Detector de metale ecologic - Arduino: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Detectarea metalelor este foarte distractiv. Una dintre provocări este posibilitatea de a restrânge locul exact de sapat pentru a minimiza dimensiunea găurii rămase în urmă.

Acest detector unic de metale are patru bobine de căutare, un ecran tactil color pentru a identifica și a identifica locația găsirii dvs.

Incorporează calibrarea automată, un pachet de alimentare reîncărcabil USB, cu patru moduri diferite de ecran, frecvență și reglarea lățimii impulsurilor, care vă permite să personalizați modul în care căutați.

Odată ce ați identificat comoara, o singură gaură centrată deasupra fiecărei bobine vă permite să utilizați o frigăruie de lemn pentru a împinge în pământ, astfel încât să puteți începe să săpați un mic dop din pământ, reducând daunele aduse mediului.

Fiecare bobină poate detecta cu ușurință monede și inele la o adâncime de 7-10 cm, așa că este ideală pentru căutarea de monede și inele pierdute în jurul parcurilor și plajelor.

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

Mulțumesc - Dacă ați apăsat butonul de vot în colțul din dreapta sus pentru concursurile „Invenție provocare” și „Explorează știința” !!!

mulțumesc mult, TechKiwi

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

Pasul 1: Știința din spatele detectării metalelor

Proiectare detecție metale

Există mai multe variante ale modelelor de detectoare de metale. Acest tip special de detector de metale este un detector cu inducție de impuls care utilizează bobine de transmisie și recepție separate.

Arduino produce un impuls care este aplicat bobinei de transmisie pentru o perioadă foarte scurtă de timp (4uS) printr-un tranzistor. Acest curent din impuls determină formarea unui câmp magnetic brusc în jurul bobinei, câmpul de expansiune și prăbușire induce o tensiune în bobina de recepție. Acest semnal primit este amplificat de tranzistorul de recepție și apoi transformat într-un impuls digital curat de un comparator de tensiune și, la rândul său, eșantionat de un pin de intrare digitală pe Arduino. Arduino este programat pentru a măsura lățimea impulsului impulsului primit.

În acest design, lățimea impulsului recepționat este determinată de inductanța bobinei de recepție și de un condensator. Fără obiecte în raza de acțiune, lățimea impulsului de bază măsoară aproximativ 5000 uS. Când obiectele metalice străine intră în câmpul magnetic care se extinde și se prăbușește, acest lucru face ca o parte din energie să fie indusă în obiect sub formă de curenți turbionari. (Inductie electromagnetica)

Rezultatul net este că lățimea impulsului primit este redusă, această diferență în lățimea impulsului este măsurată de Arduino și afișată pe un afișaj TFT în diferite formate.

Afișați opțiunea 1: Poziția țintei sub capul detectorului

Intenția mea a fost să folosesc cele 4 bobine pentru a triangula poziția țintei sub capul detectorului. Natura neliniară a bobinelor de căutare a făcut această provocare, cu toate acestea, GIF-ul animat de mai sus arată că rezultatele sunt suficient de utile pentru a arăta poziția relativă a țintei sub cap, precum și puterea semnalului.

Opțiunea de afișare 2: Afișați urmele semnalului pentru fiecare bobină de căutare

Acest lucru vă permite să urmăriți unde se află obiectul țintă sub cap, trasând o urmă independentă a puterii semnalului pe ecran pentru fiecare bobină de căutare. Acest lucru este util pentru a determina dacă aveți două ținte apropiate sub capul detectorului și puterea relativă.

Utilizări practice

Această abordare vă permite să utilizați prima vizualizare pentru a identifica o țintă și a doua vizualizare pentru a o îndrepta către câțiva milimetri, așa cum se arată în clipul video.

