自制简易金属探测器电子信息科学与技术电科1012013年7月6日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：专 业:班 级:学 号：姓 名：指导老师:完成日期:目录1设计任务和性能指标 11.1设计任务 11.2性能指标 12设计方案与论证 13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 23.3电路工作原理 34绘制原理图和PCB制作 44.1绘制原理图 44.2绘制PCB图 74.2.1 PCB 图 74.2.2生成3D模型 74.2.3 PCB 板打印： 84.2.4 PCB 板制作 84.3元器件的焊接 94.4系统的调试 94.4.1实物器件焊接 94.4.2电子电路的检查 94.4.3电子电路测试： 105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（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整体电路原理图图2 咆顺叫.IW3.2电子元器件基本参数名称型号大小C11030.01uFC21030.01uFC31030.01uFC41040.1uFC51040.1uFC6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) 二点式振荡：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（4）发光信号电路图：图3-4■ 1SO R―114 14T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 WVD3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， 发光二极管熄灭图3-3由二极管VD1和VD2进行整流，电容器C6进行滤波4绘制原理图和PCB制作4.1绘制原理图i nj.lb.iF（1）在原理图库文件中绘制电阻、电容：如图4-1和图4-2C3Q.OluF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*— '1 O 1i古¥Ll 1k LX.~1L .1 1*7**：*1=1 ■拦丁 —iV ■14.2.2生成3D模型图-A反面0 QBOIo-E,i=!3-o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。