Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

им. А.Н. ТИХОНОВА

Выпускная квалификационная работа

студента образовательной программы бакалавриата

Разработка индикатора электропроводки

Студент А.А. Попова

Руководитель К.т.н., доцент департамента

электронной инженерии И.А. Иванов

Abstract

Over the past few years, the process in creating devices for searching wiring has been accompanied by a revived interest in electrodynamics. There are many similar inventions on the market, but there are few companies in Russia that have solved the problem of detecting electrical wiring in the walls and created an inexpensive and effective device. The paper also provides the rationale for the selecting electronic components e.g. transistors, resistors, LEDs, capacitors. In this paper, I present two indicators for finding wiring in the wall, their analysis and comparison with the purchased indicator. Especially, I will develop its schematic diagram and demonstrate its work. The aim of the proposed research is to create a schematic diagram of a wiring indicator and to develop the device.

Аннотация

За последние несколько лет процесс создания устройств для поиска электропроводки сопровождался возрождением интереса к электродинамике. Подобных изобретений на рынке много, но в России мало компаний, которые решили проблему обнаружения электропроводки в стенах и создали недорогое и эффективное устройство. В данной работе также приводится обоснование выбора электронных компонентов, например транзисторов, резисторов, светодиодов, конденсаторов. В данной работе я представляю два индикатора для поиска электропроводки в стене, их анализ и сравнение с покупным детектором. Более того, я не только разработаю их принципиальную схему, но и продемонстрирую работу. Целью предлагаемого исследования является создание принципиальной схемы электромонтажного индикатора и разработка устройства.

Оглавление

• Введение
• Актуальность
• 1. Теоретические сведения
• 1.1 Существующие методы
• 1.2 Классификация металлодетекторов
• 1.3 Принцип работы детекторов
• 1.4 Цель работы
• 2. Технические сведения
• 2.1 Существующие аналоги
• 2.2 Отличия индикаторов по функционалу
• 2.3 Обзор детекторов на рынке
• 2.4 Особенности детекторов
• 2.5 Поиск скрытой проводки без индикаторов
• 2.6 Неэффективные существующие методы
• 3. Практическая часть
• 3.1 Разработка принципиальной схемы детектора №1
• 3.2 Таймер NE555
• 3.6 Разработка детектора №2
• 3.6 Плата Arduino Nano
• 3.7 Технические характеристики Arduino Nano
• 3.8 Сравнительная характеристика с прототипом
• Заключение
• Список литературных источников
• Приложение 1
• Введение
• Еще в древности люди не могли предположить, что в будущем они будут иметь возможность находить не только черные металлы и металлические предметы, но также смогут и добывать цветные и драгоценные металлы. Современному человеку не предоставляется особой трудности купить специальный датчик или прибор и отправиться на поиски нужного предмета. Он сделает все за нас, кроме малого - откапать придется все-таки нам. В остальном же все предельно просто: у предмета будет определено точное место залегания, человек сможет оценить габариты, форму и примерный состав и принять решение о выкапывании, тем самым посылая звуковой или световой сигнал человеку. Данная область активно и стремительно развивается, и мы можем только предполагать, какие усовершенствованные детекторы нас ждут в будущем времени.
• Однако на рынке существует немало аналогов, отличающиеся по ряду характеристик, которые мы рассмотрим позже.
• Как уже было сказано, еще в самом начале эры металлоискатели металлодетекторы датчики использовались в большей мере для поиска драгоценностей и ценных металлов. А в то время, когда уже закончилась Вторая мировая война, датчики стали использоваться и для более широких целей: поиск различных монет, сокровищ, раритета, клада, реликвий, проводов стенах и даже электропроводки.
• Использования металлодетекторов в области государственной безопасности и безопасности жизнедеятельности имеет достаточно богатую историю. Были случаи, которые имеют документально подтверждённые данные, когда стражи порядка использовали металлоискатели для поиска улик для проведения расследования. Кроме того, определенные виды детекторов используются в таких общественных местах, как аэропорты, вокзалы, торговые и бизнес центры, гипермаркеты, заводы, предприятия и другие.
• В наши дни область применения металлодетекторов постоянно расширяется. Новые модели привлекают к себе внимание по всему миру, в основном за счёт применения новых технологий, а также благодаря высоким параметрам. В настоящее время металлодетекторы практически в каждой стране стали неотъемлемой частью нашей жизни.
• Знаменитый Александр Белл, который и известен изобретением телефона, в 1881 году работал как раз над специальными электрическими индукционными приборами, которые могут обнаружить металл. В том же году было совершено покушение на президента США Джеймса Гарфилда. Одна пуля ранила его спину, а другая серьезно зацепила руку. Травмы приравнивались к смертельным. Врачи впали в ужас из-за непонимания как обнаружить точное местоположение пули в теле у президента. Был совершен ряд неудачных попыток в поиске обнаружения пуль, но из-за ухудшения самочувствия Джеймса Гарфилда его доктор связался с Александром Беллом, чтобы тот доставил металлодетектор в Белый дом.
• В итоге, у А. Белла было ограниченное время для спасения жизни президента США, и он не успел усовершенствовать свой прибор, чтобы вовремя обнаружить пулю. К сожалению, Джеймса Гарфилда спасти не удалось. Со временем интерес к подобному прибору вырос и уже многие озадачились устройствами данного типа.
• Зачастую при ремонте человек сталкивается с непониманием как обнаружить электропроводку. Если проводка расположена в открытую, то проблемы отсутствуют. Однако если она все-таки скрытая, то стоит потрудиться. Капитальный ремонт часто подразумевает под собой дробление стен, что может привести к повреждению проводки. Чтобы этого избежать необходимо знать ее точное расположение. Здесь на помощь приходят индикаторы электропроводки.

