Ekologiškas metalo detektorius - „Arduino“: 8 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Metalo aptikimas yra labai įdomus. Vienas iš iššūkių yra galimybė susiaurinti tikslią kasimo vietą, kad būtų sumažinta palikta skylė.

Šis unikalus metalo detektorius turi keturias paieškos ritines, spalvotą jutiklinį ekraną, kad būtų galima nustatyti ir tiksliai nustatyti jūsų radinio vietą.

Įtrauktas automatinis kalibravimas, įkraunamas USB maitinimo blokas, turintis keturis skirtingus ekrano režimus, dažnį ir pulso pločio reguliavimą, leidžiantį tinkinti paiešką.

Kai tiksliai nustatysite lobį, viena skylė, esanti virš kiekvienos ritės, leidžia naudoti medinį iešmą, kad įstumtų į žemę, kad galėtumėte pradėti kasti mažą kištuką nuo žemės, kad sumažintumėte žalą aplinkai.

Kiekviena ritė gali tiksliai aptikti monetas ir žiedus 7-10 cm gylyje, todėl idealiai tinka ieškoti pamestų monetų ir žiedų aplink parkus ir paplūdimius.

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

Didelis ačiū - jei paspausite balsavimo mygtuką viršutiniame dešiniajame kampe konkursams „Išradimas“ir „Tyrinėk mokslą“!!!

didelis ačiū, „TechKiwi“

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

1 žingsnis: mokslas už metalo aptikimo

Metalo aptikimo dizainas

Yra daugybė metalo detektorių dizaino variantų. Šio tipo metalo detektorius yra impulsinis indukcijos detektorius, kuris naudoja atskiras perdavimo ir priėmimo rites.

„Arduino“sukuria impulsą, kuris per tranzistorių labai trumpam laikui (4uS) veikiamas perdavimo ritės. Ši impulso srovė sukelia staigų magnetinį lauką aplink ritę, besiplečiantis ir žlungantis laukas sukelia įtampą į priėmimo ritę. Šis gautas signalas sustiprinamas priimančiu tranzistoriumi, o įtampos palyginimo priemone paverčiamas švariu skaitmeniniu impulsu ir, savo ruožtu, imamas Arduino skaitmeninės įvesties kaiščiu. „Arduino“yra užprogramuotas matuoti gauto pulso pulso plotį.

Šioje konstrukcijoje gautą impulsų plotį lemia priėmimo ritės induktyvumas ir kondensatorius. Jei diapazone nėra objektų, pradinis pulso plotis yra maždaug 5000 uS. Kai svetimi metaliniai objektai patenka į besiplečiančio ir griūvančio magnetinio lauko diapazoną, dėl to dalis energijos į objektą patenka sūkurinių srovių pavidalu. (Elektromagnetinė indukcija)

Grynasis rezultatas yra tas, kad gautas impulsų plotis yra sumažintas, šis impulsų pločio skirtumas matuojamas „Arduino“ir rodomas TFT ekrane įvairiais formatais.

1 rodymo parinktis: taikinio padėtis po detektoriaus galvute

Mano ketinimas buvo panaudoti 4 ritinius, kad trikampio formos taikinio padėtis po detektoriaus galvute. Dėl nelinijinio paieškos ritinių pobūdžio tai buvo sudėtinga, tačiau aukščiau pateiktas animacinis-g.webp

2 rodymo parinktis: rodyti kiekvienos paieškos ritės signalo pėdsaką

Tai leidžia jums sekti, kur yra tikslinis objektas po galva, kiekvienos paieškos ritės ekrane nubrėžus nepriklausomą signalo stiprumo pėdsaką. Tai naudinga norint nustatyti, ar po detektoriaus galvute yra du arti vienas kito esantys taikiniai ir santykinis stiprumas.

Praktinis naudojimas

Šis metodas leidžia naudoti pirmąjį rodinį taikiniui identifikuoti, o antrąjį vaizdą - kai kuriems milimetrams, kaip parodyta vaizdo įraše.

