Представляю вашему вниманию пинпоинтер “Кот-ФМ” на МК ATMega328P работающий по принципу измерения частоты колебательного контура. Генератор прибора аналогичен генератору пинпоинтера «Малыш-ФМ2» за исключением конструкции поискового датчика. В дополнение к генератору установлен усилительный контур на транзисторе. Решение построить прибор было продиктовано желанием сделать что-то похожее на существующие приборы, но на широко распространенном МК ATMega328P и с простым в изготовлении поисковым датчиком.
“Кот-ФМ” различает металлы и реагирует двумя различными тонами с увеличивающейся частотой по мере приближения к цели. Чувствительность на 5 копеек СССР составляет около 5-ти см. ее пришлось немного загрубить из-за использования медианной фильтрации и скользящего среднего, зато это позволило существенно улучшить стабильность работы устройства.
Чтобы повторить прибор достаточно небольшой макетной платы и примерно полтора-два часа времени. Я не стал трассировать ПП поскольку здесь нет ничего сложного и каждый сам решит как ему будет удобнее оформить изделие. Если бы мне понадобился такой пин, наверное я бы просто развел генератор со звуком и светодиодами на одной плате, а к ней бы просто припаял мезонином какую ни-будь ардуину. Прошивка устройства распространяется абсолютно бесплатно.
Если у уважаемой аудитории появятся пожелания к прошивке прибора я готов вносить изменения по мере возможности. Сразу отмечу что я не пользуюсь Arduino IDE и пишу на Си и Ассемблере в среде CodeVisionAVR, исходный текст выкладывать не стану, просто не вижу в этом никакого смысла.
cat-fm_v1.2_external_set_button
Модернизированная прошивка, улучшена стабильность и немного подправлена медианная фильтрация.
Я считаю время за которое прошла пачка импульсов и иногда случаются выбросы которые как раз давит медианный фильтр, ну а дальше скользящее среднее. В итоге получается довольно здорово отстроиться от шумов, ну если точнее даже не от шумов, а от спонтанных увеличений (уменьшений) частоты, генератор если так можно выразиться дышит что ли)
Для полевого варианта возможно нужно добавить кнопку для быстрой калибровки нуля (в Малыш-ФМ есть) у подобной схемы есть один баг — бывает что подносишь пин к грунту и начинаешь им водить а он сбивается и начинает постоянно пикать, а включать выключать для калибровки неудобно и долго, особенно это проявляться при сильно влажном грунте или когда опускаешь в яму. Но опять же возможно это можно решить программно, но для этого нужны полевые испытания при разных условиях — температура, влажность и тд…
Согласен, пока что на схеме это исполняется кнопкой RESET, что естественно приводит к сбросу всего МК, кривовато — согласен, обязательно добавлю кнопку калибровки. Да там, если честно, вообще нужно еще кучу всего делать, во первых его надо в PowerDown уводить, настройку чувствительности добавить, возможно вибро(хотя есть большие сомнения на этот счет), это пока что пробный шар так сказать. К сожалению PIC контроллеры не так распространены на постсоветском пространстве, вот я и решил портировать малыша на 328-ю, чтобы ближе к народу было)
по просьбе трудящихся я добавил кнопку для калибровки пинпоинтера без перезапуска МК, в ближайшее время она будет наделена дополнительными функциональными возможностями такими как переход в режим энергосбережения, настройки чувствительности и может быть еще чего придумаем. Во вложении находятся новая ревизия схемы и прошивки. В новой схеме убрана кнопка «Reset» с PC6 и добавлена кнопка «Set» на PD2.
Разумные пожелания и предложения только приветствуются
Просьба к администратору форума добавить архив в шапку. Спасибо.
Ну так на вскидку пару тестов.
Оригинал конечно лучше но уж больно цена кусается.
Я сегодня поэкспериментировал с теми же катушками пока. С Про-Мини с промежуточной беспаячной панелью. Контакты хреноватые в ней однако. Не для проб такого рода. То там отойдет, то непонятно где.
В целом реакция есть. Цветной-черный отличает. Пока только со светодиодным индикатором. Но экспериментировать на макетке с таким прибором не комильфо. Надо лепить плату.
Есть непонятки с меню. (1.5.1). Вроде заходит и выходит и сбрасывается, но не говорит какая чувствительность. Возможно дело в контактах, возможно в питании пока от ИБП, возможно дело в ардуинке. Она ведь может быть и повреждена. Давно у меня в бою. Да и когда пихал в беспаячную панель, А4 оказался замкнут на 9 пин ардуинки (А4 распаян с торца). ХЗ как это отразилось на МК.
Словом принял решение делать плату. Поскольку не люблю кучи проводов и есть шанс, что устройство так и останется без корпуса или получит полукорпус, то плясать мне придется от эргономики. Кнопки там, светик, батарейные боксы (2 пальчика литиевых типоразмера 14500)… Все это надо красиво разместить и чтобы удобно было. Делать буду под голый МК и по видимому потеряю в малогабаритности за счет этого.