Актуальность

Металлоискатели делают нашу жизнь безопаснее. В послевоенные годы наша страна была бы усеяна минами и неразорвавшимися снарядами с Гражданской и Великой отечественной войны. Казалось бы, безобидный поход за грибами или ягодами мог нанести неизмеримый вред человеку. К тому же, рамочные металлодетекторы и арки помогают обезопасить человечество от террористических атак в общественных местах.

Использование детекторов актуально в первую очередь для обеспечения безопасности. Они используются для обезвреживания мин и неразорвавшихся снарядов в современных локальных конфликтах. Рамочные металлоискатели используются в торговых центрах, супермаркетах, аэропортах, вокзалах, бизнес центрах, различных предприятиях и других местах общественного скопления людей для значительного снижения вероятности совершения террористического действия и терактов. Но не стоит забывать, что все не ограничивается безопасностью. Металлоискатели и металлодетекторы служат для поиска остатков реликвий, исторических ценностей и сокровищ Великой отечественной войны и других археологических раскопок.

Моя же работа подразумевает обеспечение безопасности и экономии времени на поиск электропроводки в домашних условиях. Как нам уже хорошо известно, зачастую обнаружить проводку в квартире или доме бывает не так уж и просто. План дома не всегда подразумевает грамотное и четкое описание местоположения скрытой электропроводки. Зачастую человек сталкивается с проблемой самостоятельного обнаружения. На помощь приходят специальные датчики и устройства, но на практике они либо дорогие, либо не эффективные.

1. Теоретические сведения

1.1 Существующие методы

Методов обнаружения металлических объектов существует достаточно много. Рассмотрим основные из них:

- магнитометрический;

- индукционный;

- радиолокационный;

- механического зондирования;

- электрический контактный;

- сейсмоакустический;

- биофизический и др.

Магнитометрический, индукционный, радиолокационный и метод механического зондирования наиболее распространены в практическом применении из-за большей эффективности и производительности сравнению с другими.

1.2 Классификация металлодетекторов

Однако также можно классифицировать металлодетекторы по трем группам: локационные, параметрические и магниточувствительные. Как раз первые две группы иногда называют индукционными металлоискателями из-за того, что чувствительным элементом является катушка индуктивности.

1. В локационных металлоискателях наводят в искомом предмете вихревые токи (токи Фуко в физике) с помощью излучающей катушкой. Эти токи в свою очередь создают вторичное электромагнитное поле, воздействуя тем самым на приемную катушку. Далее наводит в ней э.д.с. (напряжение) сдвинутую по фазе относительно излучения, воздействующего на объект. Такая э.д.с. выделяется, усиливается и поступает на индикатор. Более того, в индикаторах этого вида использован принцип радиолокатора: металлоискатель воздействует на объект ЭМ полем, оно частично отражается и затем происходит регистрация.

2. Параметрический тип приборов и создаваемое им отраженное поле действуют на некоторый параметр регистрирующего элемента металлоискателя, а его изменение запоминается и подается на индикатор. Детекторы этого вида создают переменное ЭМ поле. При попадании металлического предмета в это поле изменяется магнитная индукция поля вокруг приемной катушки и, как следствие, индуктивность катушки. Все изменения запоминаются и сохраняются. Например, если катушка является частью генератора, изменение ее индуктивности влечет за собой и изменение частоты генератора. В зависимости от величины изменения частоты, решается формируется ли звуковой или световой сигнал.

3. Магниточувствительные металлоискатели применяются не часто.

Существует четыре основных типа по принципу действия:

А)металлоискатели по принципу «прием - передача»

Б)металлоискатели на биениях;

В)однокатушечные металлоискатели индукционного типа;

Г)импульсные металлоискатели.

1.3 Принцип работы детекторов

Принцип работы элементарного детектора прост. Как правило, он состоит из трех элементов:

· Усилитель

· Индикатора

· Датчик электромагнитного поля

Работа данных устройств осуществляется по принципу определения электромагнитного поля, которое образуется в кабелях, находящиеся под напряжением.

Главное отличие всех приборов - это цена и точность. Принцип работы большинства устройств осуществляется свойством транзистора изменять R при наводках на выходе затвора. Металлодетекторные устройства работают на основе фиксации токов, которые возникают в предметах под действием магнитного поля катушки индуктивности самого индикатора скрытой электропроводки.

1.4 Цель работы

Проанализировав разные типы детекторов, можно сделать вывод, что они могут быть либо неэффективными и с низкой чувствительностью, но дешевые, либо точные, эффективные, но дорогие. Цель моей работы состоит в увеличении скорости обнаружения проводки, улучшении производительности самого индикатора и совместить в себе эффективность и демократичность стоимости.

Задачи:

1) Разработать структурную схему

2) Разработать электрическую схему

3) Разработать прототип

4) Провести экспериментальные исследования прототипа, включая сравнение с аналогом

5) Провести анализ полученных результатов

6) Написать пояснительную записку

2. Технические сведения

2.1 Существующие аналоги

На рынке существует далеко не мало аналогов и специальных приборов, которые используются в быту для поиска электропроводки. Разберем некоторые из них.