2 žingsnis: Surinkite medžiagas

Sąmata

1. „Arduino Mega 2560“(1, 2 ir 3 prekes galima įsigyti kaip vieną paketą)
2. 3,2 colių TFT LCD jutiklinis ekranas (įtrauktas 3 palaikomų variantų kodas)
3. TFT 3,2 colio mega skydas
4. Tranzistorius BC548 x 8
5. 0.047uf Greencap kondensatorius x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap kondensatorius x 1 (50v)
7. 1k rezistorius x 4
8. 47 Rezistorius x 4
9. 10k rezistorius x 4
10. 1M rezistorius x 4
11. 2.2k rezistorius x 4
12. SPST mini svirtinis jungiklis
13. Integruotos grandinės LM339 keturių diferencialų palyginiklis
14. Signalo diodai IN4148 x 4
15. Vario vielos ritės 0,3 mm skersmuo x 2
16. Dviejų branduolių ekranuotas kabelis - 4,0 mm skersmens - 5 M ilgio
17. USB įkraunamas „Powerbank“4400 mAh
18. Pjezo garsinis signalas
19. Vero lenta 80x100mm
20. Plastikinis dėklas - mažiausiai 100 mm aukščio, 55 mm gylio, 160 mm pločio
21. Kabeliai
22. MDF medienos 6-8 mm storis - 23 cm x 23 cm kvadratiniai gabalai x 2
23. Mikro USB prailginimo kabelis 10 cm
24. USB-A kištukinis kabelis, tinkamas nukirpti iki 10 cm ilgio
25. Ausinių garso lizdas - stereo
26. Įvairių medinių ir plastikinių tarpiklių detektoriaus galvutė
27. „Speed Mop“šluotos rankena su reguliuojama jungtimi (tik vienos ašies judesys - žr. Nuotraukas)
28. Vienas A3 popieriaus gabalas
29. Pieštukiniai klijai
30. Elektrinis pjūklo pjūklas
31. A4 formato kartonas, 3 mm storio, skirtas TX ir Rx ritėms formuoti
32. Lipni juosta
33. Karšto klijų pistoletas
34. Elektrinis klijai
35. 10 papildomų „Arduino“antraštės kaiščių
36. PCB gnybtų kaiščiai x 20
37. Dviejų dalių epoksidiniai klijai - 5 min
38. Amatinis peilis
39. 5 mm plastikinio vamzdžio ilgis 30 mm x 4 (aš naudoju sodo laistymo sistemos vamzdelius iš techninės parduotuvės)
40. Vandeniui atsparus MDF sandariklis (įsitikinkite, kad jame nėra metalo)
41. 60 cm lankstus elektros laidas - pilkas - 25 mm skersmens

3 žingsnis: sukurkite detektoriaus galvutę

1. Galvos surinkimo konstravimas

Pastaba: aš nusprendžiau sukurti gana sudėtingą 8 varinių vielos ritinių, naudojamų detektoriaus galvutėje, montavimo sistemą. Tam reikėjo iš dviejų MDF sluoksnių išpjauti keletą skylių, kaip matyti aukščiau esančiose nuotraukose. Dabar aš baigiau įrenginį, rekomenduoju naudoti tik vieną iškirptą apskritimą, kurio skersmuo yra 23 cm, ir pritvirtinti ritinius prie šio vieno MDF sluoksnio karštais klijais. Tai sutrumpina konstrukcijos laiką ir taip pat reiškia, kad galva yra lengvesnė.

Pradėkite spausdindami trafaretą ant A3 formato popieriaus lapo ir tada klijuokite jį ant MDF plokštės, kad gautumėte ritinių padėties nustatymo vadovą.

Naudodami elektrinį pjūklelį, atsargiai iš MDF iškirpkite 23 cm skersmens apskritimą.

2. Suvynioti ritinius

Naudodami kartoną sukurkite du 10 cm ilgio cilindrus, laikomus kartu su lipnia juosta. Perdavimo ritinių skersmuo turi būti 7 cm, o priėmimo ritinių - 4 cm.

