Pulsdetektor Minipuls-3

Transkript

1 Pulsdetektor Minipuls-3

2 Minipuls-3 Minipuls-3 ist das Highlight der Minipuls Serie. Dieser Detektor ist Analog/Digital Zwitter. Läßt sich jedoch mit erweiterter Software und einer minimalen Boardänderung zu einer digitalen 10Bit Signalverarbeitung erweitern. Ein AT90S4433 übernimmt die Puls -,Tast - und Anzeigesteuerung. Die Anzeige erfolgt über eine 16x2 Lcd im 4Bit Modus. Die mittlere Versorgungsspannung beträgt 12V/Dc. Der Strombedarf liegt je nach Leistungseinstellung (Power) bei ma. hier war bei mir schon eine Lcd mit Beleuchtung bei einem Vorwiderstand von 47 Ohm für die Led eingeschlossen. Minipuls-3 hat zusätzlich einen Range - Regler. Dieser Regler kann je nach Einsatzbedingungen ferromagnetisch belastete Böden kompensieren, die Objektgröße einschränken oder beim Pointing Hilfe leisten Die zwei Trimmer dienen lediglich dazu die Akkuspannung und den Lcd-Kontrast einzustellen. Minipuls-3 basiert wie Minipuls-1/2 auf P-Mos Technik. Diese Technik ist meiner Ansicht nach für den Anfänger der problemlosere Weg. Da Minipuls-3 Schaltungstechnisch dem Minipuls-2/1entspricht sind sind auch die Daten ähnlich. Technische Daten Betriebsspannung : 10-14V/Dc Betriebsstrom (3Ohm) : ma Frequenz : 500 Hz Pulsdauer : yS Primärstrom (3 Ohm) : 1,2-2,2 A Sekundärpeak : 400Vpk/2ys Max. Akku : Nc/Ni-MH Akku-Kapazität (min) : 500mA Reichweite (3Ohm/280mm) : 1.8 m (Objektabhängig) Diese Daten wurden am Muster mit 12V/500mA Nc-Akku gemessen.

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5 Schaltung Die Schaltung besteht aus folgenden Hauptkomponenten: Spannungsregelteil U1 + U9 Pulsteil U11 + Q1 Verstärker und Sampler U3 + U4 + U5 Integrator und Verstärker U8 Tongenerator U6 + U7 Steuerung U12 + Lcd 16x2 Die Betriebsspannung wird über X1/ L1 angelegt. L1 hat dieaufgabe den Einschaltstrom von C1 zu kompensieren. C1 stellt im Einschaltmoment für den Akku einen Kurzschluß dar und reduziert praktisch den Strom auf den Innenwiderstand des Akkus. Dies kann zusätzlich den PowerOn Reset des Prozessors stören. Durch den nacheilenden Strom von L1 wird dies vermieden. D1 nimmt die durch das Sekundärfeld enstehenden negativen Spannungsspitzen von der Stromversorgung. Da ein festverdrahteter Akku vorgesehen ist wurde auf eine zusätzliche Verpolungsdiode im Eingang verzichtet. Die Diode würde zusätzlich zu L1 einen Spannungsabfall bringen. Der P-Mos Q1 wird von U11 geschaltet und treibt die Spule. Die Surpressordiode D3 begrenzt den Peak auf 400V. R1 bedämpft die Spule. Die Pulsbreite und damit die Leistung (Power) wird mit R53 eingestellt. Da die Spule eine Induktivität ist haben wir es mit einem nacheilenden Strom zu tun. Je länger also der Spulenstrom über Q1 ansteht umso mehr steigt er an. Dieser Vorgang dauert so lange bis die Spule ihren induktiven Teil verliert. Danach haben wir es mit einem Gleichstromkreis bestehend aus Innenwiderstand der Spannungsquelle - Drain/Source Widerstand des P-Mos und Gleichstromwiderstand der Spule zu tun. Die maximale Pulsbreite muß immer kleiner sein als dieser Sättigungspunkt. Alles was darüber hinausgeht können wir als Heizmatte bezeichnen. Zudem nimmt Reichweite und Empfindlichkeit drastisch ab. Das Mess-Signal wird über R5 /D4 dem Operationsverstärker U3 zugeführt. Gleichzeitig wird von Q2 das Peakabhängige Synchronsignal für den Prozessor (U12) gewonnen. U12 führt ensprechend der Programmierung dem Multiplexer U4 Tastimpulse zu. Die getasteten Mess-Signale werden durch U4 dem Integrator U8-1 zugeführt und mit U8-2 verstärkt. Die Verstärkung (Gain) kann mit R51 variiert werden. Das verstärkte Signal wird über R40 dem Tongenerator (VCO) bestehend aus U6/U7 zugeführt. Von dem Poti R50 wird derschwellwert bzw. Arbeitspunkt des Tongenerators bestimmt. An R39 wird das Signal für U12-ADC5 abgegriffen. Der Prozessor digitalisiert den Messwert und stellt ihn auf der 1.Zeile der Lcd als Bargraph und auf der zweiten Zeile (rechts) als Zahlenwert dar. Die Potis Range(Bereich) und Power(Leistung) werden sofort dem Prozessor A/D Wandlern zugeführt. Die Aquisitionszeit bei Aenderung dauert ca.5 Sekunden. Mit Rücksicht auf die Messrate wird hier alle 5 Sekunden eine Umsetzung durchgeführt.

