FPGA kontrollü metal algılayıcısı tasarımı ve gerçeklemesi

Abstract

Metal dedektörleri bir ortamdaki metalin varlığı ve büyüklüğüne ilişkin bilgilerin ortaya çıkarılması için kullanılan cihazlardır. Metal dedektörlerinin genel çalışma yöntemi, ortama giren metalin oluşturduğu manyetik farklılığın algılanmasına dayanmaktadır. Gündelik hayatımızda mayın tarama, güvenlik geçişleri, hazine avcılığı, gıda ve ilaç sanayi başta olmak üzere birçok alanda farklı kullanım amaçları için tasarlanmış metal dedektörleri karşımıza çıkmaktadır. Oldukça yaygın kullanılmasından dolayı dedektörlerin çalışma alanlarına göre özelleştiği ve birtakım farklı yöntemler kullandığı görülmektedir. Örneğin uzak mesafedeki metali bulmak amacıyla çok yüksek değerde manyetik alan oluşturmak gerekirken insanlar üzerinde tarama yapma amacıyla kullanılan dedektörlerin mümkün olduğunca az manyetik alan oluşturması gerekmektedir.Bu tez çalışmasında öncelikli olarak metal dedektörleri hakkında genel bilgiler verilmiş, tarama teknolojileri hakkında incelemeler yapılarak kullanım alanları ile temel özellikleri ele alınmış ve birbirleri ile karşılaştırmaları yapılmıştır. Ayrıca, metal tarama dünyasında mevcut olan problemlere yönelik günümüzde yapılan çalışmalardan bahsedilmiş ve bu problemlere çözüm aranmıştır. Metal tarama teknolojilerinden sürekli sinüzoidal işaret ile çalışan, Endüksiyon Dengesi (Induction Balance) veya sürekli dalga (Continuous Wave-CW) olarak da bilinen yöntem üzerine odaklanılarak gerekli donanım ve yazılım geliştirme çalışmaları yapılmıştır.Tasarlanan sistemde öne çıkan özellik, belirli zaman aralıklarını çok yüksek çözünürlükle okuyabilmesidir. Mikroişlemcilerde istenilen çözünürlükte ölçüm yapılamayacağı için FPGA üzerinde tasarlanan zamanlama birimi ile sağlanan bu özellik sayesinde geleneksel yöntemlerde kullanılan yoğun analog tasarımlara ihtiyaç duyulmamış ve analog devrelerin getirdiği sıcaklık değişimi ile hassasiyet kayması, karmaşık ve esnek olmayan tasarım gibi problemlere karşı etkin bir çözüm geliştirilmiştir.

Metal detectors are devices that are used for determining presence of metal and its size in the environment. General working principle of metal detectors is based on detecting the magnetic field change created by the metal entering in the environment. In our daily life, we face a lot of metal detectors types, which are designed for special purposes such as mine detection, security, treasure hunting, food and medicine.In this thesis, work primarily general information about the metal detectors is given, usage area and basic features of metal detection technologies are explained and detection technologies are compared with each other. Common problems in metal detector concept and some studies to solve these problems are mentioned. Hardware and software design are done by considering the detection technology that works with continuous sinusoidal signal and known as Induction Balance (IB) or Continuous Wave (CW).Outstanding property of the designed system is its high resolution measurement capability for measuring time intervals. The high resolution measurement design is achieved by using special logic units in an FPGA. With this FPGA design, complex analog design isn?t needed and has been achieved a simple design with less analog circuit problems.