Okolju prijazen detektor kovin - Arduino: 8 korakov (s slikami)

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

Odkrivanje kovin je zelo zabavno. Eden od izzivov je zmožnost zožiti natančno mesto za kopanje, da bi zmanjšali velikost luknje, ki je ostala za seboj.

Ta edinstven detektor kovin ima štiri iskalne tuljave, barvni zaslon na dotik za identifikacijo in natančno določitev lokacije najdbe.

Vključuje samodejno umerjanje, napajalnik USB za polnjenje s štirimi različnimi načini zaslona, frekvenco in širino impulza, ki vam omogoča, da prilagodite iskanje.

Ko natančno določite zaklad, vam lahko ena luknja, centrirana nad vsako tuljavo, z lesenim nabodalom potisne v zemljo, tako da lahko začnete kopati majhen čep iz tal in s tem zmanjšate škodo za okolje.

Vsaka tuljava lahko natančno zazna kovance in prstane na globini 7-10 cm, zato je idealna za iskanje izgubljenih kovancev in prstanov po parkih in plažah.

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

Velika hvala - če ste pritisnili gumb za glasovanje v zgornjem desnem kotu za tekmovanja "Invention Challenge" in "Explore Science" !!!

najlepša hvala, TechKiwi

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

1. korak: Znanost za odkrivanjem kovin

Oblikovanje odkrivanja kovin

Obstaja več različic modelov detektorjev kovin. Ta posebna vrsta detektorja kovin je detektor impulzne indukcije, ki uporablja ločene oddajne in sprejemne tuljave.

Arduino proizvaja impulz, ki se za tranzistor v zelo kratkem času (4uS) nanaša na oddajno tuljavo. Ta tok iz impulza povzroči nenadno oblikovanje magnetnega polja okoli tuljave, raztezno in propadajoče polje inducira napetost v sprejemno tuljavo. Ta sprejeti signal ojača sprejemni tranzistor, nato pa ga z napetostnim primerjalnikom pretvori v čisti digitalni impulz, nato pa vzorči z vhodom za digitalni vhod na Arduinu. Arduino je programiran za merjenje širine impulza sprejetega impulza.

Pri tej zasnovi je sprejeta širina impulza določena z induktivnostjo sprejemne tuljave in kondenzatorjem. Ker v dosegu ni nobenih predmetov, osnovna širina impulza meri približno 5000 uS. Ko tuji kovinski predmeti pridejo v doseg razširjajočega se in propadajočega magnetnega polja, to povzroči, da se del energije vnese v predmet v obliki vrtinčnih tokov. (Elektromagnetna indukcija)

Neto rezultat je, da se sprejeta širina impulza zmanjša, to razliko v širini impulza izmeri Arduino in prikaže na zaslonu TFT v različnih oblikah.

Možnost prikaza 1: Položaj cilja pod glavo detektorja

Moj namen je bil uporabiti 4 tuljave za triangulacijo položaja cilja pod glavo detektorja. Nelinearna narava iskalnih tuljav je povzročila izziv, vendar zgornji animirani-g.webp

2. možnost prikaza: Pokaži sled signala za vsako iskalno tuljavo

To vam omogoča, da sledite, kje je ciljni predmet pod glavo, tako da za vsako iskalno tuljavo narišete neodvisno sled moči signala na zaslonu. To je koristno za ugotavljanje, ali imate dve glavi blizu skupaj pod glavo detektorja in relativno moč.

Praktične uporabe

Ta pristop vam omogoča, da uporabite prvi pogled za identifikacijo cilja, drugi pogled pa, da ga usmerite na nekaj milimetrov, kot je prikazano v video posnetku.