Pasul 2: Strângeți materialele

Proiect de lege de materiale

1. Arduino Mega 2560 (Articolele 1, 2 și 3 pot fi achiziționate ca o singură comandă la pachet)
2. Ecran tactil LCD TFT de 3,2 "(am inclus cod pentru 3 variante acceptate)
3. TFT Mega Shield de 3,2 inci
4. Tranzistor BC548 x 8
5. Condensator Greencap 0,047uf x 4 (50v)
6. Condensator Greencap 0,1uf x 1 (50v)
7. Rezistor 1k x 4
8. 47 Rezistor x 4
9. Rezistor 10k x 4
10. 1M rezistor x 4
11. 2.2k Rezistor x 4
12. SPST Mini comutator basculant
13. Comparator diferențial cu circuit integrat LM339 Quad
14. Diodele de semnal IN4148 x 4
15. Sârmă de cupru Diametru 0.3mm x 2
16. Cablu ecranat cu două nuclee - diametru de 4,0 mm - lungime de 5 m
17. Powerbank reîncărcabil USB 4400mHa
18. Piezo Buzzer
19. Placă Vero 80x100mm
20. Carcasă din plastic minim 100 mm înălțime, 55 mm adâncime, 160 mm lățime
21. Legaturi de cablu
22. MDF Lemn 6-8mm Grosime - 23cm x 23cm bucăți pătrate x 2
23. Cablu prelungitor micro USB de 10cm
24. Cablu mufă USB-A potrivit pentru a fi tăiat până la 10cm lungime
25. Căști audio Jack Point - Stereo
26. Diverse capuri de detector pentru distanțieri din lemn și plastic
27. Mâner de mătură Speed Mop cu articulație reglabilă (numai mișcare pe o axă - vezi fotografiile)
28. O bucată de hârtie A3
29. Lipici
30. Mașină de tăiat ferăstrău electric
31. Foaie A4 Carton grosime 3mm pentru crearea unui formator de bobine pentru bobine TX și Rx
32. Banda adeziva
33. Hot Glue Gun
34. Adeziv electric
35. 10 pini suplimentare pentru antet Arduino
36. Pinii bornei PCB x 20
37. Lipici epoxidic TwoPart - timp de uscare de 5 min
38. Cuțit Craft
39. 5mm Lungime tub plastic 30mm x 4 (am folosit tuburi pentru sisteme de udare de grădină din magazinul de hardware)
40. MDF Etanș impermeabil (Asigurați-vă că nu conține metal)
41. Conductă electrică flexibilă de 60 cm - gri - diametru 25 mm

Pasul 3: Construiți capul detector

1. Construirea ansamblului capului

Notă: Am ales să construiesc un aranjament de montare destul de complex pentru cele 8 bobine de sârmă de cupru care sunt utilizate în capul detectorului. Aceasta a implicat tăierea unei serii de găuri din două straturi de MDF, după cum se poate vedea în fotografiile de mai sus. Acum am finalizat unitatea pe care o recomand să folosesc doar un singur cerc decupat de 23 cm în diametru și să atașez bobinele la acest singur strat de MDF cu adeziv fierbinte. Acest lucru reduce timpul de construcție și înseamnă, de asemenea, că capul este mai ușor.

Începeți prin imprimarea șablonului furnizat pe o bucată de hârtie A3 și apoi lipiți-l pe placa MDF pentru a vă oferi un ghid pentru poziționarea bobinelor.

Folosind un ferăstrău electric Jig Saw, tăiați cu atenție un cerc de 23 cm diametru din MDF.

2. Înfășurarea bobinelor

Folosiți cartonul pentru a crea doi cilindri cu lungimea de 10 cm, ținuți împreună cu banda de conducte. Diametrul bobinelor de transmisie trebuie să fie de 7cm, iar bobinele de recepție de 4cm.

Așezați bobina de sârmă de cupru pe un vârf, astfel încât să se poată roti liber. Atașați începutul firului de cupru pe cilindrul de carton folosind bandă adezivă. Vântul 40 se rotește ferm pe cilindru și apoi folosește bandă de canal pentru a lega capătul.

Folosiți Hot Glue pentru a fixa bobinele împreună pe cel puțin 8 puncte în jurul circumferinței bobinelor. Când s-a răcit, folosiți degetele pentru a ușura bobina și apoi fixați-o pe șablonul capului detectorului de metale folosind Hot Glue. Faceți două găuri prin MDF de lângă bobină și treceți capetele bobinei prin partea superioară a capului detector de metale.

Repetați acest exercițiu pentru a construi și monta 4 x Receive Coils și 4 Transmit coils. La terminare, ar trebui să existe 8 perechi de fire care să iasă din partea superioară a capului detectorului de metale.

3. Atașați cablurile ecranate

Tăiați lungimea de 5M a cablului dublu ecranat în 8 lungimi. Îndepărtați și lipiți miezul dublu la fiecare bobină de transmisie și recepție lăsând scutul deconectat la capătul capului detector al cablului.

Testați bobinele și conexiunile cablurilor la celălalt capăt al fiecărui cablu folosind un Ohm Meter. Fiecare bobină va înregistra câțiva ohmi și ar trebui să fie consecventă pentru toate bobinele de recepție și respectiv de transmisie.