Padėkite vario vielos ritę ant smaigalio, kad ji galėtų laisvai suktis. Varinės vielos pradžią pritvirtinkite prie kartono cilindro, naudodami lipnią juostą. „Wind 40“tvirtai apsisuka ant cilindro ir tada lipnia juosta suriša galą.

Naudokite karštus klijus, kad pritvirtintumėte ritinius mažiausiai 8 taškuose aplink ritinių perimetrą. Kai atvės, pirštais palengvinkite ritę ir pritvirtinkite ją prie metalo detektoriaus galvutės šablono, naudodami karštus klijus. Gręžkite dvi skylutes per MDF šalia ritės ir perkelkite ritės galus į viršutinę metalo detektoriaus galvutės pusę.

Pakartokite šį pratimą, kad pastatytumėte ir sumontuotumėte 4 x priėmimo ritinius ir 4 perdavimo ritinius. Baigę turėtų būti 8 poros laidų, kyšančių per metalo detektoriaus galvutės viršų.

3. Prijunkite ekranuotus kabelius

Iškirpkite 5 M ilgio ekranuotą dviejų šerdžių kabelį į 8 ilgius. Nubraukite ir lituokite dvigubą šerdį prie kiekvieno perdavimo ir priėmimo ritės, palikdami ekraną atjungtą kabelio detektoriaus galvutės gale.

Patikrinkite rites ir kabelių jungtis kitame kiekvieno kabelio gale, naudodami omų matuoklį. Kiekviena ritė užregistruos keletą omų ir turėtų būti suderinta atitinkamai visoms priėmimo ir perdavimo ritėms.

Išbandę naudokite karšto klijų pistoletą, kad pritvirtintumėte 8 kabelius prie detektoriaus galvutės centro, paruoštą pritvirtinti rankeną ir užbaigti galvutę.

Mano patarimas yra nuimti ir alavuoti kiekvieną ekranuotą kabelio šerdį kitame gale, ruošiantis būsimiems bandymams. Prie kiekvieno kabelio skydo pritvirtinkite įžeminimo laidą, nes jis bus prijungtas prie pagrindinio įrenginio įžeminimo. Tai sustabdo trukdžius tarp kiekvieno kabelio.

Naudokite multimetrą, kad nustatytumėte, kuri ritė yra, ir pritvirtinkite lipnias etiketes, kad jas būtų galima lengvai identifikuoti ateityje.

4 žingsnis: Surinkite grandinę bandymui

1. Duonos lentos surinkimas

Mano rekomendacija yra naudoti duonos lentą, kad pirmiausia nustatytumėte ir išbandytumėte grandinę prieš įsipareigodami naudoti „Vero Board“ir gaubtą. Tai suteikia jums galimybę pritaikyti komponentų reikšmes arba pakeisti kodą, jei to reikia jautrumui ir stabilumui. Siuntimo ir priėmimo ritės turi būti prijungtos, kad jos būtų suvyniotos ta pačia kryptimi, ir tai lengviau išbandyti ant duonos lentos, prieš tai pažymint laidus būsimam prijungimui prie „Vero Board“.

Surinkite komponentus pagal grandinės schemą ir pritvirtinkite detektoriaus galvutės ritinius, naudodami prijungimo laidą.

Jungtis prie „Arduino“geriausia padaryti naudojant duonos lentos pakabinimo laidą, prilituotą prie TFT skydo. Skaitmeninių ir analoginių kaiščių jungtims pridėjau antraštės kaištį, kuris leido išvengti litavimo tiesiai prie „Arduino“plokštės. (Žr. Paveikslėlį)

2. IDE bibliotekos

Juos reikia atsisiųsti ir pridėti prie jūsų kompiuteryje veikiančios IDE (integruotos kūrimo aplinkos), naudojamo kompiuterio kodui rašyti ir įkelti į fizinę plokštę. UTFT.h ir URtouch.h yra žemiau esančiame ZIP faile

Kreditas UTFT.h ir URtouch.h atitenka „Rinky-Dink Electronics“. Įtraukiau šiuos ZIP failus, nes atrodo, kad šaltinio svetainė neveikia.

