Keskkonnasõbralik metallidetektor - Arduino: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Metalli avastamine on väga lõbus. Üks väljakutseid on võimalus kitsendada täpset kaevamiskohta, et minimeerida maha jäänud augu suurus.

Sellel ainulaadsel metallidetektoril on neli otsimispooli, värviline puutetundlik ekraan, mis võimaldab teie leidu asukoha tuvastada ja täpselt määrata.

Sisaldab automaatset kalibreerimist, laetavat USB -toiteallikat, nelja erineva ekraanirežiimi, sageduse ja impulsi laiuse reguleerimisega, mis võimaldab otsinguid kohandada.

Kui olete aarde täpselt kindlaks määranud, võimaldab iga mähise kohal olev üks auk maa sisse surumiseks kasutada puidust varda, et saaksite hakata maapinnast väikest pistikut kaevama, vähendades keskkonnakahju.

Iga mähis suudab täpselt tuvastada münte ja rõngaid 7-10 cm sügavusel, seega sobib see ideaalselt kadunud müntide ja sõrmuste otsimiseks parkide ja randade ümbruses.

**********************************

Suur aitäh - kui vajutasite võistluste "Leiutamise väljakutse" ja "Uurige teadust" paremas ülanurgas hääletusnuppu !!!

suured tänud, TechKiwi

**********************************

Samm: teadus metalli tuvastamise taga

Metalli tuvastamise disain

Metallidetektori disainilahendusi on mitu. Seda tüüpi metallidetektor on impulssinduktsiooniandur, mis kasutab eraldi saatmis- ja vastuvõtmismähiseid.

Arduino tekitab impulsi, mis rakendatakse transistori kaudu väga lühikese aja jooksul (4uS) saatemähisele. See impulsi vool põhjustab äkilise magnetvälja tekkimise mähise ümber, laienev ja kokkuvarisev väli indutseerib vastuvõtumähises pinge. Seda vastuvõetud signaali võimendab vastuvõttev transistor ja seejärel muudab see pingevõrdlusseadme abil puhtaks digitaalseks impulssiks ning proovi võtab omakorda Arduino digitaalsisendi tihvt. Arduino on programmeeritud mõõtma vastuvõetud impulsi impulsi laiust.

Selles konstruktsioonis määratakse vastuvõetud impulsi laius vastuvõtumähise induktiivsuse ja kondensaatori abil. Kui vahemikus pole objekte, on impulsi alglaius ligikaudu 5000 uS. Kui laieneva ja kokkuvariseva magnetvälja levialasse satuvad võõrad metallobjektid, põhjustab see osa energiast objekti pöörisvoolude kujul. (Elektromagnetiline induktsioon)

Tulemuseks on see, et vastuvõetud impulsi laiust vähendatakse, seda impulsi laiuse erinevust mõõdab Arduino ja kuvatakse TFT -ekraanil erinevates vormingutes.

Kuvamisvalik 1: sihtmärgi asukoht detektoripea all

Minu eesmärk oli kasutada nelja mähist, et kolmnurgata sihtmärgi asukohta detektoripea all. Otsingurullide mittelineaarne olemus tegi selle keeruliseks, kuid ülaltoodud animeeritud-g.webp

Kuvamisvalik 2: Kuva signaalijälg iga otsimismähise kohta

See võimaldab teil jälgida, kus sihtobjekt pea all on, joonistades ekraanile iga otsingumähise jaoks sõltumatu signaali tugevuse jälje. See on kasulik selleks, et teha kindlaks, kas detektori pea all on kaks sihtmärki lähestikku ja suhteline tugevus.

Praktilised kasutusalad

See lähenemisviis võimaldab teil kasutada esimest vaadet sihtmärgi tuvastamiseks ja teist vaadet selle kinnitamiseks mõne millimeetrini, nagu on näidatud videoklipis.

