Žepni lokator kovin - Arduino: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Avtor TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets na Instagramu Sledi Več avtorja:

O: Noro glede tehnologije in možnosti, ki jih lahko prinese. Všeč mi je izziv ustvarjanja edinstvenih stvari. Moj cilj je narediti tehnologijo zabavno, relevantno za vsakdanje življenje in ljudem pomagati pri ustvarjanju kul … Več o TechKiwiGadgets »

Ta hladen mali žepni kovinski lokator je dovolj občutljiv, da prepozna majhne žeblje in zatiče v lesu ter dovolj kompakten, da se prilega v nerodne prostore, zaradi česar je primeren za nošenje in uporabo pri iskanju kovin.

Enota ima štiri neodvisne iskalne tuljave in barvne LED indikatorje, ki olajšajo hitro pokrivanje večjega območja iskanja, hkrati pa lahko natančno prepoznajo cilj.

Ta čedna majhna naprava se samokalibrira z enim pritiskom na gumb, ki se lahko polni prek vrat USB in uporablja barvne LED, zvok in vibracije za označevanje moči cilja.

V navodilo so vključeni vsi načrti, testi, kode in 3D datoteke, ki jih potrebujete za samostojno izdelavo. Upam, da boste uživali pri gradnji in uporabi tega kot jaz !!

1. korak: Seznam materialov in kako deluje

1. Kako deluje

Pocket Metal Locator uporablja štiri neodvisne impulzne indukcijske iskalne tuljave, ki jih poganja Arduino Pro Mini. Vsaka iskalna tuljava je sestavljena iz ločene TX in RX tuljave, kjer se v TX tuljavo inducira impulz, ki ustvari elektromagnetno polje okoli tuljave RX. Spremenljivo polje inducira napetost v tuljavi RX, ki jo zazna in ojača, preden Arduino odčita širino impulza signala.

Algoritem glajenja v kodi Arduino se uporablja za odstranjevanje hrupa iz veljavnih impulzov, zaradi česar je zelo stabilen.

Algoritem za umerjanje v kodi vzame povprečje odčitkov v kratkem času zagona in nastavi vrsto pragov za primerjavo signala.

Ko pride kovinski predmet v doseg elektromagnetnega polja, se polje moti in del energije se preusmeri iz tuljave RX v "Eddiejeve tokove", ki nastanejo v ciljnem objektu. Ta parazitski učinek ciljnega predmeta povzroči zmanjšanje širine impulza, zaznane v RX tuljavi. V bistvu merimo izgubo moči v ciljnem objektu.

Ko širina impulza, zaznana v tuljavi RX, pade pod prag, se prižgejo LED diode, oglasi se zvočni signal in sproži se motor Haptic Feedback - odvisno od vnaprej določene velikosti ciljnega signala.

Vezje za to se je v zadnjem letu razvilo v zelo stabilen in zanesljivo delujoč detektor. Konfiguracija in usmeritev tuljave sta bila namerno zasnovana tako, da povečata stabilnost in globinsko zaznavanje.

2. Seznam materialov

1. 3.7v 350mAh LiPo baterija Velikost: 38 mm x 20 mm x 7,5 mm
2. Polnilnik baterij USB LiPo TP4056, podatkovni list
3. 4.7K upor za omejevanje polnilnega toka LiPo baterije pod 300 mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB v serijski modul za programiranje Mini Pro
6. LM339 Integrirano vezje štirikratnega diferencialnega primerjalnika
7. Vero Board - 2 kosa, izrezana na luknje 20x9 in 34x9 (glej fotografijo za pravilno orientacijo)
8. BC548 NPN tranzistor x 4
9. 2N7000 MOSFET stikalo x 5
10. Piezo Buzzer
11. Motor z vibracijskimi kovanci za povratne povratne informacije
12. WS2812 RGB LED modul x 4
13. 1k upor x 4
14. 10k upor x 4
15. 47 ohmski upor x 4
16. 2.2K upor x 4
17. 150pf keramični kondenzator x 8
18. 0,18 uF poliestrski kondenzator x 4
19. Zvitek 0,3 mm emajlirane bakrene žice (običajno v zvitkih teže približno 25 g)
20. Gumbno stikalo, nameščeno na tiskanem vezju
21. Pištola za vroče lepilo
22. 10 mm sveder
23. Ročni vrtalnik
24. Pištola za nalepke ali lepljiv trak, primerna za označevanje 16 ločenih žic Priključna žica
25. Dostop do 3D tiskalnika

3. Delovanje primerjalnika

Imel sem številna vprašanja o delovanju LM339, zato sem mislil, da bom dal bolj jasno razlago.

