弱，甚至無(wú)法維持振蕩所需的最低能量而停振，使Q2截止，R2給C4充電，Q3導(dǎo)通，推動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。根據(jù)聲音有無(wú)，就可以判定探測(cè)線圈下面是否有金屬物體了。4單元電路設(shè)計(jì)其靜態(tài)工作狀態(tài)如下圖中R1、C1、R1、及C2構(gòu)成差動(dòng)積分電路，即自動(dòng)回零電路，其作用是對(duì)變化緩慢的直流信號(hào)進(jìn)行抑制，而對(duì)變化較快的金屬探測(cè)信號(hào)進(jìn)行100倍放大，從而在一定程度上抑制了土壤效應(yīng)。當(dāng)vi為緩變直流信號(hào)時(shí)，由于積分電路時(shí)間常數(shù)較小 C1、C2可視作開(kāi)路，由于參數(shù)對(duì)稱，則Vo=0。當(dāng)V1為脈動(dòng)信號(hào)時(shí)（即在原檢波輸出電壓基礎(chǔ)上疊加脈動(dòng)變化量V1）。R1C1、R2C2組成差動(dòng)積分電路（積分

8、器負(fù)載電阻較大，其影響可忽略）由經(jīng)典法得 可求得t=32.5s時(shí)，輸出達(dá)最大值|vo|=82.5mV。隨時(shí)間延長(zhǎng)，|vo|逐漸減小，t=1s時(shí)，vo0V。可見(jiàn)前置放大器可抑制大于1s的慢變干擾信號(hào)。部分元件的選擇：放大器選擇DG747型號(hào)，電容C3選擇0.047F，電阻R6取100k,R1、R2取10k,R3、R4取1k4.1焊接好后的調(diào)試方法：本機(jī)L1、L2采用印刷板上的銅皮導(dǎo)線形成電感，無(wú)需大家自己制作電感，簡(jiǎn)單，成功率極高！電路剛用十多個(gè)元件，只要安裝無(wú)誤，一般都能正常工作。安裝好后接上電源，調(diào)節(jié)電位器到剛好不發(fā)聲（不靠近金屬的情況下），用印刷板天線靠近金屬，此時(shí)應(yīng)該發(fā)聲，遠(yuǎn)離金屬后應(yīng)該

9、停止發(fā)聲，若遠(yuǎn)離不能停止發(fā)聲，應(yīng)該把電位器逆時(shí)針?lè)较蛘{(diào)一點(diǎn)點(diǎn)再試，直到符合要求為止。4.2意見(jiàn)問(wèn)題：通電后長(zhǎng)響，這是因?yàn)榍懊嬲袷幖?jí)沒(méi)有起振，有可能電阻、三極管等元件放錯(cuò)，或者線路板線圈中有匝間短路或者開(kāi)路，請(qǐng)用放大鏡仔細(xì)檢查。另外，Q2放大倍數(shù)太低不足以讓Q3關(guān)斷也會(huì)長(zhǎng)響。調(diào)試好后就可以裝入外殼，裝入盒子時(shí)使板盡量的貼近外殼，這樣能使裝入盒子后探測(cè)距離會(huì)有較大的探測(cè)距離，固定好板子后打點(diǎn)膠。4.3電壓-電流變換電路電壓-電流變換電路用運(yùn)算放大器和三極管等組成電流負(fù)反饋電路，如圖所示對(duì)晶體管進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析有：由前置放大器輸出的直流脈動(dòng)信號(hào)經(jīng)本級(jí)放大后得到穩(wěn)定的恒流輸出，以驅(qū)動(dòng)后級(jí)電流-頻率變換器。

10、圖中R為系統(tǒng)工作狀態(tài)調(diào)節(jié)電位器。靜態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)R使三極管工作臨界截止?fàn)顟B(tài)，二極管接近于導(dǎo)通。一旦v輸入脈動(dòng)放大信號(hào)，三極管進(jìn)入放大狀態(tài)，二極管迅速導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)下一級(jí)工作。電阻R取值較大2.2M，使得三極管T集電極電流稍有變化，就會(huì)使二極管D迅速導(dǎo)通。4.4 直流電源欠壓報(bào)警電路當(dāng)電池電壓Vt由-12V變至-6.5V時(shí)，使三端穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)壓值產(chǎn)生較大偏差，應(yīng)更換電池，故采用一檢測(cè)報(bào)警電路告之用戶。報(bào)警電路如圖所示。用CMOS時(shí)基電路和阻容元件組成多諧振蕩器，采用-5V穩(wěn)壓電源供電。當(dāng)Vt下降至-6.5V時(shí)，電路起振，發(fā)出電壓不足報(bào)警信號(hào)。該振蕩器的振蕩頻率f=4.9kHz，比探測(cè)信號(hào)頻率高，且固定不

11、變，因此不會(huì)與探測(cè)信號(hào)相混跡。5單元電路的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)將直流電源、振蕩器、檢波器、前置放大電路、電壓-電流變換器、電流-頻率變換器的順序，采用直接耦合的方式連接，就構(gòu)成了完整的金屬探測(cè)器的原理圖5.1焊接實(shí)物圖圖1正面圖2背面6 設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)為期一周的課程設(shè)計(jì)，我深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我深深的感覺(jué)到自己知識(shí)的不足，自己原來(lái)所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問(wèn)題。真正的能將自己的所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際所用才是最大的收獲，也就是說(shuō)真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路，所要考慮的問(wèn)題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。本次設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)器基本符合設(shè)計(jì)要求，可以探測(cè)出20cm范圍內(nèi)的金屬物體的存在，而且對(duì)于體積較大的金屬物體，探測(cè)的范圍會(huì)相應(yīng)的增大，考慮到該裝置使用電池供電，還設(shè)計(jì)了電源欠壓提示功能，提醒用戶及時(shí)更換電池。