Изработка на металотърсач Magnum

ЧАСТЬ 1. ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК

Предисловие.

Все началось в декабре 2003 года. К тому времени я уже собирал Tracker FM и индукционный однокатушечный ИМ-1 сравнительно серийно, какой-то опыт уже имелся,

но многое в указанных аппаратах не устраивало. Усердно посещая Братский сайт, закачал архив статей по Магнуму, почитал немного форума и решил - находясь в состоянии творческой депрессии - собрать данный прибор, разработанный и прекрасно "разжеванный" уважаемым Энди Флиндом еще в начале 80-х годов. Самое страшное, что в те годы я даже представить себе не мог, что не то что металлоискателями буду заниматься, а по меньше мере паяльник в руках держать буду. Ужас…

Для начала перевел весь материал с английского для знакомства не только со схемой, но и с принципами работы, порядком настройки, параметрами датчика, составом компонентов, в общем, многое почерпнул. Сразу же обнаружил помарки на схеме и в описании. Единственное, что я не переводил, а просто пробежался по тексту, это описание процесса изготовления непосредственно самого электронного блока - это мне было лишним, так как с корпусом и батарейным отсеком я уже определился. К сожалению, оригинал моего перевода у меня не сохранился, так как был удален при форматировании винчестера, а копию я не сделал. В те времена я отсылал ребятам по мылу для рецензии качества перевода с технической точки зрения. Может у кого-то что-то и сохранилось. В этой связи я рекомендую обратиться к переводу статей по Магнуму на русский язык, который осуществил qawsedrf (www.metallodetector.narod.ru).

Далее, лазерноутюжным способом я изготовил обе платы, топологии которых были предложены автором Э.Флиндом и есть в указанном архиве статей. Ошибок там нет, так что можно пользовать смело. Найти всю "выводную" комплектацию не составило особого труда, за исключением единственного стабилитрона. Даже, помню, электролиты нашел такие зеленые, военные, лежачие.

Вначале у меня ничего не заработало, так как схема формирования опорного напряжения 11,2 вольт и искусственной средней точки 5,6 вольт ну никак не хотела работать. Нервы у меня не выдержали, и я сделал все на двух стабилизаторах: 78L12 и 78L06. Все сразу стало на свои места. Конечно, эти стабилизаторы были не "low drop", а также вносили свой вклад в потребление тока, но главное - я мог уже мотать и подключать катушки датчика.

Первый датчик я закрепил просто на фанерке, пытался все делать по описанию. Применил и правильные диаметры провода, и количество витков, и диаметры самих катушек. Но на начальном этапе балансировка не получалась - чувствительность была минимальная. Хотелось все выбросить нафик и не мучать себе кое-что. В общем состояние было печальное.

В какой-то момент я пришел к пониманию (до этого я имел дело лишь с однокатушечными датчиками!), что нужно просто увеличить диаметр компенсирующей петли передающей катушки. И все получилось!!! Чувство на советский пятак уже было около 20 см.

Но радоваться было рановато. Дело в том, что был полный разброд и шатание по поводу правильной дискриминации (фазировки приемной катушки). Путем экспериментов с подключением переменных резисторов GROUND и DISC, фазировкой приемного контура, включением разных режимов - а их изначально было три: BEACH (пляж), DISC (дискриминация) и GROUND (все металлы с балансировкой на грунт) - я пришел к пониманию того, как должны быть подключены органы управления, и как правильно соотнести катушки TX и RX по направлениям намотки.

Следующим шагом была разработка единой печатной платы, причем под SMD компоненты (пассивные), микрухи оставил DIP. Разрабатывалась подложка конкретно под корпус Z-4. Режим BEACH и соответствующая часть схемы фазовращателя был удален за ненадобностью в пределах территории Родины. Введена схемка регистрации (загорается светодиод) разряда основного источника питания ниже 14 вольт, а также схема переключения между двумя оставшимися режимами работы с помощью не галетного переключателя, а посредством кратковременного нажатия кнопки HOLD (пинпоинт). Данное усовершенствование было расписано в третьей части указанной трилогии Э.Флинда. Нажатие и удержание данного органа включало статический режим обнаружения, причем, что интересно, со звуковой дискриминацией по принципу "на ферро молчит, на цветняк - сигналит". Очень удобная штука. Зачастую при непонятках (двойной "цвет" или "хитрое" железо) очень помогало. Особенно вкупе со стрелочным индикатором. Плата получилась двусторонней.

Был собран первый прибор на новой, унитарной плате. Питание - три "Кроны". Две последовательно в качестве основного питания, одна - на звуковую часть. Радости не было предела: регулируемая дискриминация, "живой" звуковой сигнал, классный пинпоинт (статическая засечка положения объекта). Даже выехал на испытания и сходу нашел денгу 173.. года. В общем - класс!.. Фотографии, к сожалению, не сохранились.

Но, коль скоро аппарат просился в серийную сборку, предстояло все это реализовать красиво и эргономично…

Плата.

