Garrett ACE 250
Il Garrett ACE 250 e' uno dei metal detector piu' venduti della storia, fai attenzione, non e' il migliore ma come metal detector visto il prezzo e le performance e' ottimo per iniziare ma anche per utilizzarlo come "muletto". Quasi tutti hanno iniziato con un ACE 250 e poi sono passati a metal piu' professionali (e' stato il mio primo metal, lo comprai all'eta' di 10 anni). Si tratta di un metal detector VLF, la data d'uscita risale al lontano 2004 quando la Garrett (US, Texas) immette in commercio la serie ACE (Composta dal 150 e dal 250). Questo metal e' stato progettato negli Stati Uniti, per il terreno statunitense, quindi non e' perfettamente bilanciato per i terreni europei (a differenza del suo successore, l'EuroAce) e la scala della profondita' e' espressa in pollici (mentre sull'EuroAce in centimetri). Al momento dell'acquisto questo metal vi viene fornito con la piastra stock, la 6.5x9 ACE PROformance, e' consigliato tuttavia acquistare anche il salva piastra venduto a parte per salvaguardare la salute della resina nella parte inferiore della bobina (che a furia di urti e botte su sassi e corpi rigidi rischiate di danneggiarla). A differenza col 150, il 250 e' provvisto di funzione PinPoint (per centrare il target) e svariati profili di discriminazione. Il profilo custom manterra' le impostazioni salvate anche quando il metal viene spento mentre gli altri profili, se modificati rimarranno tali fino a che il metal viene spento, successivamente alla prossima riaccensione verranno reimpostati automaticamente. Per eseguire il reset del metal bisogna accenderlo e tener premuto il tasto di accensione per 5 secondi. (Molto di quello che scrivero' in questa pagina vale anche per altri modelli di casa Garrett, specialmente della serie ACE).
Per utilizzarlo al meglio, bisogna conoscerlo a fondo, questo significa che dovete fare tanta esperienza sul campo e riconoscere quando un segnale e' "buono" e quando non lo e'. Una volta che imparate per bene come funziona il metal, vi regalera' molte soddisfazioni. Io vi daro' qualche consiglio che verificherete durante le uscite:
In conclusione, l'ACE 250 e' un ottimo metal detector con la quale iniziare a praticare questo hobby che, se vi appassiona sempre di piu', vi costringera' piu' avanti a cambiare metal detector poiche' l'ACE 250 e' una macchina "generica" che la Garrett ha provato ad adattare a qualsiasi tipologia di terreno (il bilanciamento del terreno infatti e' automatico e questo influisce molto sulle prestazioni). Gli svantaggi principali sono la scarsa precisione del metal, infatti a causa di falsi segnali e rilevazioni errate scaverete buche a non finire senza trovare un bel niente :)
Per utilizzarlo al meglio, bisogna conoscerlo a fondo, questo significa che dovete fare tanta esperienza sul campo e riconoscere quando un segnale e' "buono" e quando non lo e'. Una volta che imparate per bene come funziona il metal, vi regalera' molte soddisfazioni. Io vi daro' qualche consiglio che verificherete durante le uscite:
- Il PinPoint, ogni volta che entra in funzione esegue un bilanciamento del terreno automatico, quindi quando dovete centrare il target attivatela su un pezzo di terreno privo di metalli (se attivate la funzione PinPoint su un metallo non rileverete nulla dato che il metal ha eseguito il bilanciamento in modo errato).
- Strofinando o passando la piastra su fili d'erba e radici con la sensibilita' al massimo, distubera' la bobina e di conseguenza verra' generato un segnale falso positivo. Assicuratevi quindi di ricevere un segnale pulito, stabile e che mentre spazzolate il segnale individuato non ci sia nulla che si strofina contro la piastra la quale deve trovarsi in aria isolata da qualsiasi entita'.
- Urtando la piastra contro qualsiasi cosa (piu' comunemente rami e radici) generera' un falso segnale.
- In alcune zone il metal e' particolarmente disturbato, per compensare il problema diminuite la sensibilita' una tacca alla volta fino a quando il metal diventa stabile.
- Se avete un cellulare con voi, disattivate almeno il traffico dati o ancora meglio, mettetelo in modalita' aereo. Se non ci credete, provate a farvi telefonare da qualcuno con il metal acceso vicino a voi.
- Se state operando in un'area con due o piu' metal, ricordatevi di mantenere una distanza di almeno 20 metri tra di voi altrimenti entrambi i metal impazziranno per le interferenze generate.
