Простой металлоискатель на микросхеме К561ЛА7

Рассмотрим простенький металлоискатель на микросхеме K561ЛА7 и усилителе звука. Питание осуществляется напряжением 9 вольт. Так как ток потребления маленький, батарейки крона хватает на длительное время. По характеристикам прибор имеет средние показатели глубины обнаружения, достойные для такой простой схемы. Существуют похожие металлоискатели на микросхемах K561ЛА9, но они не дают значительного прироста показателей, поэтому отдаем предпочтение сборке данной упрощенной схемы.

В обнаружении металла главную роль играет датчик, состоящий из круглой катушки, корпуса и соединительного провода к схеме управления (рис. 1).

Катушка металлоискателя

Появление в зоне действия датчика металла отражается на индуктивности катушки, которая, в свою очередь, влияет на частоту поисковой цепи на микроконтроллере. Конечный логический элемент микросхемы сравнивает эталонную величину частоты и частоту поисковой цепи и через усилитель выдает разницу в виде тонального звука в динамике.

Далее по статье описано, как изготовить металлоискатель на вышеописанном микроконтроллере своими руками.

Изготовление датчика

Схемы металлоискателей для разных устройств полностью отличаются друг от друга. Однако качественно собранный датчик может использоваться как универсальный для различных металлоискателей, работающих по одному принципу работы.

Для обмотки датчика используем лакированный провод ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,5 – 0,7 мм, который без проблем можно найти в магазине или старых кинескопных телевизорах и мониторах (рис. 2).

ПЭВ и ПЭЛ провода кинескопов

При диаметре катушки 20 см наматываем 100 витков провода. При других диаметрах изменяем количество витков, рассчитывая, что при 25 и 15 см диаметра наматывается 80 и 120 витков соответственно. После выполнения обмотки плотно обматываем ее изолентой, оставляя с запасом начало и конец провода.

Изготавливаем экран Фарадея, чтобы исключить различные помехи в катушке и микроконтроллерах. Необходимо обмотать катушку поверх изоленты пищевой фольгой. В конце обмотки фольгу не соединяем и оставляем разрыв в 2-3 см. Поверх фольги наматываем вразброс немного неизолированного провода маленького сечения (рис. 3).

Экран Фарадея

В нескольких местах можно выполнить пайку провода и фольги. Все это снова обматываем изолентой.

После  произведенных действий у нас должна получиться изолированная катушка с двумя вывода обмотки и выводом экрана. Соединяем их с экранированным кабелем от видео или аудиоаппаратуры. Экран кабеля соединяем с проводом от фольги, а жилы кабеля с проводами от катушки. Все это пропаиваем и надежно изолируем изолентой. На конце кабеля приделываем штекер с качественными контактами. Лучший вариант, если они позолоченные или серебряные. Штекер можно найти в кабелях для различной аппаратуры, там же берем и разъем.

Остается сделать корпус для катушки. Можно использовать два круглых диска из диэлектрического материала – фанеры, толстого картона или пластика. Между дисками помещаем обмотку. Затем пластмассовыми креплениями, которые можно приобрести в сантехническом магазине, плотно скрепляем эти два диска. Для поиска в водной среде можно герметизировать датчик эпоксидной смолой или специальными герметиками.

На верхнем диске прикручиваем или приклеиваем ушки из пластика или другого диэлектрического материала. Они понадобятся для крепления к штанге (рис. 4).

Вариант герметичного датчика металлоискателя

Комплектующие для схемы

Ниже описаны основные детали и требования к ним, необходимые для качественной сборки схемы:

  1. Конденсаторы рекомендуется закупать в радиомагазине, но если хочется получить их бесплатно из старых схем, то измеряйте емкость перед использованием. Главное требование к ним – температурная устойчивость, это спасет вас от постоянных сбоев металлоискателя. Отлично подойдут керамические или слюдяные. При сборке не забываем учитывать полярность электролитических конденсаторов – на бочонке в стороне минуса нарисованы одна или несколько полосок (рис. 5). Понадобятся следующие конденсаторы: электролитический 100 мкФ х 16 В – 1 шт.; 1000 пФ – 3 шт.; 22 нФ – 2 шт.; 300 пФ – 1 шт.

Электролитический конденстаор

  1. Постоянные резисторы можно использовать старые, так как они не теряют свои характеристики с течением времени. Переменные лучше всего купить новые, чтобы обеспечить точную настройку частоты на микросхемах. Особое внимание стоит уделить контактам переменного резистора, так как по схеме два контакта должны быть соединены между собой, а опыт показывает, что многие новички этого не замечают. Так же необходимо заземлить их корпус для исключения помех при регулировке. Понадобятся 5 постоянных резисторов номиналами 22 Ом, 1кОм, 4,7 кОм, 10 кОм, 470 кОм и 3 переменных резистора номиналами 1, 5 и 20 кОм.
  2. Микросхема K561ЛА7 в DIP корпусе. Отсчет ног на микросхемах начинается сверху против часовой стрелке от ключа – специальной выемки на корпусе. В качестве аналога можно сделать металлоискатель на микросхеме K561ЛЕ5 или CD4011.
  3. Транзистор KT315 очень распространен в старой радиоаппаратуре. Но его можно заменить множеством других транзисторов: KT3102, BC546, 2SC639 и схожие по характеристикам маломощные низкочастотные транзисторы. Внимательно изучаем выводы транзистора перед пайкой, у KT315 они расположены слева направо от лицевой части – эмиттер, коллектор, база (рис. 6):

