Videi draudzīgs metāla detektors - Arduino: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Metāla noteikšana ir ļoti jautra. Viens no izaicinājumiem ir iespēja sašaurināt precīzu rakšanas vietu, lai samazinātu aiz sevis atstātās bedres izmēru.

Šim unikālajam metāla detektoram ir četras meklēšanas spoles, krāsains skārienekrāns, lai identificētu un precīzi noteiktu jūsu atraduma atrašanās vietu.

Ietver automātisku kalibrēšanu, USB uzlādējamu barošanas bloku ar četriem dažādiem ekrāna režīmiem, frekvenci un pulsa platuma regulēšanu, kas ļauj pielāgot meklēšanu.

Kad esat precīzi norādījis dārgumu, viens caurums, kas centrēts virs katras spoles, ļauj izmantot koka iesmu, lai to iespiestu zemē, lai jūs varētu sākt izrakt nelielu kontaktdakšu no zemes, samazinot kaitējumu videi.

Katra spole var precīzi noteikt monētas un gredzenus 7–10 cm dziļumā, tāpēc ir ideāli piemērota pazudušu monētu un gredzenu meklēšanai parkos un pludmalēs.

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

Liels paldies - ja nospiedāt balsošanas pogu augšējā labajā stūrī konkursiem "Izgudrojums" un "Izpētiet zinātni" !!!

liels paldies, TechKiwi

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

1. solis. Zinātne aiz metāla noteikšanas

Metāla noteikšanas dizains

Metāla detektoru dizainam ir vairākas variācijas. Šis konkrētais metāla detektora veids ir impulsa indukcijas detektors, kas izmanto atsevišķas raidīšanas un saņemšanas spoles.

Arduino rada impulsu, kas tiek nosūtīts uz raidīšanas spoli ļoti īsu laiku (4uS), izmantojot tranzistoru. Šī impulsa strāva izraisa pēkšņu magnētisko lauku, kas veidojas ap spoli, izplešanās un sabrukšanas lauks izraisa spriegumu uztveršanas spolē. Šo saņemto signālu pastiprina uztverošais tranzistors, un pēc tam sprieguma salīdzinātājs to pārvērš par tīru digitālo impulsu, un, savukārt, paraugu ņem ar Arduino digitālās ievades tapu. Arduino ir ieprogrammēts izmērīt saņemtā impulsa impulsa platumu.

Šajā dizainā saņemto impulsa platumu nosaka uztveršanas spoles induktivitāte un kondensators. Ja diapazonā nav objektu, sākotnējais impulsa platums ir aptuveni 5000 uS. Ja ārvalstu metāla priekšmeti nonāk paplašināmā un sabrukušā magnētiskā lauka diapazonā, tas izraisa daļu enerģijas, kas objektā tiek ierosināta virpuļstrāvas veidā. (Elektromagnētiskā indukcija)

Rezultāts ir tāds, ka saņemtais impulsa platums tiek samazināts, šo impulsa platuma atšķirību mēra Arduino un parāda TFT displejā dažādos formātos.

Displeja 1. iespēja: mērķa pozīcija zem detektora galvas

Mans nolūks bija izmantot 4 spoles, lai trijstūrētu mērķa stāvokli zem detektora galvas. Meklēšanas spoļu nelineārais raksturs padarīja šo izaicinājumu, tomēr iepriekš redzamais animētais-g.webp

2. attēlojuma opcija: parādīt signāla izsekošanu katrai meklēšanas spolei

Tas ļauj izsekot, kur atrodas mērķa objekts zem galvas, ekrānā uzzīmējot neatkarīgu signāla stipruma izsekotāju katrai meklēšanas spolei. Tas ir noderīgi, lai noteiktu, vai zem detektora galvas ir divi mērķi tuvu viens otram un relatīvais spēks.

Praktiskie pielietojumi

Šī pieeja ļauj izmantot pirmo skatu, lai identificētu mērķi, un otro skatu, lai to norādītu uz dažiem milimetriem, kā parādīts videoklipā.