На первом этапе рассмотрим основные параметры детекторов. На настоящий день в продаже имеются как простые, так уже и более сложные приборы. Для начала необходимо решить и понять цель и условия, в которых приборы будут применяться. Если вам нужно одноразовое использование, то, возможно, есть смысл купить недорогой прибор или же взять в прокат, а если уже для профессиональных целей, то стоит присмотреться к более качественным, сложным и усовершенствованным. Нельзя забывать и на оценку глубины скрытой проводки. Ведь разница между расстоянием в 1 см и несколько десятков очень велика.

Основные характеристики при выборе детектора проводки:

* Условия эксплуатации

* Частота использования

* Стоимость

* Глубина сканирования

* Предупреждающие сигналы об электротравмах

Виды сигнализаторов:

1. Электростатические детекторы.

Достоинства: данные устройства необычайно надежны и просты в использовании. Более того, область функционирования имеет очень широкий спектр.

Недостатки: такой вид детекторов не способен найти и определить обесточенную электропроводку.

2. Электромагнитные детекторы.

Достоинства: обладают достаточно высокой точностью обнаружения и имеют весьма высокую точность сканирования пространства. практически не наблюдаются погрешности при вычислениях. Кроме того, данные устройства весьма надежны и, как показывает практика, они служат дольше отведенного срока службы. Для реализации точного обнаружения электричества в стенах необходимо наличие U (напряжение) больше 1 кВт.

Недостатки: Электромагнитные детекторы не предназначены для обнаружения слабонагруженной или совсем ненагруженной электрической сети.

3. Металлодетекторные устройства.

Достоинства: подобные устройства способны найти абсолютно любой элемент, состоящий из металла и находящийся в стене. Однако эта характеристика является как плюсом, так и минусов прибора.

Недостатки: с помощью таких металлодетекторных устройств мы сможем обнаружим чуть ли ни каждую гайку или уже давно вышедшую из строя электрику.

2.2 Отличия индикаторов по функционалу

Первый вид помогает найти металлы в стене. Данные детекторы могут обнаружить все металлы, включая проводку, куски проводов, трубы и шурупы. Существуют металлодетекторы арматуры, электропроводки, различных каркасов и так далее, которые вокруг себя образуют магнитное поле, на которое и реагируют металлические объекты.

Достоинства:

· Цена

· Точность

· Дальность обнаружения

Недостатки:

· При наличии большого количества металла определить место нахождения проводки сложно

· Может перепутать с арматурой

Вторым по счету является детектор металла. Некоторые модели данного вида способны определять не только металлические объекты, но также и дерево, пластик, находящиеся в стене. Их принцип работы отличается от остальных типов: определяется плотность материалов по скорости прохождения импульсов.

Достоинства:

· Высокая точность

· Наличие жидкокристаллический дисплей, отображающего все информацию

Недостатки:

· Высокая стоимость

Третий тип - это детекторы электропроводки. Их часто называют тестерами или индикаторами. Именно их я буду рассматривать в своей дипломной работе. Они реагируют на электромагнитное поле, создающее в свою очередь электрический ток, который проходит по проводнику.

Достоинства:

· Точное нахождение скрытой электропроводки под нагрузкой или напряжением

Недостатки:

· Данный вид устройств не подходит для оборванных проводников или для проводки без напряжения

· Бессмысленно использовать на влажных поверхностях

И последний тип - это универсальные устройства. У них, как правило, два режима. Первый служит как простой металлоискатель, а второй исключительно для обнаружения электропроводки. Степень чувствительности регулируется. Данный вид относится к высшему классу и используется профессионалами.

Достоинства:

· Профессиональность

· Точность нахождения

Недостатки:

· Высокая стоимость

· Требуют настройки

· Неисправность сразу после включения, необходимо подождать и настроить

2.3 Обзор детекторов на рынке

Рассмотрим самые распространенные детекторы скрытой электропроводки в стене.

Основные из них - это ручные приборы.

Компактный датчик небольших размеров, способный выявить проводку вне зависимости есть ли в ней U или нет, а также дерева и металлов. Часто используется для строительных или монтажных работ, чтобы выявить арматуру, электрокабель, провода, различные детали и даже куски и части дерева. Главное преимущество данных детектор- максимально определяемая глубина проникновения.

1) 545Интерскол ЭД-0,2

Рисунок 1- Детектор 545Интерскол ЭД-0,2

Недорогой и легкий в использовании детектор, предназначенный для нахождения электропроводки и других металлических элементов. Способен определить примесь металла в деревянных приборах.

Начало работы начинается с нажатия единственной кнопки. Сигнал о нахождении скрытых элементов осуществляется за счет звукового и светового сигналов. Приблизительная точность варьируется в пределе 1-2 см.

Преимущества:

· Цена

· Легкость в применении

· Размеры и вес

Недостатки:

· Нет абсолютной точности

· Крона, а не пальчиковые батарейки (было бы дешевле)

2) DEFORT DMM-20D

Рисунок 2- Детектор DEFORT DMM-20D

Детектор предназначен для использования в домашних условиях. Способен находить проводку в стенах, потолочных перекрытиях, в арматуре, трубах, закладных деталях. Имеет возможность дать сигнал о присутствии дерева или пустот. Включает в себе 4 рабочих режима. Имеется дисплей и сигнализация для большего удобства. Помогает выявить наиболее предпочтительные зоны для сверления, забивания и штробления. Имеется механизм самостоятельного выключения и автоматической калибровки.

