صنع كاشف معادن بسيط من الأفوميتر بـ 3 دولارات | تجربة عملية

يُعد المؤقت IC 555 من أشهر القطع الإلكترونية لدى هواة الدوائر، ويمكن استخدامه في بعض مشاريع الكشف عن المعادن لتوليد نبضات أو تردد ثابت، أو لتكوين جزء من دائرة مقارنة أو مزج بين إشارتين. لكنه لا يكشف المعدن ولا يميز الذهب عن الحديد بمفرده؛ فالنتيجة تعتمد على تصميم الدائرة، وطريقة ربط ملف البحث، واستقبال التغير الناتج عن اقتراب المعدن.

وظيفة هذا الموضوع: يشرح دور IC 555 ووظائف أرجله وطريقة توليد التردد. أما تركيب القطع عمليًا فستجده في موضوع تركيب قطع كاشف المعادن IC 555 خطوة بخطوة، بينما يبقى موضوع تحويل الراديو مخصصًا لربط خرج الدائرة براديو AM.

ما هو المؤقت IC 555؟

IC 555 شريحة مؤقت ومذبذب تحتوي ثماني أرجل، وليست قطعة ذات ثلاثة أطراف. تضم داخلها مقارنين وقلابًا إلكترونيًا ومرحلة تفريغ ومرحلة خرج. وبإضافة مقاومتين ومكثف يمكن تشغيلها في وضع المذبذب الحر Astable لتوليد موجة مربعة مستمرة بتردد تحدده قيم القطع الخارجية.

في مشاريع كاشف المعادن يمكن أن يكون 555 مولدًا للتردد، أو مولد نبضات في مرحلة الإرسال، أو جزءًا من دائرة صوت أو توقيت. أما استقبال أثر المعدن وتحويله إلى صوت أو قراءة فيحتاج إلى بقية أجزاء الدائرة.

وظائف أرجل IC 555 الثماني

الرجل	الاسم	الوظيفة
1	GND	سالب التغذية أو الأرضي.
2	Trigger	يراقب انخفاض جهد مكثف التوقيت ويبدأ دورة الشحن.
3	Output	خرج الموجة أو النبضات.
4	Reset	إيقاف الشريحة عند خفضه؛ يربط عادة بالموجب إذا لم نستخدمه.
5	Control	تعديل مستويات المقارنة؛ يثبت غالبًا بمكثف صغير إلى الأرضي.
6	Threshold	يراقب ارتفاع جهد مكثف التوقيت وينهي الشحن.
7	Discharge	يفرغ مكثف التوقيت عبر المقاومة R2.
8	VCC	موجب التغذية.

كيف يولد IC 555 التردد؟

في وضع Astable تُربط الرجلان 2 و6 معًا، ويوضع مكثف التوقيت C بين هذه النقطة والأرضي. تُربط R1 بين الموجب والرجل 7، وتُربط R2 بين الرجل 7 ونقطة الرجلين 2 و6. يشحن المكثف عبر R1 وR2، ثم يفرغ عبر R2، وتتكرر الدورة ليظهر خرج مربع على الرجل 3.

تُحسب قيمة التردد التقريبية من المعادلة:

f ≈ 1.44 ÷ ((R1 + 2R2) × C)

تدخل المقاومات بوحدة الأوم والمكثف بوحدة الفاراد، وتظهر النتيجة بالهرتز. هذه قيمة نظرية؛ فقد يختلف التردد الحقيقي بسبب سماحية المقاومات والمكثف، ونوع الشريحة، والفولتية، وحرارة القطع، وتأثير الحمل المتصل بالخرج.

مثال من الدائرة المنشورة في المدونة

في تجربة دائرة 555 المرتبطة بالراديو استُخدمت القيم التالية في قسم التوصيل التفصيلي:

• R1 بقيمة 1 كيلو أوم.
• R2 بقيمة تقارب 425 أوم.
• مكثف توقيت C بقيمة 10 نانوفاراد ورمزه 103.
• تغذية مقدارها 5 فولت.

بالتعويض النظري ينتج تردد يقارب 77.8 كيلوهيرتز، وهو قريب من قيمة 77 كيلوهيرتز المذكورة في التجربة. قد لا تتوفر مقاومة 425 أوم حرفيًا، ولذلك تُستخدم قيمة قريبة أو تجمع مقاومات للوصول إليها، ثم يُقاس التردد الحقيقي عند الرجل 3 إذا توفر جهاز قياس تردد.

تصحيح ضروري: ظهرت في القائمة القديمة قيم 10 كيلو أوم ومكثفات 104، لكنها لا تعطي 77 كيلوهيرتز وفق توصيل Astable المذكور. القيمة 103 تعني 10 نانوفاراد وهي مكثف التوقيت، أما 104 فتعني 100 نانوفاراد ويمكن استخدامها للتثبيت أو فصل التشويش، وليست بديلًا مباشرًا عن 103 في هذا الحساب.

