Detektor i thjeshtë Arduino Metal: 8 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

*** Një version i ri është postuar që është edhe më i thjeshtë: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Zbulimi i metaleve është një kohë e shkëlqyer e kaluar që ju bën të dilni jashtë, të zbuloni vende të reja dhe ndoshta të gjeni diçka interesante. Kontrolloni rregulloret tuaja lokale se si të veproni në rast të një gjetjeje eventuale, në veçanti në rast të objekteve të rrezikshme, relikeve arkeologjike ose objekte me vlerë të rëndësishme ekonomike ose emocionale.

Udhëzimet për detektorët e metaleve DIY janë të shumta, por kjo recetë është e veçantë në kuptimin që kërkon shumë pak përbërës përveç një mikrokontrolluesi Arduino: një kondensator, rezistencë dhe diodë e zakonshme formojnë bërthamën, së bashku me një spirale kërkimi që përbëhet nga rreth 20 mbështjelljet e kabllit përçues elektrik. LED -të, një altoparlant dhe/ose kufje shtohen më pas për të sinjalizuar praninë e metaleve pranë spirales së kërkimit. Një avantazh shtesë është se të gjithë mund të mundësohen nga një fuqi e vetme 5V, për të cilën një fuqi e zakonshme USB 2000mAh është e mjaftueshme dhe do të zgjasë shumë orë.

Për të interpretuar sinjalet dhe për të kuptuar se në cilat materiale dhe forma është i ndjeshëm detektori, me të vërtetë ndihmon për të kuptuar fizikën. Si rregull, detektori është i ndjeshëm ndaj objekteve në një distancë ose thellësi deri në rrezen e spirales. Mostshtë më e ndjeshme ndaj objekteve në të cilat një rrymë mund të rrjedhë në rrafshin e spirales, dhe përgjigja do të korrespondojë me zonën e lakut aktual në atë objekt. Kështu një disk metalik në rrafshin e spirales do të japë një përgjigje shumë më të fortë se i njëjti disk metalik pingul me spiralen. Pesha e objektit nuk ka shumë rëndësi. Një pjesë e hollë e fletë alumini e orientuar në rrafshin e një spiraleje do të japë një përgjigje shumë më të fortë sesa një rrufe në qiell prej metali të rëndë.

Hapi 1: Parimi i punës

Kur energjia elektrike fillon të rrjedhë përmes një spirale, ajo ndërton një fushë magnetike. Sipas ligjit të induksionit të Faraday, një fushë magnetike në ndryshim do të rezultojë në një fushë elektrike që kundërshton ndryshimin në fushën magnetike. Kështu, një tension do të zhvillohet përgjatë spirales që kundërshton rritjen e rrymës. Ky efekt quhet vetë-induktancë, dhe njësia e induktancës është Henry, ku një spirale prej 1 Henry zhvillon një ndryshim potencial prej 1V kur rryma ndryshon me 1 Amper në sekondë. Induktiviteti i një spiraleje me mbështjellje N dhe rreze R është afërsisht 5µH x N^2 x R, me R në metra.

Prania e një objekti metalik pranë një spirale do të ndryshojë induktancën e tij. Në varësi të llojit të metalit, induktiviteti mund të rritet ose ulet. Metalet jo-magnetike të tilla si bakri dhe alumini pranë një spirale zvogëlojnë induktancën, sepse një fushë magnetike në ndryshim do të shkaktojë rryma të vrullshme në objekt që zvogëlojnë intensitetin e fushës magnetike lokale. Materialet ferromagnetike, të tilla si hekuri, pranë një spirale rrisin induktancën e saj sepse fushat magnetike të shkaktuara përputhen me fushën magnetike të jashtme.

Matja e induktivitetit të një spirale mund të zbulojë kështu praninë e metaleve aty pranë. Me një Arduino, një kondensator, një diodë dhe një rezistencë është e mundur të matni induktancën e një spirale: duke e bërë spiralen pjesë të një filtri LR me kalim të lartë dhe duke e ushqyer këtë me një valë bllok, do të krijohen thumba të shkurtër në çdo kalimi Gjatësia e pulsit të këtyre pikave është proporcionale me induktancën e spirales. Në fakt, koha karakteristike e një filtri LR është tau = L/R. Për një spirale prej 20 dredha -dredha dhe një diametër prej 10 cm, L ~ 5µH x 20^2 x 0.05 = 100µH. Për të mbrojtur Arduino nga rryma e tepërt, rezistenca minimale është 200Ohm. Ne kështu presim impulse me një gjatësi prej rreth 0.5 mikrosekonda. Këto janë të vështira për t'u matur drejtpërdrejt me saktësi të lartë, duke pasur parasysh që frekuenca e orës së Arduino është 16MHz.