Теперь я понимаю, что все можно было ужать более плотно, компактно, но в то время я впервые столкнулся с программами проектирования печатных плат. Более того, количество органов управления (5 переменников и кнопка) на передней панели не оставляли выбора, учитывая дефицит выбора пластиковых корпусов со съемными панелями. В любом случае, используя программу OrCAD, я устранил обнаруженные ошибки, помарки, лишние переходные отверстия и заказал заводские печатные платы. Вручную "утюжить" уже сил не было. Платы получил с маской, без шелкографии. Габариты - 140*70 мм. Вот в таком виде:

Верхняя сторона, где устанавливаются все выводные компоненты:

Нижняя сторона, где запаиваются компоненты SMD1206, но можно и SMD0805:

Схему c моими дополнениями можно скачать, нажав сюда.

Приступаем к подготовке всего комплекта компонентов для установки на подложку. Не буду говорить о том, что доступно, а чего даже не заказать на фирмах. Скажу лишь, что практически все всегда удавалось купить на минском радиорынке, а проблемные компоненты были заменены на отечественные или импортные аналоги. Привожу лишь список микросхем и транзисторов с указанием возможных замен, которые я нашел сам и всегда использовал. Ну и еще номиналы электролитов добавлю. Это не панацея, вы можете самостоятельно обнаружить достаточно широкий перечень аналогов (отечественных и зарубежных) для замены оригинальных деталей, заявленных в статье Э.Флинда. И обращаю ваше внимание на то, что не всегда аналоги имеют такое же расположение выводов, как оригинал. Как правило, это касается транзисторов, особенно - полевика, смотрите даташиты.

КОМПОНЕНТ	ОРИГИНАЛ	АНАЛОГ
DD1, 15	CD4011	К176ЛА7, K561ЛА7
DD16	CD4016	K176КТ1, K561КТ1
DD6	CD4007	К176ЛП1, К561ЛП1
DA3	CA3130	КР544УД2
DA4, 9, 10	CA3140	К1409УД1
DA1, 2, 5, 7, 8	741	LM741, OP07, UA741, TL081
DA11	NE555	1006ВИ1
Q3	2N3819	КП307Б
Q2, 5, 6	BC184	КТ3102ДМ
Q1, 4	BC214	КТ3107И
Q7	BFX29	КТ814Г
C22	470m*25v
C20, 24-26	470m*16v
C5	10m*16v
C19	4,7m*16v

А вот что нам предстоит установить на плату и запаять:

Здесь привожу расположение компонентов на верхней стороне платы:

А вот монтажная схема нижней стороны платы:

Пайку осуществляем спиртоканифольным флюсом, иное - под вашу ответственность. После монтажа - смыть остатки флюса спиртом, растворителем или, в крайнем случае, - ацетоном. Но последняя гадость может повредить пластиковый элемент подстроечных резисторов (размягчить, разрушить). Вот что получаем:

Примечания и пояснения:

• J1 - вход сигнала с приемной катушки (RX)
• J2 - разъем для подключения регулятора чувствительности "SENS"
• J3 - сюда подключается регулятор порогового тона "TUNE" (или "TRESHOLD")
• J4 - для подключения отдельного источника питания схемы звуковой индикации (типа "Кроны", например)*
• J5 - разъем для подключения кнопки (на замыкание без фиксации) "PinPoint"**
• J6 - здесь подключается регулятор громкости звукового сигнала "VOLUME"
• J7 - а здесь выход на динамик 8 Ом (если нужно, то и на наушники - только через резистор 50-100 Ом)
• J8 - на этот разъем подключаются провода, идущие на передающую катушку (TX) ***
• J9 - вход для основного источника питания (14..25 вольт)"POWER"
• J10 - сюда - потенциометр "DISCR", с помощью которого устанавливается уровень дискриминации
• J11 - а сюда переменник "BALANCE", с помощью которого производится балансировка на грунт
• J12 - на этот разъем я подключаю светодиод "MODE" (индикация нахождения в режиме "NORMAL")****
• J13 - сюда подключается светодиод "BATT", который должен загораться при снижении напряжения основного источника питания до 14 вольт
• J14 - наконец, на данный разъем необходимо подключить стрелочный индикатор - микроамперметр с нулем посередине, "50-0-50" или "100-0-100" (см. ниже)

* красным цветом обозначены "плюсовые" контакты разъемов
** данная кнопка выполняет две функции: кратковременное нажатие переводит прибор из режима "NORMAL" в режим "DISCRIMINATE" и обратно, а нажатие и удержание - в режим статического обнаружения (пинпоинтинг). Более подробно о работе прибора рассказано в инструкции по эксплуатации, которую можно скачать, нажав сюда
*** красным цветом отмечены "сигнальные" контакты разъемов "J8"TX и J1"RX"
**** буквой "А" обозначено "место" для анода светодиода, светодиод - любой на 3-4 вольта

Метки первых выводов микросхем, надеюсь, нормально видны. Ну и полевика советского КП307Б…

После промывки платы убедительно рекомендую взять схему и проверить правильность номиналов установленных компонентов и отсутствие "соплей". Пока все…

Блок.