2. darbība: apkopojiet materiālus

Materiālu rēķins

1. Arduino Mega 2560 (1., 2. un 3. preci var iegādāties vienā komplektā)
2. 3,2 collu TFT LCD skārienekrāns (Ive iekļauts kods 3 atbalstītajām variācijām)
3. TFT 3,2 collu mega vairogs
4. Tranzistors BC548 x 8
5. 0.047uf Greencap kondensators x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap kondensators x 1 (50v)
7. 1k rezistors x 4
8. 47 Rezistors x 4
9. 10k rezistors x 4
10. 1M rezistors x 4
11. 2.2k rezistors x 4
12. SPST mini šūpoles slēdzis
13. Integrētās shēmas LM339 četru diferenciālo salīdzinātājs
14. Signāla diodes IN4148 x 4
15. Vara stieples spoles 0,3 mm diametrs x 2
16. Divu kodolu ekranēts kabelis - 4,0 mm diametrs - 5M garums
17. USB uzlādējama Powerbank 4400mHa
18. Pjezo skaņas signāls
19. Vero dēlis 80x100mm
20. Plastmasas korpusa minimālais augstums 100 mm, dziļums 55 mm, platums 160 mm
21. Kabeļu saites
22. MDF koka 6-8 mm biezums - 23 cm x 23 cm kvadrātveida gabali x 2
23. Mikro USB pagarinātājs 10 cm
24. USB-A kontaktdakša, kas piemērota nogriešanai līdz 10 cm garumam
25. Austiņu audio ligzda - stereo
26. Dažādas koka un plastmasas starplikas detektora galva
27. Speed Mop Slotas rokturis ar regulējamu savienojumu (tikai vienas ass kustība - skatīt fotoattēlus)
28. Viens A3 papīra gabals
29. Līmes zīmulis
30. Elektriskais džiga zāģa griezējs
31. A4 lokšņu kartons 3 mm biezumā, lai izveidotu spoles veidotāju TX un Rx spolēm
32. Santehnikas līmlente
33. Karstās līmes pistole
34. Elektriskā līme
35. 10 papildu Arduino galvenes tapas
36. PCB spaiļu tapas x 20
37. TwoPart epoksīda līme - žāvēšanas laiks 5 minūtes
38. Amatniecības nazis
39. 5 mm plastmasas caurules garums 30 mm x 4 (es izmantoju dārza laistīšanas sistēmas caurules no datortehnikas veikala)
40. MDF ūdensnecaurlaidīgs blīvējums (pārliecinieties, ka tas nesatur metālu)
41. 60 cm elastīgs elektriskais vads - pelēks - 25 mm diametrs

3. darbība: izveidojiet detektora galvu

1. Galvas montāžas konstruēšana

Piezīme. Es izvēlējos izveidot diezgan sarežģītu montāžas izkārtojumu 8 vara stieples spolēm, kas tiek izmantotas detektora galvā. Tas ietvēra vairāku caurumu izgriešanu no diviem MDF slāņiem, kā redzams iepriekš redzamajās fotogrāfijās. Tagad es esmu pabeidzis ierīci, kuru iesaku izmantot tikai vienu izgrieztu apli 23 cm diametrā un piestiprināt spoles šim vienotajam MDF slānim ar karstu līmi. Tas samazina veidošanas laiku un nozīmē arī to, ka galva ir vieglāka.

Vispirms izdrukājiet trafaretu uz A3 papīra lapas un pēc tam pielīmējiet to uz MDF plātnes, lai sniegtu jums norādījumus spoļu novietošanai.

Izmantojot elektrisko finierzāģi, rūpīgi izgrieziet no MDF 23 cm diametra apli.

2. Tinumu tinumi

Izmantojiet kartonu, lai izveidotu divus 10 cm garus cilindrus, kas turēti kopā ar līmlenti. Pārraides ruļļu diametram jābūt 7 cm, bet uztveršanas spolēm - 4 cm.