Samm: koguge materjalid kokku

Materjalide arve

1. Arduino Mega 2560 (üksusi 1, 2 ja 3 saab osta ühe komplektina)
2. 3,2 -tolline TFT LCD puutetundlik ekraan (lisasin koodi kolmele toetatud variatsioonile)
3. 3,2 -tolline TFT megakilp
4. Transistor BC548 x 8
5. 0.047uf Greencap kondensaator x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap kondensaator x 1 (50v)
7. 1k takisti x 4
8. 47 Takisti x 4
9. 10k takisti x 4
10. 1M takisti x 4
11. 2,2 k takisti x 4
12. SPST väike kiiklüliti
13. Integreeritud vooluahela LM339 nelja diferentsiaalvõrdleja
14. Signaaldioodid IN4148 x 4
15. Vasktraadist pool 0,3 mm läbimõõt x 2
16. Kahetuumaline varjestatud kaabel - läbimõõt 4,0 mm - pikkus 5M
17. USB -laetav Powerbank 4400mHa
18. Pietsosummer
19. Vero Board 80x100mm
20. Plastkorpuse kõrgus vähemalt 100 mm, sügavus 55 mm, laius 160 mm
21. Kaablisidemed
22. MDF puit 6-8 mm paksus - 23 cm x 23 cm ruudukujulised tükid x 2
23. Micro USB pikenduskaabel 10 cm
24. USB-A pistikukaabel, mida saab lõigata kuni 10 cm pikkuseks
25. Kõrvaklappide helipistik - stereo
26. Erinevad puidust ja plastist vaheseinte detektoripea
27. Speed Mop Broom käepide reguleeritava liigendiga (ainult ühe telje liikumine - vaata fotosid)
28. Üks tükk A3 paberit
29. Liimipulk
30. Elektriline tikksaagide lõikur
31. A4 lehtpapp 3 mm paksune mähise moodustamiseks TX- ja Rx -mähiste jaoks
32. Kleeplint
33. Kuum liimipüstol
34. Elektriline liim
35. 10 täiendavat Arduino päise tihvti
36. PCB terminali tihvtid x 20
37. Kaheosaline epoksüliim - kuivamisaeg 5 minutit
38. Käsitöönuga
39. 5mm plasttoru pikkus 30mm x 4 (kasutasin ehituspoest aia kastmissüsteemi torusid)
40. MDF veekindel tihend (veenduge, et see ei sisalda metalli)
41. 60 cm painduv elektrijuhe - hall - läbimõõt 25 mm

3. samm: ehitage detektoripea

1. Peapea koostamine

Märkus. Otsustasin ehitada detektoripeas kasutatavate 8 vasktraatmähise jaoks üsna keeruka paigaldussüsteemi. See hõlmas aukude seeria lõikamist kahest MDF -kihist, nagu on näha ülaltoodud fotodel. Nüüd olen seadme valmis saanud, soovitan kasutada ainult ühte 23 cm läbimõõduga väljalõigatud ringi ja kinnitada mähised kuumale liimile selle ühe MDF -kihi külge. See vähendab ehitusaega ja tähendab ka seda, et pea on kergem.

Alustuseks printige šabloon A3 paberitükile ja liimige see MDF -plaadile, et saaksite juhendi mähiste paigutamiseks.

Elektrilise mosaiigisae abil lõigake MDF -ist ettevaatlikult välja 23 cm läbimõõduga ring.

2. Mähiste kerimine

Kasutage papist kahte 10 cm pikkust silindrit, mida hoitakse koos kleeplindiga. Saatemähiste läbimõõt peab olema 7 cm ja vastuvõtumähiste 4 cm.

Asetage vasktraadist pool pool naelale, et see saaks vabalt pöörduda. Kinnitage vasktraadi algus papist silindri külge kleeplindi abil. Tuul 40 pöörab kindlalt silindrile ja seejärel kasutage kleeplinti, et ots lahti siduda.

Kasutage kuuma liimi abil mähiste kinnitamiseks vähemalt 8 punkti ümber rullide ümbermõõdu. Kui see on jahtunud, kasutage mähise kergendamiseks sõrmi ja kinnitage see kuumliimi abil metallidetektori pea malli külge. Puurige kaks auku läbi MDF -i mähise kõrval ja viige mähise otsad metallidetektoripea ülemisele küljele.

Korrake seda harjutust, et ehitada ja paigaldada 4 x vastuvõtmismähist ja 4 edastusmähist. Kui see on lõpetatud, peaks metallidetektori pea ülaosast välja ulatuma 8 paari juhtmeid.

3. Kinnitage varjestatud kaablid

Lõika varjestatud kahe südamikuga kaabel 5 meetri pikkuseks 8 pikkuseks. Eemaldage ja jootke kaksiksüdamik igale saatmis- ja vastuvõtmismähisele, jättes kilbi lahti kaabli detektoripea otsast.