3. Testavimas

Įtraukiau bandymo programą pradinei sąrankai atlikti, kad galėtumėte išspręsti ritės orientacijos problemas. Įkelkite bandymo kodą į „Arduino IDE“ir įkelkite į „Mega“. Jei viskas veikia, turėtumėte pamatyti bandymo ekraną, kaip nurodyta aukščiau. Kiekviena ritė turėtų sukurti maždaug 4600 uS pastovios būsenos vertę kiekviename kvadrante. Jei taip nėra, pakeiskite TX arba RX ritės apvijų poliškumą ir bandykite dar kartą. Jei tai neveikia, siūlau jums patikrinti kiekvieną ritę atskirai ir grįžti per grandinę, kad pašalintumėte triktis. Jei jau dirbate 2 ar 3, palyginkite juos su neveiksniais ritiniais/grandinėmis.

Pastaba: Tolesni bandymai atskleidė, kad 0,047uf kondensatoriai RX grandinėje veikia visą jautrumą. Mano patarimas - kai tik grandinė pradės dirbti su duonos lenta, pabandykite padidinti šią vertę ir išbandykite monetą, nes pastebėjau, kad tai gali pagerinti jautrumą.

Tačiau tai nėra privaloma, jei turite osciloskopą, taip pat galite stebėti „TX Pulse“ir „RX Pulse“, kad įsitikintumėte, jog ritės yra tinkamai prijungtos. Norėdami tai patvirtinti, žiūrėkite nuotraukų komentarus.

PASTABA: į šį skyrių įtraukiau PDF dokumentą su osciloskopo pėdsakais kiekviename grandinės etape, kad būtų lengviau pašalinti visas problemas

5 žingsnis: sukurkite grandinę ir korpusą

Kai įrenginys bus patikrintas, galite žengti kitą žingsnį ir sukurti plokštę ir korpusą.

1. Paruoškite gaubtą

Išdėstykite pagrindinius komponentus ir padėkite juos savo atveju, kad nustatytumėte, kaip viskas tiks. Iškirpkite „Vero Board“, kad tilptų komponentai, tačiau įsitikinkite, kad galite tilpti į korpuso apačią. Būkite atsargūs su įkraunamu maitinimo bloku, nes jie gali būti gana didelių gabaritų.

Gręžkite skyles, kad tilptų galiniai kabeliai, maitinimo jungiklis, išorinis USB prievadas, „Arduino“programavimo prievadas ir stereo ausinių garso lizdas.

Be to, gręžkite 4 tvirtinimo angas, esančias korpuso priekinės pusės centre, kurioje bus rankena. Šios skylės turi turėti galimybę per jas perkelti kabelių kaklaraištį.

2. Surinkite „Vero Board“

Sekite grandinės schemą ir paveikslėlį aukščiau, kad sudėtumėte komponentus ant „Vero Board“.

Aš naudoju PCB gnybtų kaiščius, kad būtų galima lengvai prijungti galvos ritės kabelius prie PCB. Įdėkite „Piezo Buzzer“į PCB kartu su IC ir tranzistoriais. Stengiausi, kad TX, RX komponentai būtų sulygiuoti iš kairės į dešinę, ir užtikrinau, kad visos jungtys prie išorinių ritinių būtų viename „Vero Boar“gale. (maketą žiūrėkite nuotraukose)

3. Pritvirtinkite ritės kabelius

Iš MDF pastatykite įvestų ekranuotų kabelių kabelių laikiklį, kaip parodyta paveikslėliuose. Jį sudaro 8 skylės, išgręžtos į MDF, kad kabeliai būtų suderinti su PCB gnybtų kaiščiais. Pritvirtinus kiekvieną ritę, verta palaipsniui išbandyti grandinę, kad būtų užtikrinta teisinga ritės orientacija.

