Pocket Metal Locator - Arduino: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

De TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets pe Instagram Urmăriți mai multe de la autor:

Despre: Nebun de tehnologie și posibilitățile pe care le poate aduce. Îmi place provocarea de a construi lucruri unice. Scopul meu este să fac tehnologia distractivă, relevantă pentru viața de zi cu zi și să ajut oamenii să reușească să construiască cool … Mai multe despre TechKiwiGadgets »

Acest mic localizator metalic de buzunar este destul de sensibil pentru a identifica unghiile și vârfurile mici din lemn și suficient de compact pentru a se încadra în spații incomode, făcându-l convenabil de transportat și utilizat pentru localizarea metalelor.

Unitatea are patru bobine de căutare independente și indicatoare LED color, facilitând acoperirea rapidă a unei zone de căutare mai mari, putând identifica cu precizie ținta.

Acest dispozitiv mic se auto-calibrează cu un singur buton, reîncărcabil printr-un port USB și folosește LED-uri color, sunet și vibrații pentru a indica puterea țintei.

Sunt incluse în instructabile toate proiectele, testarea, codul și fișierele 3D necesare pentru a construi pe cont propriu. Sper că vă place să construiți și să folosiți acest lucru la fel de mult ca mine !!

Pasul 1: Lista materialelor și modul în care funcționează

1. Cum funcționează

Pocket Metal Locator folosește patru bobine independente de căutare cu inducție de impulsuri alimentate de un Arduino Pro Mini. Fiecare bobină de căutare este alcătuită dintr-o bobină separată TX și RX în care un impuls este indus în bobina TX care creează un câmp electromagnetic în jurul bobinei RX. Câmpul în schimbare induce o tensiune în bobina RX care este detectată și amplificată înainte ca lățimea impulsului semnalului să fie citită de Arduino.

Un algoritm de netezire în codul Arduino este utilizat pentru a elimina zgomotul de la impulsurile valide, făcându-l foarte stabil.

Un algoritm de calibrare din cod ia o medie de citiri pe o perioadă scurtă de pornire și stabilește o serie de praguri pentru a compara semnalul cu.

Când un obiect metalic se află în raza câmpului electromagnetic, câmpul este întrerupt și o parte din energie este deviată din bobina RX în „curenții Eddie” care se formează în obiectul țintă. Acest efect parazit al obiectului țintă are ca rezultat reducerea lățimii impulsului detectată în bobina RX. În esență, măsurăm pierderea de putere în obiectul țintă.

Când lățimea impulsului detectată în bobina RX scade sub prag atunci LED-urile sunt aprinse, soneria este sunată și motorul Haptic Feedback este declanșat - în funcție de o dimensiune prestabilită a semnalului țintă.

Circuitul pentru acest lucru a evoluat în ultimul an într-un detector foarte stabil și performant. Configurarea și orientarea bobinei au fost proiectate în mod deliberat pentru a maximiza stabilitatea și detectarea adâncimii.

2. Lista materialelor

1. 3.7v 350mAh Dimensiune baterie LiPo: 38mm x 20mm x 7.5mm
2. Încărcător de baterie USB LiPo TP4056 Foaie de date
3. Rezistor de 4,7K pentru a limita curentul de încărcare a bateriei LiPo sub 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB to Serial Module pentru programarea Mini Pro
6. LM339 Circuit integrat comparator diferențial quad
7. Vero Board - 2 bucăți tăiate la 20x9 găuri și 34x9 (vezi fotografia pentru orientare corectă)
8. BC548 NPN tranzistor x 4
9. Comutator MOSFET 2N7000 x 5
10. Piezo Buzzer
11. Motor de vibrație a monedei pentru feedback haptic
12. Modul LED WS2812 RGB x 4
13. Rezistor 1k x 4
14. Rezistor 10k x 4
15. Rezistor de 47 Ohm x 4
16. Rezistor 2.2K x 4
17. Condensator ceramic de 150 pf x 8
18. Condensator de poliester 0,18 uF x 4
19. Rola de sârmă de cupru smalț de 0,3 mm (în mod normal, rulează aproximativ 25 g greutate)
20. Comutator de buton montat pe PCB
21. Hot Glue Gun
22. Burghiu de 10 mm
23. Burghiu manual
24. Etichetă pistol sau bandă lipicioasă adecvată pentru etichetarea a 16 fire separate Sârmă de conectare
25. Acces la o imprimantă 3D

3. Operațiune comparativă

Am avut o serie de întrebări despre funcționarea LM339, așa că m-am gândit să dau o explicație mai clară.