- Ricordatevi che la posizione di un'oggetto (messo di taglio, di profilo, ecc.) sotto terra influisce molto sulla stabilita' del segnale, quindi mentre cercate un oggetto passando delle manciate di terra davanti alla sonda, assicuratevi di effettuare una specie di 360 gradi con le mani.
- Cambiando e personalizzando i profili, non troverete piu' oggetti dato che si tratta solo ed esclusivamente di un fatture uditivo. Infatti cio' che andrete a fare cambiando i profili e' semplicemente "mutare" il metal quando rileva determinate tipologie di metalli.
In conclusione, l'ACE 250 e' un ottimo metal detector con la quale iniziare a praticare questo hobby che, se vi appassiona sempre di piu', vi costringera' piu' avanti a cambiare metal detector poiche' l'ACE 250 e' una macchina "generica" che la Garrett ha provato ad adattare a qualsiasi tipologia di terreno (il bilanciamento del terreno infatti e' automatico e questo influisce molto sulle prestazioni). Gli svantaggi principali sono la scarsa precisione del metal, infatti a causa di falsi segnali e rilevazioni errate scaverete buche a non finire senza trovare un bel niente :)
Elettronica
Entriamo piu' nell'argomentazione tecnica descrivendo la scheda e i relativi circuiti che utilizza il metal. Partiamo distinguendo due zone di funzionamento, quella analogica e quella digitale. Quella digitale coinvolge il solo microcontrollore che esegue un firmware scritto dalla Garrett per gestire la parte analogica che ha il compito di generare un campo magnetico e rilevarne eventuali cambiamenti. Ci sono svariate revisioni della scheda madre.
Vediamo le diverse sezioni del circuito analogico. La maggior parte dei circuiti integrati della sezione analogica sono prodotti dalla Texas Instruments (TI).
Vediamo le diverse sezioni del circuito analogico. La maggior parte dei circuiti integrati della sezione analogica sono prodotti dalla Texas Instruments (TI).
Lista circuiti integrati principali:
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Lista transistor principali:
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Alimentazione
L'integrato U4 serve a gestire la bobina L1, questo piccolo circuito aumenta la tensione da 6v a ~8-9v che successivamente viene stabilizzata a 8v mediante U3 per tutti i circuiti integrati sulla scheda eccetto il microcontrollore (altro non e' che uno stabilizzatore di tensione equivalente alla famosa famiglia 78xx, 7808 in questo caso). L'integrato U13 e' uno step-down regulator che stabilizza la tensione da 8v a 4v per il microcontrollore. La rete dove e' situato VT6 non ho ben capito a cosa serve. Quindi abbiamo 3 stabilizzatori:
Se la polarita' delle batterie viene invertita questi 3 regolatori sono soggetti a guasti. |
L'alimentazione del metal detector e' affidata a 4 pile Stilo AA Alcaline da 1.5v l'una (il metal viene fornito con delle pile Energizer) che in totale generano 6V. Il metal risponde ai comandi in una tensione compresa tra 3.25v e 6.5v. E' anche possibile utilizzare delle pile ricaricabili per risparmiare soldi, contrariamente a quanto si dice in giro, con le pile ricaricabili il metal detector avra' le stesse identiche performance grazie al circuito di alimentazione appositamente studiato. Quindi potete utilizzarle senza preouccuparvi, un consiglio che mi sento di dire e' di cambiare le pile ogni volta che si raggiungono le due tacche sul simbolo della batteria (altrimenti il metal iniziera' ad impazzire rilevando segnali falsi positivi ovunque), inoltre portatevi dietro sempre delle pile di riserva per evitare spiacevoli inconvenienti. Ora tornando al circuito, il vano batterie e' segnalato nell'immagine con il nome di "X2 +EB e X3 -EB", piu' avanti troviamo il pulsante di accensione che una volta premuto portera' 6v a massa tramite resistore di limitazione, questo cambiamento di stato logico verra' letto dal microcontrollore mediante il pin 12-MCU e successivamente l'MCU inviera' un segnale di enable al gate del Mosfet VT1 (mediante il pin SD-U14), e al gate del Mosfet VT2 (mediante il pin 34-MCU), chiudendo il circuito ed accendendo il metal detector. Il metal detector consuma circa 0.5mA in "standby", 45-50mA senza bobina e 70mA con la bobina (in aria).