LM339 deluje samo kot primerjalnik napetosti, ki primerja diferencialno napetost med pozitivnimi in negativnimi nožicami ter na podlagi vhodne diferencialne polarnosti oddaja logično nizko ali visoko impedanco (logika visoka z vlečenjem).

V tem vezju je pozitivni vhod primerjalnika priključen na linijo Vcc, na izhod primerjalnika pa je uporabljen vlečni upor na Vcc. V tej konfiguraciji v praksi izhodna napetost primerjalnika ostane visoka, dokler vhodna napetost na negativnem vhodu ne preseže 3,5 V

Delovanje je mogoče razložiti iz podatkovnega lista LM339, ki opisuje "območje vhodne napetosti" med 0 V in Vsup-1,5 V

Ko sta oba IN– in IN+ znotraj območja skupnega načina, če je IN– nižji od IN+ in izravnana napetost, je izhod visoka impedanca in izhodni tranzistor ne vodi

Ko je IN– višji od skupnega načina in je IN+ v skupnem načinu, je izhod nizek in izhodni tranzistor potone. Povezava do podatkovnega lista in razlaga spodaj

2. korak: Natisnite etui

3D natisnjeno ohišje je bilo narejeno z uporabo 5 ločenih odtisov. Dimenzije in 3D datoteke najdete tukaj na Thingiverse. Zasnova je bila osredotočena na lažje držanje naprave, hkrati pa je zagotovila, da so iskalne tuljave čim bližje iskanemu območju.

Previdno natisnite ohišje in odstranite odvečno plastiko. Ta korak je pomembno narediti zdaj, da se lahko elektronske komponente poravnajo v ohišju pred dokončno priključitvijo in preskušanjem.

Priložil sem sliko več različnih modelov ohišij, ki sem jih preizkusil, preden sem se odločil za končno zasnovo, ki je bila bolj kompaktna in ergonomsko prijetna za držanje.

3. korak: Zgradite in namestite iskalne tuljave

Vzemite natisnjene oblikovalce tuljav in na vsakega navijte 25 obratov bakrene žice. Poskrbite, da pustite dobrih 20 cm dodatne bakrene žice za priključitev na glavno enoto.

Uporabite luknje, natisnjene v oblikovalcih, da omogočite dosleden veter in orientacijo tuljav za vsako oblikovalko. Pri tem obrnite prejšnjega na glavo in prvega postopoma zlepite v osnovno enoto.

Sledite sestavljenemu fotografije, kot je priloženo. Rezultat je 8 tuljav, nameščenih v sklop tuljave z vsemi žicami, ki so dosledno usmerjene, in dovolj dolge za povezavo z enoto glavne plošče v zgornjem ohišju.

Za sledenje vsake posebne tuljave uporabite dva vodilna bloka za žice, ki imata luknje za vsako tuljavo.

Žice za notranje tuljave sem postavil vzdolž vrha, zunanje tuljave pa na dno žičnega bloka, da sem lahko spremljal vsako posebno tuljavo, kar olajša povezavo z glavno ploščo.

4. korak: Zgradite vezje

Enota ima štiri ključna vezja za samostojno gradnjo - voznikovo ploščo, glavno ploščo, sklop LED in napajalnik za ponovno polnjenje. V tem koraku bomo zgradili vozniško ploščo in glavno tablo.

1. Vozniška plošča

Z obrtnim nožem odrežite kos Vero deske vzdolž lukenj 22x11, rezultat pa je kos Vero deske z luknjami 20x9, usmerjenimi v skladu s priloženo sliko. Najbolje je, da večkrat zarežete v luknje na obeh straneh plošče, nato pa nežno odlepite odvečno desko. Preverite, ali plošča leži na dnu ohišja z dovolj prostora na obeh straneh.

S fotografijami in 10 -milimetrskim svedrom ročno previdno prekinite pritrdilne elemente, prikazane na dnu plošče Vero. Sledite diagramu vezja in fotografiji sestavnih delov, da sestavite tiskano vezje, pri čemer pazite, da ni kratkih sledi.