6 Der freie Port PC2/ADC2 (X9) findet in der Software keine Bedienung. Der ist für die erwähnte volldigitale Signalverarbeitung. Hier wird das Gainpoti durch ein Stereopoti ersetzt und teilt der Software die aktuelle Verstärkung mit. In Erwartung das ich Zeit finde die Software zu erweitern kann wer will das Stereopoti einbauen. In der Stromversorgung ist statt des 78L05 ein 7805 eingebaut damit eine Lcd mit Beleuchtung eingebaut werden kann. Der Trimmer R44 Akkuspannung ist folgendermaßen einzustellen: Bitte den Prozessor erst nach Einstellung in den Sockel setzen. Keine Sorge es kann nichts passieren denn die Zenerdiode D2 begrenzt den Spannungsteiler auf 4,7 Volt. Den geladenen Akku einschalten und an U12 Port C4 Pin27 Messen. Bei NC Akku auf 1,2 Volt (Zellenspannung) trimmen und bei Ni-MH auf 1,25 Volt einstellen. Das wars. Kontrasttrimmer R49 auf Was guckst Du einstellen. Wer eine Sicherung einbauen will sollte auf jeden Fall automotive Sicherung verwenden. Das sind Niederspannungssicherungen wie man sie vom Auto her kennt.

7 Bedienungsanleitung Bargraph-Anzeige Akku-Volumen Messwert

8 MINIPULS - 3 COPYRIGHT Startbild PULSDETEKTOR MINIPULS - 3 SOFTWARE VERSION: 1.0.5

9 Akku wird geprüft ACCUTEST!!! Akku muß geladen werden PLEASE CHARGE!!! PULSE - OFF Detektor wird gestartet START DETECTOR

10 Nach dieser Prozedur zeigt die LCD das Betriebsbild. Der Akku wird wie die Einstellregler Power und Range alle 5 Sekunden abgefragt. der Prozessor schaltet bei Akkuleer den Puls aus und zeigt das den Bitte Laden Text. Range: Mit dem Regler Range wird der gesamte Sampleframe im Sekundärfeld verschoben. Damit hat man die Möglichkeit kleinere Objekte auszublenden oder elektrische Bodenbelastungen zu kompensieren. Ebenfalls bietet sich die Möglichkeit ohne Verstellung anderer Parameter das Objekt bei Ortung so einzupegeln das sich ein veränderlicher Signalverlauf zum Pointen ergibt. Die Funktion läßt sich sehr einfach Testen. Range auf Mittelstellung. Ein Objekt soweit nähern das sich in etwa halbe Aussteuerung ergibt. Wird nun der Regler nach links (bei mir so) gedreht) wird die Anzeige nach 5 Sekunden auf Vollanzeige gehen. Analog nach Rechts auf Null. Man wird sich sehr schnell an diese Funktion gewöhnen. Power: Mit dem Regler Power wird die Impulsdauer bestimmt. Damit ändern wir die Suchtiefe bzw. Suchleistung. siehe Beschreibung am eingang dieses Handbuches. Gain Mit dem Regler Gain wird die Verstärkung des Messverstärkers bestimmt. Threshold Mit dem Regler Threshold wird der Einsatzpunkt des Tongenerators bestimmt. Audio Mit dem Audioregler bestimmen wir die Lautstärke. Der Audioregler ist im Schaltplan nicht erwähnt. Er,wird in Reihe mit dem Lautsprecher, Kopfhörer geschaltet. In der Regel genügt bei 32 Ohm ein Wert von 1KOhm.