Сегодня немного поупражнялся. Сильно грелся транзистор на писчалке. Поставил резюк последовательно на 1к. Благо место для него предусмотрел. Многовато, тихо совсем стало. Но пока для дома хватит. Потом заменю.
Возможно он и подсаживал стабилизатор. У меня питание общее. МК и генератора. Генератор через RC фильтр. 10 ом+10мкф+100нф.
Вроде стало постабильнее. Плюс подзарядил аккумы (были заряжены до напряжения хранения примерно 3,7 вольта). Возможно и стабу уже не хватало разницы напряжений. У меня сейчас теоретически возможный диапазон питания 6-8,4 вольта по батарее. Стаб АМС1117-5.
И да. С этим генератором при нагрузке на МК и плюс ослик (1М) амплитуда около 3 вольт.
А базер я покупал 5 вольтовый. Других не было. Возможно поэтому много жрал. Транзистор на плате градусов под 50 был.
Постепенно подъезжаю к экспериментам с катушками. Чтобы не мотать напрасно попробую и готовые из наличия ну и буду искать стержни и мотать на них. Стержни у меня где то есть и круглые и плоские (занимался в молодости компактными радиоприемниками СЧ). Вот только проблема отыскать куда я их дел. 😥 Опять устраивать очередной обыск в моих многочисленных залежах в нескольких местах…
Ну а теперь ряд теоретических вопросов.
1. Частота колебательного контура понятно. Стремимся 18-25 кГц. Можно индуктивность больше, а емкость меньше, можно наоборот. Это критично или есть какое то оптимальное соотношение?
2. Масса сердечника. Это только мои размышления. Подчерпнутые сугубо из головы. Чем массивнее сердечник, тем меньше требуется мотать витков, это понятно. Но, как я понимаю, чем массивнее сердечник, тем слабже будет его реакция на мелкие предметы.
Лично я попробую для начала с маленькой гантелькой. Есть у меня на 10 мГн. около 600 витков провода 0,1 примерно. Кондером подгоню частоту контура в требуемый диапазон.
3. Как я понял из видео автора темы, лучше, когда котушка не по всей длинне. Возможно стоит намотать на пластиковой шпульке от швейной машины и экспериментировать с разными сердечниками.
4. Есть в наличии ряд индуктивностей на стержнях из фильтров комповых БП. Стоит ли их использовать? (Сами стержни в смысле).
5. Стержни какой магнитной проницаемости лучше в пинпойнтере? А то ведь могут быть и 100 и 2000. Им очень разное количество витков потребуется.
1. Емкость как можно меньше, чувствительный элемент — индуктивность, но надо понимать что мы не можем уменьшать ее бесконечно, оптимально 10-33nF
2. Массивнее не надо, сердечник изо всех сил ‘сопротивляется’ изменению индуктивности, поставьте мысленный эксперимент, возьмите сердечник для которого понадобится 3 витка, и ничего не выйдет, оптимально, сердечник 8х50, 10х50.
3. Да, так лучше, чувствительность будет больше, 1/4 длины сердечника в самый раз.
Посмотрите, товарищ повторил и это правильно
Наматывать на шпуле не стоит, воздушного зазора между обмоткой и сердечником лучше избежать, хотя я видел оригиналов, что мотают на ферритовых сетевых фильтрах — колдуны
4. Не сталкивался, не могу ответить.
5. Это перекликается с п.2, практика показала что лучшее всего 400-600
И совершенно точно, надо поставить конденсатор на плату, а от катушки убрать винтовую клемму, у нас с вами провод до катушки не 2 метра, а винтовая клемма как раз там все портит
А вот его трассировка — загляденье!
Это если исходить из того, что все на проводках. Чего я как раз избегаю.
Что то пока у меня не так. С маленькой гантелькой вынесенной на несколько сантиметров (на конец стеклотекстолитовой планки, как в предыдущем посте) без клемника, кондер на плате. Примерно 10 мГн, 6,8 нф, частота около 17 кгц. Стабильности добиться не получается. Порой просто лежит и через минуту начинает мигать (чаще красный). Порой мигает со все возрастающей частотой.
Даже если не замигал за несколько минут, после нескольких срабатываниях на металл, та же история.
Что то плывет. Единственное, не ставил кондеры на кварц по 22пкф. Но я их обычно не ставлю и все прекрасно работает. В отличие от схемы автора я добавил 100 нан на AREF (так в большинстве схем с МК М328).
Даже если это температурная нестабильность емкости, то не непрерывно же она плывет. Иногда начинается обратный дрейф (мигает зеленый). При чем, если лежит на столе, работает стабильнее. Если просто держу в руках на воздухе, то плывет быстрее и чаще. Может вайфаи? Их тут у меня полно кругом.
Ну вот первое, частота минимум 18 кГц, 10mH — много, надо 2-3mH, далее, конденсаторы на кварц обязательно! Зачем 100nF на AREF? Ну и просто дельный совет, сделайте все как на схеме и все будет как у автора
В новой версии AREF не задействован и соответственно он там просто не нужен, но если есть, лишним не будет, я не стал его указывать на схеме поскольку он не нужен.