2. korak: Zberite materiale

Račun za materiale

1. Arduino Mega 2560 (artikle 1, 2 in 3 je mogoče kupiti kot eno paketno naročilo)
2. 3,2 -palčni zaslon na dotik TFT LCD (vključena je koda za 3 podprte različice)
3. TFT 3,2 -palčni mega ščit
4. Tranzistor BC548 x 8
5. 0,047uf Greencap kondenzator x 4 (50v)
6. 0,1uf Greencap kondenzator x 1 (50v)
7. 1k upor x 4
8. 47 Upor x 4
9. 10k upor x 4
10. 1M upor x 4
11. 2.2k upor x 4
12. Stikalo SPST Mini Rocker
13. Štirikratni diferencialni primerjalnik z integriranim vezjem LM339
14. Signalne diode IN4148 x 4
15. Bakrena WireSpool premer 0,3 mm x 2
16. Dvožilni oklopljeni kabel - premer 4,0 mm - dolžina 5 m
17. Powerbank za ponovno polnjenje USB 4400mHa
18. Piezo Buzzer
19. Vero deska 80x100 mm
20. Plastično ohišje najmanj 100 mm višine, 55 mm globine, 160 mm širine
21. Kablske vezi
22. MDF les 6-8 mm debeline - 23 cm x 23 cm kvadratnih kosov x 2
23. Podaljšek Micro USB 10 cm
24. Vtični kabel USB-A, primeren za rezanje na dolžino 10 cm
25. Audio Jack Point Point - stereo
26. Detektorska glava različnih distančnikov in lesa
27. Ročaj za metlo za hitro brisanje z nastavljivim spojem (samo premikanje po eni osi - glejte fotografije)
28. En kos papirja A3
29. Lepilo
30. Električni sekač žage
31. A4 listni karton debeline 3 mm za ustvarjanje tuljave za tuljave TX in Rx
32. Lepilni trak
33. Pištola za vroče lepilo
34. Električno lepilo
35. 10 dodatnih zatičev glave Arduino
36. Končni zatiči PCB x 20
37. Epoksi lepilo TwoPart - 5 minut sušenja
38. Obrtni nož
39. 5 mm plastične cevi dolžine 30 mm x 4 (uporabil sem cevi za zalivanje vrta iz trgovine strojne opreme)
40. MDF vodotesno tesnilo (Prepričajte se, da ne vsebuje kovin)
41. Prilagodljiv električni vodnik 60 cm - siv - premer 25 mm

3. korak: Zgradite glavo detektorja

1. Sestavljanje glave sklopa

Opomba: Za 8 tuljav bakrene žice, ki se uporabljajo v detektorski glavi, sem se odločil za precej zapleteno montažno ureditev. To je vključevalo izrezovanje niza lukenj iz dveh plasti MDF, kot je razvidno iz zgornjih fotografij. Zdaj sem dokončal enoto, ki jo priporočam, da uporabite samo en izrezan krog s premerom 23 cm in pritrdite tuljave na to eno plast MDF z vročim lepilom. To skrajša čas izdelave in pomeni tudi, da je glava lažja.

Začnite tako, da natisnete priloženo šablono na kos papirja A3 in jo nato zlepite na ploščo MDF, da dobite vodilo za namestitev tuljav.

Z električno žago previdno izrežite krog s premerom 23 cm iz MDF.

2. Navijanje tuljav

Iz kartona ustvarite dva cilindra dolžine 10 cm, ki ju držite skupaj z lepilnim trakom. Premer oddajnih tuljav mora biti 7 cm, sprejemnih tuljav pa 4 cm.

Klekulico iz bakrene žice postavite na konico, tako da se lahko prosto obrača. Začetek bakrene žice pritrdite na kartonski valj z lepilnim trakom. Wind 40 močno zavije na valj, nato pa z lepilnim trakom zavežite konec.

Z vročim lepilom pritrdite tuljave skupaj na najmanj 8 točkah po obodu tuljav. Ko se ohladi, s prsti olajšajte tuljavo, nato pa jo z vročim lepilom pritrdite na predlogo glave detektorja kovin. Izvrtajte dve luknji skozi MDF poleg tuljave in prenesite konce tuljave do zgornje strani glave detektorja kovin.

Ponovite to vajo, da sestavite in namestite 4 x sprejemne tuljave in 4 oddajne tuljave. Ko končate, mora skozi vrh glave detektorja kovin štrleti 8 parov žic.

3. Pritrdite zaščitene kable

5 -milimetrski oklopljeni dvožilni kabel razrežite na 8 dolžin. Dvojno jedro odstranite in spajkajte na vsako oddajno in sprejemno tuljavo, pri čemer je ščit odklopljen na koncu kabla na glavi detektorja.

Testirajte tuljave in kabelske povezave na drugem koncu vsakega kabla z merilnikom ohmov. Vsaka tuljava bo registrirala nekaj ohmov in bi morala biti skladna za vse sprejemne in oddajne tuljave.