Odată testat, folosiți pistolul de lipit fierbinte pentru a fixa cele 8 cabluri în centrul capului detector, gata pentru atașarea mânerului și finisarea capului.

Sfatul meu este să decupați și să cosiți fiecare dintre miezurile cablurilor ecranate la celălalt capăt, în pregătirea pentru testarea viitoare. Atașați un fir de împământare la fiecare ecran de cablu, deoarece acesta va fi conectat la pământ în unitatea principală. Aceasta oprește interferența dintre fiecare cablu.

Folosiți un multimetru pentru a identifica care este bobina care și atașați etichete lipicioase, astfel încât acestea să poată fi identificate cu ușurință pentru asamblarea viitoare.

Pasul 4: Asamblați circuitul pentru testare

1. Ansamblu panou de panificatie

Recomandarea mea este să utilizați o placă de verificare pentru a configura și testa mai întâi circuitul înainte de a vă angaja în placa Vero și o incintă. Acest lucru vă oferă posibilitatea de a adapta valorile componentelor sau de a modifica codul, dacă este necesar pentru sensibilitate și stabilitate. Bobinele de transmisie și recepție trebuie să fie conectate, astfel încât să fie înfășurate în aceeași direcție și acest lucru este mai ușor de testat pe o placă înainte de a eticheta firele pentru o conexiune viitoare la placa Vero.

Asamblați componentele conform schemei de circuit și atașați bobinele capului detectorului utilizând un fir de conectare.

Conexiunile la Arduino se realizează cel mai bine folosind sârmă de prindere a panoului sudat pe scutul TFT. Pentru conexiunile cu pin digital și analogic, am adăugat un Pin antet care mi-a permis să evit lipirea direct pe placa Arduino. (Vezi poza)

2. Biblioteci IDE

Acestea trebuie descărcate și adăugate la IDE (Integrated Development Environment) care rulează pe computerul dvs., utilizat pentru a scrie și încărca codul computerului pe placa fizică. UTFT.h și URtouch.h aflate în fișierul zip de mai jos

Creditul pentru UTFT.h și URtouch.h se îndreaptă către Rinky-Dink Electronics Am inclus aceste fișiere zip, deoarece se pare că site-ul sursă este defect.

3. Testarea

Am inclus un program de testare pentru a gestiona configurarea inițială, astfel încât să puteți rezolva problemele de orientare a bobinei. Încărcați codul de test în IDE-ul Arduino și încărcați-l pe Mega. Dacă totul funcționează, ar trebui să vedeți ecranul de testare ca mai sus. Fiecare bobină ar trebui să producă o valoare a stării de echilibru de aproximativ 4600uS în fiecare cadran. Dacă nu este cazul, inversați polaritatea înfășurărilor de pe bobina TX sau RX și testați din nou. Dacă acest lucru nu funcționează, vă sugerez să verificați fiecare bobină individual și să reveniți prin circuit pentru a depana. Dacă aveți deja 2 sau 3 de lucru, comparați-le cu bobinele / circuitele care nu funcționează.

Notă: Testele ulterioare au arătat că condensatorii de 0,047 ui de pe circuitul RX influențează asupra tuturor sensibilității. Sfatul meu este că, odată ce circuitul funcționează pe o placă de încercare, încercați să măriți această valoare și testați cu o monedă, deoarece am constatat că acest lucru poate îmbunătăți sensibilitatea.

Nu este obligatoriu, totuși, dacă aveți un osciloscop, puteți observa și impulsul TX și impulsul RX pentru a vă asigura că bobinele sunt conectate corect. Vedeți comentariile din imagini pentru a confirma acest lucru.

NOTĂ: Am inclus un document PDF în această secțiune cu urmele osciloscopului pentru fiecare etapă a circuitului pentru a ajuta la depanarea oricăror probleme

Pasul 5: Construiți circuitul și carcasa

Odată ce unitatea a fost testată pentru satisfacția dvs., puteți face pasul următor și puteți construi placa de circuit și carcasa.

1. Pregătiți incinta

Așezați componentele majore și poziționați-le în cazul dvs. pentru a determina modul în care se va potrivi totul. Tăiați placa Vero pentru a găzdui componentele, totuși, asigurați-vă că vă puteți încadra în partea inferioară a carcasei. Aveți grijă la pachetul de alimentare reîncărcabilă, deoarece acestea pot fi destul de voluminoase.

