自制简易金属探测器

江西理工大学应用科学学院信息工程系Protel软件应用课程设计报告设计题目自制简易金属探测器专业：电子信息科学与技术班级：电科101学号：0712011姓名：指导老师：谢小云完成日期：2013年7月6日目录1 设计任务和性能指标11.1 设计任务12 性能指标1设计方案与论证1系统硬件设23.1整体电路原理图23.2 电子元器件基本参数23 电路工作原理3绘制原理图和PCB制作44.1绘制原理图44.2.3 4.2绘制PCB图7PCB图7生成3D模型7PCB板打印：8PCB板制作83.3 元器件的焊接9系统的调试实物器件焊接电子电路的检查电子电路测试：10课程设计总结10致谢11参考文献111 设计任务和性能指标1.1设计任务1) 现设计并制作能高精度金属探测器。2) 设计电路所需的直流稳压电源。3) 了解信号获取、变换、调理与控制电路的应用4) 掌握基本放大电路、振荡电路、整流电路、逻辑控制电路的应用5) 采用分立元件设计金属探测器电路6) 采用声或光报警1.2性能指标需要克服元器件磁性影响的要求，由于金属探测利用了电磁感应原理，因此，元器件本身具有一定的导磁性将影响探测结果(1) 工作温度范围：-40C+50C，连续工作时间(2) 工作电源为+3V(3) 具有抗现场电磁干扰的要求2 (5)探测距离1020毫米设计方案与论证常见的金属探测器大都是利用金属物体对电磁信号产生涡流效应的原理.探测方法一般有三种：(1) 频移识别：利用金属物体使电路电信号频率改变来识别金属物体(2) 场强识别：利用金属对信号产生谐波的场强变化而使振幅随之变化来识别金属物体(3) 相移识别：利用金属对信号产生谐波的相位变化来识别金属物体本探测器利用第二种识别方法进行设计.利用探头线圈产生交变电磁场在被测金属物体中感应出涡流,涡流产生反作用于探头,使探头线圈阻抗发生变化,从而使探测器的振荡器振幅也发生变化.该振幅变化量作为探测信号,整流滤波后的直流电压使三极管导通，它的集电极为低电平，发光二极管发亮。当没有信号通过电容，三极管的基极得不到正电压，所以三极管截止，发光二极管熄灭。3 系统硬件设3.1整体电路原理图3.2电子元器件基本参数图2电原理图名称型号大小C11030.01UFC21030.01UFC31030.01UFC4104O.luFC5104O.luFC6电解电容（带正负）2.2uFL电感器6.8mHRpW5025.1kR13.3kR2680k680kR33.3k3.3kR42M2MR56.8k6.8kR60.1k0.1kVD11N4148VD21N4148VD3发光二极管VT13DG6C高频硅管VT23DG6C高频硅管VT23DG6C高频硅管电源3VS开关3.3电路工作原理金属探测器电路中的主要部分是一个处于临界状态的振荡器，当有金属物品接近电感L(即探测器的探头)时，线圈中产生的电磁场将在金属物品中感应出涡流，这个能量损失来源于振荡电路本身，相当于电路中增加了损耗电阻。如果金属物品与线圈L较近，电路中的损耗加大，线圈值降低，使本来就处于振荡临界状态的振荡器停止工作。从而控制后边发光二极管的亮灭。1)三点式振荡：图3-13金属探测器的(2)信号放大电C2决定。器C1、图3-1辰荡频率约为40KHz,各：图3-2-i主要歯电感L、申容器C微弱的振荡信号通过电容C4、电容及电容C5等组成的电压放大器进行放大。(3)整流电路图：图型OTiuFTTluF由三级管VT2、电阻器R4、R51vr211图3-3二极管VD1和VD2进行整流，电容器C6进行滤波。(4)良光信号电路图：图3-42.2u图3-4流滤波后的直流电压使三极管VT3导通，它的集电极管VD3发亮。当没有信号通过C4,三极管VT3的基极得不到正电压发光二极管熄灭。为低电平，发光二极所以三极管VT3截止，4绘制原理图和PCB制作4.1绘制原理图(1在原理图库文件中绘制电阻、电容:如图4_1和图4-2图(2)在原理n-o.biuF图4-24-19库文件中绘制三极管与二极管见图4-3和4-4新建原理图文件：电路连接图：生成元器件报表:ofMaterialForSchematicSheetSHeLSChE)oc|GracedCdunwuShowQ畑CdurwShow3VBAT-2ClRAD-0.3C-apackorCRAD-0.3Capac#wC3RAD-0.3WRAD-0.3CapadtwC5RAD-0.3Pc4afEd：tapacrtor|CCC2012-0505Magndic-CoieIndwL/WL-0.9Rental：R1AXIAL-04Dacriatoi审D驕HorF曲口许PoteNmtefVR2RPc*211CertenMiCsrtsi旳mm|Certs-YWl)Csei-YlmihlCtolC3illCommehtCcmponentKndComponentthindDeu;nplKxiD*5ign0i口即i)Defignda讯nwnjD呦侶cATMi)DesqnaeamfnlDocumentFooipm*HMl呦Highl(fflmIfdKtL刖凯LixaiyName曲期”癒鴨一厂；口r-电路无尢误:后fJHTiniFhI制*丄ResistoiR嗣口RfststoiResatmRTe唤Fg5唤-TSADdwfeDecideV01Defaci*Dixie舷TypkaiBLUESiCLEVD3NPNBipctvTMrsiwVT1NFWB说TVT2limBipoUi445PST2DS0-&X3.3DSO-C23.3DSO-F2D6J1S0-G32550-15305St3-G3/C2.5RetZRe&2Rss2Ret2SW-SPSTD品D-kKfeLED3QNPNQNPNQNPNirerDXP-C:UsersacerDesktopPptelDXP2004甘小贝兵SHeet.NETI*口皿I”HDXPFileEditViewProjectToolsWindow旦elp1囱蛊|曇:*电直|GC|弊G谬嬲建曙|昌&念題草車务雷|曲|蹑資曰国|厲曹JProjects3QSheetl.SchDoc礎SHeet.SchDocHtBftFreeDocuments日ftSchematicSheets9Sheetl.SchDoc11QSHeel.SchDoc隧GeneratedFrotelNetlists圍SHeet.NETi_JFrojectGroupl.FqGrp|GroupTProjectVR2RPClRAD-0.3C2RAD-0.31:1IInsert弋fit可串花：帀7門厂产!科亠晶醫.ill陂倉13:324244K/54.2、绘制PCB图PCB图图-A反面图-B正面PCB板打印：PCB板制作（1）打印电路板：将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，打印电路板。（2）预处理覆铜板：用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，打磨好的标准是板面光亮。（3）转印电路板：把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。温度设定在160-200摄氏度。（4）腐蚀线路板：先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。（5）线路板钻孔：依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针。（6）线路板预处理：钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。4.3元器件的焊接打印出PCB板之后，按照电路图来进行元器件的排布和焊接，焊接时要根据焊接技术的有关要求进行仔细认真焊接。但是，在焊接的过程中也出现了一些问题，例如三极管引脚的判别，电解电容有正负极，电阻的大小可以通过色环来读出其值，这些问题都需要我们仔细留意的，认真检查才能找出问题。另外，焊接过程中也出现几处虚焊点，当通过肉眼来观察不出是需要借助万用表进行检测，才容易找出问题所在。4.4系统的调试实物器件焊接图-C反面图-D正面电子电路的检查电子电路装接完毕后，必须做好以下调试前的检查工作1）检查连线情况2）检查元器件装接情况3）检查电源输入端与公共接地端间是否有短路电子电路测试：1)通电观察(2)静态调试3)动态调试5课程设计总结制作一个自制简易金属探测器。在制作过程中，通过查阅各种关于简易金属探测器电路的工作原理的资料，确定了制作方案。在制作期间，我也遇到了一些问题，制作PCB图时布线会发生错误，在电子器件焊接时，出现虚焊导致线路接触不良。在通电调试时会出现发光二极管不良等情况。不过，最后经过仔细的检查电路之后，故障都被排除了。在测试时，把调节振荡器的反馈的电位器调至振荡临界振荡，当有金属靠近线圈时便会使发光二极管熄灭，无金属靠近时发光二极管一直亮，电路的测试就完成了。作为工科学生，我们要把理论和实践相结合，只有不断的将理论运用到实践中去，才能更好的理解所学知识，提高自己的动手能力和独立思考的能力。鼓励同学们多动手，创新发展。致谢在这次课程设计过程中得到谢小云老师的悉心指导。从课设初期到结束，谢老师多次帮助我分析电路的基本原理、工作状态，在我制作电路板的过程中遇到困难，谢老师都会耐心的给我讲解原因。他给予我最大的支持和鼓励。谢老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。同时，同学们在这期间也给予我很大的帮助。在此，谨向谢老师和帮助我的同学们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。参考文献徐根耀电子元器件与电子制作M北京：北京理工大学出版社，2011童诗白、华成英模拟电子技术基础（第四版）M北京：高等教育出版社，2006