Ko je preizkušen, s pištolo za vroče lepilo pritrdite 8 kablov v sredino detektorske glave, pripravljene za pritrditev ročaja in dokončanje glave.

Moj nasvet je, da odstranite in kosite vsako od zaščitenih kabelskih jeder na drugem koncu v pripravah na prihodnje testiranje. Na vsak kabel priključite ozemljitveno žico, saj bo ta priključena na ozemljitev v glavni enoti. To ustavi motnje med vsakim kablom.

Z multimetrom ugotovite, katera tuljava je, in pritrdite lepljive nalepke, da jih boste zlahka prepoznali za prihodnjo montažo.

4. korak: Sestavite vezje za testiranje

1. Montaža ploščice

Moje priporočilo je, da najprej uporabite načrt, da najprej nastavite in preizkusite vezje, preden se zavežete k plošči Vero in ohišju. To vam daje možnost, da prilagodite vrednosti komponent ali spremenite kodo, če je to potrebno zaradi občutljivosti in stabilnosti. Oddajni in sprejemni tuljavi morata biti povezani, tako da sta naviti v isto smer, kar je lažje preizkusiti na plošči, preden žice označite za prihodnjo povezavo z Vero Board.

Sestavite komponente v skladu s shemo vezja in s pomočjo priključne žice pritrdite tuljave glave detektorja.

Priključke na Arduino je najbolje narediti z žico, ki je priključena na ploščo za kruh, spajkano na ščit TFT. Za digitalno in analogno pin povezavo sem dodal Header Pin, ki mi je omogočil, da se izognem spajkanju neposredno na ploščo Arduino. (Glej sliko)

2. Knjižnice IDE

Te datoteke je treba prenesti in dodati v IDE (integrirano razvojno okolje), ki deluje v vašem računalniku, za pisanje in nalaganje računalniške kode na fizično ploščo. UTFT.h in URtouch.h se nahajata v spodaj zip datoteki

Zasluge za UTFT.h in URtouch.h pripadajo podjetju Rinky-Dink Electronics. Te datoteke zip sem vključil, kot kaže, da je izvorno spletno mesto zaprto.

3. Testiranje

Vključil sem preskusni program za obravnavo začetne nastavitve, tako da se lahko spopadete z vprašanji orientacije tuljave. Naložite preskusno kodo v Arduino IDE in jo naložite v Mega. Če vse deluje, bi morali videti preskusni zaslon, kot je prikazano zgoraj. Vsaka tuljava mora v vsakem kvadrantu proizvesti vrednost v stanju dinamičnega ravnovesja približno 4600uS. V nasprotnem primeru obrnite polariteto navitij na tuljavi TX ali RX in znova preizkusite. Če to ne deluje, predlagam, da preverite vsako tuljavo posebej in se vrnete skozi vezje, da odpravite težave. Če že imate 2 ali 3 delujoče, jih primerjajte s tuljavami/vezji, ki ne delujejo.

Opomba: Nadaljnje testiranje je pokazalo, da kondenzatorji 0,047uf na vezju RX vplivajo na vso občutljivost. Moj nasvet je, da ko vezje deluje na krovu, poskusite povečati to vrednost in preizkusiti s kovancem, saj sem ugotovil, da lahko to izboljša občutljivost.

Ni pa obvezno, če imate osciloskop, lahko opazujete tudi impulz TX in impulz RX, da zagotovite, da so tuljave pravilno priključene. Za potrditev tega si oglejte komentarje na slikah.

OPOMBA: V ta razdelek sem vključil dokument PDF s sledmi osciloskopa za vsako stopnjo vezja, da bi odpravil morebitne težave

5. korak: Zgradite vezje in ohišje

Ko je naprava zadovoljivo preizkušena, lahko naredite naslednji korak in sestavite vezje in ohišje.

1. Pripravite ohišje

Postavite glavne sestavne dele in jih postavite v ohišje, da ugotovite, kako bo vse ustrezalo. Odrežite ploščo Vero, da namestite komponente, vendar se prepričajte, da jo lahko namestite na dno ohišja. Bodite previdni pri napajalnem paketu za ponovno polnjenje, saj so ti lahko precej obsežni.

