Lihtne Arduino metallidetektor: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

*** Postitatud on uus versioon, mis on veelgi lihtsam: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Metallituvastus on suurepärane möödunud aeg, mis viib teid õue, avastate uusi kohti ja võib-olla leiate midagi huvitavat. Kontrollige oma kohalikke eeskirju, kuidas toimida võimaliku leiu korral, eriti ohtlike esemete, arheoloogiliste säilmete või olulise majandusliku või emotsionaalse väärtusega objektide puhul.

Isetehtud metallidetektorite juhiseid on palju, kuid see retsept on eriline selles mõttes, et see nõuab lisaks Arduino mikrokontrollerile väga vähe komponente: südamiku moodustavad ühised kondensaatorid, takistid ja dioodid koos umbes 20 otsimismähisega. elektrit juhtiva kaabli mähised. Seejärel lisatakse LED -id, kõlar ja/või kõrvaklapid, mis annavad märku metalli olemasolust otsingumähise lähedal. Täiendav eelis on see, et kõiki saab toita ühest 5 V toiteallikast, mille jaoks piisab ühisest 2000 mAh USB toiteallikast ja see kestab mitu tundi.

Signaalide tõlgendamiseks ja selleks, et mõista, milliste materjalide ja kujundite suhtes detektor on tundlik, aitab see tõesti füüsikat mõista. Rusikareeglina on detektor tundlik objektide suhtes, mis asuvad pooli raadiuses kaugel või sügavusel. See on kõige tundlikum objektide suhtes, milles vool võib voolata mähise tasapinnas, ja vastus vastab selle objekti vooluahela alale. Seega annab pooli tasapinnal olev metallketas palju tugevama vastuse kui sama metallketas, mis on risti risti. Objekti kaal ei oma suurt tähtsust. Pooli tasapinnale orienteeritud õhuke alumiiniumfooliumitükk annab palju tugevama vastuse kui raskmetallpolt.

Samm: tööpõhimõte

Kui elekter hakkab läbi mähise voolama, tekitab see magnetvälja. Faraday induktsiooniseaduse kohaselt põhjustab muutuv magnetväli elektrivälja, mis on vastu magnetvälja muutumisele. Seega tekib mähises üle pinge, mis takistab voolu suurenemist. Seda efekti nimetatakse eneseinduktiivsuseks ja induktiivsuse ühikuks on Henry, kus 1 Henry mähis tekitab 1 V potentsiaalide erinevuse, kui vool muutub 1 ampri sekundis. N mähiste ja raadiusega R mähise induktiivsus on ligikaudu 5 µH x N^2 x R, R on meetrites.

Metallist eseme olemasolu pooli lähedal muudab selle induktiivsust. Sõltuvalt metalli tüübist võib induktiivsus kas suureneda või väheneda. Mittemagnetilised metallid nagu vask ja alumiinium pooli lähedal vähendavad induktiivsust, sest muutuv magnetväli tekitab objektis pöörisvoolu, mis vähendab kohaliku magnetvälja intensiivsust. Spiraali lähedal asuvad ferromagnetilised materjalid, näiteks raud, suurendavad selle induktiivsust, kuna indutseeritud magnetväljad joonduvad välise magnetväljaga.

Spiraali induktiivsuse mõõtmine võib seega paljastada läheduses olevate metallide olemasolu. Arduino, kondensaatori, dioodi ja takisti abil on võimalik mõõta mähise induktiivsust: muutes mähise kõrgpääsuga LR-filtri osaks ja toites seda plokklainega, tekivad igal hetkel lühikesed naelu üleminek. Nende naastude impulsi pikkus on võrdeline pooli induktiivsusega. Tegelikult on LR -filtri iseloomulik aeg tau = L/R. 20 mähisega ja 10 cm läbimõõduga mähise puhul L ~ 5µH x 20^2 x 0,05 = 100µH. Arduino kaitsmiseks ülevoolu eest on minimaalne takistus 200Ohm. Seega ootame impulsse pikkusega umbes 0,5 mikrosekundit. Neid on raske täpselt mõõta, arvestades, et Arduino taktsagedus on 16 MHz.