Găuriți pentru a găzdui intrarea din spate a cablurilor pentru cap, comutatorul de alimentare, portul USB extern, portul de programare Arduino și mufa audio pentru căști stereo.

În plus față de acest burghiu, 4 orificii de montare în centrul părții frontale a carcasei în care va fi mânerul, aceste găuri trebuie să poată trece prin ele o legătură de cablu în etapele viitoare.

2. Asamblați placa Vero

Urmați Diagrama circuitului și imaginea de mai sus pentru a poziționa componentele pe placa Vero.

Am folosit pinii terminalului PCB pentru a permite conectarea ușoară a cablurilor bobinei la PCB. Montați Piezo Buzzer pe PCB împreună cu CI și tranzistoare. Am încercat să mențin componentele TX, RX aliniate de la stânga la dreapta și m-am asigurat că toate conexiunile la bobine externe se aflau la un capăt al Vero Boar. (vezi aspectul în fotografii)

3. Atașați cablurile bobinei

Construiți un suport pentru cabluri pentru cablurile ecranate primite din MDF așa cum se arată în imagini. Acesta constă din 8 găuri găurite în MDF pentru a permite cablurilor să stea aliniate la pinii terminalului PCB. Pe măsură ce atașați fiecare bobină, merită să testați progresiv circuitul pentru a asigura orientarea corectă a bobinei.

4. Testați unitatea

Conectați pachetul de alimentare USB, comutatorul de alimentare, mufa audio pentru telefon și poziționați toate cablurile și cablurile pentru a vă asigura o potrivire perfectă în carcasă. Folosiți Hot Glue pentru a ține obiectele în poziție pentru a vă asigura că nu există nimic care să poată clătina. Conform pasului anterior, încărcați codul de testare și asigurați-vă că toate bobinele funcționează conform așteptărilor.

Testați dacă pachetul de alimentare USB se încarcă corect atunci când este conectat extern. Asigurați-vă că există suficient spațiu pentru a atașa cablul IDE Arduino.

5. Decupați apariția ecranului

Poziționați ecranul în centrul cutiei și marcați marginile afișajului LCD de pe panoul frontal gata pentru tăierea unei diafragme. Folosind un cuțit de ambarcațiuni și o riglă de metal punctați cu atenție capacul carcasei și tăiați diafragma.

Odată șlefuit și așezat pentru a forma cu atenție poziția capacului, asigurându-vă în același timp că toate componentele, plăcile, cablurile și ecranul sunt ținute în poziție cu distanțiere și lipici fierbinte.

7. Construiește parasolar

Am găsit o incintă neagră veche pe care am putut să o transform în formă și să o folosesc ca parasolar așa cum se arată în fotografiile de mai sus. Lipiți-l pe panoul frontal folosind 5min epoxidic în două părți.

Pasul 6: Atașați mânerul și carcasa la capul detectorului

Acum, că detectorul electronic și capul sunt construite, nu mai rămâne decât să finalizați montarea sigură a unității.

1. Atașați capul la mâner

Modificați îmbinarea mânerului pentru a vă permite să o atașați la cap folosind două șuruburi. În mod ideal, doriți să minimizați cantitatea de metal în apropierea bobinelor, așa că folosiți șuruburi mici pentru lemn și o mulțime de adeziv epoxidic de 5 minute, 2 părți, pentru a fixa la cap. Vezi fotografiile de mai sus.

2. Conectați cablajul capului

Folosind cablurile de legătură, legați cu grijă cablajul adăugând o legătură la fiecare 10 cm de-a lungul cablajului ecranat. Aveți grijă să vă asigurați că găsiți cea mai bună poziție pentru carcasă, astfel încât să puteți vedea cu ușurință ecranul, să atingeți comenzile și să atașați căști / prize.

3. Atașați dispozitivele electronice la mâner

Construiți un bloc de montare de 45 de grade din MDF pentru a vă permite să atașați carcasa într-un unghi care înseamnă că, atunci când măturați detectorul pe sol, puteți vedea cu ușurință afișajul TFT. Vezi poza de mai sus.

Atașați carcasa electronică la mâner cu legături de cablu care trec prin blocul de montare și în carcasă prin găurile de montare găurite anterior.

4. Finalizați capul detector

Bobinele capului detector trebuie să fie fixate fără mișcare în cablare, deci acesta este un moment bun pentru a utiliza Hot Glue pentru a fixa toate bobinele la locul lor.