Izvrtajte luknje za namestitev zadnjega vhoda kablov glave, stikala za vklop, zunanjih vrat USB, vrat za programiranje Arduino in avdio priključka za stereo slušalke.

Poleg tega izvrtajte 4 pritrdilne luknje na sredini sprednje strani ohišja, kjer bo ročaj. Te luknje morajo imeti možnost, da skozi njih v prihodnjih korakih speljejo kabelsko vezico.

2. Sestavite ploščo Vero

Sledite shemi vezja in zgornji sliki, da postavite komponente na ploščo Vero.

Za olajšanje priklopa kablov glavne tuljave na tiskano vezje sem uporabil priključne zatiče PCB. Na PCB skupaj z IC in tranzistorji namestite zvočni signal Piezo. Poskušal sem ohraniti komponente TX, RX poravnane od leve proti desni in zagotoviti, da so vse povezave z zunanjimi tuljavami na enem koncu Vero Boarja. (glej postavitev na fotografijah)

3. Pritrdite kable tuljave

Zgradite držalo kablov za dohodne zaščitene kable iz MDF, kot je prikazano na slikah. Sestavljen je iz 8 lukenj, izvrtanih v MDF, da lahko kabli sedijo poravnani s priključnimi zatiči PCB. Ko pritrdite vsako tuljavo, se splača postopno preizkusiti vezje, da zagotovite pravilno usmeritev tuljave.

4. Preizkusite enoto

Priključite napajalnik USB, stikalo za vklop, avdio telefonsko vtičnico in namestite vse ožičenje in kable, da zagotovite tesno prileganje v ohišje. Uporabite vroče lepilo, da držite predmete na mestu, da se prepričate, da ni ničesar, kar bi lahko ropotalo. V skladu s prejšnjim korakom naložite preskusno kodo in zagotovite, da vse tuljave delujejo po pričakovanjih.

Preverite, ali se napajalnik USB pravilno polni, če je priključen od zunaj. Prepričajte se, da je dovolj prostora za priključitev kabla Arduino IDE.

5. Izrežite zaslon

Zaslon postavite na sredino škatle in označite robove LCD zaslona na sprednji plošči, pripravljene za izrezovanje odprtine. Z obrtnim nožem in kovinskim ravnilom previdno zarežite pokrov ohišja in izrežite odprtino.

Ko je brušen in vložen, skrbno oblikujte pokrov, hkrati pa zagotovite, da so vse komponente, plošče, ožičenje in zaslon pritrjeni z distančniki in vročim lepilom.

7. Zgradite senčnik

Našel sem staro črno ohišje, ki sem ga lahko izrezal in uporabil kot senčnik, kot je prikazano na zgornjih fotografijah. To lepite na sprednjo ploščo s 5 -minutnim dvodelnim epoksidom.

Korak 6: Pritrdite ročaj in ohišje na glavo detektorja

Zdaj, ko sta elektronika in glava detektorja vgrajena, ostane le še varno namestitev enote.

1. Pritrdite glavo na ročaj

Spremenite ročaj, da ga lahko pritrdite na glavo z dvema vijakoma. V idealnem primeru želite zmanjšati količino kovine v bližini tuljav, zato za pritrditev na glavo uporabite majhne lesene vijake in veliko 5 -minutnega 2 -delnega epoksidnega lepila. Oglejte si fotografije zgoraj.

2. Ožičenje glave s čipko

S kabelskimi vezmi previdno privežite ožičenje tako, da vsakih 10 cm vzdolž zaščitenega ožičenja dodate kabelsko vezico. Poskrbite, da boste za ohišje izbrali najboljši položaj, da boste lahko preprosto videli zaslon, dosegli kontrole in priključili slušalke/vtiče.

3. Pritrdite elektroniko na ročaj

Zgradite 45 -stopinjski montažni blok iz MDF -ja, ki vam bo omogočil pritrditev ohišja pod kotom, kar pomeni, da lahko med pometanjem detektorja po tleh enostavno vidite zaslon TFT. Oglejte si zgornjo sliko.

Pritrdite ohišje elektronike na ročaj s kabelskimi vezmi, ki potekajo skozi montažni blok in v ohišje skozi predhodno izvrtane montažne luknje.

4. Dokončajte glavo detektorja

Tuljave glave detektorja je treba pritrditi brez premikanja v ožičenju, zato je pravi čas, da z vročim lepilom temeljito pritrdite vse tuljave.

