Chương 1: Tổng Quan BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 2 do an TỔNG QUAN Trong chương này trình bày về những vấn đề tổng quan của ngành điện tử hiện nay, một số ứng dụng của robot trong đời sống. Từ đó, lý luận dẫn đến việc làm rõ ràng mục tiêu lựa chọn, nội dung nghiên cứu, giới hạn đề tài và bộ cục của đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày về cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm cơ sở lý thuyết về mạch dò kim loại, các chuẩn giao tiếp. Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình như: Vi điểu khiển các module, thiết bị và phần mềm thiết kế giao diện.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Trong chương này trình bày về thiết kế, tính toán những phần như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lí từng khối, sơ đồ nguyên lí toàn mạch, tính toán thiết kế mạch. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Trong chương này trình bày về vẽ mạch in, hàn gắn linh kiện lên board mạch, đo đạt kiểm tra, lắp ráp mô hình. Thiết kế giao diện điều khiển. Vẽ lưu đồ giải thuật, viết chương trình cho hệ thống.
Hướng dẫn quy trình sử dụng cho hệ thống. Chương 5: Kết Quả Nhận Xét Đánh Giá Chương này trình bày về các kết quả đạt được, những hạn chế, từ những kết quả đó đưa ra đánh giá về mô hình và đánh giá quá trình thực hiện. Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Chương này trình bày về những thảnh quả đạt được trong suốt thời gian thực hiện, rút ra kết luận và hướng phát triển trong tương lai để đề tài hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 3 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.
TỔNG QUAN VỀ MẠCH DÒ KIM LOẠI 2. Lịch sử phát triển Cuối thế kỷ 19, nhiều nhà khoa học và kỹ sư cố gắng, nỗ lực để tạo ra một cỗ máy xác định chính xác kim loại. Việc sử dụng một thiết bị như vậy để tìm đá chứa quặng sẽ mang lại lợi thế rất lớn cho bất kỳ người khai thác nào sử dụng nó. Thiết bị dò ban đầu rất thô sơ, sử dụng nhiều năng lượng pin và chỉ hoạt động ở mức độ rất hạn chế.
Năm 1874, nhà phát minh người Đức Gustave Trouvé đã phát triển một thiết bị cầm tay để định vị các vật kim loại như đạn từ người bệnh nhân. Lấy cảm hứng từ Trouvé, Alexander Graham Bell cũng đã phát triển một thiết bị tương tự để cố gắng xác định vị trí viên đạn găm vào ngực của Tổng thống Mỹ James Garfield năm 1881. Máy dò kim loại hoạt động chính xác nhưng nỗ lực xác định vị trí viên đạn đã không thành công vì giường tổng thống James Garfield đang nằm có lò xo kim loại làm máy dò nhầm lẫn, khi đó mọi người đã không phát hiện ra điều này. Trong những năm 1950 và 1960, với sự phát minh và phát triển của bóng bán dẫn, các nhà sản xuất và thiết kế máy dò kim loại đã tạo ra những chiếc máy dò nhẹ hơn với mạch điện cải tiến, chạy bằng những viên pin nhỏ hơn.
So với một thập kỷ trước, các máy dò nhẹ hơn, tìm kiếm sâu hơn, sử dụng ít năng lượng pin hơn và phân loại các loại kim loại tốt hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 4 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Ứng dụng Ngày nay, máy dò kim loại được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau: an ninh, khai thác khoáng sản, khảo cổ, thực phẩm… Ứng dụng của máy dò kim loại trong ngành an ninh: Để tránh mọi sự xâm nhập bất hợp pháp hoặc trái phép của các vật kim loại, bom, dao, súng trong túi hành lý của người mang chúng ở những nơi công cộng như nhà hát, trung tâm mua sắm, công viên, sân bay, khách sạn, nhà ga. Dò tìm bom mìn còn sót lại sau các cuộc chiến tranh.
Các anh bộ đội đang rà phá bom mìn. Ngăn chặn các hành vi phạm tội, đảm bảo an toàn cho người dân. Ứng dụng trong ngành khảo cổ học Nghiên cứu, phát hiện những di tích hàng ngàn năm lịch sử. Phát hiện, tìm kiếm các mỏ kim loại, vàng, bạc… Ứng dụng trong ngành xây dựng Xác định các thanh gia cố trong các công trình.
Xác đinh vị trí của các vật kim loại dưới mặt đất. Kiểm tra cốt thép trong bê tông được chôn trong các bức tường nhà Ứng dụng trong ngành may mặc Sử dụng sau khi hoàn tất các công đoạn hoặc trước khi đóng gói sản phẩm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 5 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Kiểm tra các dị vật kim loại trong sản phẩm may mặc. Một số máy dò kim loại sử dụng trong ngành may măc.
Ứng dụng trong ngành chế biến thực phẩm Kiểm tra, phát hiện những vật thể kim loại trộn lẫn trong thực phẩm. Máy dò kim loại cho phép rà soát mà không tiếp xúc và không phá hỏng thực phẩm Trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất thuốc, hóa chất, dệt may, y tế, tái chế phế liệu, xử lý rác, nghành chế biến gỗ,… và đóng gói sản phẩm không kim loại, thì việc để lọt mảnh vụn kim loại vào sản phẩm là điều rắc rối. Vì thế máy dò kim loại thường đặt ở dây chuyền trước khi đóng gói các sản phẩm để kiểm tra. Các sản phẩm đóng gói với bao bì không có kim loại thì có thể kiểm tra ở thành phẩm.
