Екологичен металотърсач - Arduino: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

Откриването на метали е много забавно. Едно от предизвикателствата е възможността да се стесни точното място за копаене, за да се сведе до минимум размерът на оставената дупка.

Този уникален металотърсач има четири намотки за търсене, цветен сензорен екран за идентифициране и определяне на местоположението на вашата находка.

Включва автоматично калибриране, USB акумулаторен захранващ блок, с четири различни режима на екрана, честота и ширина на импулса, който ви позволява да персонализирате начина на търсене.

След като определите съкровището, една дупка, центрирана над всяка намотка, ви позволява да използвате дървено шишче, за да прокарате в земята, така че да можете да започнете да изкопавате малка щепсела от земята, намалявайки щетите върху околната среда.

Всяка намотка може точно да открие монети и пръстени на дълбочина 7-10 см, така че е идеална за търсене на изгубени монети и пръстени около паркове и плажове.

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

Голямо благодаря - Ако сте натиснали бутона за гласуване в горния десен ъгъл за състезанията „Изобретение предизвикателство“и „Изследвайте науката“!!!

много благодаря, TechKiwi

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

Стъпка 1: Науката зад откриването на метали

Дизайн за откриване на метал

Има няколко варианта на дизайна на металдетектора. Този конкретен тип метален детектор е детектор с импулсна импулс, който използва отделни предавателни и приемни бобини.

Arduino произвежда импулс, който се прилага към предавателната бобина за много кратък период от време (4uS) чрез транзистор. Този ток от импулса предизвиква внезапно образуване на магнитно поле около бобината, разширяващото се и срутващо се поле предизвиква напрежение в приемната намотка. Този получен сигнал се усилва от приемащия транзистор и след това се превръща в чист цифров импулс от компаратор на напрежение и на свой ред се взема проба от щифт за цифров вход на Arduino. Arduino е програмиран да измерва ширината на импулса на получения импулс.

В този дизайн, получената импулсна ширина се определя от индуктивността на приемната намотка и кондензатора. Без обекти в обхвата, основната ширина на импулса измерва приблизително 5000 uS. Когато чужди метални обекти попаднат в обхвата на разширяващото се и срутващо се магнитно поле, това причинява част от енергията да бъде въведена в обекта под формата на вихрови токове. (Електромагнитна индукция)

Нетният резултат е, че получената ширина на импулса се намалява, тази разлика в ширината на импулса се измерва от Arduino и се показва на TFT дисплей в различни формати.

Опция за показване 1: Позиция на целта под главата на детектора

Намерението ми беше да използвам 4 -те намотки за триангулиране на позицията на целта под главата на детектора. Нелинейният характер на търсещите бобини направи това предизвикателство, но анимираният-g.webp

Опция 2 на дисплея: Показване на сигнала за всяка бобина за търсене

Това ви позволява да проследите къде е целевият обект под главата, като изчертаете независима следа за силата на сигнала на екрана за всяка бобина за търсене. Това е полезно, за да се определи дали имате две цели близо една до друга под главата на детектора и относителната сила.

Практически приложения

Този подход ви позволява да използвате първия изглед за идентифициране на цел, а вторият изглед, за да го насочите към няколко милиметра, както е показано във видеоклипа.