Capul detector trebuie, de asemenea, să fie impermeabil, deci este important să pulverizați MDF cu un sigilant transparent (asigurați-vă că sigiliul nu conține metal din motive evidente).

Găuriți găuri de 5 mm în centrul fiecărei bobine și treceți tuburile de plastic de 5 mm x 30 mm, pentru a vă permite să împingeți frigarui de lemn în solul de mai jos odată ce ați fixat o țintă. Utilizați pistolul de lipit fierbinte pentru a bloca în poziție.

Am acoperit apoi partea de sus a capului cu o placă de plastic, iar partea de jos cu o copertă groasă de cărți din plastic, în timp ce finisam marginea cu o conductă electrică flexibilă, tăiată și lipită la cald.

Pasul 7: Asamblare finală și testare

1. Încărcare

Așezați un încărcător standard de telefon mobil în portul Micro USB și asigurați-vă că unitatea este încărcată corespunzător.

2. Încărcați codul

Utilizați IDE-ul Arduino pentru a încărca codul inclus.

3. Butonul Mute

Unitatea implicit este dezactivată la pornire. Aceasta este notată printr-un buton roșu de mutare în partea inferioară LHS a ecranului. Pentru a activa sunetul, apăsați acest buton și butonul ar trebui să devină verde, denotând sunetul activat.

Când sunetul este dezactivat, soneria internă și mufa telefonului audio extern vor produce sunet.

4. Calibrare

Calibrarea returnează urmele în partea de jos a ecranului sub liniile de prag. La prima pornire, unitatea se va calibra automat. Unitatea este remarcabil de stabilă, totuși, dacă este nevoie de recalibrare, acest lucru se poate face prin atingerea butonului de calibrare de pe ecran, care se va recalibra în mai puțin de o secundă.

5. Praguri

Dacă semnalul de pe orice urmă depășește linia de prag (linia punctată de pe ecran) și butonul Mute este dezactivat, atunci va fi produs un semnal audio.

Aceste praguri pot fi ajustate în sus și în jos atingând ecranul deasupra sau sub fiecare linie de urmărire.

6. Reglarea PW și DLY

Durata impulsului până la bobină și întârzierea între impulsuri pot fi ajustate prin intermediul afișajului tactil. Acest lucru este într-adevăr în loc pentru a experimenta astfel încât diverse medii și comori să poată fi testate pentru cele mai bune rezultate.

7. Tipuri de afișare

Există 4 tipuri diferite de afișaj

Opțiunea de afișare 1: Poziția țintei sub capul detectorului Intenția mea a fost să folosesc cele 4 bobine pentru a triangula poziția țintei sub capul detectorului. Natura neliniară a bobinelor de căutare a făcut această provocare, cu toate acestea, GIF-ul animat de mai sus arată că rezultatele sunt suficient de utile pentru a arăta poziția relativă a țintei sub cap, precum și puterea semnalului.

Opțiunea de afișare 2: Afișați urmărirea semnalului pentru fiecare bobină de căutare Aceasta vă permite să urmăriți unde se află obiectul țintă sub cap trasând o urmă independentă a puterii semnalului pe ecran pentru fiecare bobină de căutare. Acest lucru este util pentru a determina dacă aveți două ținte apropiate sub capul detectorului și puterea relativă.

Opțiunea de afișare 3: la fel ca opțiunea 2, cu toate acestea, cu o linie mai groasă, este mai ușor de văzut.

Afișați opțiunea 4: la fel ca opțiunea 2, totuși, desenează peste 5 ecrane înainte de a șterge urmele. Bun pentru captarea semnalelor slabe.

Testez pe teren în următoarele câteva săptămâni, așa că voi publica orice descoperire de comori.

Acum du-te și distrează-te și găsește o comoară !!

Pasul 8: Epilog: Variații ale bobinei

Au existat o mulțime de întrebări și sugestii interesante și bune despre configurațiile bobinei. În dezvoltarea acestui instructabil, au existat numeroase experimente cu diverse configurații de bobine care merită menționate.

Imaginile de mai sus arată câteva dintre bobinele pe care le-am încercat înainte de a mă stabili pe designul actual. Dacă aveți întrebări suplimentare, trimiteți-mi un mesaj.

Peste tine să experimentezi mai departe!

Premiul I la Invention Challenge 2017

Premiul I în cadrul Concursului de Științe Explorare 2017