Теперь по поводу не просто повторить, а понять, вот это весьма похвально и вызывает уважение! Стабильность у генератора замечательная(доли ppm), если вы конечно повторите указанные параметры.
Ок, откуда я все выяснил, ответ простой — из литературы и лекций, которые усердно посещал аж 20 лет назад. Смотрите, все довольно просто, я подбирал индуктивность и емкость из двух соображений, частота и емкость должны быть меньше, а индуктивность больше, и если мы посмотрим на формулу резонансной частоты параллельного колебательного контура
то обнаружим что все эти параметры сильно завязаны друг на друга. В теории, если мы увеличим частоту, то увеличим реакцию на грунт, а оно нам не надо, если увеличим емкость, то опять же ничего хорошего, емкость в колебательном контуре практически не теряет энергии а индуктивность очень даже теряет. То есть, с одной стороны нам нужна низкая частота, а с другой, в тот же момент минимальная емкость. Теперь МК, я выбрал самый популярный на текущий момент, но его возможности несколько ограничены, моя бы воля, я бы частоту раза в два снизил, сейчас думаю над этим.
В вашем случае вы не можете получить стабильности по целому ряду причин и одна из них — нестабильная частота опорного генератора. Вторая причина — низкая частота самого генератора, ну и наконец сама индуктивность, все таки ее стоит сделать на стержне, как я указывал. Вы же видели в моем видео, при средней настройке рядом с прибором можно сваркой работать, только МК будет перезагружаться
Барограф это замечательно, но я за 30 лет с МК в обнимку, не разу не видел чтобы у кварца не было конденсаторов, это нагрузочные емкости, которые указаны в любом даташите, вы можете о них конечно не думать, но неизвестные надо исключать из вопроса, а не плодить их. Берете, исключаете все даже самые странные странности и у вас остается всего пара истинных причин
Начну с конца. Тот же ослик, что на фото и еще пожалуй с десяток других устройств у меня работают без них. Это сугубо для информации, не для спора. :unsure: Так что при случае можно использовать, если вдруг не окажется. Я на платах обычно предусматриваю под них место, но не устанавливаю как правило.
Итак отчет и размышления.
Кондеры 22 пф запаял. Разницы не заметил.
Проверил, вдруг стабу не хватает разницы напряжений для стабильной работы. Подал 9 вольт от внешнего БП — разницы нет.
Сообразил про ватку со спиртом. Т.е. местное охлаждение конкретных деталей, их термостабильности.
МК — без реакции. Кварц — без реакции. Линейный стабилизатор — без реакции. Транзисторы генератора — без реакции (к моему удивлению).
Кондер катушки — наиболее сильная реакция. Обрызгал саму катушку — тоже реакция выражена.
Т.е. пока складывается впечатление о температурном дрейфе входного контура. Если еще можно говорить о ТКЕ кондеров, то с ТКЕ катушки что делать? Видимо надо подбирать кондер еще и по ТКЕ, чтобы частота уходила поменьше при прогреве его и катушки.
Как это у меня выглядит на практике.
После включения частота плывет. Т.е. прибор периодически начинает пищать. Сбрасываю, жду дальше. Просто в руках, не махая ничего. Неподвижно. Периодичность необходимости сбросов постепенно возрастает. И необходимое время для прогрева прибора минут 5-10. После этого можно замечательно снять видео как он работает. Но и тогда все же периодически нужно сбрасывать. Особенно после нескольких определений металлов.
Если с прибором просто ходить по квартире, то частота срабатываний резко возрастает. Толи обдув воздухом при движении, то ли разница температур.
Возможно что СМД исполнение — не лучший вариант для такого рода приборов из-за сильной тепловой связи деталей с относительно массивной платой.
Есть еще кое что. Правда не точно. Ослик со свободно висящим щупом показывает наводку около 20 милливольт около 2,5 МГц. С замкнутым щупом — около 3 мВ. Правда это может быть наводкой от самого ослика. Проверить не могу. А может у меня такой радиофон в квартире.
Ок, смотрите, есть опорная частота кварцевого генератора, ее надо исключить — исключили, частоту подняли до необходимых значений — тоже ок, далее, внешний БП не надо, надо аккумулятор(лучше всего). Не могу не сказать про ослик, простите конечно, включите БПФ в ослике и увидите что у вас кабели щупов видят все, от 50Гц сети, до вайфай и.т.п., и то что у вас на фото извините — именно ослик, не в обиду, просто назвать показометр прибором довольно сложно, скоро сделаю видео на эту тему и порекомендую недорогой осциллограф для ваших изысканий.
Сейчас вижу следующее, вы молодец!, вы мне напоминаете самого меня, я в свое время был такой же пытливый и неугомонный, от меня преподаватели по университету бегали) Первое, срочно замените индуктивность(он же датчик) и скорее всего увидите разницу, точнее, у вас все просто встанет на свои места, далее, частота 20кГц минимум, прошивка 1.5.1.
И вот ведь вишенка на торте, у вас наверняка есть смартфон, а там компас есть!, вы забыли о магнитном поле земли 🙂 , а оно есть, как поменяете датчик, заверните его в один слой фольги и на землю, результат вас порадует.