Стъпка 2: Съберете материалите

Сметка на материалите

1. Arduino Mega 2560 (артикули 1, 2 и 3 могат да бъдат закупени като една пакетна поръчка)
2. 3.2 "TFT LCD сензорен екран (Ive включва код за 3 поддържани варианта)
3. TFT 3.2 -инчов мега щит
4. Транзистор BC548 x 8
5. 0,047uf Greencap кондензатор x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap кондензатор x 1 (50v)
7. 1k резистор x 4
8. 47 Резистор x 4
9. 10k резистор x 4
10. 1M резистор x 4
11. 2.2k резистор x 4
12. SPST мини рокер превключвател
13. Четворно -диференциален компаратор с интегрална схема LM339
14. Сигнални диоди IN4148 x 4
15. Медна WireSpool диаметър 0,3 мм x 2
16. Двужилен екраниран кабел - 4,0 мм диаметър - 5 м дължина
17. USB акумулаторна Powerbank 4400mHa
18. Пиезо зумер
19. Vero Board 80x100mm
20. Пластмасов корпус минимум 100 мм височина, 55 мм дълбочина, 160 мм ширина
21. Кабелни връзки
22. MDF дърво 6-8 мм дебелина - 23 см х 23 см квадратни парчета х 2
23. Micro USB удължителен кабел 10 см
24. USB-A щепселен кабел, подходящ за отрязване до 10 см дължина
25. Аудио жак за слушалки - стерео
26. Различни дървени и пластмасови дистанционни глави детектор
27. Speed Mop Дръжка за метла с регулируема фуга (само едноосно движение - вижте снимките)
28. Едно парче хартия А3
29. Лепило
30. Електрически трион за трион
31. Картон A4 лист с дебелина 3 мм за създаване на бобина за TX и Rx намотки
32. Тиксо
33. Пистолет за горещо лепило
34. Електрическо лепило
35. 10 допълнителни щифта за заглавки на Arduino
36. Клемни щифтове на печатни платки x 20
37. Епоксидно лепило TwoPart - 5 минути време за сушене
38. Занаятчийски нож
39. 5 мм пластмасова тръба с дължина 30 мм х 4 (използвах тръби за поливане на градина от железария)
40. MDF водоустойчив уплътнител (Уверете се, че не съдържа метал)
41. Гъвкав електрически проводник 60 см - сив - диаметър 25 мм

Стъпка 3: Изградете главата на детектора

1. Конструиране на главата

Забележка: Избрах да изградя доста сложна монтажна схема за 8 -те бобини от медна тел, които се използват в главата на детектора. Това включва изрязване на поредица от дупки от два слоя MDF, както може да се види на снимките по -горе. Сега завърших модула, препоръчвам да използвате само един изрязан кръг с диаметър 23 см и да прикрепите бобините към този единствен слой от MDF с горещо лепило. Това намалява времето за изграждане и също така означава, че главата е по -лека.

Започнете, като отпечатате предоставения шаблон на лист хартия А3 и след това залепете това върху MDF плочата, за да ви предостави ръководство за позициониране на бобините.

С помощта на електрически трион внимателно изрежете кръг с диаметър 23 см от MDF.

2. Навиване на бобините

Използвайте картона, за да създадете два цилиндъра с дължина 10 см, държани заедно с тиксо. Диаметърът на предавателните бобини трябва да бъде 7 см, а приемните намотки 4 см.

Поставете калерчето от медна тел върху шип, така че да може да се върти свободно. Прикрепете началото на медната жица към картонения цилиндър с помощта на тиксо. Wind 40 се обръща здраво към цилиндъра и след това използвайте тиксо, за да завържете края.

Използвайте горещо лепило, за да закрепите бобините заедно в поне 8 точки по обиколката на бобините. Когато се охлади, използвайте пръстите си, за да облекчите бобината и след това я закрепете към шаблона за глава на металдетектора с помощта на горещо лепило. Пробийте два отвора през MDF до бобината и прекарайте краищата на бобината до горната страна на металотърсача.

Повторете това упражнение, за да изградите и монтирате 4 x приемни бобини и 4 предавателни бобини. Когато приключите, трябва да има 8 двойки проводници, стърчащи през горната част на металотърсача.

3. Прикрепете екранираните кабели

Нарежете 5 -милиметровия екраниран двужилен кабел на 8 дължини. Отстранете и запойте двойното ядро към всяка бобина за предаване и приемане, оставяйки щита изключен в края на кабела на детекторната глава.

Тествайте намотките и кабелните връзки в другия край на всеки кабел с помощта на Ом метър. Всяка бобина ще регистрира няколко ома и трябва да бъде последователна за всички приемни и предавателни бобини съответно.