4. Išbandykite įrenginį

Prijunkite USB maitinimo bloką, maitinimo jungiklį, garso telefono lizdą ir padėkite visus laidus ir kabelius, kad jie būtų tvirtai pritvirtinti prie dėklo. Naudokite karštuosius klijus, kad laikytumėte daiktus vietoje, kad įsitikintumėte, jog niekas negali barškėti. Kaip ir ankstesniame žingsnyje, įkelkite bandymo kodą ir įsitikinkite, kad visos ritės veikia taip, kaip tikėtasi.

Patikrinkite, ar USB maitinimo blokas tinkamai įkraunamas, kai prijungtas iš išorės. Įsitikinkite, kad yra pakankamai vietos „Arduino IDE“kabeliui pritvirtinti.

5. Iškirpkite ekrano apetitą

Padėkite ekraną dėžutės centre ir pažymėkite LCD ekrano kraštus priekiniame skydelyje, kad būtų galima iškirpti angą. Naudodami amatų peilį ir metalinę liniuotę, atsargiai nubraukite dėklo dangtį ir išpjaukite angą.

Kai šlifuojama ir padengiama pagal formą, atsargiai uždėkite dangtį, tuo pačiu užtikrindami, kad visi komponentai, lentos, laidai ir ekranas būtų laikomi tarpikliais ir karštais klijais.

7. Sukurkite saulės skydelį

Radau seną juodą korpusą, kurį galėjau iškirpti ir naudoti kaip saulės skydelį, kaip parodyta aukščiau esančiose nuotraukose. Klijuokite jį ant priekinio skydo, naudodami 5 minučių dviejų dalių epoksidą.

6 žingsnis: pritvirtinkite rankeną ir dėklą prie detektoriaus galvutės

Dabar, kai „Detector Electronics“ir „Head“yra sumontuoti, belieka saugiai užbaigti įrenginio montavimą.

1. Pritvirtinkite galvą prie rankenos

Pakeiskite rankenos jungtį, kad galėtumėte ją pritvirtinti prie galvos dviem varžtais. Idealiu atveju norite sumažinti metalo kiekį šalia ritinių, todėl pritvirtinkite prie galvos mažus medinius varžtus ir daug 5 minučių 2 dalių epoksidinių klijų. Žiūrėkite aukščiau esančias nuotraukas.

2. Sujunkite galvos laidus

Naudodami kabelių kaklaraiščius, atsargiai suriškite laidus, pridedant kabelių kaklaraiščius kas 10 cm išilgai ekranuotų laidų. Pasirūpinkite, kad pasirinktumėte geriausią dėklo padėtį, kad būtų lengva matyti ekraną, pasiekti valdiklius ir pritvirtinti ausines/kištukus.

3. Pritvirtinkite elektroniką prie rankenos

Sukurkite 45 laipsnių montavimo bloką iš MDF, kad galėtumėte pritvirtinti dėklą kampu, o tai reiškia, kad kai braukiate detektorių žeme, galite lengvai matyti TFT ekraną. Žiūrėkite paveikslėlį aukščiau.

Pritvirtinkite elektronikos dėklą prie rankenos kabelių jungtimis, einančiomis per tvirtinimo bloką, ir į dėklą per anksčiau išgręžtas tvirtinimo angas.

4. Užbaikite detektoriaus galvutę

Detektoriaus galvutės ritės turi būti tvirtinamos nejudant laiduose, todėl tinkamas laikas naudoti karštus klijus, kad visos ritės būtų gerai pritvirtintos.

Detektoriaus galvutė taip pat turi būti neperšlampama, todėl svarbu purkšti MDF skaidriu sandarikliu (dėl akivaizdžių priežasčių įsitikinkite, kad sandariklyje nėra metalo).

Kiekvienos ritės centre išgręžkite 5 mm skylutes ir praleiskite 5 mm x 30 mm plastikinius vamzdžius, kad galėtumėte įstumti medinius iešmus į žemiau esantį dirvą, kai tik smeigtuku bus nukreiptas taikinys. Norėdami užfiksuoti vietą, naudokite karšto klijų pistoletą.