LM339 funcționează doar ca un comparator de tensiune, comparând tensiunea diferențială între pinii pozitivi și negativi și oferind o impedanță logică scăzută sau mare (logică ridicată cu pullup) pe baza polarității diferențiale de intrare.

În acest circuit, intrarea pozitivă a comparatorului este conectată la linia Vcc și un rezistor de tracțiune la Vcc este aplicat la ieșirea comparatorului. În această configurație, în practică, tensiunea de ieșire a comparatorului rămâne ridicată, până când tensiunea de intrare pe intrarea negativă depășește 3,5v

Operațiunea poate fi explicată din fișa tehnică LM339, care prezintă „gama de tensiune de intrare” cuprinsă între 0 V și Vsup-1,5 V

Când ambele IN– și IN + sunt ambele în domeniul modului comun, dacă IN– este mai mic decât IN + și tensiunea de offset, ieșirea este cu impedanță ridicată și tranzistorul de ieșire nu conduce

Când IN– este mai mare decât modul obișnuit și IN + este în modul comun, ieșirea este scăzută și tranzistorul de ieșire scade curent. Link către fișa tehnică și explicația de mai jos

Pasul 2: tipăriți carcasa

Carcasa imprimată 3D a fost realizată folosind 5 tipăriri separate. Dimensiunile și fișierele 3D pot fi găsite aici pe Thingiverse. Designul a fost centrat pe facilitarea ținerii dispozitivului, asigurând în același timp că bobinele de căutare erau cât mai aproape de zona căutată.

Imprimați cu atenție carcasa și îndepărtați excesul de plastic. Este important să faceți acest pas acum, astfel încât componentele electronice să poată fi aliniate în carcasă înainte de conectarea finală și testare.

Am inclus o imagine a mai multor modele de carcase diferite pe care le-am testat înainte de a mă stabili pe designul final, care era mai compact și mai plăcut din punct de vedere ergonomic.

Pasul 3: Construiți și montați bobinele de căutare

Luați formatoarele de bobine tipărite și înfășurați 25 de ture de sârmă de cupru pe fiecare dintre ele. Asigurați-vă că lăsați 20 cm de sârmă de cupru suplimentară pentru conectarea la unitatea principală.

Utilizați găurile imprimate în formatoare pentru a permite un vânt consistent și orientarea bobinelor pentru fiecare dintre ele. În timp ce faceți acest lucru, întoarceți-l pe primul cu capul în jos și lipiți-l progresiv pe primul în unitatea de bază.

Urmați ansamblul foto așa cum este furnizat, rezultatul fiind 8 bobine montate în ansamblul bobinei cu toate firele orientate în mod constant și suficient de lungi pentru a vă conecta la unitatea plăcii principale din incinta superioară.

Utilizați cele două blocuri de ghidare a firelor care au găuri pentru fiecare bobină pe baza imprimată pentru a urmări fiecare bobină specifică.

Am așezat firele pentru bobinele interioare de-a lungul vârfului și bobinele exterioare de-a lungul fundului blocului de sârmă, astfel încât să pot urmări fiecare bobină specifică, ceea ce face mai ușoară conectarea la placa principală.

Pasul 4: Construiți circuitul

Unitatea are patru circuite cheie pentru a construi independent - placa driverului, placa principală, ansamblul LED și sursa de alimentare reîncărcabilă. În acest pas, vom construi placa de conducere și placa principală.

1. Placa șoferului

Utilizați un cuțit manual pentru a tăia o bucată de tablă Vero de-a lungul găurilor 22x11, rezultatul fiind o bucată de tablă Vero cu găuri 20x9 orientate conform imaginii incluse. Cel mai bine este să înscrieți peste găurile de pe ambele părți ale plăcii de mai multe ori, apoi să scoateți ușor excesul de placă. Verificați dacă placa este așezată în baza carcasei, cu suficient spațiu liber de ambele părți.

Folosind manual fotografiile și un burghiu de 10 mm rupeți cu grijă cuțitele afișate în partea de jos a plăcii Vero. Urmați schema circuitului și aspectul foto al componentelor pentru a asambla placa de circuit, având grijă să vă asigurați că nu există piste scurtcircuitate.

Puneți această placă deoparte pentru testare ulterior.