Преимущества:

· Самое дешевое устройство среди имеющихся с похожими характеристиками

· Максимально упрощенный в использовании

· Удобный за счет эргономичного корпуса

Минусы:

· В отзывах жалобы на крышку батарейного отсека

· На дисплее не предусмотрена подсветка

3) KWB 0116-20

Рисунок 3- Детектор KWB 0116-20

Для бытового использования. Отличается долговечностью, своим качеством и продолжительностью использования. Имеет световое приветствие при включении и с помощью сигнала- молнии предупреждает о наличии скрытых элементов. Если же таковые отсутствуют, то на монитор подается зеленый цвет. В дополнение имеется звуковое оповещение. Управление простое- в наличие только одна кнопка. Питание идет от батареек типа ААА. Возможно калибровка.

Преимущества:

· Глубина проникновения

· Точное нахождение объектов на глубине 1-2 см

· Компактная форма корпуса

· Оповещение о находке как с помощью звука, так и светодиодов

Недостатки:

· Из-за небольшого размера самого устройства его легко потерять и не помешало добавить некий ремешок или шнурок, чтобы зафиксировать детектор на кисти руки или на элементе одежды

4) ADA Wall Scanner 80 А00466

Рисунок 4- Детектор ADA Wall Scanner 80 А00466

Маленький, компактный, нетяжелый детектор, который питается от щелочной батарейки. Имеется встроенный большой и расширенный экран чтобы было удобно следить и видеть полученные результаты. Выводит на монитор метрические показатели и расстояние до нужных объектов. Условия эксплуатации подразумеваются как отапливаемые помещения, но допустимы и низкие температуры.

Преимущества:

· Эргономика корпуса

· Точность

· Работает не только по медной проводке, но также алюминиевой и железу.

· Реагирует на дерево

· Монитор несет в себе расширенную информацию

Недостатки:

· Крона, а не пальчиковые батарейки (было бы дешевле)

· Одновременно реагирует сразу на несколько кабелей

5) Wall CONDTROL

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5- Детектор Wall CONDTROL

Детектор, который хорошо защищен от пыли и влаги. Благодаря этому прибор используется не только в домашних условиях, но также и на стройках, производстве, фабриках и заводах. И что не маловажно - в устройство включена лучевая подсветка, предназначенная для выявления и различия проводки, арматуры, труб и других элементов. Более того, Wall CONDTROL способен обнаружить деревянный брус или предметы из пластика. Имеется 2 режима работы.

Преимущества:

· Эргономичный дизайн

· Антискользящее покрытие

· Цена

· Простота использования

· Подсветка лучом точки срытого узла

· Точность

· Боковая кнопка

· Специально отведенное место для карандаша

Недостатки:

· Монитор маленького размера

· Малозаметные картинки и шрифт

· Чехол для переноски устройства отсутствует

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6-Детектор Elitech Д 100

Прибор предназначен для нахождения электропроводки как в бетоне, стене, так и среди кирпича, дерева, черных металлов и т.д., если есть напряжение. Результаты можно наблюдать на мониторе. Также имеется световое и звуковое оповещение. Максимальная глубина варьируется в пределе ±1 см. Устройство автоматически выключается через пять минут бездействия.

Преимущества:

· Точность

· Удобство

· Стильный дизайн

· Яркий и много пиксельный монитор

· Оповещение о находке как с помощью звука, так и света

Недостатки:

· Чехол для переноски устройства отсутствует

· Крона, а не пальчиковые батарейки (было бы дешевле)

6) Bosch GMS 120 PROF



Рисунок 7- Детектор Bosch GMS 120 PROF

Используется для профессионального использования. Провода выявляются под U с частотой тока 50 Гц. Имеются как световые сигналы, так и звуковые, которые при желании можно отключить.

Преимущества:

· С высокой точностью находит провода под напряжением или арматуру

· Реагирует на трубы, дерево, старую алюминиевую проводку

Недостатки:

· Нет возможности ремонта

· Отсутствие запасных деталей

· Отсутсвуют обозначения полярностей в разъеме под батарейку

7) Bosch DMF 10 Zoom extra

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 8-Детектор Bosch DMF 10 Zoom extra

Относится к приборам высокой точности. С точностью находит и сигнализирует о наличии необходимых деталях. Не только черные металлы находятся гарантированно, но также и цветные металлы. Проводку обнаруживает под напряжением. Сигнал как световой, так и звуковой. Включена опция ZOOM для более точного выявления местоположения для безопасного и возможного сверления.

Преимущества:

· Точность

· Автоматическая калибровка

· Нахождение труб

· Опция ZOOM.

Недостатки:

· Разряжающаяся крона (аккумулятор будет целесообразнее)

· При загруженной сетке (наличие различных элементов и предметов, арматура и множество проводов) возникают проблемы с точностью

2.4 Особенности детекторов

Электропроводка считается поистине потенциальной опасностью для людей. По этой причине в домах ее стараются установить скрыто: либо в коробках, либо под бетонным слоем где-то в стене.

Электрический провод находят исходя их 2-ух принципов:

· Прямой.

Используется физическая сущность. Внутри обязательно находится проводник, изготовленный из металла.

· Косвенный.

Описывается как следствие протекания по нему I. В итоге появляется электромагнитное излучение, а статическое электричество накапливается.

Индукция может быть четырех типов:

· Звуковая.

· Световая (обычно используются светодиодные индикаторы).

· Индикация на жидкокристаллическом дисплее.

· Все три сразу.

По стоимости самые дорогие - это последние два типа.