Glava detektorja mora biti tudi vodotesna, zato je pomembno, da MDF poškropite s prozornim tesnilnim sredstvom (iz očitnih razlogov zagotovite, da tesnilo ne vsebuje kovin).

V središču vsake tuljave izvrtajte 5 mm luknje in skozi njih prebodite plastične cevi 5 mm x 30 mm, da boste lahko potisnili lesena nabodala v zemljo spodaj, ko zavrtite tarčo. Uporabite pištolo za vroče lepilo, da se zaskoči.

Nato sem zgornji del glave pokril s plastično ploščo, spodnji del pa z debelim plastičnim pokrovom za knjige, medtem ko sem rob zaključil z razrezano gibko cevjo za električno napeljavo in vročim lepljenjem.

7. korak: Končna montaža in testiranje

1. Polnjenje

V vrata Micro USB vstavite standardni polnilnik za mobilni telefon in zagotovite, da je enota ustrezno napolnjena.

2. Naloži kodo

Uporabite Arduino IDE, da naložite priloženo kodo.

3. Gumb za izklop zvoka

Enota je privzeto izklopljena ob vklopu. To označuje rdeča tipka za izklop zvoka v spodnjem LHS zaslona. Če želite omogočiti zvok, pritisnite ta gumb in gumb mora postati zelen, kar pomeni, da je zvok omogočen.

Če ne izklopite zvoka, bo notranji zvočni signal in zunanji zvočni telefonski priključek sprožil zvok.

4. Umerjanje

Umerjanje vrne sled na dno zaslona pod črtami praga. Ko se naprava prvič vklopi, se bo samodejno kalibrirala. Enota je izjemno stabilna, če pa je potrebna ponovna kalibracija, se to lahko zgodi tako, da se dotaknete gumba za umerjanje na zaslonu, ki se bo ponovno kalibriral v manj kot sekundi.

5. Pragovi

Če signal na kateri koli sledi preseže mejo praga (črtkana črta na zaslonu) in je gumb za izklop zvoka izklopljen, se bo sprožil zvočni signal.

Te pragove lahko prilagodite navzgor in navzdol tako, da se dotaknete zaslona nad ali pod vsako črto sledi.

6. Nastavitev PW in DLY

Trajanje impulza do tuljave in zakasnitev med impulzi lahko prilagodite z zaslonom na dotik. To je resnično primerno za eksperimentiranje z različnimi okolji in zakladi, ki jih je mogoče preizkusiti za najboljše rezultate.

7. Vrste prikaza

Obstajajo 4 različne vrste prikaza

Možnost prikaza 1: Položaj cilja pod glavo detektorja Moj namen je bil uporabiti 4 tuljave za triangulacijo položaja cilja pod glavo detektorja. Zaradi nelinearne narave iskalnih tuljav je bil to izziv, vendar zgornji animirani-g.webp

2. možnost prikaza: Pokaži sled signala za vsako iskalno tuljavo To vam omogoča, da sledite, kje je ciljni predmet pod glavo, tako da na zaslonu za vsako iskalno tuljavo narišete neodvisno sled moči signala. To je koristno za ugotavljanje, ali imate dve glavi blizu skupaj pod glavo detektorja in relativno moč.

Možnost prikaza 3: Enako kot možnost 2, vendar z debelejšo črto olajša videnje.

Možnost prikaza 4: Enako kot možnost 2, vendar pred brisanjem sledi nariše več kot 5 zaslonov. Dobro za zajemanje šibkih signalov.

V naslednjih nekaj tednih bom testiral na terenu, zato bom objavil najdbe zakladov.

Pojdi se zabavati in poišči zaklad !!

8. korak: Epilog: variacije tuljav

Bilo je veliko dobrih, zanimivih vprašanj in predlogov o konfiguracijah tuljav. Pri razvoju tega navodila je bilo treba omeniti številne poskuse z različnimi konfiguracijami tuljav.

Zgornje slike prikazujejo nekatere tuljave, ki sem jih preizkusil, preden sem se odločil za trenutno zasnovo. Če imate dodatna vprašanja, mi pišite.

Na vas je, da še eksperimentirate!

Prva nagrada na Invention Challengeu 2017

Prva nagrada na raziskovalnem tekmovanju Explore Science 2017