To ploščo odložite za poznejše testiranje.

2. Glavni odbor

Z obrtnim nožem odrežite kos Vero deske vzdolž lukenj 36x11, rezultat pa je kos Vero deske z luknjami 34x9, usmerjenimi v skladu s priloženo sliko. Najbolje je, da večkrat zarežete v luknje na obeh straneh plošče, nato pa nežno odlepite odvečno desko. Preverite, ali plošča leži na dnu ohišja z dovolj prostora na obeh straneh.

S fotografijami in 10 -milimetrskim svedrom ročno previdno prekinite pritrdilne sponke, prikazane na dnu plošče Vero.

Sledite diagramu vezja in fotografiji vezja Arduino in LM339 IC ter drugih komponent, da sestavite tiskano vezje in pazite, da ni kratkih sledi.

To ploščo odložite za poznejše testiranje.

5. korak: Dodajte LED indikatorje

Uporabil sem LED-diode WS2182, ki imajo vgrajen IC, ki jim omogoča, da jih Arduino obravnava s tremi ločenimi žicami, vendar pa lahko z ukazom LED ustvarite široko paleto barv in svetlosti. To se naredi s posebno knjižnico, naloženo v Arduino IDE, ki je zajeta v razdelku za testiranje.

1. Namestitev LED v pokrov ohišja tuljave

Štiri LED diode previdno postavite tako, da bodo pravilno usmerjene, tako da so povezave VCC in GND poravnane in da sedijo na sredini lukenj.

Z vročim lepilom pritrdite LED na svoje mesto.

2. Ožičenje LED

Previdno odstranite tri 25 -centimetrske dolžine enožilne priključne žice na kontakte LED.

Spajajte jih na svoje mesto in zagotovite, da je osrednja podatkovna žica povezana s kontakti IN in OUT, kot je prikazano na fotografiji.

3. Preverjanje poravnave ohišja

Preverite, ali je pokrov ohišja poravnan z ohišjem tuljave, nato pa z vročim lepilom držite žice na svojem mestu na dnu pokrova.

To pustite pozneje za testiranje.

6. korak: Sestavljanje in testiranje enote

1. Priprave na montažo

Pred montažo bomo vsako ploščo postopno testirali, da bomo lažje odpravljali težave.

Arduino Pro Mini potrebuje serijsko ploščo USB, da jo lahko programira vaš računalnik. To omogoča manjšo velikost plošče, saj na njej ni serijskega vmesnika. Za programiranje teh plošč boste morali vložiti v njihovo pridobitev, kot je opisano na seznamu delov.

Preden naložite kodo Arduino, boste morali knjižnico "FastLED.h" dodati kot knjižnico za pogon LED WS2182. Za odpravljanje težav je na voljo vrsta sledi osciloskopa, če obstajajo težave.

Obstaja tudi posnetek zaslona izhoda serijskih podatkov IDE s funkcijo Graph Plot, ki prikazuje širino impulza vsakega kanala in vrednost praga. To je uporabno med preskušanjem, saj lahko vidite, ali ima vsak kanal enako občutljivost.

Priložil sem dve kopiji kode. Eden ima preskusno serijsko pretakanje podatkov za namene odpravljanja težav.

OPOMBA: Akumulatorske enote LiPo ne priključujte do zadnjega koraka, saj lahko po nesreči pride do kratkega stika med sestavljanjem, da se enota pregreje ali celo vname.

2. Preizkusite glavno ploščo

Pred priključitvijo glavne plošče na karkoli je priporočljivo, da priključite serijski kabel Arduino in preverite, ali se koda naloži.

S tem boste preprosto preverili, ali je Arduino fizično pravilno povezan in ali so naloženi IDE in knjižnice. Naložite kodo skozi IDE, ki bi se morala naložiti brez napak in dim ne sme izhajati iz nobene komponente !!

3. Priključite voznikovo ploščo

Sledite shemi vezja, da priključite voznikovo ploščo na glavno ploščo in enoto fizično namestite v ohišje, da zagotovite, da se predmeti prilegajo ohišju. Gre za poskus in napako in zahteva vztrajnost.

Naložite kodo skozi IDE, ki bi se morala naložiti brez napak in dim ne sme izhajati iz nobene komponente !!