Веднъж тестван, използвайте пистолета за горещо лепило, за да закрепите 8 -те кабела в центъра на детекторната глава, готови за закрепване на дръжката и довършване на главата.

Моят съвет е да отстраните и калайдите всяко от екранираните кабелни жила в другия край, за да се подготвите за бъдещите тестове. Прикрепете заземяващ проводник към всеки кабелен щит, тъй като той ще бъде свързан към земята в основното устройство. Това спира смущенията между всеки кабел.

Използвайте мултицет, за да определите коя намотка е коя и прикрепете лепкави етикети, така че да могат лесно да бъдат идентифицирани за бъдещо сглобяване.

Стъпка 4: Сглобете верига за тестване

1. Монтаж на платка

Моята препоръка е да използвате макет за първоначално настройване и тестване на веригата, преди да се ангажирате с Vero Board и заграждение. Това ви дава възможност да адаптирате стойностите на компонентите или да промените кода, ако е необходимо за чувствителност и стабилност. Бобините за предаване и приемане трябва да бъдат свързани, така че да се навиват в една и съща посока и това е по -лесно да се тества на макет, преди да се маркират проводниците за бъдещо свързване към Vero Board.

Сглобете компонентите съгласно електрическата схема и прикрепете бобините на детектора с помощта на свързващ проводник.

Връзките с Arduino се осъществяват най -добре с помощта на свързваща жица за хляб, споена към TFT щита. За цифрови и аналогови пинови връзки добавих Header Pin, който ми позволи да избегна запояване директно към Arduino Board. (Вижте снимката)

2. IDE библиотеки

Те трябва да бъдат изтеглени и добавени към IDE (интегрирана среда за разработка), която работи на вашия компютър, използвана за писане и качване на компютърен код на физическата платка. UTFT.h и URtouch.h, намиращи се в zip файла по -долу

Кредит за UTFT.h и URtouch.h отива на Rinky-Dink Electronics Включих тези zip файлове, тъй като изглежда, че уебсайтът източник не работи.

3. Тестване

Включих тестова програма за обработка на първоначалната настройка, за да можете да се справите с проблемите с ориентацията на бобината. Заредете тестовия код в IDE на Arduino и качете в Mega. Ако всичко работи, трябва да видите тестовия екран, както по -горе. Всяка намотка трябва да произвежда стабилна стойност от около 4600uS във всеки квадрант. Ако това не е така, обърнете полярността на намотките на намотката TX или RX и проверете отново. Ако това не работи, предлагам ви да проверите всяка бобина поотделно и да преминете през веригата, за да отстраните неизправностите. Ако вече имате 2 или 3 работещи, сравнете ги с бобините/схемите, които не работят.

Забележка: По -нататъшното тестване показа, че 0,047uf кондензатори на RX веригата влияят върху цялата чувствителност. Моят съвет е, след като схемата работи върху макет, опитайте да увеличите тази стойност и да тествате с монета, тъй като открих, че това може да подобри чувствителността.

Не е задължително обаче, ако имате осцилоскоп, можете също да наблюдавате TX Pulse и RX Pulse, за да се уверите, че бобините са свързани правилно. Вижте коментарите на снимките, за да потвърдите това.

ЗАБЕЛЕЖКА: Включих PDF документ в този раздел със следи от осцилоскоп за всеки етап от веригата, за да помогна за отстраняване на проблеми

Стъпка 5: Изградете веригата и корпуса

След като уредът бъде тестван за ваше удовлетворение, можете да предприемете следващата стъпка и да изградите платката и корпуса.

1. Подгответе кутията

Поставете основните компоненти и ги поставете във вашия случай, за да определите как всичко ще пасне. Нарежете Vero Board, за да поставите компонентите, но се уверете, че можете да се поберете в дъното на кутията. Бъдете внимателни с акумулаторния пакет, тъй като те могат да бъдат доста обемисти.