2. Consiliul principal

Utilizați un cuțit manual pentru a tăia o bucată de placă Vero de-a lungul găurilor 36x11, rezultatul fiind o bucată de placă Vero cu găuri 34x9 orientate conform imaginii incluse. Cel mai bine este să înscrieți peste găurile de pe ambele părți ale plăcii de mai multe ori, apoi să scoateți ușor excesul de placă. Verificați dacă placa este așezată în baza carcasei, cu suficient spațiu liber de ambele părți.

Folosind manual fotografiile și un burghiu de 10 mm rupeți cu grijă cuțitele afișate în partea de jos a plăcii Vero.

Urmați schema circuitului și dispunerea fotografiilor Arduino și LM339 IC și a altor componente pentru a asambla placa de circuit, având grijă să vă asigurați că nu există piste scurtcircuitate.

Puneți această placă deoparte pentru testare ulterior.

Pasul 5: Adăugați indicatori LED

Am folosit LED-uri WS2182 care au un IC încorporat care le permite să fie adresate de Arduino folosind trei fire separate, totuși o gamă largă de culori și culori de luminozitate pot fi create prin trimiterea unei comenzi către LED. Acest lucru se face printr-o bibliotecă specială încărcată în IDE-ul Arduino acoperit în secțiunea de testare.

1. Montarea LED-urilor în capacul carcasei bobinei

Poziționați cu grijă cele patru LED-uri astfel încât să fie orientate corect, astfel încât conexiunile VCC și GND să fie aliniate și să stea în centrul găurilor.

Folosiți Hot Glue pentru a fixa LED-urile în poziție.

2. Cablarea LED-urilor

Îndepărtați cu atenție și poziționați trei lungimi de 25 cm de sârmă de conectare cu un singur miez peste contactele LED-urilor.

Lipiți-le în poziție și asigurați-vă că firul central de date este conectat la contactele IN și OUT conform fotografiei.

3. Verificarea alinierii cazului

Verificați dacă capacul carcasei va sta la același nivel cu carcasa bobinei, apoi folosiți Hot Glue pentru a ține firele în poziție la capătul de bază al capacului.

Puneți-l deoparte pentru testare ulterior.

Pasul 6: Asamblarea și testarea unității

1. Pregătirea pentru asamblare

Înainte de asamblare, vom testa fiecare placă în mod progresiv pentru a facilita depanarea problemelor.

Arduino Pro Mini necesită o placă serială USB pentru a fi programată de PC. Acest lucru permite ca placa să aibă dimensiuni mai mici, deoarece nu are o interfață serială pe ea. Pentru a programa aceste plăci, va trebui să investiți în obținerea unuia așa cum este prezentat în lista de piese.

Înainte de a încărca codul Arduino, va trebui să adăugați Biblioteca „FastLED.h” ca bibliotecă pentru a conduce LED-urile WS2182. Au fost furnizate o serie de urme ale osciloscopului pentru depanare, dacă există probleme.

Există, de asemenea, o captură de ecran a ieșirii de date seriale IDE utilizând funcția Graph Plot, care arată ieșirea lățimii impulsurilor fiecăruia dintre canale, precum și valoarea pragului. Acest lucru este util în timpul testării, deoarece puteți vedea dacă fiecare canal are performanțe la niveluri similare de sensibilitate.

Am inclus două copii ale codului. Unul a testat fluxul de date seriale în scopuri de depanare.

NOTĂ: Nu conectați unitatea LiPo Battery până la ultimul pas, deoarece scurtcircuitarea accidentală a acestuia în timpul asamblării poate provoca supraîncălzirea unității sau chiar incendierea.

2. Testați placa principală

Înainte de a conecta placa principală la orice, este recomandabil să atașați cablul serial Arduino și să verificați dacă codul se încarcă.

Acest lucru va testa pur și simplu dacă aveți Arduino conectat fizic corect și că IDE și bibliotecile sunt încărcate. Încărcați codul prin IDE care ar trebui să se încarce fără erori și nu ar trebui să iasă fum din niciun component !!

3. Conectați placa driverului

Urmați schema de circuit pentru a conecta placa șoferului la placa principală și poziționați fizic unitatea în carcasă pentru a vă asigura că elementele se potrivesc în carcasă. Acesta este un caz de încercare și eroare și necesită persistență.

Încărcați codul prin IDE, care ar trebui să se încarce fără erori și nu ar trebui să iasă fum din niciun component !!