Novietojiet vara stieples spoli uz tapas, lai tā varētu brīvi griezties. Piestipriniet vara stieples sākumu uz kartona cilindra, izmantojot līmlenti. Vējš 40 stingri pagriežas uz cilindra un pēc tam ar līmlenti noapaļo galu.

Izmantojiet karsto līmi, lai spoles piestiprinātu kopā vismaz 8 punktos ap spoļu apkārtmēru. Kad atdzisis, izmantojiet pirkstus, lai atvieglotu spoles noņemšanu, un pēc tam piestipriniet to pie metāla detektora galvas veidnes, izmantojot karsto līmi. Izurbiet divus caurumus caur MDF blakus spolei un izvelciet spoles galus uz metāla detektora galvas augšējo pusi.

Atkārtojiet šo vingrinājumu, lai izveidotu un uzstādītu 4 x uztveršanas spoles un 4 pārraides spoles. Kad tas ir pabeigts, metāla detektora galvas augšpusē jāizvirza 8 vadu pāri.

3. Pievienojiet ekranētos kabeļus

Nogrieziet 5M garo ekranēto divdzīslu kabeli 8 garumos. Atvienojiet un pielodējiet dvīņu serdi pie katras raidīšanas un uztveršanas spoles, atstājot vairogu atvienotu kabeļa detektora galvas galā.

Pārbaudiet spoles un kabeļu savienojumus katra kabeļa otrā galā, izmantojot omu mērītāju. Katra spole reģistrēs dažus omus, un tai jābūt konsekventai attiecīgi visām saņemšanas un pārraides spolēm.

Pēc pārbaudes izmantojiet karsto līmes pistoli, lai piestiprinātu 8 kabeļus detektora galvas centrā, kas ir gatava roktura piestiprināšanai un galvas apdarei.

Mans ieteikums ir, lai sagatavotos turpmākai pārbaudei, otrā galā noņemiet un tiniet visus ekranētos kabeļu serdeņus. Katram kabeļa aizsargam pievienojiet zemējuma vadu, jo tas tiks savienots ar zemi galvenajā ierīcē. Tas pārtrauc traucējumus starp katru kabeli.

Izmantojiet multimetru, lai noteiktu, kura spole ir, un pievienojiet lipīgas etiķetes, lai tās varētu viegli identificēt turpmākai montāžai.

4. darbība: samontējiet ķēdi testēšanai

1. Maizes dēļa montāža

Mans ieteikums ir izmantot maizes dēli, lai vispirms izveidotu un pārbaudītu ķēdi, pirms apņemas izmantot Vero Board un korpusu. Tas dod jums iespēju pielāgot komponentu vērtības vai modificēt kodu, ja tas nepieciešams jutībai un stabilitātei. Pārraides un saņemšanas spoles ir jāsavieno tā, lai tās būtu savītas vienā virzienā, un to ir vieglāk pārbaudīt uz maizes dēļa, pirms marķēt vadus turpmākai savienošanai ar Vero Board.

Salieciet komponentus saskaņā ar shēmu un pievienojiet detektora galvas spoles, izmantojot savienojuma vadu.

Savienojumus ar Arduino vislabāk var izveidot, izmantojot maizes dēļa savienošanas vadu, kas pielodēts pie TFT vairoga. Digitālo un analogo tapu savienojumiem es pievienoju galvenes tapu, kas ļāva izvairīties no lodēšanas tieši Arduino panelī. (Skatīt attēlu)

2. IDE bibliotēkas

Tie ir jālejupielādē un jāpievieno IDE (integrētā izstrādes vide), kas darbojas jūsu datorā, ko izmanto, lai rakstītu un augšupielādētu datora kodu fiziskajā panelī. UTFT.h un URtouch.h atrodas zemāk esošajā zip failā

Kredīts par UTFT.h un URtouch.h tiek piešķirts uzņēmumam Rinky-Dink Electronics. Esmu iekļāvis šos zip failus, jo šķiet, ka avota vietne nedarbojas.