Пробийте дупки, за да поберете задния вход на кабелите на главата, превключвателя на захранването, външния USB порт, порта за програмиране Arduino и аудио жака за стерео слушалки.

В допълнение към тази бормашина 4 монтажни отвора в центъра на предната страна на кутията, където ще бъде дръжката, Тези отвори трябва да могат да преминават кабелна връзка през тях в бъдещи стъпки.

2. Сглобете Vero Board

Следвайте електрическата схема и горната снимка, за да разположите компонентите на Vero Board.

Използвах клемни щифтове на печатни платки, за да осигуря лесно свързване на кабелите на бобината на главата към печатната платка. Монтирайте пиезо зумера на печатната платка заедно с интегралната схема и транзисторите. Опитах се да поддържам TX, RX компонентите подравнени отляво надясно и гарантирах, че всички връзки към външни бобини са в единия край на Vero Boar. (вижте оформлението на снимките)

3. Прикрепете кабелите на бобината

Изградете кабелен държач за входящите екранирани кабели от MDF, както е показано на снимките. Това се състои от 8 дупки, пробити в MDF, за да могат кабелите да седят в съответствие с клемните щифтове на печатни платки. Докато свързвате всяка намотка, си струва да тествате веригата постепенно, за да осигурите правилна ориентация на бобината.

4. Тествайте устройството

Свържете USB захранващия блок, превключвателя на захранването, аудио жака за телефон и поставете всички кабели и кабели, за да осигурите плътно прилягане в кутията. Използвайте горещо лепило, за да задържите предметите на място, за да сте сигурни, че няма нищо, което може да издърпа наоколо. Съгласно предишната стъпка, заредете тестовия код и се уверете, че всички бобини работят както се очаква.

Проверете дали USB захранващият блок се зарежда правилно, когато е свързан отвън. Уверете се, че има достатъчно свободно пространство, за да свържете Arduino IDE кабела.

5. Изрежете екрана на екрана

Поставете екрана в центъра на кутията и маркирайте ръбовете на LCD дисплея на предния панел, готов за изрязване на бленда. С помощта на занаятчийски нож и метална линийка внимателно забийте капака на кутията и изрежете отвора.

След като се шлайфа и подаде за оформяне на внимателно позиционирания капак, като същевременно се гарантира, че всички компоненти, дъски, окабеляване и екран са закрепени на място с дистанционери и горещо лепило.

7. Изградете слънцезащитен козирка

Намерих стар черен корпус, който успях да изрежа и да използвам като сенник, както е показано на снимките по -горе. Залепете това върху предния панел, като използвате 5 -минутна двукомпонентна епоксидна смола.

Стъпка 6: Прикрепете дръжката и калъфа към главата на детектора

Сега, когато електрониката и главата на детектора са изградени, остава само да завършите надеждното монтиране на устройството.

1. Прикрепете главата към дръжката

Променете съединението на дръжката, за да можете да го прикрепите към главата с помощта на два винта. В идеалния случай искате да сведете до минимум количеството метал в близост до намотките, така че използвайте малки винтове за дърво и много 5 -минутно 2 -частно епоксидно лепило, за да закрепите към главата. Вижте снимките по -горе.

2. Окабеляване на главата

Използвайки кабелни връзки, внимателно завържете окабеляването, като добавите кабелна връзка на всеки 10 см по екранираното окабеляване. Внимавайте да осигурите най -добрата позиция за калъфа, така че да можете лесно да видите екрана, да достигнете до контролите и да свържете слушалки/щепсели.

3. Прикрепете електрониката към дръжката

Изградете 45 -градусов монтажен блок от MDF, за да можете да прикрепите кутията под ъгъл, което означава, че когато метете детектора по земята, можете лесно да видите TFT дисплея. Вижте снимката по -горе.

Прикрепете кутията за електроника към дръжката с кабелни връзки, преминаващи през монтажния блок и в кутията през предварително пробити отвори за монтаж.