Selle asemel saab tõusva impulsi abil kondensaatorit laadida, mida saab seejärel Arduino analoogist digitaalseks teisendada (ADC) abil välja lugeda. Eeldatav laeng 0,5 mikrosekundilise impulsiga 25 mA on 12,5 nC, mis annab 10 nF kondensaatoril 1,25 V. Pingelangus dioodi kohal vähendab seda. Kui impulsi korratakse paar korda, tõuseb kondensaatori laeng ~ 2V -ni. Seda saab lugeda Arduino ADC abil, kasutades analogRead (). Kondensaatorit saab seejärel kiiresti tühjendada, muutes näidiku tihvti väljundiks ja seadistades selle mõneks mikrosekundiks 0V. Kogu mõõtmine võtab aega umbes 200 mikrosekundit, 100 kondensaatori laadimiseks ja lähtestamiseks ning 100 ADC muundamiseks. Täpsust saab tunduvalt tõsta, korrates mõõtmist ja tulemuse keskmistamist: 256 mõõtmise keskmiseks võtmiseks kulub 50 ms ja täpsus paraneb 16 korda. Sel viisil saavutab 10-bitine ADC 14-bitise ADC täpsuse.

See saadud mõõtmine on mähise induktiivsusega väga mittelineaarne ja seetõttu ei sobi induktiivsuse absoluutväärtuse mõõtmiseks. Kuid metalli tuvastamiseks oleme huvitatud ainult väikestest pooli induktiivsuse suhtelistest muutustest, mis on tingitud läheduses olevate metallide olemasolust, ja selleks sobib see meetod suurepäraselt.

Mõõtmist saab kalibreerida tarkvara abil automaatselt. Kui võib eeldada, et enamasti pole pooli läheduses metalli, on kõrvalekalle keskmisest signaal, et metall on mähise lähedale jõudnud. Erinevate värvide või erinevate toonide kasutamine võimaldab vahet teha induktiivsuse järsul suurenemisel või järsul vähenemisel.

2. samm: nõutavad komponendid

Elektrooniline südamik:

Arduino UNO R3 + prototüüpkilp VÕI Arduino Nano 5x7 cm prototüüpplaadiga

10 nF kondensaator

Väike signaaldiood, nt. 1N4148

220-oomi takisti

Võimsuse jaoks:

USB toitepank koos kaabliga

Visuaalse väljundi jaoks:

2 erinevat värvi LED -i nt. sinine ja roheline

2 220 Ohmi takistit voolude piiramiseks

Heliväljund:

Passiivne helisignaal

Mikrolüliti heli keelamiseks

Kõrvaklappide väljund:

Kõrvaklappide pistik

1 kOhm takisti

Kõrvaklapid

Otsimismähise hõlpsaks ühendamiseks/lahtiühendamiseks toimige järgmiselt.

2-kontaktiline kruviklemm

Otsimismähise jaoks:

~ 5 meetrit õhukest elektrikaablit

Spiraali hoidmise struktuur. Peab olema jäik, kuid ei pea olema ümmargune.

Struktuuri jaoks:

1 -meetrine pulk, nt puit, plastik või selfipulk.

3. samm: otsingurull

Otsimismähise jaoks kerisin ~ 4 m keerdtraati ümber 9 cm läbimõõduga papist silindri, mille tulemuseks oli umbes 18 mähist. Kaabli tüüp ei oma tähtsust, kui oomitakistus on vähemalt kümme korda väiksem kui RL -filtri R väärtus, seega hoidke kindlasti alla 20 oomi. Mõõtsin 1 oomi, nii et see on ohutu. Ainuüksi pooliku 10-meetrise rull haaketraadi võtmine töötab ka!

Samm: prototüübi versioon

Arvestades väliste komponentide väikest arvu, on täiesti võimalik paigaldada skeem prototüübikilbi väikesele leivaplaadile. Lõpptulemus on siiski üsna mahukas ja mitte eriti vastupidav. Parem on kasutada Arduino nano ja joota see koos lisakomponentidega 5x7 cm prototüüpplaadil (vt järgmist sammu)

Metallide tegelikuks tuvastamiseks kasutatakse ainult 2 Arduino tihvti, üks impulsside edastamiseks LR -filtrile ja teine kondensaatori pinge lugemiseks. Pulsatsiooni saab teha mis tahes väljundtihvtilt, kuid näidud tuleb teha ühe analoogpoldiga A0-A5. 2 LED -i ja heliväljundi jaoks kasutatakse veel 3 tihvti.