Në vend të kësaj, pulsi në rritje mund të përdoret për të ngarkuar një kondensator, i cili pastaj mund të lexohet me analogun Arduino në dixhital të konvertuar (ADC). Ngarkesa e pritshme nga një impuls 0.5 mikrosekondë prej 25mA është 12.5nC, e cila do të japë 1.25V në një kondensator 10nF. Rënia e tensionit mbi diodën do ta zvogëlojë këtë. Nëse pulsi përsëritet disa herë, ngarkesa në kondensator rritet në ~ 2V. Kjo mund të lexohet me Arduino ADC duke përdorur analogRead (). Kondensatori pastaj mund të shkarkohet shpejt duke ndryshuar pinin e leximit në dalje dhe duke e vendosur atë në 0V për disa mikrosekonda. E gjithë matja zgjat rreth 200 mikrosekonda, 100 për ngarkimin dhe rivendosjen e kondensatorit dhe 100 për konvertimin ADC. Saktësia mund të rritet shumë duke përsëritur matjen dhe duke e bërë mesataren e rezultatit: marrja e mesatares prej 256 matjeve merr 50ms dhe përmirëson saktësinë me një faktor 16. ADC 10-bitësh arrin saktësinë e një ADC 14-bit në këtë mënyrë.

Kjo matje e marrë është shumë jolineare me induktancën e spirales dhe për këtë arsye nuk është e përshtatshme për të matur vlerën absolute të induktancës. Sidoqoftë, për zbulimin e metaleve ne jemi të interesuar vetëm për ndryshimet e vogla relative të induktancës së spirales për shkak të pranisë së metaleve aty pranë, dhe për këtë kjo metodë është krejtësisht e përshtatshme.

Kalibrimi i matjes mund të bëhet automatikisht në softuer. Nëse dikush mund të supozojë se shumicën e kohës nuk ka metal pranë spirales, një devijim nga mesatarja është një sinjal që metali i është afruar spirales. Përdorimi i ngjyrave të ndryshme ose toneve të ndryshme ju lejon të dalloni një rritje të papritur ose një rënie të papritur të induktivitetit.

Hapi 2: Komponentët e kërkuar

Bërthama elektronike:

Mburoja prototip Arduino UNO R3 + OSE Arduino Nano me bord prototip 5x7cm

Kondensator 10nF

Diodë e vogël sinjali, p.sh. 1N4148

Rezistencë 220 ohm

Për fuqinë:

USB power bank me kabllo

Për daljen vizuale:

2 LED me ngjyra të ndryshme p.sh. blu dhe jeshile

2 rezistorë 220Ohm për të kufizuar rrymat

Për daljen e zërit:

Gumëzhitës pasiv

Mikroçelës për të çaktivizuar zërin

Për daljen e kufjeve:

Lidhës kufje

Rezistencë 1kOhm

Kufje

Për të lidhur/shkëputur me lehtësi spiralën e kërkimit:

Terminal me vidë me 2 kunja

Për spiralen e kërkimit:

Meters 5 metra kabllo të hollë elektrike

Struktura për të mbajtur spiralen. Duhet të jetë e ngurtë, por nuk ka nevojë të jetë rrethore.

Për strukturën:

Shkop 1 metër, p.sh. dru, plastikë ose shkop selfie.

Hapi 3: Spiralja e Kërkimit

Për spiralen e kërkimit, unë mbështillja 4 milion wire tela të bllokuar rreth një cilindri kartoni me diametër 9 cm, duke rezultuar në rreth 18 dredha -dredha. Lloji i kabllit është i parëndësishëm, përderisa rezistenca ohmike është të paktën dhjetë herë më e vogël se vlera e R në filtrin RL, prandaj sigurohuni që të qëndroni nën 20 Ohms. Kam matur 1 Ohm, kështu që është e sigurt. Vetëm marrja e një rrotull 10 metrash të përfunduar me tela lidhës gjithashtu funksionon!

Hapi 4: Një version prototip

Duke pasur parasysh numrin e vogël të përbërësve të jashtëm, është krejtësisht e mundur të vendosni qarkun në tabelën e vogël të një prototipi të mburojës. Sidoqoftë, rezultati përfundimtar është mjaft i rëndë dhe jo shumë i fortë. Më mirë është të përdorni një Arduino nano dhe ta lidhni me përbërësit shtesë në një bord prototip 5x7cm, (shikoni hapin tjetër)

Vetëm 2 kunja Arduino përdoren për zbulimin aktual të metaleve, një për sigurimin e impulseve në filtrin LR dhe një për leximin e tensionit në kondensator. Pulsimi mund të bëhet nga çdo pin dalës, por leximi duhet të bëhet me një nga kunjat analoge A0-A5. 3 kunja të tjera përdoren për 2 LED dhe për daljen e zërit.