Qui a sinistra potete osservare i componenti indispensabili per l'accensione:
Qui sotto potete osservare le tensioni del circuito di alimentazione: |
Molti si sono chiesti se e' possibile utilizzare batterie LiPo al posto delle odiose AA, e la risposta e' "NI". Per utilizzare le batterie LiPo (ovviamente la 7.2v 2S) e' necessaria una piccola modifica per stabilizzare la tensione a 6v. Se si superano i 6v di alimentazione salta l'integrato dell'amplificatore audio poiche' riceve l'alimentazione direttamente dal vano batterie quindi non passa per nessuno stabilizzatore. Tutti gli altri circuiti integrati arrivano tranquillamente a 15v (testato personalmente alimentando il metal a 12v) questo perche' come precedentemente citato, tutti i circuiti integrati (tranne l'amplificatore audio) dipendono dallo stabilizzatore di tensione U3 che in ingresso accetta una tensione compresa tra 9 e 26V (comunque sconsiglio di farlo). Tornando al discorso LiPo, se vogliamo utilizzarle abbiamo due possibilita', o utilizziamo un modulo step-down per abbassare la tensione da 7.2v a 6v, oppure cambiamo l'amplificatore audio con uno equivalente (ma con range di tensione piu' ampio). Per ulteriori informazioni leggete il paragrafo dell'amplificatore audio qui sotto.
Amplificatore Audio
L'amplificatore audio utilizzato e' un LM4818 in grado di generare 350mW di potenza. Questo integrato e' soggetto a guasti dovuti alla sovralimentazione del metal detector (superati i 6v salta e va in corto) oppure all'inversione di polarita' delle batterie, questo accade perche' l'alimentazione la prende direttamente dal vano batterie e non passa per nessuno stabilizzatore quindi il circuito e' sempre sotto tensione. L'amplificatore pilota un piccolo altoparlante da 16Ohm, purtroppo non c'e' il controllo per il volume (che possiamo installare benissimo senza difficolta' tagliando uno dei due fili che vanno all'altoparlante ed inserendo un potenziometro (potete sceglierlo di vari valori, 500Ohm, 1kOhm, 10kOhm). Il pin 1 denominato "SD" (Sound) e' controllato dal pin SD-U14 del microcontrollore e serve a spegnere ed accendere l'amplificatore audio per risparmiare energia quando non c'e' bisogno di utilizzare l'altoparlante o quando il metal detector e' spento. Sul pin 4 viene inviato dal microcontrollore il segnale audio da generare (alto, basso, etc.).
Questo integrato puo essere sostituito con:
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Oscillatore LC (TX)
Per analizzare la corrente sulla bobina, un resistore con valore nominale pari a 1Ohm e' posto in serie alla bobina all'interno della piastra.
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L'oscillatore LC pilota la bobina trasmittente (TX) sul pin 4 del connettore della piastra. (Bobina Trasmittente 1-4, Bobina Ricevente 2-3). L'oscillatore e' composto da un amplificatore operazionale LM386 (molto famoso). Sui terminali della bobina trasmittente e' presente una sinusoide con un'ampiezza pari a 25V. Quando la bobina rileva un metallo, il segnale tende a zero. Quindi, il trasmettitore del metal detector e' costruito come un generatore di corrente. Il circuito fornisce un segnale con ampiezza stabile alla bobina di trasmissione. Sul pin 6 dovrebbero esserci 7.7V.
Solitamente i malfunzionamenti del trasmettitore avvengono quando la frequenza operativa decrementa. Quando questo accade e' il chip stesso a dare problemi, dopo averlo sostituito la frequenza e' ripristinata a 6.5/7.5 kHz. In alcuni casi il 250 impazzisce senza la bobina, anche in questo caso la colpa puo' essere attribuita all'LM386. Sul pin 5 quando la bobina e' in aria troviamo un'onda sinusoidale con frequenza 2.86kHz e ampiezza 4.5V, quando la bobina rileva un metallo l'onda diventa trapezoidale. Un dettaglio interessante in questo circuito e' il resistore "R43". Prima di spiegare il perche', dovete sapere che ci sono due versioni dell'ACE 250, quelle prodotte prima del 2012 e quelle prodotte dopo. La differenza tra le due e' minima (connettore altoparlante, posizione circuiti integrati, etc.). Tuttavia c'e' una differenza che riguarda "R43": nelle versioni prodotte prima del 2012 il valore di questo resistore e' di 470ohm mentre sui modelli prodotti dopo il 2012 e' di 100ohm. Questo resistore si occupa dell'amplificazione della sezione di output dell'LM386, sostituendo quello da 470ohm con uno da 100ohm la Garrett ha effettuato una specie di "overclock" aumentando il guadagno dell'amplificatore operazionale e di conseguenza aumentando la profondita' di rilevazione con la sonda stock. Alcune persone hanno sostituito il resistore da 470ohm con uno di 50ohm ed ottenuto un aumento in profondita' di 5-7cm (solo nel caso in cui il vostro metal ha il valore di R43 pari a 470ohm. altrimenti non noterete la differenza).
