Джобен локатор за метал - Arduino: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

От TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets в Instagram Следвайте още от автора:

За: Луд по технологиите и възможностите, които тя може да донесе. Обичам предизвикателството да създавам уникални неща. Моята цел е да направя технологията забавна, подходяща за ежедневието и да помогна на хората да успеят да създадат готини … Повече за TechKiwiGadgets »

Този готин малък джобен локатор за метал е достатъчно чувствителен, за да идентифицира малки гвоздеи и лепенки в дърво и достатъчно компактен, за да се побере в неудобни пространства, което го прави удобен за носене и използване за намиране на метал.

Устройството има четири независими бобини за търсене и цветни светодиодни индикатори, които улесняват бързото покриване на по -голяма площ за търсене, като същевременно могат да идентифицират точно целта.

Това кокетно малко устройство се самокалибрира с един бутон, презарежда се през USB порт и използва цветни светодиоди, звук и вибрации, за да покаже силата на целта.

В инструкциите са включени всички проекти, тестване, код и 3D файлове, необходими за самостоятелно изграждане. Надявам се да ви хареса да изграждате и използвате това толкова, колкото и аз !!

Стъпка 1: Списък на материалите и как работи

1. Как работи

Джобният метален локатор използва четири независими пулсови индукционни търсещи бобини, захранвани от Arduino Pro Mini. Всяка търсеща бобина се състои от отделна TX и RX намотка, където в TX намотката се индуцира импулс, който създава електромагнитно поле около RX намотката. Променящото се поле предизвиква напрежение в RX намотката, което се открива и усилва преди ширината на импулса на сигнала да бъде прочетена от Arduino.

Изглаждащ алгоритъм в кода на Arduino се използва за премахване на шума от валидни импулси, което го прави много стабилен.

Алгоритъмът за калибриране в кода взема средно показания за кратък период на стартиране и задава поредица от прагове за сравнение на сигнала.

Когато метален обект попадне в обхвата на електромагнитното поле, полето се нарушава и част от енергията се отклонява от RX намотката в "токове на Еди", които се образуват в целевия обект. Този паразитен ефект на целевия обект води до намаляване на ширината на импулса, открита в RX намотката. По същество ние измерваме загубата на мощност в целевия обект.

Когато ширината на импулса, открита в RX намотката, падне под прага, тогава светодиодите светят, звучи зумер и се задейства двигателят на тактилната обратна връзка - в зависимост от предварително определен размер на целевия сигнал.

Схемата за това еволюира през последната година в много стабилен и надеждно работещ детектор. Конфигурацията и ориентацията на бобината са умишлено проектирани за максимална стабилност и откриване на дълбочина.

2. Списък на материалите

1. 3.7v 350mAh LiPo батерия Размер: 38mm x 20mm x 7.5mm
2. TP4056 USB LiPo Зарядно устройство за батерии Лист с данни
3. 4.7K резистор за ограничаване на тока на зареждане на LiPo батерията под 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB към сериен модул за програмиране на Mini Pro
6. LM339 Четворна диференциална сравнителна интегрална схема
7. Vero Board - 2 броя, изрязани на 20x9 дупки и 34x9 (вижте снимката за правилна ориентация)
8. BC548 NPN транзистор x 4
9. 2N7000 MOSFET превключвател x 5
10. Пиезо зумер
11. Моторен вибрационен двигател за тактилна обратна връзка
12. WS2812 RGB LED модул x 4
13. 1k резистор x 4
14. 10k резистор x 4
15. Резистор 47 ома x 4
16. 2.2K резистор x 4
17. 150pf керамичен кондензатор x 8
18. 0,18uF полиестерен кондензатор x 4
19. Ролка от 0,3 мм емайлирана медна тел (обикновено се предлага в ролки с тегло около 25 г)
20. Превключвател с бутон, монтиран на печатна платка
21. Пистолет за горещо лепило
22. Свредло 10 мм
23. Ръчна бормашина
24. Пистолет за етикет или лепкава лента, подходящ за етикетиране на 16 отделни проводника
25. Достъп до 3D принтер

3. Работа на компаратора

Имал съм редица въпроси относно работата на LM339, затова реших да дам по -ясно обяснение.