3. Testēšana

Esmu iekļāvis testa programmu sākotnējās iestatīšanas apstrādei, lai jūs varētu risināt spoles orientācijas problēmas. Ievietojiet testa kodu Arduino IDE un augšupielādējiet Mega. Ja viss darbojas, jums vajadzētu redzēt testa ekrānu, kā norādīts iepriekš. Katrai spolei jārada stabila stāvokļa vērtība aptuveni 4600uS katrā kvadrantā. Ja tas tā nav, mainiet TX vai RX spoles tinumu polaritāti un pārbaudiet vēlreiz. Ja tas nedarbojas, es iesaku jums pārbaudīt katru spoli atsevišķi un atgriezties ķēdē, lai novērstu traucējumus. Ja jums jau ir 2 vai 3 darbi, salīdziniet tos ar spolēm/ķēdēm, kas nedarbojas.

Piezīme. Turpmākā pārbaude ir atklājusi, ka 0.047uf kondensatori uz RX ķēdes ietekmē visu jutību. Mans padoms ir, kad ķēde strādā pie maizes dēļa, mēģiniet palielināt šo vērtību un pārbaudīt ar monētu, jo esmu atklājis, ka tas var uzlabot jutību.

Tas nav obligāti, taču, ja jums ir osciloskops, varat arī novērot TX Pulse un RX Pulse, lai pārliecinātos, ka spoles ir pareizi savienotas. Skatiet komentārus attēlos, lai to apstiprinātu.

PIEZĪME. Šajā sadaļā esmu iekļāvis PDF dokumentu ar osciloskopa pēdām katram ķēdes posmam, lai palīdzētu novērst visas problēmas

5. solis: izveidojiet ķēdi un korpusu

Kad iekārta ir pārbaudīta, lai jūs apmierinātu, varat veikt nākamo soli un izveidot shēmas plati un korpusu.

1. Sagatavojiet korpusu

Izkārtojiet galvenās sastāvdaļas un novietojiet tās savā gadījumā, lai noteiktu, kā viss derēs. Izgrieziet Vero dēli, lai tajā ietilptu sastāvdaļas, tomēr pārliecinieties, ka varat iekļauties korpusa apakšā. Esiet piesardzīgs ar uzlādējamo barošanas bloku, jo tie var būt diezgan apjomīgi.

Izurbiet caurumus, lai ievietotu galvas kabeļus, barošanas slēdzi, ārējo USB portu, Arduino programmēšanas portu un stereo austiņu audio ligzdu.

Papildus šim urbumam 4 stiprinājuma caurumi korpusa priekšējās puses centrā, kur atradīsies rokturis. Šiem caurumiem turpmākajos soļos jāspēj caur tiem izlaist kabeļu saiti.

2. Salieciet Vero Board

Sekojiet shēmai un iepriekš redzamajam attēlam, lai novietotu komponentus uz Vero Board.

Es izmantoju PCB spaiļu tapas, lai varētu viegli savienot galvas spoles kabeļus ar PCB. Uzstādiet Piezo Buzzer uz PCB kopā ar IC un tranzistoriem. Es centos saglabāt TX, RX komponentus izlīdzinātus no kreisās uz labo pusi un nodrošināju, ka visi savienojumi ar ārējām spolēm atrodas vienā Vero Boar galā. (skatiet izkārtojumu fotoattēlos)

3. Pievienojiet spoles kabeļus

Izveidojiet kabeļu turētāju ienākošajiem ekranētajiem kabeļiem no MDF, kā parādīts attēlos. Tas sastāv no 8 caurumiem, kas urbti MDF, lai kabeļi varētu izlīdzināties ar PCB spaiļu tapām. Piestiprinot katru spoli, ir vērts pakāpeniski pārbaudīt ķēdi, lai nodrošinātu pareizu spoles orientāciju.

4. Pārbaudiet vienību

Pievienojiet USB barošanas bloku, barošanas slēdzi, audio tālruņa ligzdu un novietojiet visus vadus un kabeļus, lai nodrošinātu ciešu piegulšanu korpusā. Izmantojiet karsto līmi, lai turētu priekšmetus vietā, lai pārliecinātos, ka nekas nevar grabēt apkārt. Iepriekšējā solī ielādējiet testa kodu un pārliecinieties, ka visas spoles darbojas, kā paredzēts.