11 Bestückungsplan

12 Leiterplatte

13 Spule Minipuls funktioniert mit jeder Spule oder Spulenform. Der Gleichstromwiderstand der Spule sollte im Bereich von 3Ohm liegen. Einfach mit Multimeter messen. Wird die spule in der Onlinebeschreibung verwendet so sei noch einmal darauf hingewiesen: Die beiden Spulen müssen in Serie geschaltet werden. Anfang - Ende, Anfang - Ende im Wickelsinn. Der verwendete Draht ist LIY 0.25 mm2 (verzinnt). Bei Verwendung dieses Drahtes besteht die große Spule bei einenm Durchmesser von ca. 280 mm aus ca. 30 Wdg. und die kleine Spule bei einem Durchmesser von 120 mm aus 20 Wdg. Die Spule kann natürlich auch als Einzelspule beliebigen!! Durchmessers mit Kupferlackdraht 0.6mm - 0.8mm Durchmesser gewickelt werden. Wird die Spule nicht eingegossen oder geschäumt so muß sie mechanisch stabil abgebunden werden. Als Zuleitung empfiehlt sich Koaxialeiter z.b RG58U. Die maximale Leitungslänge sollte 2.5m nicht überschreiten. Wer eine Handsonde benötigt sollte einen Durchmesser von 120mm wählen und einen Kupferlackdraht von 0.4mm Durchmesser. Um den Ausschwingvorgang zu bedämpfen ist ein zweiter Widerstand R1 über die Spule zu löten. Weitere Angaben zu den Spulen werden demnächst auf der Webseite erscheinen.

14 Stückliste R1 2k Dickfilm/5W U R2 220 U11 CNY17 R3 1k U3 LF357 R4 22k U4 HEF4051 R5 1k Metallfilm/1W U12 AT90S4433 R6 560 U6 CNY17 R7 100 U7 NE555 R8 100 U8 TL082 R9 220 U9 ICL7660 R10 10k R11 10k D1 1N5817/Schottky R12 4k7 D2 ZPD4V7 R13 2M2 D3 1.5KE400CA(Surpressor) R14 2M2 D4 SA5.0CA(Surpressor) R15 10k Surpressor Bidirecktional R30 560k D5 1N5817/Schottky R16 2k2 Q1 MTP2P50E R17 10k Q2 BC557 R18 1k Q3 BC557 R19 1k R48 1k R L1 1mH/2A R32 1k R35 4k7 R45 1k C yF/16VL R24 22 C2,C3 100nF Mks R25 22k C4 470yF/16 R26 22k R27 1k C6 100nF Mks R C7 100yF/16 R29 10k C8 100yF/16 R50 10k Poti m. Schalter C10 100nF Mks R C13 470yF/16 R44 10k Trimmer C15 47yF/1 R49 10k Trimmer C14 47yF/16 R51 Poti 220k C12 10nF Mks R52/53 Poti 10k C9,C11 100nF Mks R39/40 2k2 R R47 1k R43 10k R43 im Schaltplan durch Zahlendreher mit R34 bezeichnet!!! C16/17 in der Regel 22pF-33pF bei Quarz Quarz,Schwinger für AT90S4433/ 8MHz, LCD 16x2 Poti Audio liegt bei Bedarf in Reihe mit Lautsprecher 1K sollte man in jedem Fall einfügen wenn Kopfhörer keine Lautstärkeregelung hat. Klinkenbuchse mit Schalter bei Bedarf. BNC Buchse/Stecker

15 Layout

16 Minipuls-3 in ein handelsübliches Kunststoffgehäuse eingebaut Minipuls-3 wurde in ein kleines Kunststoffgehäuse eingebaut. Wie man sieht ist der Einbau bei einer Platinengröße von nur 100x120mm einfach zu realisieren. Alle externen Komponenten sind Steckbar.Die Verdrahtung ist durch die Einknopfbedienung sehr gering.