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： *******
姓名：
指导老师：***
完成日期： 2013年7月6日
目录
1 设计任务和性能指标 (1)
1.1 设计任务 (1)
1.2 性能指标 (1)
2 设计方案与论证 (1)
3 系统硬件设 (2)
3.1 整体电路原理图 (2)
3.2 电子元器件基本参数 (2)
3.3 电路工作原理 (3)
4绘制原理图和PCB制作 (4)
4.1 绘制原理图 (4)
4.2绘制PCB图 (7)
4.2.1 PCB图 (7)
4.2.2 生成3D模型 (7)
4.2.3 PCB板打印： (8)
4.2.4 PCB板制作 (8)
4.3 元器件的焊接 (9)
4.4系统的调试 (9)
4.4.1实物器件焊接 (9)
4.4.2电子电路的检查 (9)
4.4.3电子电路测试： (10)
5 课程设计总结 (10)
致谢 (11)
参考文献 (11)
1 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
（1）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
（2）工作温度范围：-40C—+50C，连续工作时间
（3）工作电源为+3V
（4）具有抗现场电磁干扰的要求
（5）探测距离10—20毫米
2 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
名称型号大小
C1 103 0.01uF
C2 103 0.01uF
C3 103 0.01uF
C4 104 0.1uF
C5 104 0.1uF
C6 电解电容（带正负） 2.2uF
L 电感器 6.8mH
Rp W502 5.1k
R1 3.3k
R2 680k 680k
R3 3.3k 3.3k
R4 2M 2M
R5 6.8k 6.8k
R6 0.1k 0.1k
VD1 1N4148
VD2 1N4148
VD3 发光二极管
VT1 3DG6C 高频硅管
VT2 3DG6C 高频硅管
VT2 3DG6C 高频硅管
电源3V
S 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3-1
图3-1
金属探测器的振荡频率约为40KHz，主要由电感L、电容器C1、C2决定。

（2）信号放大电路：图3-2
图3-2
微弱的振荡信号通过电容C4、电容器送到由三级管VT2、电阻器R4、R5及电容C5等组成的电压放大器进行放大。

（3）整流电路图：图3-3
图3-3
由二极管VD1和VD2进行整流，电容器C6进行滤波。

（4）发光信号电路图：图3-4
图3-4
整流滤波后的直流电压使三极管VT3导通，它的集电极为低电平，发光二极管VD3发亮。

当没有信号通过C4，三极管VT3的基极得不到正电压，所以三极管VT3截止，发光二极管熄灭。

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4-1 图4-2
（2）在原理图库文件中绘制三极管与二极管见图4-3和4-4
图4-3 图4-4 （3）在原理图库文件中开关和电源见图5-5和图5-6
图4-5 图4-6 （4）绘制原理图
新建原理图文件：
电路连接图：
生成元器件报表:
电路无误后创建网表：
4.2、绘制PCB图
4.2.1 PCB图
4.2.2 生成3D模型
图-A反面图-B正面
4.2.3 PCB板打印：
4.2.4 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
4.4.1实物器件焊接
图-C 反面图-D正面
4.4.2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
4.4.3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。