Pārbaudiet, vai USB barošanas bloks tiek pareizi uzlādēts, kad tas ir pievienots ārēji. Pārliecinieties, vai ir pietiekami daudz vietas, lai piestiprinātu Arduino IDE kabeli.

5. Izgrieziet ekrāna izskatu

Novietojiet ekrānu kastes centrā un atzīmējiet LCD displeja malas priekšējā panelī, lai būtu iespējams izgriezt diafragmu. Izmantojot amatniecības nazi un metāla lineālu, uzmanīgi noberziet korpusa vāku un izgrieziet atvērumu.

Pēc slīpēšanas un sasmalcināšanas rūpīgi novietojiet vāku, vienlaikus nodrošinot, ka visas detaļas, dēļi, vadi un ekrāns tiek turēti vietā ar starplikām un karstu līmi.

7. Izveidojiet saules aizsargu

Es atradu vecu melnu korpusu, kuru varēju sagriezt formā un izmantot kā saulessargu, kā parādīts iepriekš redzamajos fotoattēlos. Līmējiet to uz priekšējā paneļa, izmantojot 5 minūšu divu daļu epoksīdu.

6. solis: piestipriniet rokturi un korpusu pie detektora galvas

Tagad, kad detektoru elektronika un galva ir uzbūvēta, atliek tikai droši pabeigt ierīces montāžu.

1. Piestipriniet galvu pie roktura

Pārveidojiet roktura savienojumu, lai to varētu piestiprināt pie galvas, izmantojot divas skrūves. Ideālā gadījumā jūs vēlaties samazināt metāla daudzumu spoļu tuvumā, tāpēc, lai piestiprinātu pie galvas, izmantojiet mazas koka skrūves un daudz 5 minūšu 2 daļu epoksīda līmes. Skatiet fotoattēlus iepriekš.

2. Savelciet galvas vadu

Izmantojot kabeļu saites, uzmanīgi sasieniet vadus, pievienojot kabeļu saiti ik pēc 10 cm gar ekranēto vadu. Uzmanieties, lai izstrādātu korpusam labāko pozīciju, lai būtu viegli redzēt ekrānu, piekļūt vadības ierīcēm un pievienot austiņas/kontaktdakšas.

3. Piestipriniet elektroniku pie roktura

Izveidojiet 45 grādu montāžas bloku no MDF, lai jūs varētu piestiprināt korpusu leņķī, kas nozīmē, ka, slaucot detektoru pa zemi, jūs varat viegli redzēt TFT displeju. Skatiet attēlu iepriekš.

Pievienojiet elektronikas korpusu rokturim ar kabeļu saitēm, kas iet caur montāžas bloku, un korpusā caur iepriekš izurbtajiem montāžas caurumiem.

4. Pabeidziet detektora galvu

Detektora galvas spoles ir jānostiprina bez kustībām vados, tāpēc ir īstais laiks izmantot karsto līmi, lai visas spoles kārtīgi nostiprinātu.

Detektora galvai jābūt arī ūdensnecaurlaidīgai, tāpēc ir svarīgi apsmidzināt MDF ar caurspīdīgu blīvējumu (acīmredzamu iemeslu dēļ pārliecinieties, ka blīvētājs nesatur metālu).

Izurbiet 5 mm caurumus katras spoles centrā un izlaidiet cauri 5 mm x 30 mm plastmasas caurules, lai jūs varētu iespraust koka iesmus zemāk esošajā augsnē, tiklīdz esat norādījis mērķi. Izmantojiet karstu līmes pistoli, lai nofiksētos vietā.

Pēc tam es pārklāju galvas augšdaļu ar plastmasas plāksni, bet apakšējo - ar biezu plastmasas grāmatas vāku, bet malu pabeidzu ar elastīgu elektrisko vadu cauruļu griezumu un karstā līmēšanu.