Tada galvos viršutinę dalį uždengiau plastikine plokštele, o apačią - su storu plastikiniu knygų dangteliu, o kraštą užbaigiau lanksčiu elektros vamzdžio vamzdžiu ir įklijavau karšto klijavimo vietoje.

7 žingsnis: galutinis surinkimas ir bandymas

1. Įkrovimas

Įdėkite standartinį mobiliojo telefono įkroviklį į „Micro USB“prievadą ir įsitikinkite, kad įrenginys tinkamai įkrautas.

2. Įkėlimo kodas

Norėdami įkelti pridėtą kodą, naudokite „Arduino IDE“.

3. Nutildymo mygtukas

Įjungus įrenginį numatytasis nutildymas. Tai pažymėta raudonu nutildymo mygtuku apatiniame ekrano LHS. Norėdami įjungti garsą, paspauskite šį mygtuką, o mygtukas turėtų būti žalias ir reiškia, kad garsas įjungtas.

Išjungus garsą, vidinis garsinis signalas ir išorinis garso telefono lizdas skleis garsą.

4. Kalibravimas

Kalibravimas grąžina pėdsaką į ekrano apačią po slenksčio linijomis. Pirmą kartą įjungus įrenginys automatiškai sukalibruos. Įrenginys yra nepaprastai stabilus, tačiau, jei reikia atlikti pakartotinį kalibravimą, tai galima padaryti palietus ekrane esantį kalibravimo mygtuką, kuris bus pakartotinai kalibruojamas per mažiau nei sekundę.

5. Ribos

Jei signalas ant bet kurio pėdsako viršija slenkstinę liniją (punktyrinė linija ekrane) ir išjungimo mygtukas yra išjungtas, bus sukurtas garso signalas.

Šias ribas galima koreguoti aukštyn ir žemyn, palietus ekraną virš arba žemiau kiekvienos sekimo linijos.

6. PW ir DLY reguliavimas

Impulsų ritės trukmę ir vėlavimą tarp impulsų galima reguliuoti jutikliniu ekranu. Tai tikrai tinka eksperimentuoti su įvairiomis aplinkomis ir lobiais, kad būtų galima pasiekti geriausių rezultatų.

7. Rodymo tipai

Yra 4 skirtingų tipų ekranai

1 rodymo parinktis: taikinio padėtis po detektoriaus galvute Mano ketinimas buvo panaudoti 4 ritinius, kad trikampio formos taikinio padėtis po detektoriaus galvute. Dėl netiesinio paieškos ritinių pobūdžio tai tapo sudėtinga, tačiau aukščiau pateiktas animacinis-g.webp

2 parinktis: Rodyti kiekvienos paieškos ritės signalo pėdsaką Tai leidžia jums sekti, kur yra tikslinis objektas po galva, ekrane nubrėžus nepriklausomą signalo stiprumo pėdsaką kiekvienai paieškos ritinei. Tai naudinga norint nustatyti, ar po detektoriaus galvute yra du arti vienas kito esantys taikiniai ir santykinis stiprumas.

3 ekrano parinktis: kaip ir 2 parinktis, tačiau su storesne linija lengviau matyti.

4 ekrano parinktis: tas pats kaip 2 parinktis, tačiau prieš ištrindami pėdsaką piešia per 5 ekranus. Tinka fiksuoti silpnus signalus.

Per ateinančias kelias savaites atlieku lauko bandymus, todėl paskelbsiu visus lobių radinius.

Dabar eik linksmintis ir surask lobį !!

8 žingsnis: Epilogas: ritės variantai

Buvo daug gerų, įdomių klausimų ir pasiūlymų apie ritės konfigūraciją. Kuriant šią instrukciją, verta paminėti daugybę eksperimentų su įvairiomis ritės konfigūracijomis.

Aukščiau esančiose nuotraukose parodytos kai kurios ritės, kurias bandžiau prieš nuspręsdamas dėl dabartinio dizaino. Jei turite daugiau klausimų, parašykite man.

Keliaukite toliau eksperimentuoti!

Pirmasis prizas išradimų iššūkyje 2017 m

Pirmasis prizas „Explore Science“konkurse 2017 m