Un lato negativo se cosi' si puo' definire e' che il dispositivo e' leggermente meno stabile, infatti scollegando la piastra ed accendendo il metal, quest'ultimo impazzira' ed iniziera' a suonare a caso. |
Rete Sfasatrice - Demodulatore
La rete sfasatrice (Phase Shifter, immagine qui sotto) ha il compito di discriminare i metalli rilevati dalla piastra. Il "Phase Shift" e' la differenza di tempo tra la frequenza della bobina di trasmissione e la frequenza del target. Si basa principalmente su due parametri, l'induttanza e la resistenza che differiscono da metallo in metallo. Il metal detector quindi esamina lo sfasamento tramite il demodulatore e lo compara con dei valori nella media in base al metallo preso in considerazione. Questo circuito e' composto da un LM393 (doppio amplificatore operazionale utilizzato come comparatore). Nel circuito e' possibile notare due potenziometri, R48 che dovrebbe variare il ground balance e R53 (variando R53 viene modificata la scala di discriminazione e i metalli potrebbero non essere visualizzati nel punto corretto), entrambi da 20k.
Il demodulatore (immagine qui a sinistra) e' composto da interruttori elettronici azionati dalla rete sfasatrice. |
PinPoint
Qui sotto trovate lo sketch di Arduino che ho scritto per la funzione del pinpointer.
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Il PinPoint e' la funzione di centramento del target, per attivarla bisogna tener premuto l'apposito pulsante (e' possibile fare una modifica aggiungendo un interruttore per mantenere il PinPoint attivo). Quando viene attivata tale funzione, il display cambia aspetto e si illumina la scritta "PinPoint", quando ci si avvicina ad un corpo metallico la barra della discriminazione funziona da grafico che ci indica quanto siamo vicini al target. La modalita' PinPoint non e' affetta da discriminazione quindi funzionera' in All-Metal, inoltre ogni volta che viene premuto il pulsante del PinPoint il microcontrollore effettuera' una specie di ground balance, dimostrabile facilmente attivando la modalita' PinPoint con la piastra su un corpo metallico (non rileverete niente). Quindi e' importante attivare il PinPoint su un pezzo di terreno privo di metalli.
Quando entra in funzione la modalita' PinPoint gli amplificatori DC della modalita' "normale" vengono ignorati ed entra in funzione l'apposito circuito del PinPoint, per entrare in funzione tale modalita' il microcontrollore invia un segnale mediante il pin 36-MCU al VT3 che attiva U5 che a sua volta fa entrare in funzione U6A. Il segnale d'uscita di U6A viene letto mediante il pin 41-MCU dal microcontrollore per far variare la barra grafica della discriminazione. U6A riceve il segnale amplificato dalla piastra tramite U7B e U7A sul pin non invertente. Collegandomi con Arduino sono riuscito a ricreare interamente la funzione del PinPoint su display LCD con tanto di barra grafica (collegandomi su KT28). Il tutto e' basato su due integrati, U7 e U6 chiamati LMC6035 (amplificatori operazionali doppi). Se il pinpoint stenta ad entrare in funzione (a volte va e a volte no) oppure non e' molto sensibile (rileva metalli solo a corta distanza) la colpa molto probabilmente e' di U5 (MAX4514, puo' essere sostituito con MAX4515). Quindi, i piedini 4 e 5 ricevono 7.7v. I pin 1 e 2 formano un interruttore. Il pin 4 pilota l'apertura e la chiusura dell'interruttore. La tensione (7.7V) e' costantemente fornita tramite un resistore di limitazione della corrente. Quando c'e' tensione sul pin 4 i piedini 1 e 2 vengono chiusi e la tensione di 4V carichera' il condensatore. Quando il pulsante del pinpoint viene premuto, il microcontrollore pilotera' il gate del transistor (mediante il pin 36-MCU) cortocircuitandolo 7.7V a massa e mandando lo stato logico a zero. Con lo stato logico basso il contatto tra i pin 1 e 2 si apre. Il condensatore cessa di essere alimentato e in meno di 5 secondi viene scaricato. Pin 1: Fornisce 4V al condensatore di livellamento fino a quando il pulsante del pinpoint e' rilasciato. Pin 2: Connesso alla rail del microcontrollore (4V). Pin 3: Massa Pin 4: su questo pin arrivano 7,7V dallo stabilizzatore TL750L08. Pin 5: su questo pin arrivano 7.7v mediante un resistore. Sempre con il pulsante del pinpoint rilasciato. |
Amplificatore (RX)
L'amplificazione del segnale proveniente dalla bobina ricevente (RX) e' affidata all'integrato U8 (OP37), amplificatore operazionale. Il segnale amplificato va a finire nel circuito demodulatore. Sull'output dell'OP37 e' presente un onda sinusoidale con un ampiezza di 4.5-5V.