Цоколевка транзистора КТ315

  1. Диод выбираем любой маломощный из отечественных или импортных производителей – кд522Б, кд105, кд106, in4148, in4001 и другие. Перед пайкой прозванием его мультиметром, чтобы не перепутать местами анод и катод.
  2. Стандартные наушники от телефона или mp3 плеера, или миниатюрный динамик со старой техники. В случае использования наушников можно использовать разъем или прямую пайку.
  3. Батарейка крона 9 В и контакты для нее (рис. 7):

Батарейка крона с разъемом

  1. Разъем для штекера кабеля датчика подбираем заранее, при изготовлении датчика.

После сборки всех необходимых деталей, можно смело приступать к монтажу их по схеме, описанной ниже.

Монтаж схемы управления

Электрическая схема состоит из микросхемы K561ЛА7, ее обвязки для регулировки, усилителя, питания и динамика. Микросхема имеет 4 логических элемента. Двое из них создают нужную частоту, третий играет роль поисковой части. Конечный логический элемент сравнивает обе частоты и при разных значениях выдает положительный сигнал на усилитель, который подает усиленный сигнал на динамик.

Схема металлоискателя на микросхеме, описанной выше, изображена на рисунке 8.

Электрическая схема металлоискателя на микросхеме К561ЛА7

Собирать электрические принципиальные схемы очень удобно на макетной плате с отверстиями (рис.9). Или изготавливаем самодельную печатную плату, изображенную на рисунке 10. Изготовить плату можно лазерно-утюжным методом или обычным рисованием. Травлю производим любым известным способом.

Сборка схемы на макетной плате

Печатная плата

Производим пайку деталей и припаиваем проводками все выносные детали – регуляторы, разъем для наушников, датчика и батарейки.

После сборки схемы, закрепляем ее в корпусе. Туда же помещаем батарейку. В качестве корпуса подойдет пластмассовая, монтажная, самодельная из дерева и другие коробки на ваш выбор (рис. 11).

Готовая схема в пластмассовой коробке

Для трех регуляторов и разъема датчика необходимо проделать соответствующие размерам отверстия. Можно последовательно батарейке добавить выключатель и так же вынести его на корпус. Необходимо предусмотреть маленькие отверстия для динамика, или, в случае с наушниками, плотно закрепить разъем.

Главным условием при сборке корпуса является доступность, например для смены батареи, и, в то же время, герметичность – от внезапного дождя. Можно закрепить красивые колпачки на регуляторы, разукрасить коробку и подписать регуляторы с выключателем.

Сборка и настройка устройства

Когда датчик и блок управления готовы, необходимо связать их в готовый металлоискатель. Для этого понадобится штанга. Сделать ее можно из ПВХ труб и переходников, которые путем подогрева подогнуть под нужные размеры и форму. Можно так же воспользоваться обычным деревянным шестом, костылем или телескопической удочкой. Какие материалы выбрать зависит от ваших предпочтений – учитывайте вес, гибкость и длину. Для удобства можно соорудить ручку и подлокотник, а так же сделать штангу разборной (рис. 12).

Самодельная штанга металлоискателяДалее закрепляем датчик с готовыми ушками к штанге. Воспользуйтесь пластиковым крепежом, надежным клеем или сантехническими переходниками. Таким же образом закрепляем блок управления.

Чтобы произвести настройку, подключаем батарейку и датчик. Так как металлоискатели являются чувствительными устройствами, то для правильной настройки необходимо убрать все металлические предметы вокруг. Включаем его и наблюдаем один из двух вариантов:

Если после включения идеальная тишина или еле слышный писк, то тут два варианта:

а) Генераторы работают на одной частоте. Такие случаи редкие, но бывают. Попробуйте покрутить регуляторы плавной R7 и грубой R8 настройки. Если тишина сменится на громкий тональный звук, то схема работает. Возвращаем регуляторы в начальное положение и пытаемся плавным регулятором R7 добиться наилучших результатов, например полного отсутствия звука;

б) Неисправность схемы. Внимательно перепроверяем всю схему и радиодетали.

Если после включения идет гул или высокий тон, то пробуем уменьшить его вращением регулятора грубой настройки R8, а достигнув лучшего результата, подстраиваем R7. Если металлоискатель не реагирует на вращение регуляторов, то частота эталонного генератора слишком отличается от частоты поисковой цепи. В таком случае пробуем поймать нужную частоту изменением конденсатора С6 и резистора R6.

Всю настройку значительно может упростить осциллограф. Суть настройки заключается в том, чтобы добиться одинаковой или близкой по величине частоты выводов 5 и 6 на микроконтроллере. Регулировку частоты можно производить вышеописанными способами.

Если вы осилили сборку данного устройства, можете смело попробовать собрать более сложный металлоискатель на трех микросхемах или микроконтроллере.

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