2.5 Поиск скрытой проводки без индикаторов

Казалось бы, что без специальных детекторов найти проводку невозможно. Однако есть несколько способов это сделать. Давайте рассмотрим некоторые из них.

· Демонтаж обоев

Данный способ подходит для тех, кто планирует делать капитальный ремонт. Содранные обои оголяют стены и можно увидеть старые штробы или наблюдать выпуклости с характерными следами.

· Радиоприемник

Другой способ - использовать простой радиоприемник. Однако стоит сразу выбрать определенный диапазон частот. Примерно 100 кГц. Приложите его максимально плотно к тому участку, где может проходить провод под напряжением. Ориентируетесь на звук.

· Мультиметр

Для данного способа будет достаточно наличие мультиметра и полевого транзистора (КП103А, КП303 и др. аналоги).

R мультиметра = 200 кОм, щупы присоединены к левому и среднему выводу транзистора. Правый вывод служит антенной.

Принцип работы действия: когда полевой транзистор попадает в ЭМ поле, то его R внутреннее изменяется, что регистрируется мультиметром. Также можно сделать его более чувствительным. Для этого необходимо к 3 выводу добавить медный провод, который будет служить в качестве антенны.

· Релевантная схема электрической проводки

Ну и самый очевидный способ - это правильная схема проводки. По стандартам кабели должны прокладываться по вертикали и горизонтали, диагональ запрещена.

· Слуховой аппарат

Для данного способа будет достаточно использовать слуховой аппарат. К примеру, можно воспользоваться моделью AK1.

Инструкция:

Перестройте аппарат на режим «звонок». Данный режим позволяет свободно слышать собеседника по телефону даже при шуме. Далее аппарат становится чувствительным к ЭМ колебаниям, чего мы и добивались. Далее следует фиксировать звуки, издаваемые датчиком по средству его приближения к местам электропроводки.

· Кассетный мультиплеер

Для начала стоит взять любой медный провод или же шнур от USB и припаять его к головке плеера. На следующем этапе стоит подключить нагрузку к проводке и обязательно двигатель моторчика плеера отключить, чтобы не было шумов. Далее включаем кнопку «Воспроизвести» и начинаем по звуку определять место проводки. Однако стоит учесть, что точность данного способа невелика. Уже на расстоянии больше одного см плеер практически бессилен.

2.6 Неэффективные существующие методы

· Компас

На просторах интернета можно найти советы для поиска электропроводки и один из самых бюджетных и популярных является компас. На самом деле невозможно нагрузкой возбудить электромагнитное поле и заставить прибор реагировать на него. Даже если покажется, что компас на что-то реагирует, то это может быть простая арматура. Действие компаса приравнивается к нулю при наличии пары см штукатурки или бетона.

· Смартфоны

Второй по популярности и бесполезности способ - это использование современного смартфона. В Apple store или Google market существует немало программ, предназначенных для поиска скрытой проводки. В описании приложений данного рода написано, что они способны обнаружить магнитные поля и среагировать на них. Как следствие, смартфон поможет справиться с обнаружением всяческих металлических предметов, игрушек, украшений и так далее. Однако отзывы показывают, что данные приложения бесполезны для обнаружения скрытой электропроводки. Современные программы рассчитанные на всякого рода айфоны и другие гаджеты, хоть и уверяют, что с легкостью могут найти металлические предметы и реагировать на магнитные поля, следует все же воспринимать как дорогие игрушки, а не приборы способные найти скрытую проводку. И доверять им не стоит ни в коем случае.

3. Практическая часть

3.1 Разработка принципиальной схемы детектора №1

Разрабатываемый индикатор для поиска скрытой электропроводки будет содержать такие элементы, как транзистор, NE555P, конденсатор, резисторы, светодиод, пьезоизлучатель. Данный индикатор будет полезен и необходим при капитальном или строительном ремонте, когда необходимо просверлить стену. Зачастую в квартирах и домах разводка трасс проводов расположена в неизвестных местах и специальных документов, показывающих их точное нахождение нет. Прибор имеет относительно небольшое количество деталей. Основным элементом схемы является такой популярный таймер, как NE555. На практике в большинстве схем пятый вывод не используют и предпочитают присоединять к минусу питания через конденсатор. Однако при подаче на рассматриваемый вывод небольшое U, то пороги срабатывания компараторов непосредственно микросхемы сдвигаются.

В рассматриваемой схеме величину подаваемого напряжения, на пятый вывод микросхемы регулирует полевой транзистор, выполняющий роль датчика ЭМ поля. Антенной служит затвор транзистора, который представляет собой кусок толстого провода, изготовленного из меди, а светодиод и пьезоизлучатель используются для индикации.

Настройка индикатора:

· Обеспечить близость с кабелем.

· Обеспечить максимальную чувствительность.

Таблица 1- используемые компоненты

Транзистор p-канальный	КП103К
Прецизионный таймер	NE555P
Конденсатор танталовый SMD	47 мкФ
Резистор 1	2 кОм
Резистор 2	10 кОм
Резистор 3 подстроечный	10 кОм
Резистор 4	1 кОм

Номиналы R1, R2 и C1 подобраны опытным путем, от них зависит частоты и интервалы импульсов.

Подстроечный резистор R3 служит для настройки. Для этого нужно установить максимальную чувствительность вблизи розетки.

индикатор поиск электропроводка

Рисунок 9- Принципиальная схема детектора

Рисунок 10- Схема в Multisim с использованием потенциометра

Рисунок 11- Схема в Multisim с использованием двух резисторов

Рисунок 12- Собранная схема детектора №1

3.2 Таймер NE555

Вернемся к более подробному и расширенному описанию схемы- таймера NE555.