4. Conectați bobinele Urmați schema circuitului pentru a conecta bobinele la placa principală și poziționați fizic unitatea în carcasă pentru a vă asigura că elementele se potrivesc corespunzător. Asigurați-vă cu atenție că bobinele sunt aliniate cu intrările plăcii șoferului și plăcii principale conform schemei de circuit.

Cu codul de test încărcat, portul serial va afișa lățimea impulsului pe bobina de recepție undeva între 5000 - 7000uS. Acest lucru poate fi vizualizat, de asemenea, utilizând IDE Graph Plotter.

Acest lucru vă va permite să depanați fiecare dintre canale și să vedeți, de asemenea, efectul deplasării unei monede în apropierea bobinei de căutare, care ar trebui să reducă lățimea impulsului pe măsură ce ținta se apropie de bobina de căutare.

Dacă aveți un osciloscop, puteți verifica și formele de undă în diferite etape ale circuitului pentru a diagnostica problemele.

Odată ce toate canalele funcționează conform poziției așteptate, firele astfel încât carcasa carcasei să se asambleze și să se închidă corect.

5. Conectați LED-urile

Luați cu grijă cele trei fire de la LED-urile carcasei bobinei și conectați-le la placa principală. Încărcați codul și verificați dacă LED-urile funcționează corect. Folosiți lipici pentru a fixa capacul carcasei bobinei în poziție.

Pasul 7: Conectarea bateriei reîncărcabile

NOTĂ:

1. Nu conectați unitatea LiPo Battery până la ultimul pas, deoarece scurtcircuitarea accidentală a acestuia în timpul asamblării poate provoca supraîncălzirea unității sau chiar incendierea.

2. Când manipulați bateria și încărcătorul, asigurați-vă că aveți grijă să nu scurtați conexiunile bateriei.

3. Bateriile LiPo sunt diferite de alte reîncărcabile, iar încărcarea cu supracurent poate fi periculoasă, deci asigurați-vă că configurați corect circuitul de încărcare.

4. Nu conectați cablul serial Arduino la unitate când butonul de alimentare este apăsat, altfel bateria ar putea fi deteriorată.

1. Modificați limita curentului încărcătorului

Pocket Metal Locator folosește o baterie LiPo care poate fi încărcată cu ajutorul unui încărcător de telefon Micro USB. Placa de încărcare TP4056 USB LiPo Batt este mai întâi modificată cu rezistor de 4.7K pentru a limita curentul de încărcare sub 300mA. Instrucțiuni despre cum se poate face acest lucru pot fi găsite aici.

Acest lucru necesită îndepărtarea rezistorului existent montat pe suprafață și înlocuirea cu un rezistor așa cum se arată în fotografie. Odată amplasat, protejați orice mișcare neplanificată a rezistorului cu un pistol de adeziv fierbinte.

Înainte de a vă conecta la placa principală, testați încărcătorul funcționând corect conectând un încărcător de telefon mobil cu un port Micro USB. Lampa roșie de încărcare ar trebui să se aprindă atunci când funcționează corect.

2. Instalați comutatorul de alimentare al butonului

Asigurați-vă că butonul de apăsare este montat în poziția corectă, astfel încât să iasă prin centrul capacului carcasei, apoi lipiți butonul de apăsare în poziție. Instalați fire între comutatorul de buton și ieșirea încărcătorului și linia VCC de pe Arduino conform schemei de circuit.

Când este instalat corect, apăsând comutatorul se va activa unitatea.

Fixați bateria în poziție folosind adeziv fierbinte și asigurați-vă că mufa Micro USB este aliniată la gaura din capacul carcasei, astfel încât să poată fi încărcată.

Pasul 8: Testarea și funcționarea finală

1. Asamblare fizică

Ultimul pas este să rearanjați firele cu atenție, astfel încât carcasa să se închidă corect. Folosiți lipici fierbinte pentru a fixa placa principală în capac și apoi închideți capacul în poziție.

2. Funcționarea unității

Unitatea funcționează prin calibrare după apăsarea și menținerea butonului de alimentare. Toate LED-urile vor clipi când unitatea este gata de utilizare. Țineți apăsat butonul în timp ce căutați. LED-urile se schimbă de la Albastru-Verde, Roșu, Violet pe baza puterii obiectului țintă. Feedback-ul haptic apare atunci când LED-urile devin violete.

Nu ești pregătit să folosești aplicații practice !!