7. solis: galīgā montāža un pārbaude

1. Uzlāde

Ievietojiet standarta mobilā tālruņa lādētāju Micro USB portā un pārliecinieties, vai ierīce ir pietiekami uzlādēta.

2. Augšupielādes kods

Izmantojiet Arduino IDE, lai augšupielādētu pievienoto kodu.

3. Izslēgt pogu

Pēc ieslēgšanas ierīce pēc noklusējuma ir izslēgta. To apzīmē ar sarkanu izslēgšanas pogu ekrāna apakšējā LHS. Lai iespējotu skaņu, nospiediet šo pogu, un pogai vajadzētu būt zaļai, norādot, ka skaņa ir iespējota.

Ja tiek izslēgta skaņa, iekšējais skaņas signāls un ārējā audio tālruņa ligzda radīs skaņu.

4. Kalibrēšana

Kalibrēšana atgriež izsekojumu ekrāna apakšdaļā zem sliekšņa līnijām. Kad ierīce tiek ieslēgta pirmo reizi, tā automātiski kalibrē. Iekārta ir ārkārtīgi stabila, tomēr, ja ir nepieciešama atkārtota kalibrēšana, to var izdarīt, pieskaroties ekrānā esošajai kalibrēšanas pogai, kas tiks atkārtoti kalibrēta pēc mazāk nekā sekundes.

5. Sliekšņi

Ja signāls uz jebkuras pēdas pārsniedz sliekšņa līniju (punktētā līnija ekrānā) un izslēgšanas poga ir izslēgta, tiks radīts audio signāls.

Šos sliekšņus var pielāgot uz augšu un uz leju, pieskaroties ekrānam virs vai zem katras izsekošanas līnijas.

6. PW un DLY regulēšana

Pulsa ilgumu līdz spolei un aizkavi starp impulsiem var regulēt, izmantojot skārienekrānu. Tas ir patiešām piemērots, lai eksperimentētu, tāpēc vislabākos rezultātus var pārbaudīt dažādās vidēs un dārgumos.

7. Displeja veidi

Ir 4 dažādi displeju veidi

Displeja 1. iespēja: mērķa novietojums zem detektora galvas Mans nolūks bija izmantot 4 spoles, lai trijstūrizētu mērķa pozīciju zem detektora galvas. Meklēšanas spoļu nelineārais raksturs padarīja to izaicinošu, tomēr iepriekš redzamais animētais-g.webp

2. displeja opcija: parādīt signāla izsekojamību katrai meklēšanas spolei Tas ļauj izsekot, kur atrodas mērķa objekts zem galvas, ekrānā uzzīmējot neatkarīgu signāla stipruma izsekotāju katrai meklēšanas spolei. Tas ir noderīgi, lai noteiktu, vai zem detektora galvas ir divi mērķi tuvu viens otram un relatīvais spēks.

Displeja 3. iespēja: tāpat kā 2. iespēja, tomēr ar biezāku līniju ir vieglāk redzēt.

Displeja 4. opcija: tāpat kā 2. opcija, tomēr pirms izsekošanas dzēšanas tiek pārvilkti 5 ekrāni. Piemērots vāju signālu uztveršanai.

Nākamajās nedēļās es veicu testus uz lauka, tāpēc publicēšu visus dārgumu atradumus.

Tagad ej izklaidējies un atrodi kādu dārgumu !!

8. solis: Epilogs: spoles variācijas

Ir bijuši daudz labu, interesantu jautājumu un ieteikumu par spoles konfigurāciju. Izstrādājot šo pamācību, tika minēti daudzi eksperimenti ar dažādām spoļu konfigurācijām.

Iepriekš redzamajos attēlos ir redzamas dažas spoles, kuras es izmēģināju pirms nokārtošanas pie pašreizējā dizaina. Ja jums ir vēl kādi jautājumi, rakstiet man.

Atliek jums eksperimentēt tālāk!

Pirmā balva izgudrojumu izaicinājumā 2017

Pirmā balva izpētes zinātnes konkursā 2017