Практически каждый человек, увлекающийся электроникой или как-то относящийся к ней, косвенно знаком с такой микросхемой, как NE555. Рассматриваемая микросхема, которая служит таймером на восьми ножках, набрала большую популярность и широкое использование за счет несложного использования, практичности и широкой функциональности. На данном таймере без особого труда можно собирать схемы, обладающие разными уровнями сложности. К примеру, на NE555 можно собрать как самый примитивный триггер Шмитта, обвеска которого составляет буквально пару элементов, так и многоступенчатый кодовый замок, в состав которого входит внушающее количество электронных компонентов.

Создателем таймера является одна американская компания Signetics (российская компания, производитель электроники, программного обеспечения). Специалисты компании во времена экономического кризиса не опустили руки и реализовали задуманные планы Ганса Камензинда. Этот человек в 1970 году смог донести до человечества, что его изобретение является очень важным для всех и аналогов не существу. Таймер NE555 обладал высокой плотностью монтажа и имел низкую себестоимость, что послужило особым статусом. Со временем ее стали копировать конкуренты со всего мира и появилось большое количество аналогов. Таким образом, мы узнали об отечественной КР1006ВИ1. Правда и по сей день она является уникальной в данной области изобретений.

Главной особенностью NE555 служит внутренний делитель напряжения, который фиксирует верхние и нижние пороговые значения срабатывания для пары компараторов. Кроме того, область применения таймера уменьшается за счет того, что работа невозможна без делителя напряжения, а управление пороговым напряжением невозможно. На биполярных транзисторах NE555 обладает одним внушительным недостатком, который связан с переходом из одного состояния в другое выходного каскада. Тепловые потери увеличиваются и доходят до 400 мА по причине того, что паразитный сквозной ток сопровождает все переключения. Данную проблему легко решить. Необходимо установить полярный конденсатор, емкость которого 0,1 мкФ между выводом управления (5) и общим проводом. Вследствие этого, не только стабильность увеличивается при запуске, но и надёжность всего устройства в целом. Что касается увеличения помехоустойчивости цепи питания, то в нее добавляют неполярный конденсатор со значением около 1 мкФ.

Таймер NE555 состоит из пяти функциональных узлов, расположение которых будет приведено ниже.



Рисунок 13 - Функциональные узлы таймера NE555.

На первом этапе рассмотрим резистивный делитель напряжения, формирующий два опорных напряжения для прецизионных компараторов. Далее выходные контакты компараторов поступают на RS-триггер с внешним выводом для сброса, а после уже на усилитель мощности. Транзистор с открытым коллектором способен выполнять несколько функций, исходя из цели. Он как раз является последним узлом.

Таблица 2- Характеристики таймера

Рекомендуемое напряжение	4,5 - 16 В
Ток потребления при минимальном и максимальном напряжении питания	2-5 мА 10-15 мА
Максимальный выходной ток (импортного)	200 мА.
Приемлемые температуры	0 - 70°C
Расположение выводов	стандартное
Условное графическое обозначение	G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов):

Рисунок 14 - Условное графическое обозначение таймера.

1. Общий (GND). Подключение к минусу питания.

2. Запуск (TRIG). Запуск и образование на выходе сигнала высокого уровня осуществляется за счет подачи низкого уровня на вход второго компаратора. Выходной сигнал, а точнее его продолжительность от номинала внешних элементов резистора и конденсатора.

3. Выход (OUT). Напряжение питания: 1,5 В

Значение выходного сигнала высокое.

Значение низкого сигнала: 0,25 В.

Время переключения: 0,1 мкс.

4. Сброс (RESET). Вход под номером 4 является самым приоритетным и выполняет функцию управления работой таймера вне зависимости от напряжения на других выходах. Чтобы запустить запуск требуются, чтобы реализовалось такое условие как потенциал выше 0,7 В. Именно исходя из этого резистор и питание схемы объединяют. При значении импульса ниже рассматриваемой отметки работа таймера NE555 прекращается.

5. Контроль (CTRL). Следует заметить, что внутреннее устройство ИМС и делитель U непосредственно связаны друг с другом. Без каких-либо внешних воздействий и возбуждений напряжение питания составляет 2/3. Есть возможность получить модулированный сигнал. Для этого необходимо подать на 5 выход «Контроль» управляющий сигнал. В отличие от сложных схем подключение идет к конденсатору внешнему.

6. Останов (THR). Работа триггера прекращается и переключение выхода таймера на низкий уровень происходит при напряжении питания 2/3. Выход под номером 6 является выходом первого компаратора. Во всех аналоговых устройствах за исключением рассматриваемого ранее КР1006ВИ1 приоритетом обладает TRIG, а не THR. Из этого следует, что запускающего сигнала не должно быть на втором выводе.

7. Разряд (DIS). Соединение напрямую с внутренним транзистором, включение которого по схеме с ОК. Если на схеме присутствует времязадающий конденсатор, который подключен к К-Э переходу, то он разряжается в период, когда транзистор находится в открытом состоянии.

8. Питание (VCC). Подключение идет к положительному полюсу источника питания со значением 4,5-16 В. Всего существует три режима работы.

3.6 Разработка детектора №2

Комбинированный детектор для поиска проводки на основе Arduino. Прибор помогает обнаруживать как металл, так и напряжение в проводах.