Khoảng cách để nhận dạng được kim loại Khoảng cách này rất khó để xác định được bởi vì nó phụ thuộc vào các yếu tố sau: Công nghệ, phương pháp được sử dụng để phát hiện kim loại trong các máy dò. Kích thước, hình dạng vật thể kim loại bị chôn vùi: những vật có hình dạng, kích thước lớn dễ dàng phát hiện hơn so với những vật có hình dạng, kích thước nhỏ. Chất liệu của vật thể kim loại: những vật thể có từ trường mạnh thì dễ phát hiện hơn những vật thể có từ trường yếu. Ví dụ như sắt là vật liệu có từ tính rất mạnh.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 6 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tuổi thọ của vật thể: những thứ đã bị chôn vùi trong một thời gian dài có nhiều khả năng bị oxy hóa hoặc bị ăn mòn, khiến chúng khó tìm thấy hơn. Tính chất của đất hoặc cát xung quanh chúng ta đang tìm kiếm. Ảnh hưởng của các vật thể khác không mong muốn như: đường ống ngầm, dây cáp ngầm. Nói chung, máy dò kim loại hoạt động ở độ sâu tối đa khoảng 20 đến 50cm.
Các phương pháp dò kim loại a. Phương pháp BFO (Beat-frequency oscillator) Cách cơ bản nhất để phát hiện kim loại là sử dụng phương pháp BFO. Phương pháp BFO sử dụng 2 bộ dao động, trong đó bộ dao động đầu tiên có cuộn dây làm đầu dò được đặt trong đầu tìm kiếm. Bộ dao động thứ hai làm bộ dao động chuẩn.
Hai bộ dao động này được đặt cách xa nhau để tránh ảnh hưởng lẫn nhau. Và đặc biệt phải đặt tần số của 2 bộ dao động bằng nhau. Đầu ra 2 bộ dao động được đưa tới một bộ trộn, sau đó qua bộ lọc và được khuếch đại lên đưa ra loa. Khi không có kim loại thì tín hiệu qua bộ trộn sẽ bằng 0 nên loa không kêu.
Nếu cuộn dây đặt trong đầu tìm kiếm (search head) đi qua một vật kim loại thì vật kim loại đó sẽ ảnh hưởng đến tần số dao động của bộ dao động chứa cuộn dây dò này. Sự thay đổi tần số này được so sánh với tần số chuẩn ở bộ dao động chuẩn đặt trong hộp điều khiển. Sự sai khác tần số ở đầu ra hai bộ dao động đi bộ trộn sẽ được khuếch đại để báo có kim loại. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 7 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.
Phương pháp BFO. Phương pháp VLF (Very Low Frequency) Very low frequency (VLF) là công nghệ máy dò khá phổ biến được dùng ngày nay. Trong máy dò VLF, có 2 cuộn dây riêng biệt: Cuộn phát: đây là cuộn dây vòng ngoài. Nó đơn giản chỉ là 1 cuộn dây dẫn.
Dòng điện được đưa dọc theo sợ dây, ban đầu theo 1 hướng và sau đó theo hướng ngược lại, lặp đi lặp lại hàng ngàn lần mỗi giây. Số lần mà dòng điện đổi chiều mỗi giây tạo nên tần số của thiết bị. Cuộn thu: là cuộn dây vòng trong. Cuộn dây này đóng vai trò như một ăng-ten để thu nhận và khuếch đại các tần số nhận được đến từ kim loại trong lòng đất.
Vật kim loại: đóng vai trò phát tín hiệu cho cuộn thu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 8 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Phương pháp VLF. Dòng điện di chuyển dọc theo cuộn phát tạo ra một trường điện từ, điều này giống như trong một motor.
Cực tính của từ trường trực giao với vòng dây. Mỗi lần dòng điện đổi chiều, cực tính của từ trường thay đổi. Điều này có nghĩa là nếu cuộn dây (hay mặt phẳng chứa vòng dây) song song với mặt đất, từ trường được đẩy ổn định xuống lòng đất và sau đó phản xạ trở lại (bị đẩy ngược lên). Vì từ trường di chuyển lên và xuống lòng đất, nó tương tác với các vật thể dẫn điện bắt gặp được, làm cho chúng sinh ra một trường cảm ứng yếu.
Cực tính của trường cảm ứng của đối tượng ngược với từ trường của cuộn phát. Nếu từ trường của cuộn phát được đẩy xuống thì từ trường của đối tượng lại đẩy lên. Cuộn thu hoàn toàn được ngăn cách với từ trường tạo bởi cuộn phát. Tuy nhiên, nó không ngăn cách với từ trường đến từ vật thể trong lòng đất.
Vì vậy, khi cuộn thu đưa qua vật thể tạo ra từ trường, một dòng điện nhỏ chạy trong cuộn dây (cuộn thu). Dòng điện này dao động với cùng tần số như của từ trường tạo bởi vật thể. Cuộn dây khuếch đại tín hiệu này và gửi nó đến hộp điều khiển của máy dò, nơi các cảm biến sẽ phân tích tín hiệu. Máy dò kim loại có thể xác định xấp xỉ độ sâu của vật thể dưới lòng đất dựa trên cường độ của từ trường được tạo ra.
Vật thể càng gần mặt đất thì từ trường nhận được càng mạnh, và dòng điện sinh ra càng lớn. Ngược lại, vật thể càng xa mặt đất thì từ trường càng yếu.