Siin on retsept:

1. Ühendage leivaplaadil 220Ohm takisti, diood ja 10nF kondensaator järjestikku dioodi negatiivse klemmiga (must joon) kondensaatori poole.
2. Ühendage A0 takistiga (ots pole dioodiga ühendatud)
3. Ühendage A1 dioodi ja kondensaatori ristpunktiga
4. Ühendage kondensaatori ühendamata klemm maandusega
5. Ühendage mähise üks ots takisti-dioodi ristpunktiga
6. Ühendage mähise teine ots maandusega
7. Ühendage üks LED oma positiivse klemmiga tihvtiga D12 ja selle negatiivne klemm läbi 220 -ohmilise takisti maandusega
8. Ühendage teine valgusdiood positiivse klemmiga tihvtiga D11 ja selle negatiivne klemm läbi 220Ohm takisti maandusega
9. Soovi korral ühendage passiivse helisignaali kõrvaklapid või kõlar tihvti 10 ja maa vahele. Helitugevuse vähendamiseks võib järjestikku lisada kondensaatori või takisti

See on kõik!

5. samm: joodetud versioon

Metallidetektori välja viimiseks tuleb see jootma hakata. Tavaline 7x5 cm suurune prototüüpplaat sobib Arduino nano ja kõigi vajalike komponentidega. Kasutage samu skeeme nagu eelmises etapis. Leidsin, et on kasulik lisada summeriga jada, et lülitada heli välja, kui seda pole vaja. Kruviklemm võimaldab proovida erinevaid mähiseid ilma jootmiseta. Kõik saab toidet Arduino Nano (mini- või mikro-USB) porti tarnitud 5 V kaudu.

6. samm: tarkvara

Siin on lisatud kasutatud Arduino visand. Laadige see üles ja käivitage. Kasutasin Arduino 1.6.12 IDE. Soovitatav on käivitada see alguses debug = true, et häälestada impulsside arvu mõõtmise kohta. Parim on, kui ADC näit on vahemikus 200 kuni 300. Suurendage või vähendage impulsside arvu juhuks, kui teie mähis annab oluliselt erinevaid näitu.

Visand teeb mingisuguse enesekalibreerimise. Piisab sellest, kui mähis jääb vaikseks metallidest eemale, et see vaiksemaks muutuks. Järgitakse aeglasi induktiivsuse muutusi, kuid järsud suured muutused ei mõjuta pikaajalist keskmist.

Samm: selle kinnitamine pulgale

Kuna te ei tahaks oma aardejahti üle põranda roomates teha, tuleks kolm lauda, mähis ja aku kinnitada pulga otsa. Selfie-stick on selleks ideaalne, kuna see on kerge, kokkupandav ja reguleeritav. Minu 5000mAh powerbank mahtus selfipulgale. Seejärel saab plaadi kinnitada kaablisidemete või elastsete materjalidega ning mähis võib sarnaselt olla kas aku või pulga külge.

8. samm: kuidas seda kasutada

Viite määramiseks piisab, kui jätta mähis ~ 5 s metallidest eemale. Kui mähis jõuab metalli lähedale, hakkab roheline või sinine LED vilkuma ning helisignaal ja/või kõrvaklapid annavad piiksu. Sinised vilkumised ja madala heliga piiksud näitavad mitteferromagnetiliste metallide olemasolu. Rohelised vilkumised ja kõrge helisignaalid näitavad ferromagnetiliste metallide olemasolu. Olge ettevaatlik, et kui mähist hoitakse metalli lähedal kauem kui 5 sekundit, võtab see näit võrdluseks ja hakkab piiksuma, kui detektor metallilt eemaldatakse. Mõne sekundi pärast õhus piiksumist hakkab see uuesti vaiksemaks muutuma. Välkude ja piiksude sagedus näitab signaali tugevust. Head jahti!