Рисунок 15 - Принципиальная схема детектора на Arduino

Таблица 3- используемые компоненты для схемы №2

Транзистор	2N4403
Цифровая интегральная микросхема	561ЛА7
L1	200 витков
L2	200 витков
Резистор 1	5 кОм
Резистор 2	1 кОм
Резистор 3	470 кОм
Резистор 4	1Мом
С1	100 nФ
С2	10 nФ
С3	0,68 мкФ

Рисунок 16- Собранная схема детектора №2

Главное преимущество данной схемы в ее чувствительности и способности обнаруживать скрытую проводку через бетонную стену и арматуру.

3.6 Плата Arduino Nano

Nano входит в число самых маленьких по размеру плат Ардуино. Ее аналог- это Arduino Uno, который тоже работает на чипе ATmega328P (иногда и ATmega168). В основном данную плату используют для работ, где компактность является решающим фактором. На Arduino Nano нет вынесенного гнезда внешнего питания. Плата осуществляет работу через мини и макро USB. Все остальные параметры схожи.



Рисунок 17- Схема Arduino Nano

3.7 Технические характеристики Arduino Nano

Таблица 4- характеристики Arduino Nano

U питания	5 В
U входное	7-12 В
Количество цифровых пинов	14
Количество аналоговых входов	8
I максимальный цифрового выхода	40 мА
Флэш- память	16, 32 Кб
Частота	16 МГЦ
Габариты	19 х 42 мм
Масса	7 г

Существует 2 способа питания платы:

1. Подключение к ПК с помощью mini или micro-USB

2. Внешний источник питания, напряжение которого от 6 до 20 В. Уровень пульсации низкий.

3.8 Сравнительная характеристика с прототипом

Сравнение разработанных прототипов идет с покупным аналогом от компании «Sparta». Он выполнен в виде отвертки и предназначен для поиска проводки, проверки проводов на наличие разрывов. Включает в себя работу как контактным, так и бесконтактным методом.

У данной отвёртки имеется ЖК-дисплей, на котором отображается информация о наличие электромагнитных полей.

Рисунок 18- Аналог «Sparta».

Рисунок 19- Чувствительность детекторов электропроводки

Из проведенных экспериментов можно сделать вывод, что разработанный прототип под номером два является наиболее точным и рентабельным.

Заключение

В процессе написания выпускной квалифицированной работы был проведен аналитический обзор литературы и других информационных источников на тему детекторов электрических проводок и обнаружения электромагнитных полей. Общей целью данной работы являлось создание и разработка индикатора электропроводки. Детектора под номером два является наилучшим среди сравниваемых аналогов. Его основными преимуществами являются стоимость, точность нахождения и быстрота осуществления операции поиска проводки в стене., который собран на основе ардуино. Разработанный прибор хорошо подойдет для практического применения в быту, поскольку оно позволит людям упростить нахождение электрической проводки и повысить безопасность жизни.

Список литературных источников

1. Tokarmaster.ru [Электронный ресурс]. -- Электрон. текстовые дан. -- Режим доступа: https://tokarmaster.ru/rekomendatsii/detektor-dlya-obnaruzheniya-skrytoj-elektroprovodki-v-stene.html

2. Ledjournal.info [Электронный ресурс]. -- Электрон. текстовые дан. -- Режим доступа: https://ledjournal.info/spravochnik/ne555-datasheet.html

3. Гольдштейн Л. Д., Зерно в Н. В. Электромагнитные поля и волны. Изд. 2-е, перераб. и дополненное. М. Изд-во «Советское радио», 1971, 664 с.

4. Researchgate.net [Электронный ресурс]. -- Электрон. текстовые дан. -- Режим доступа: https://www.researchgate.net/profile/Jakub_Svatos

5. Researchgate.net [Электронный ресурс]. -- Электрон. текстовые дан. -- Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/Inductive_sensor

6. Researchgate.net [Электронный ресурс]. -- Электрон. текстовые дан. -- Режим доступа: https://www.researchgate.net/Intelligent_Metal_Detector

7. Михеев В. П., Просандеев А. В. Датчики и детекторы. Учебное пособие. - М.: МИФИ, 2007. - 172 с.

8. Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. Изд-во: «АСТ», 1988, 440 с.

9. Electrik.info [Электронный ресурс]. -- Электрон. текстовые дан. -- Режим доступа: http://electrik.info/obzor/1277-sovremennye-detektory-skrytoy-provodki.html

10. Сильвашко C. А. Основы электротехники. Изд-во «Советское радио», 2009, 209 с.

Приложение 1

int _gtv1;

int _gtv3;

int _gtv4;

bool _gtv6 = 0;

bool _gtv7 = 0;

bool _gtv8 = 0;

bool _gtv9 = 0;

bool _gtv10 = 0;

bool _gen2I = 0;

bool _gen2O = 0;

unsigned long _gen2P = 0UL;

bool _trgt1 = 0;

bool _trgt1I = 0;

int _swi1;

bool _tim1I = 0;

bool _tim1O = 0;

unsigned long _tim1P = 0UL;

bool _trgrt3 = 0;

bool _trgrt3I = 0;

bool _bounseInputA2S = 0;

bool _bounseInputA2O = 0;

unsigned long _bounseInputA2P = 0UL;

bool _tim2I = 0;

bool _tim2O = 0;

unsigned long _tim2P = 0UL;

bool _tim4I = 0;

bool _tim4O = 0;

unsigned long _tim4P = 0UL;

bool _trgrt2 = 0;

bool _trgrt2I = 0;

bool _gen1I = 0;

bool _gen1O = 0;

unsigned long _gen1P = 0UL;

bool _trgrt1 = 0;

bool _trgrt1I = 0;

bool _gen3I = 0;

bool _gen3O = 0;

unsigned long _gen3P = 0UL;

void setup()