Итак, наступает самый красивый момент - заваять сам блок управления. Для этого нам понадобится следующее:

• Пластиковый корпус - я использую Z-4, но можно и склеить, выгнуть.
• Динамик 8 Ом минимальной высоты мощностью 0.5-1 Ватт (можно больше - на ваше усмотрение).
• Переменные резисторы: 47 (50) кОм с логарифмической зависимостью - 2 штуки (GROUND и DISC), 1 мОм прямой зависимости (SENS / Чувствительность) - 1 штука, 100 кОм прямой зависимости (TUNE / Пороговый тон) - 1 штука, 10 кОм логарифмической зависимости (VOL / Громкость) - 1 штука.
• Кнопка без фиксации на замыкание (HOLD / пинпоинт-смена режима).
• Рукоятка для переменного резистора в количестве 5 штук.
• Разъем для подключения кабеля датчика на 3, 4(оптимально) или более контактов.
• Выключатель питания двухпозиционный: две независимые группы контактов.
• Гнездо для подключения источников питания извне, если вы так решили. У меня всегда отсек с батарейками располагался на штанге под подлокотником.
• Гнездо для подключения наушников. Я ставил всегда (1/4 дюйма), но не пользовался никогда.
• Два самореза с круглыми шляпками для креплении платы к стойкам корпуса.
• Два светодиода диаметром 3мм, но можно и больше (я использовал красный и зеленый, например).
• "Шильдик" - фальшпанель в виде стикера со всеми служебными обозначениями.
• Провода - я всегда применял шлейфы компьютерные, разделывая их на двойные или тройные полоски.
• Ну и паяльник, разумеется...

Коль скоро я изначально использовал указанный выше корпус, то дальнейшее описание сборки электронного блока управления будет привязано именно к данной оболочке. Для начала уберем весь облой, чтобы части корпуса стыковались без щелей. Далее, как мной уже было описано в первой статье о Грозе-3, необходимо подготовить потаи для штатных саморезов пластикового корпуса - чтобы шляпки не выступали наружу. Ну и отверстия в зоне установки динамика потребуются также, а еще не забыть про крепление к рукоятке (штанге).

Чтобы жизнь малиной не казалась, привожу здесь не шаблон для сверления отверстий в передней панели, а реальный цветной шильдик. По нему вы сможете и центры расставить на панели, и определить мертвые зоны (под рукоятками переменников), и окно для стрелочного микроамперметра определить. Главное - размеры данной наклейки (шаблона) должны быть реально 40 мм * 130 мм.

А скачать файл с шильдиками в формате CorelDraw вы можете в рубрике ИНФОРМАЦИЯ.

Вот все хозяйство совместно с подготовленной лицевой панелью корпуса:

Установим и зафиксируем органы управления и индикации на лицевой и задней панелях. Заметьте, для того, чтобы переменные резисторы не проворачивались в процессе фиксации, под стопорные выступы сверлятся отверстия диаметром 2.5 - 3 мм. Окно для стрелочного индикатора - самая сложная часть в процессе подготовки пластиковой панели: сначала намечаем шилом углы, затем линии рисуем (контур). После этого сверлим много отверстий внутри рамки (3-4 мм диаметра), а затем напильником или ножом нормальным (типа профессионального обойного). Главное - добиться параллельности и размерности. Индикатор приклеивается любым способом за его "ушки" с внутренней стороны панели. Да, чуть не забыл, для гурманов советую аккуратно вскрыть микроамперметр по линии склейки "задницы" с "колбой", достать его и обозначить любым удобным образом два символа: левее "нуля" - REJECT (отклонить), а правее "нуля" - ACCEPT (принять). Я вывел на обычной самоклейке такие стикеры и аккуратно их наклеивал. ВНИМАНИЕ! Будьте предельно аккуратны, повреждение (деформация) стрелки может привести к выходу из строя самого микроамперметра или нарушить "нулевое положение".

Вот что должно примерно получиться:

А так - спереди. Не удивляйтесь, шильдики бывают двух цветовых гамм:

А так сзади. Хотя ничего интересного нет, по-моему:

А впереди нас ждало самое нудное - распаять все хозяйство внутри бокса…

Я не буду приводить распайку выключателя питания - гнезда питания, гнезда наушников, гнезда разъема кабеля датчика, так как думаю, что это не сложно, главное - аккуратность и внимательность. А вот распайку органов управления и индикации (кроме динамика, кнопки и светодиодов) приведу:

В конечном итоге получаем полностью готовый к настройке (лишь два подстроечника - VR7 "контроль питания" и VR6 "чувствительность индикатора") электронный блок. Привожу разные фотки:

Ну вот и все на данном этапе. Можно подключить питание, проверить потребление, котрое не должно превышать 30 мА, а также настроить схему контроля разряда источника питания так, чтобы при падении напряжения внешнего ОСНОВНОГО источника ниже 14,2 вольт загорался красный светодиод "BATT", который подключается на J13. Кроме того, должно работать переключение между режимами, причем режим "NORMAL", или "все металлы", должен индицироваться свечением зеленого светодиода "MODE", который подключается к J12.

В следующей статье я расскажу о том, как я изготавливал датчики для рассматриваемого металлоискателя по оригинальной технологии автора схемы.

Utekai
08 августа 2007 года