L'OP37 puo' essere sostituito con l'NE5534. |
Amplificatori DC
Nel circuito di ricezione si possono notare due amplificatori, il circuito e' identico l'uno dall'altro, l'unica differenza tra i due e' R19 (con valore 4.7MOhm) e R27 (con valore 1MOhm). Vediamoli come due canali distinti, il microcontrollore legge il segnale d'uscita mediante i pin 45-MCU e 44-MCU su un canale mentre sull'altro 43-MCU e 42-MCU. Anche qui come nel circuito del pinpoint troviamo due circuiti integrati LMC6035 (doppio amplificatore operazionale). Collegandomi con Arduino ai pin 45-MCU e 43-MCU sono stato in grado di leggere i valori del segnale d'uscita, differivano di poco l'uno dall'altro (probabilmente per via della differenza tra R19 e R27).
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Modifiche Varie
In questo paragrafo illustro varie modifiche che non c'entrano niente con i circuiti precedentemente illustrati.
LED Segnalazione
Questo LED e' molto utile nel caso in cui non volete utilizzare l'altoparlante come sistema di segnalazione. Il LED si accendera' in modo perfettamente proporzionale al segnale audio generato. Per collegarlo basta saldarlo dietro al Jack Audio come mostrato in figura e bucando la parte anteriore del pannello del metal detector (potete anche montarlo in posizioni diverse prolungando con dei fili). In figura e' anche possibile osservare la scaletta di conversione pollici -> cm che ho attaccato sul pannellino.
Retroilluminazione
Questa modifica puo' rivelarsi molto utile nel caso in cui dovete utilizzare il metal detector in ambienti con scarsa illuminazione. Per realizzare il sistema della retroilluminazione ho utilizzato due LED ad alta luminosita' (che utilizzo per riparare la retroilluminazione dei televisori LCD) e li ho saldati ai lati del display tenendoli fermi con dei piccoli segmenti di metallo (tagliati dalle gambe di vari componenti) e saldandoli al punto di massa piu' vicino sulla PCB. L'alimentazione la prendono dal circuito del display LCD attraverso una resistenza di limitazione da 56 Ohm. Per accenderli e spegnerli utilizzo un interruttore che ho posto vicino al potenziometro del volume.
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Pacco Batterie Extra
Avere un pacco batterie extra vi risparmiera' noie e prolunghera' notevolmente la durata complessiva delle batterie. Si tratta di una semplicissima modifica che consiste nel collegare in parallelo al vano batterie originale un Jack DC alla quale verra' poi connesso il pacco batterie aggiuntive che ho deciso di posizionare nella parte inferiore del poggia gomito (in questo modo si bilancia anche il peso dell'asta).
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Riduzione Disturbi
Piccolo accessorio aggiuntivo per ridurre eventuali disturbi EMI generati da tralicci e antenne. Consiste nell'aggiunta di un cilindro in ferrite sul cavo della piastra (nella parte alta vicino alla scatola dei comandi), ovviamente non posizionatelo vicino alla bobina.
Un'altro accorgimento per ridurre i disturbi (oltre a stendere il cavo correttamente sull'asta) e' quello di saldare i terminali del vano batteria (che sono collegati semplicemente "a contatto") direttamente sulle piazzole di alimentazione in modo da creare un collegamento "sicuro" (ed evitare problemi con eventuali ossidazioni che si formano nel tempo, la quale, in parte, sono causa di segnali falsi positivi). |
Manuale Garrett ACE 150 / 250:
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ace250.pdf | |
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