{

pinMode(16, INPUT_PULLUP);

pinMode(3, OUTPUT);

pinMode(4, OUTPUT);

pinMode(5, OUTPUT);

pinMode(6, OUTPUT);

pinMode(7, OUTPUT);

pinMode(8, OUTPUT);

pinMode(9, OUTPUT);

pinMode(10, OUTPUT);

pinMode(11, OUTPUT);

pinMode(12, OUTPUT);

pinMode(2, OUTPUT);

pinMode(13, OUTPUT);

_bounseInputA2O = digitalRead(16);

}

void loop()

{

bool _bounceInputTmpA2 = (digitalRead (16));

if (_bounseInputA2S)

{

if (millis() >= (_bounseInputA2P + 40))

{_bounseInputA2O= _bounceInputTmpA2; _bounseInputA2S=0;}

}

else

{

if (_bounceInputTmpA2!= _bounseInputA2O)

{_bounseInputA2S=1; _bounseInputA2P = millis();}

}

//Плата:1

if (!(_bounseInputA2O))

{ if (_tim1I) { if (_isTimer(_tim1P, 3000)) {_tim1O = 1;}} else {_tim1I =1; _tim1P = millis();}} else {_tim1O = 0; _tim1I = 0;}

bool _tmp1 = _tim1O;

if (_tmp1) { if (! _trgt1I) _trgt1 =! _trgt1; }

_trgt1I = _tmp1;

_gtv9 = _trgt1;

_gtv8 =!(_trgt1);

if(_gtv10) {_tim2O = 1; _tim2I = 1;} else { if(_tim2I) {_tim2I = 0; _tim2P = millis();} else { if (_tim2O) {if (_isTimer(_tim2P, 20)) _tim2O = 0;}}}

digitalWrite(2, ((_gtv7) || (_gtv6)));

digitalWrite(13, ((_gtv6) || (_tim2O)));

//Плата:2

//Наименование:Дедектор скрытий проводки.

if (_gtv8 == 1) {

if (!(0)) { if (! _gen3I) { _gen3I = 1; _gen3O = 1; _gen3P = millis(); } } else { _gen3I = 0; _gen3O= 0;}

if (_gen3I) { if (_isTimer (_gen3P, 200)) { _gen3P = millis(); _gen3O =! _gen3O;}}

if (_gen3O) { if (_trgrt3I) { _trgrt3 = 0;} else {_trgrt3 = 1; _trgrt3I = 1;} } else {_trgrt3 = 0; _trgrt3I = 0;};

_gtv10 = _trgrt3;

if (((((analogRead (0))) > (_gtv1)) || (_trgrt3))) {

_gtv1 = (analogRead (0));

}

_gtv7 = (_gtv1) >= (100);

}

//Плата:3

//Наименование:Металлоискатель

if (_gtv9 == 1) {

if (!(0)) { if (! _gen2I) { _gen2I = 1; _gen2O = 1; _gen2P = millis(); } } else { _gen2I = 0; _gen2O= 0;}

if (_gen2I) { if (_isTimer (_gen2P, 200)) { _gen2P = millis(); _gen2O =! _gen2O;}}

if (_gen2O) { if (_trgrt2I) { _trgrt2 = 0;} else {_trgrt2 = 1; _trgrt2I = 1;} } else {_trgrt2 = 0; _trgrt2I = 0;};

if (_trgrt2) {

_gtv3 = (analogRead (1));

}

if ((_gtv3) < (_gtv4))

{ if (_tim4I) { if (_isTimer(_tim4P, 100)) {_tim4O = 1;}} else {_tim4I =1; _tim4P = millis();}} else {_tim4O = 0; _tim4I = 0;}

if (_tim4O) { if (! _gen1I) { _gen1I = 1; _gen1O = 1; _gen1P = millis(); } } else { _gen1I = 0; _gen1O= 0;}

if (_gen1I) { if (_isTimer (_gen1P, (map((_gtv3), (0), ((_gtv4)), (0), (100))))) { _gen1P = millis(); _gen1O =! _gen1O;}}

_gtv6 = ((_gen1O) || ((_gtv3) < (4)));

if (!(0)) { if (_trgrt1I) { _trgrt1 = 0;} else {_trgrt1 = 1; _trgrt1I = 1;} } else {_trgrt1 = 0; _trgrt1I = 0;};

if (((_trgrt1) || (!(_bounseInputA2O)))) {

_gtv4 = _gtv3;

}

}

//Плата:4

if(_gtv9)

{_swi1=(map((_gtv3), (0), ((_gtv4)), (1023), (0)));}

else

{_swi1=_gtv1;}

digitalWrite(12, (_swi1) > (1000));

digitalWrite(11, (_swi1) > (850));

digitalWrite(10, (_swi1) > (700));

digitalWrite(9, (_swi1) > (600));

digitalWrite(8, (_swi1) > (500));

digitalWrite(7, (_swi1) > (400));

digitalWrite(6, (_swi1) > (300));

digitalWrite(5, (_swi1) > (200));

digitalWrite(4, (_swi1) > (100));

digitalWrite(3, ((_gtv6) || ((_swi1) > (50))));

Размещено на Allbest.ru

...