4. Priključite tuljave Sledite shemi vezja, da tuljave priključite na glavno ploščo in enoto fizično namestite v ohišje, da zagotovite, da se elementi ustrezno prilegajo. Previdno preverite, ali so tuljave poravnane z vhodi vozniške plošče in glavne plošče v skladu s shemo vezja.

Ko je preskusna koda naložena, bodo serijska vrata prikazala širino impulza na sprejemni tuljavi nekje med 5000 - 7000uS. To si lahko ogledate tudi z grafičnim ploterjem IDE.

Tako boste lahko odpravili težave z vsakim od kanalov in videli tudi učinek premikanja kovanca v bližini iskalne tuljave, kar bi moralo zmanjšati širino impulza, ko se cilj približuje iskalni tuljavi.

Če imate osciloskop, lahko preverite tudi valovne oblike na različnih stopnjah vezja, da odkrijete težave.

Ko vsi kanali delujejo v skladu s pričakovanim položajem, se žice tako, da se ohišje ohišja pravilno sestavi in zapre.

5. Priključite LED

Previdno vzemite tri žice iz LED diod ohišja tuljave in jih povežite z glavno ploščo. Naložite kodo in preverite, ali LED delujejo pravilno. Z lepilom pritrdite pokrov ohišja tuljave na svoje mesto.

7. korak: Priključitev akumulatorske baterije

OPOMBA:

1. Akumulatorske enote LiPo ne priključujte do zadnjega koraka, saj lahko po nesreči pride do kratkega stika med sestavljanjem, da se enota pregreje ali celo vname.

2. Pri ravnanju z akumulatorjem in polnilnikom pazite, da ne prekinete povezav akumulatorja.

3. LiPo baterije so drugačne od drugih polnilnih baterij, prekomerno polnjenje pa je lahko nevarno, zato poskrbite, da boste pravilno konfigurirali polnilni krog.

4. Ne priključujte zaporednega kabla Arduino na enoto, ko je pritisnjen gumb za vklop, sicer se lahko poškoduje baterija.

1. Spremenite omejitev toka polnilnika

Pocket Metal Locator uporablja LiPo baterijo, ki jo lahko polnite s polnilnikom za telefon Micro USB. Polnilna plošča USB LiPo Batt TP4056 je najprej spremenjena s 4,7K uporom, da omeji polnilni tok na manj kot 300 mA. Navodila, kako je to mogoče narediti, najdete tukaj.

To zahteva, da odstranite obstoječi površinsko nameščen upor in ga zamenjate z uporom, kot je prikazano na fotografiji. Ko ste na mestu, zaščitite vse nenačrtovane premike upora z pištolo za vroče lepilo.

Pred priključitvijo na glavno ploščo preverite, ali polnilnik deluje pravilno, tako da polnilnik za mobilni telefon priključite na vrata USB. Pri pravilnem delovanju mora prižgati rdeča lučka za polnjenje.

2. Namestite stikalo za vklop / izklop

Prepričajte se, da je potisni gumb nameščen v pravilnem položaju, tako da štrli skozi sredino pokrova ohišja, nato pa ga spajkajte. Namestite žice med stikalnim gumbom in izhodom polnilnika ter linijo VCC na Arduinu v skladu s shemo vezja.

Ko je pravilno nameščen, s pritiskom na stikalo aktivirate enoto.

Z vročim lepilom pritrdite baterijo v položaj in se prepričajte, da je vtičnica Micro USB poravnana z luknjo na pokrovu ohišja, da jo lahko polnite.

8. korak: Končno testiranje in delovanje

1. Fizični sklop

Zadnji korak je previdno prerazporeditev žic, da se ohišje pravilno zapre. Z vročim lepilom pritrdite matično ploščo v pokrov in nato zaprite pokrov.

2. Upravljanje enote

Enota deluje s kalibracijo po pritisku in držanju gumba za vklop. Ko so enote pripravljene za uporabo, bodo svetile vse LED. Med iskanjem držite pritisnjeno tipko. LED se spreminjajo iz modro-zelene, rdeče, vijolične glede na moč ciljnega predmeta. Haptične povratne informacije se pojavijo, ko LED svetijo vijolično.

Niste pripravljeni za uporabo v praksi !!