Kontrollige mähiseid ja kaabliühendusi iga kaabli teises otsas, kasutades oommeetrit. Iga mähis registreerib mõne oomi ja peaks olema kooskõlas kõigi vastuvõtu- ja edastusmähistega.

Pärast katsetamist kinnitage kuum liimipüstol, et kinnitada 8 kaablit detektoripea keskele, mis on valmis käepideme kinnitamiseks ja pea viimistlemiseks.

Minu nõuanne on tulevaste testide ettevalmistamiseks eemaldada kõik varjestatud kaabli südamikud teisest otsast. Kinnitage maandusjuhe iga kaablikilbi külge, kuna see ühendatakse põhiseadme maandusega. See peatab häired iga kaabli vahel.

Kasutage multimeetrit, et teha kindlaks, milline mähis on, ja kinnitage kleepuvad sildid, et neid oleks edaspidiseks kokkupanekuks lihtne tuvastada.

Samm: pange testimiseks ahel kokku

1. Leivaplaadi kokkupanek

Minu soovitus on vooluahela esmakordsel seadistamisel ja testimisel kasutada leivaplaati enne Vero Boardile ja ümbrisele pühendumist. See annab teile võimaluse kohandada komponentide väärtusi või muuta koodi, kui see on vajalik tundlikkuse ja stabiilsuse tagamiseks. Saatmis- ja vastuvõturullid tuleb ühendada, nii et need on keritud samas suunas ja seda on lihtsam testida leivaplaadil enne juhtmete märgistamist, et need tulevikus Vero Boardiga ühendada.

Pange komponendid kokku vastavalt skeemile ja ühendage detektoripea mähised, kasutades juhtmestikku.

Ühendused Arduinoga on kõige parem teha TFT -kilbi külge joodetud leivaplaadi haaketraadiga. Digitaalsete ja analoogpingeühenduste jaoks lisasin päise tihvti, mis võimaldas mul vältida jootmist otse Arduino tahvlile. (Vaata pilti)

2. IDE raamatukogud

Need tuleb alla laadida ja lisada arvutis töötavasse IDE -sse (Integrated Development Environment), mida kasutatakse arvuti koodi kirjutamiseks ja üleslaadimiseks füüsilisele tahvlile. UTFT.h ja URtouch.h asuvad allpool ZIP -failis

UTFT.h ja URtouch.h krediit läheb Rinky-Dink Electronicsile. Olen need zip-failid lisanud, kuna tundub, et allika veebisait on maas.

3. Testimine

Lisasin esialgse seadistuse tegemiseks testprogrammi, et saaksite mähise orientatsiooniprobleemidega hakkama saada. Laadige testkood Arduino IDE -sse ja laadige üles Megasse. Kui kõik töötab, peaksite nägema ülaltoodud testiekraani. Iga mähis peaks igas kvadrandis tekitama püsiseisundi väärtuse ligikaudu 4600uS. Kui see pole nii, pöörake TX- või RX -mähise mähiste polaarsus ümber ja katsetage uuesti. Kui see ei tööta, soovitan teil kontrollida iga mähist eraldi ja tõrkeotsinguks vooluahela kaudu tagasi töötada. Kui teil on juba 2 või 3 tööd, võrrelge neid mähiste/vooluahelatega, mis ei tööta.

Märkus. Edasine testimine on näidanud, et RX -ahela 0,047uf kondensaatorid mõjutavad kogu tundlikkust. Minu nõuanne on see, et kui ahel töötab leivaplaadil, proovige seda väärtust suurendada ja testida mündiga, kuna olen leidnud, et see võib tundlikkust parandada.

Ostsilloskoobi olemasolu korral ei ole see kohustuslik, kuid saate jälgida ka TX Pulse ja RX Pulse, et veenduda, et mähised on õigesti ühendatud. Selle kinnitamiseks vaadake piltide kommentaare.

MÄRKUS. Lisasin sellesse jaotisse PDF -dokumendi, milles on ostsilloskoobi jäljed vooluahela iga etapi jaoks, et aidata probleemide tõrkeotsingut

Samm: ehitage vooluring ja korpus

Kui seade on teid rahuldavalt testitud, võite astuda järgmise sammu ning ehitada trükkplaadi ja korpuse.

1. Valmistage ümbris ette

Paigutage peamised komponendid ja asetage need oma juhtumisse, et teha kindlaks, kuidas kõik sobib. Lõigake Vero Board komponentide mahutamiseks, kuid veenduge, et mahutate korpuse põhja. Olge laetava toiteallikaga ettevaatlik, kuna need võivad olla üsna mahukad.