Këtu është receta:

1. Në tabelën e bukës, lidhni rezistencën 220Ohm, diodën dhe kondensatorin 10nF në seri, me terminalin negativ të diodës (vija e zezë) drejt kondensatorit.
2. Lidhni A0 me rezistencën (fundi nuk është i lidhur me diodën)
3. Lidheni A1 me pikën kryq të diodës dhe kondensatorit
4. Lidhni terminalin e palidhur të kondensatorit me tokën
5. Lidhni një fund të spirales me pikën kryq të diodës së rezistencës
6. Lidhni skajin tjetër të spirales me tokën
7. Lidhni një LED me terminalin e tij pozitiv në pin D12 dhe terminalin e tij negativ përmes një rezistence 220Ohm në tokë
8. Lidhni LED -in tjetër me terminalin e tij pozitiv në pin D11 dhe terminalin e tij negativ përmes një rezistence 220Ohm në tokë
9. Opsionale, lidhni një kufje ose altoparlant pasiv me zile midis pin 10 dhe tokëzimit. Një kondensator ose rezistencë mund të shtohet në seri për të zvogëluar volumin

Kjo eshte e gjitha!

Hapi 5: Një version i bashkuar

Për të nxjerrë detektorin metalik jashtë, do të jetë e nevojshme ta lidhni atë. Një bord prototip i zakonshëm 7x5 cm i përshtatet rehat Arno Dino dhe të gjithë përbërësve të kërkuar. Përdorni të njëjtat skema si në hapin e mëparshëm. E gjeta të dobishme të shtoja një ndërprerës në seri me zile për të fikur tingullin kur nuk është e nevojshme. Një terminal me vidë ju lejon të provoni mbështjellje të ndryshme pa pasur nevojë të bashkoni. Çdo gjë mundësohet përmes 5V të furnizuar në portën (mini- ose mikro-USB) të Arduino Nano.

Hapi 6: Softueri

Skica Arduino e përdorur është bashkangjitur këtu. Ngarko dhe ekzekuto atë. Kam përdorur Arduino 1.6.12 IDE. Rekomandohet ta ekzekutoni me debug = true në fillim, në mënyrë që të akordoni numrin e impulseve për matje. Më e mira është që të keni një lexim ADC midis 200 dhe 300. Rritni ose ulni numrin e pulseve në rast se spiralja juaj jep lexime drastike të ndryshme.

Skica bën një lloj vetë-kalibrimi. Mjafton që spiralja të lihet e qetë larg metaleve për ta bërë atë të qetë. Zhvendosjet e ngadalta në induktancë do të ndiqen, por ndryshimet e mëdha të papritura nuk do të ndikojnë në mesataren afatgjatë.

Hapi 7: Montimi i tij në një shkop

Meqenëse ju nuk dëshironi të bëni kërkimet tuaja të thesarit duke u zvarritur mbi dysheme, tre dërrasat, spiralja dhe bateria duhet të vendosen në fund të një shkopi. Një shkop selfie është ideal për këtë, pasi është i lehtë, i palosshëm dhe i rregullueshëm. Powerbank -i im 5000mAh ndodhi që u përshtat në shkopin selfie. Bordi pastaj mund të ngjitet me lidhje kabllore ose elastikë dhe spiralja në mënyrë të ngjashme mund të jetë ose në bateri ose në shkop.

Hapi 8: Si ta përdorni

Për të vendosur referencën, mjafton të lini spiralën ~ 5s larg metaleve. Pastaj, kur spiralja të afrohet me një metal, LED jeshil ose blu do të fillojë të ndizet dhe bip do të prodhohen në zile dhe/ose kufje. Blicet blu dhe biipet me zë të ulët tregojnë praninë e metaleve jo-ferromagnetike. Blicet e gjelbërta dhe biipet me zë të lartë tregojnë praninë e metaleve ferromagnetike. Kini kujdes që kur spiralja të mbahet për më shumë se 5 sekonda pranë metalit, do ta marrë atë lexim si referencë dhe do të fillojë të qajë kur detektori të hiqet nga metali. Pas disa sekondave të zhurmës në ajër, do të qetësohet përsëri. Frekuenca e ndezjeve dhe sinjalizimeve tregon fuqinë e sinjalit. Gëzuar gjuetinë!