LM339 работи единствено като сравнител на напрежение, сравнявайки диференциалното напрежение между положителните и отрицателните пинове и извежда логически нисък или висок импеданс (логика висок с издърпване) въз основа на входната диференциална полярност.

В тази верига положителният вход на компаратора е свързан към Vcc линията и на изхода на компаратора е приложен издърпващ резистор към Vcc. В тази конфигурация на практика изходното напрежение на компаратора остава високо, докато входното напрежение на отрицателния вход надвиши 3,5v

Операцията може да бъде обяснена от информационния лист LM339, който очертава „диапазона на входното напрежение“между 0 V до Vsup-1,5 V

Когато и IN–, и IN+ са в обхвата на общия режим, ако IN– е по-ниско от IN+ и отместваното напрежение, изходът е с висок импеданс и изходният транзистор не провежда

Когато IN– е по -висок от общия режим и IN+ е в общия режим, изходът е нисък и изходният транзистор потъва ток. Връзка към информационния лист и обяснения по -долу

Стъпка 2: Отпечатайте кутията

3D отпечатаният калъф е направен с помощта на 5 отделни разпечатки. Размерите и 3D файловете могат да бъдат намерени тук на Thingiverse. Дизайнът беше съсредоточен върху улесняването на държането на устройството, като същевременно гарантираше, че търсещите бобини са възможно най -близо до търсената област.

Разпечатайте внимателно кутията и отстранете излишната пластмаса. Важно е да направите тази стъпка сега, за да могат електронните компоненти да бъдат подравнени в кутията преди окончателното свързване и тестване.

Включих снимка на множество различни дизайни на калъфи, които тествах, преди да се спра на окончателния дизайн, който беше по -компактен и ергономично приятен за държане.

Стъпка 3: Изградете и монтирайте търсещите бобини

Вземете отпечатаните образуватели на бобини и навийте 25 завъртания медна тел върху всеки от тях. Уверете се, че оставяте добри 20 см допълнителна медна жица за свързване към основното устройство.

Използвайте дупките, отпечатани във формообразувачите, за да осигурите последователен вятър и ориентация на намотките за всеки формовник. Докато правите това, обърнете бившата с главата надолу и постепенно залепете първата в основната единица.

Следвайте фотосборката, както е предвидено, резултатът е 8 намотки, монтирани в сглобката на бобината с всички проводници последователно ориентирани, и достатъчно дълги, за да се свържат към основната платка в горния корпус.

Използвайте двата водещи блока с тел, които имат отвори за всяка намотка отпечатаната основа, за да следите всяка конкретна намотка.

Поставих проводниците за вътрешните намотки по горната част и външните бобини по долната част на жичния блок, за да мога да следя всяка конкретна бобина, което улеснява свързването към основната платка.

Стъпка 4: Изградете веригата

Устройството има четири ключови вериги за самостоятелно изграждане - платка на водача, основна платка, LED монтаж и акумулаторно захранване. В тази стъпка ще изградим борда на водача и основната платка.

1. Шофьорска платка

Използвайте занаятчийски нож, за да изрежете парче Vero Board по отворите 22x11, като резултатът е парче Vero Board с отвори 20x9, ориентирани според приложената снимка. Най -добре е да вкарате няколко пъти през дупките от двете страни на дъската, след което внимателно да откъснете излишната дъска. Проверете дали дъската седи в основата на корпуса с достатъчно разстояние от двете страни.

Използвайки снимките и 10 мм свредло на ръка, внимателно счупете фиксаторите, показани на дъното на Vero Board. Следвайте схемата на схемата и снимката на компонентите, за да сглобите платката, като внимавате да няма къси следи.

Оставете тази дъска за тестване по -късно.