Puurige augud peakaablite, toitelüliti, välise USB -pordi, Arduino programmeerimispordi ja stereokõrvaklappide pistikupesa sissepääsu tagamiseks.

Lisaks sellele puurige 4 kinnitusava korpuse esikülje keskele, kus käepide asub. Need augud peavad tulevastes etappides olema võimelised juhtmest läbi laskma.

2. Pange Vero Board kokku

Komponentide paigutamiseks Vero -plaadile järgige vooluahelat ja ülaltoodud pilti.

Kasutasin trükkplaadi klemmide kontakte, et hõlbustada peakomponendi kaablite ühendamist trükkplaadiga. Paigaldage Piezo sumin PCB -le koos IC ja transistoridega. Püüdsin hoida TX, RX komponente vasakult paremale joondatuna ja tagasin, et kõik ühendused väliste mähistega oleksid Vero Boari ühes otsas. (vaadake paigutust fotodelt)

3. Kinnitage mähisekaablid

Ehitage MDF -ist sissetulevate varjestatud kaablite jaoks kaablihoidik, nagu on näidatud piltidel. See koosneb 8 august, mis on puuritud MDF -plaati, et võimaldada kaablite joondamist trükkplaadi klemmipistikutega. Iga mähise kinnitamisel tasub vooluringi järk -järgult testida, et tagada mähise õige suund.

4. Testige seadet

Ühendage USB -toiteplokk, toitelüliti, helitelefoni pistikupesa ja asetage kõik juhtmed ja kaablid nii, et need oleksid korpuses tihedalt ühendatud. Kasutage kuuma liimi, et hoida esemeid paigal, veendumaks, et seal ei saa midagi ragistada. Nagu eelmises etapis, laadige testkood ja veenduge, et kõik mähised toimiksid ootuspäraselt.

Kontrollige, kas USB -toiteplokk laeb õigesti, kui see on väliselt ühendatud. Veenduge, et Arduino IDE -kaabli kinnitamiseks oleks piisavalt ruumi.

5. Lõika ekraanikuva välja

Asetage ekraan karbi keskele ja märkige esipaneelil olevad LCD -ekraani servad ava väljalõikamiseks valmis. Kasutage käsitöönuga ja metallist joonlauda hoolikalt korpuse kaant ja lõigake ava välja.

Kui see on lihvitud ja viilitud, asetage see ettevaatlikult kaane alla, tagades samal ajal, et kõik komponendid, lauad, juhtmestik ja ekraan hoitakse vahetükkide ja kuuma liimiga paigal.

7. Ehitage päikesesirm

Leidsin vana musta korpuse, mille suutsin vormi lõigata ja kasutada päikesesirmina, nagu ülaltoodud fotodel näidatud. Liimige see esipaneelile, kasutades 5 -minutilist kaheosalist epoksiidi.

6. samm: kinnitage käepide ja ümbris detektori pea külge

Nüüd, kui detektorielektroonika ja pea on ehitatud, jääb üle vaid seadme turvaline paigaldamine.

1. Kinnitage pea käepideme külge

Muutke käepideme liigendit, et saaksite selle kahe kruviga pea külge kinnitada. Ideaalis soovite minimeerida pooli läheduses oleva metalli kogust, nii et kasutage pea külge kinnitamiseks väikesi puidukruvisid ja palju 5 -minutilist 2 -osalist epoksüliimi. Vaadake ülaltoodud fotosid.

2. Lace Up juhtmestik

Kaablisidemete kasutamine kinnitage juhtmed ettevaatlikult, lisades kaablisideme iga 10 cm tagant piki varjestatud juhtmestikku. Hoolitsege selle eest, et valiksite korpuse jaoks parima positsiooni, et oleks lihtne ekraani näha, juhtnuppudele ligi pääseda ja kõrvaklapid/pistikud kinnitada.

3. Kinnitage elektroonika käepideme külge

Ehitage MDF -ist 45 -kraadine kinnitusplokk, et saaksite korpuse kinnitada nurga all, mis tähendab, et kui te detektorit üle maapinna pühkite, näete TFT -ekraani hõlpsalt. Vaadake ülaltoodud pilti.

Kinnitage elektroonikakarp käepidemele, nii et kaablisidemed jooksevad läbi kinnitusploki ja korpusesse läbi eelnevalt puuritud kinnitusavade.