4. Завършете главата на детектора

Намотките на главата на детектора трябва да бъдат фиксирани без движение в окабеляването, така че това е подходящ момент да използвате горещо лепило, за да закрепите старателно всички бобини.

Детекторната глава също трябва да бъде водоустойчива, така че е важно да напръскате MDF с прозрачен уплътнител (уверете се, че уплътнителят не съдържа метал по очевидни причини).

Пробийте 5 мм отвори в центъра на всяка намотка и прокарайте 5 мм х 30 мм пластмасова тръба, за да можете да натискате дървени шишчета в почвата отдолу, след като сте посочили мишена. Използвайте пистолет за горещо лепило, за да го заключите.

След това покрих горната част на главата с пластмасова плоча, а долната част с дебела пластмасова корица за книги, докато завърших ръба с гъвкава тръба за електрически проводници и горещо залепена на място.

Стъпка 7: Окончателно сглобяване и тестване

1. Зареждане

Поставете стандартно зарядно за мобилен телефон в Micro USB порта и се уверете, че устройството е заредено адекватно.

2. Код за качване

Използвайте Arduino IDE, за да качите приложения код.

3. Бутон за заглушаване

Устройството по подразбиране е заглушено при включване. Това се обозначава с червен бутон за заглушаване в долната LHS на екрана. За да активирате звука, натиснете този бутон и бутонът трябва да стане зелен, обозначавайки активиран звук.

При изключване на звука вътрешният зумер и външният аудио жак за телефон ще издават звук.

4. Калибриране

Калибрирането връща следата в долната част на екрана под праговите линии. При първото включване устройството автоматично ще се калибрира. Устройството е изключително стабилно, но ако има нужда от повторно калибриране, това може да стане чрез докосване на бутона за калибриране на екрана, който ще се калибрира за по -малко от секунда.

5. Прагове

Ако сигналът на която и да е следа надвишава праговата линия (пунктираната линия на екрана) и бутонът за заглушаване е изключен, тогава ще се получи аудио сигнал.

Тези прагове могат да се регулират нагоре и надолу чрез докосване на екрана над или под всяка линия за проследяване.

6. Регулиране на PW и DLY

Продължителността на импулса към намотката и забавянето между импулсите могат да се регулират чрез сензорния дисплей. Това е наистина на място за експериментиране, така че различни среди и съкровища могат да бъдат тествани за най -добри резултати.

7. Видове дисплеи

Има 4 различни типа дисплей

Опция за показване 1: Положение на целта под главата на детектора Намерението ми беше да използвам 4 -те намотки за триангулиране на позицията на целта под главата на детектора. Нелинейният характер на бобините за търсене направи това предизвикателство, но анимираният-g.webp

Опция 2 на дисплея: Показване на сигнална следа за всяка бобина за търсене Това ви позволява да проследите къде се намира целевият обект под главата, като изчертаете независима следа за силата на сигнала на екрана за всяка бобина за търсене. Това е полезно, за да се определи дали имате две цели близо една до друга под главата на детектора и относителната сила.

Опция 3 на дисплея: Същата като опция 2, но с по -дебела линия улеснява виждането.

Опция за показване 4: Същото като опция 2, но рисува над 5 екрана, преди да изтрие следата. Подходящ за улавяне на слаби сигнали.

Тествам терен през следващите няколко седмици, така че ще публикувам всички находки от съкровища.

Сега отидете да се забавлявате и да намерите съкровище !!

Стъпка 8: Епилог: Вариации на бобини

Имаше много добри, интересни въпроси и предложения относно конфигурациите на бобините. При разработването на тази инструкция имаше многобройни експерименти с различни конфигурации на бобини, които си струва да се споменат.

Снимките по -горе показват някои от бобините, които опитах, преди да се спра на текущия дизайн. Ако имате допълнителни въпроси, пишете ми.

От вас зависи да експериментирате допълнително!

Първа награда в Invention Challenge 2017

Първа награда в научния конкурс Explore 2017