2. Главен съвет

Използвайте занаятчийски нож, за да изрежете парче Vero Board по отворите 36x11, като резултатът е парче Vero Board с отвори 34x9, ориентирани според включената снимка. Най -добре е да вкарате няколко пъти през дупките от двете страни на дъската, след което внимателно да откъснете излишната дъска. Проверете дали дъската седи в основата на корпуса с достатъчно разстояние от двете страни.

Използвайки снимките и 10 мм свредло на ръка, внимателно счупете фиксаторите, показани на дъното на Vero Board.

Следвайте схемата и схемата на снимките на Arduino и LM339 IC и други компоненти, за да сглобите платката, като внимавате да няма къси следи.

Оставете тази дъска за тестване по -късно.

Стъпка 5: Добавете LED индикатори

Използвал съм светодиоди WS2182, които имат вградена интегрална схема, която им позволява да бъдат адресирани от Arduino, използвайки три отделни проводника, но широка гама от цветове и яркост може да бъде създадена чрез изпращане на команда към светодиода. Това става чрез специална библиотека, заредена в Arduino IDE, обхваната в секцията за тестване.

1. Монтиране на светодиодите в капака на корпуса на бобината

Внимателно позиционирайте четирите светодиода така, че да са ориентирани правилно, така че VCC и GND връзките да са подравнени и да седят в центъра на отворите.

Използвайте горещо лепило, за да закрепите светодиодите на място.

2. Окабеляване на светодиодите

Внимателно отстранете и разположете три 25 см дължини на едножилен свързващ проводник върху контактите на светодиодите.

Запоявайте ги на място и се уверете, че централният проводник за данни е свързан с IN и OUT контакти според снимката.

3. Проверка за подравняване на калъфа

Проверете дали капакът на кутията ще се изравнява с корпуса на бобината, след това използвайте горещо лепило, за да държите проводниците на място в долния край на капака.

Оставете това за тестване по -късно.

Стъпка 6: Сглобяване и тестване на устройството

1. Подготовка за монтаж

Преди сглобяването ще тестваме всяка платка постепенно, за да улесним отстраняването на проблеми.

Arduino Pro Mini изисква USB серийна платка, за да бъде програмирана от вашия компютър. Това позволява на дъската да бъде с по -малък размер, тъй като няма сериен интерфейс. За да програмирате тези дъски, ще трябва да инвестирате в получаването им, както е посочено в списъка с части.

Преди да заредите кода на Arduino, ще трябва да добавите библиотеката „FastLED.h“като библиотека за задвижване на светодиодите WS2182. Серия от следи от осцилоскоп е предоставена за отстраняване на проблеми, ако има проблеми.

Има и екранна снимка на IDE изходните данни, използващи функцията Graph Plot, която показва изхода на ширината на импулса на всеки от каналите, както и праговата стойност. Това е полезно по време на тестването, тъй като можете да видите дали всеки канал се представя с подобни нива на чувствителност.

Включих две копия на кода. Единият има пробен сериен поток от данни за отстраняване на неизправности.

ЗАБЕЛЕЖКА: Не свързвайте LiPo батерията до последната стъпка, тъй като случайното късо съединение по време на монтажа може да доведе до прегряване или дори да се запали.

2. Тествайте главния борд

Преди да свържете основната платка към нещо, препоръчително е да свържете Arduino сериен кабел и да проверите дали кодът се зарежда.

Това просто ще провери дали имате Arduino физически свързан правилно и че IDE и библиотеките са заредени. Заредете кода през IDE, който трябва да се зареди без грешки и да не излиза дим от компоненти !!

3. Свържете платката на драйвера

Следвайте електрическата схема, за да свържете платката на водача към основната платка и физически позиционирайте устройството в кутията, за да се уверите, че елементите се вписват в кутията. Това е случай на проба и грешка и изисква постоянство.

Заредете кода през IDE, който трябва да се зареди без грешки и да не излиза дим от компоненти !!