4. Lõpeta detektoripea

Detektoripea mähised tuleb fikseerida juhtmestikus liikumata, nii et praegu on hea aeg kasutada kuuma liimi, et kõik poolid põhjalikult oma kohale kinnitada.

Detektoripea peab olema ka veekindel, seega on oluline pihustada MDF -i läbipaistva tihendiga (veenduge, et hermeetik ei sisalda arusaadavatel põhjustel metalli).

Puurige iga mähise keskele 5 mm augud ja laske 5 mm x 30 mm plasttorud läbi, et saaksite puidust vardad allpool olevasse pinnasesse lükata, kui olete märgistanud sihtmärgi. Fikseerimiseks kasutage kuuma liimipüstolit.

Seejärel katsin pea ülaosa plastplaadiga ja põhja paksu plastikust raamatukaanega, viimistledes samal ajal serva elastsete elektrijuhtmete torudega ja kuumliimiga.

7. etapp: lõplik kokkupanek ja testimine

1. Laadimine

Asetage tavaline USB -laadija mikro -USB -porti ja veenduge, et seade oleks piisavalt laetud.

2. Laadi kood üles

Kasutage lisatud koodi üleslaadimiseks Arduino IDE -d.

3. Vaigistusnupp

Seade on vaikimisi sisselülitamisel vaigistatud. Seda tähistab punane vaigistusnupp ekraani alumises LHS -is. Heli lubamiseks vajutage seda nuppu ja nupp peaks muutuma roheliseks, mis tähendab, et heli on lubatud.

Kui vaigistus on tühistatud, tekitab sisemine summer ja välise helitelefoni pesa heli.

4. Kalibreerimine

Kalibreerimine tagastab jälje ekraani allossa lävejoonte alla. Esmakordsel sisselülitamisel kalibreerib seade automaatselt. Seade on märkimisväärselt stabiilne, kuid kui on vaja uuesti kalibreerida, saab seda teha, puudutades ekraanil olevat kalibreerimisnuppu, mis kalibreeritakse uuesti vähem kui sekundi jooksul.

5. Künnised

Kui mis tahes jälje signaal ületab künnise (ekraanil punktiirjoon) ja vaigistusnupp on välja lülitatud, tekib helisignaal.

Neid künniseid saab üles ja alla reguleerida, puudutades ekraani iga jälgimisjoone kohal või all.

6. PW ja DLY reguleerimine

Pulsi kestust mähiseni ja impulsside vahelist viivitust saab reguleerida puuteekraani abil. See on tõesti kohapeal katsetamiseks, nii et parimaid tulemusi saab testida erinevates keskkondades ja aardetes.

7. Kuva tüübid

Ekraanitüüpe on 4 erinevat

Kuvamisvõimalus 1: sihtmärgi asukoht detektoripea all Otsingurullide mittelineaarne olemus tegi selle keeruliseks, kuid ülaltoodud animeeritud-g.webp

Kuvamisvalik 2: Kuva signaalijälg iga otsimismähise kohta See võimaldab teil jälgida, kus sihtobjekt pea all on, joonistades ekraanile iga otsingumähise jaoks sõltumatu signaali tugevuse jälje. See on kasulik selleks, et teha kindlaks, kas detektori pea all on kaks sihtmärki lähestikku ja suhteline tugevus.

Kuvamisvalik 3: sama mis 2. võimalus, kuid paksema joonega on seda hõlpsam näha.

Kuvamisvalik 4: sama mis valik 2, aga tõmbab enne jälje kustutamist üle 5 ekraani. Hea nõrkade signaalide jäädvustamiseks.

Ma olen järgmise paari nädala jooksul välikatsetusi teinud, seega avaldan kõik aardeleiud.

Nüüd minge lõbutsema ja leidke aare !!

Samm 8: Epiloog: mähiste variatsioonid

Mähiste konfiguratsiooni kohta on olnud palju häid, huvitavaid küsimusi ja ettepanekuid. Selle juhendi väljatöötamisel tehti arvukalt katseid erinevate mähiste konfiguratsioonidega, mida tasub mainida.

Ülaltoodud piltidel on mõned mähised, mida proovisin enne praeguse kujunduse juurde asumist. Kui teil on lisaküsimusi, kirjutage mulle.

Teie ees, et veelgi katsetada!

Leiutiste väljakutse esimene auhind 2017

Konkursi Explore Science 2017 esimene auhind