كيف يدخل IC 555 في دائرة كاشف المعادن؟

1. توليد تردد الإرسال

يمكن استخدام الرجل 3 لإخراج موجة مربعة تقود مرحلة إرسال أو ترانزستورًا أو ملفًا وفق تصميم الدائرة. عند قيادة ملف مباشرة يجب مراعاة تيار الخرج والحمل؛ فليس كل ملف مناسبًا للتوصيل المباشر بالشريحة.

2. إنشاء تردد مرجعي

في نظام BFO يمكن استخدام مذبذبين متقاربين، أحدهما مرتبط بملف البحث والآخر مرجعي. بعد مزج الإشارتين يظهر فرق مسموع يتغير عند تأثر مذبذب البحث بالمعدن. نجاح هذه الفكرة يتطلب أن يكون ملف البحث جزءًا فعليًا من العنصر المحدد للتردد، لا مجرد حمل على خرج ثابت.

3. توليد نبضات التوقيت

في بعض دوائر الحث النبضي يمكن للـ555 توليد نبضات توقيت، لكن مرحلة القدرة وملف الإرسال والاستقبال والتضخيم والحماية تبقى ضرورية. لا ينبغي توصيل ملف كبير بالشريحة مباشرة دون مرحلة قيادة مناسبة.

4. إخراج صوت أو إنذار

قد يُستخدم 555 في مرحلة الصوت أو تحويل تغير بطيء إلى نغمة. هنا يكون الكشف قد حدث في مرحلة أخرى، ويقوم 555 بترجمة الإشارة إلى صوت يمكن ملاحظته.

هل وضع الملف بين الرجل 3 والسالب يغيّر التردد؟

في التوصيل التقليدي للـ555، يحدد R1 وR2 وC تردد المذبذب. وضع الملف بين الرجل 3 والسالب يجعله حملًا على الخرج، وقد يؤثر في شكل الموجة أو التيار أو التشويش المسموع في الراديو، لكنه لا يجعل حث الملف عنصر التوقيت الأساسي. لذلك لا ينبغي ضمان أن اقتراب المعدن سيغير تردد 555 نفسه بصورة واضحة في كل تركيب.

نحافظ هنا على التجربة الأصلية المنشورة التي ربطت الملف بالخرج ولاحظت الاستجابة بواسطة راديو AM، لكننا نميز بين ما لوحظ عمليًا وبين تفسير تغير تردد المذبذب. قد تكون الاستجابة نتيجة تغير الحمل أو الاقتران أو شدة الإشارة التي يلتقطها الراديو، ويجب إثبات تغير التردد بقياس الرجل 3 قبل المعدن وبعده.

هل يستطيع IC 555 تمييز الذهب عن الحديد؟

لا يستطيع 555 وحده تحديد نوع المعدن. التمييز يحتاج إلى معلومة قابلة للقياس تختلف باختلاف الهدف، مثل فرق الطور أو زمن اضمحلال النبضة أو تغيرات مستقرة في السعة والتردد، ثم دائرة معالجة أو برنامج يفسرها. حجم الهدف واتجاهه وبعده والتربة قد تغيّر الاستجابة أيضًا، ولذلك لا تُعد نغمة واحدة دليلًا مؤكدًا على الذهب.

أسباب عدم استقرار دائرة 555

• استخدام مكثف توقيت بسماحية كبيرة أو جودة ضعيفة.
• أسلاك طويلة تلتقط التشويش أو نقاط لحام غير ثابتة.
• تغير فولتية البطارية أو عدم وضع مكثف فصل قرب الشريحة.
• تحميل الرجل 3 بملف أو سماعة تسحب تيارًا غير مناسب.
• الخلط بين رمزي 103 و104 أو بين الأوم والكيلو أوم.
• تركيب الشريحة في الاتجاه الخاطئ أو عد الأرجل من الجهة غير الصحيحة.

الخلاصة

الـIC 555 في الكشف عن المعادن قطعة مفيدة لتوليد التردد والنبضات والتوقيت، لكنها ليست جهاز كشف كاملًا ولا دائرة تمييز مستقلة. للحصول على تجربة قابلة للتكرار يجب تحديد وظيفة 555 في المخطط، واختيار القيم الصحيحة، وقياس التردد الحقيقي، واستخدام ملف ومرحلة استقبال متوافقين مع مبدأ الدائرة.

للتطبيق العملي: انتقل إلى تركيب قطع كاشف المعادن IC 555 خطوة بخطوة. ولطريقة الربط التفصيلية بالراديو راجع تركيب دائرة IC 555 لتحويل الراديو إلى كاشف معادن.