4. Свържете бобините Следвайте електрическата схема, за да свържете бобините към основната платка и физически позиционирайте устройството в кутията, за да се уверите, че елементите са подходящи. Внимателно се уверете, че намотките са подравнени с входовете на платката за водача и на главната платка, съгласно схемата на веригата.

С заредения тест код, серийният порт ще покаже ширината на импулса на приемната намотка някъде между 5000 - 7000uS. Това може да се види и с помощта на IDE Graph Plotter.

Това ще ви позволи да отстраните всеки от каналите и да видите ефекта от преместването на монета в близост до търсещата бобина, което би трябвало да намали ширината на импулса, когато целта се доближи до търсещата бобина.

Ако имате осцилоскоп, можете също да проверите формите на вълните на различни етапи на веригата, за да диагностицирате проблеми.

След като всички канали работят според очакваната позиция, проводниците, така че корпусът на кутията да се сглоби и затвори правилно.

5. Свържете светодиодите

Внимателно вземете трите проводника от светодиодите на корпуса на бобината и ги свържете към основната платка. Заредете кода и проверете дали светодиодите работят правилно. Използвайте лепило, за да закрепите капака на корпуса на бобината на място.

Стъпка 7: Свързване на акумулаторна батерия

ЗАБЕЛЕЖКА:

1. Не свързвайте LiPo батерията до последната стъпка, тъй като случайното късо съединение по време на сглобяването може да доведе до прегряване или дори да се запали.

2. Когато работите с батерията и зарядното устройство, внимавайте да не прекъснете връзките на батерията.

3. LiPo батериите са за разлика от други акумулаторни батерии и претоварването може да бъде опасно, затова се уверете, че сте конфигурирали правилно веригата за зареждане.

4. Не свързвайте серийния кабел Arduino към устройството, когато бутонът за захранване е натиснат, в противен случай батерията може да се повреди.

1. Променете ограничението на тока на зарядното устройство

Pocket Metal Locator използва LiPo батерия, която може да се зарежда с помощта на Micro USB зарядно за телефон. Платката за зареждане на USB LiPo батерия TP4056 за първи път е модифицирана с 4.7K резистор, за да ограничи тока на зареждане под 300 mA. Указания как това може да стане може да се намери тук.

Това изисква да премахнете съществуващия повърхностно монтиран резистор и да го замените с резистор, както е показано на снимката. Веднъж на място защитете всяко непланирано движение на резистора с пистолет за горещо лепило.

Преди да свържете към основната платка, проверете дали зарядното устройство работи правилно, като свържете зарядно устройство за мобилен телефон с Micro USB порт. Червената лампа за зареждане трябва да светне, когато работи правилно.

2. Инсталирайте превключвателя за захранване с бутон

Уверете се, че бутонът е монтиран в правилното положение, така че да излиза през центъра на капака на кутията, след което запоявайте бутона на място. Инсталирайте проводници между превключвателя с бутон и изхода за зарядно устройство и VCC линията на Arduino съгласно схемата на веригата.

Когато е инсталиран правилно, натискането на превключвателя ще активира устройството.

Поставете батерията на място с помощта на горещо лепило и се уверете, че гнездото за Micro USB е подравнено с отвора в капака на кутията, така че да може да се зарежда.

Стъпка 8: Окончателно тестване и работа

1. Физически монтаж

Последната стъпка е внимателно да пренаредите проводниците, така че кутията да се затвори правилно. Използвайте горещо лепило, за да закрепите дънната платка в капака и след това затворете капака на място.

2. Работа с уреда

Устройството работи чрез калибриране след натискане и задържане на бутона за захранване. Всички светодиоди ще мигат, когато устройството е готово за употреба. Задръжте натиснат бутона, докато търсите. Светодиодите се променят от синьо-зелено, червено, лилаво в зависимост от силата на целевия обект. Хаптичната обратна връзка възниква, когато светодиодите станат лилави.

Не сте готови да отидете и да използвате за практически приложения !!