Vreckový kovový lokátor - Arduino: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Od TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets na Instagrame Nasledovať viac od autora:

O: Bláznivo do technológie a možností, ktoré môže priniesť. Milujem výzvu stavať jedinečné veci. Mojím cieľom je urobiť technológiu zábavnou, relevantnou pre každodenný život a pomôcť ľuďom uspieť v budovaní skvelých … Viac o TechKiwiGadgets »

Tento chladný malý vreckový kovový lokátor je dostatočne citlivý na to, aby identifikoval malé klince a klince v dreve, a je dostatočne kompaktný, aby sa zmestil do nepríjemných priestorov, takže je pohodlné ho prenášať a používať na lokalizáciu kovov.

Jednotka má štyri nezávislé vyhľadávacie cievky a farebné LED indikátory, ktoré uľahčujú rýchle pokrytie väčšej vyhľadávacej oblasti a zároveň presnú identifikáciu cieľa.

Toto úhľadné malé zariadenie sa samokalibruje jediným stlačením tlačidla, nabíja sa prostredníctvom portu USB a pomocou farebných diód LED, zvuku a vibrácií indikuje cieľovú silu.

V návode sú zahrnuté všetky návrhy, testovanie, kód a 3D súbory, ktoré sú potrebné na vlastnú stavbu. Dúfam, že vás budovanie a používanie bude baviť rovnako ako mňa !!

Krok 1: Zoznam materiálov a ako to funguje

1. Ako to funguje

Vreckový kovový lokátor používa štyri nezávislé pulzné indukčné vyhľadávacie cievky poháňané Arduino Pro Mini. Každá vyhľadávacia cievka sa skladá zo samostatnej cievky TX a RX, kde je do cievky TX indukovaný impulz, ktorý vytvára elektromagnetické pole okolo cievky RX. Meniace sa pole indukuje do cievky RX napätie, ktoré je detekované a zosilnené predtým, ako Arduino odčíta šírku impulzu signálu.

Na odstránenie šumu z platných impulzov sa používa vyhladzovací algoritmus v kóde Arduino, vďaka ktorému je veľmi stabilný.

Kalibračný algoritmus v kóde zaberá priemer hodnôt za krátku dobu spustenia a nastavuje sériu prahových hodnôt na porovnanie signálu.

Keď sa kovový predmet dostane do dosahu elektromagnetického poľa, pole sa naruší a časť energie sa odvedie z cievky RX do „Eddieho prúdov“, ktoré sa vytvoria v cieľovom objekte. Tento parazitický účinok cieľového objektu má za následok zníženie šírky impulzu v cievke RX. V zásade meriame stratu energie do cieľového objektu.

Keď šírka impulzu detekovaná v cievke RX klesne pod prahovú hodnotu, potom sa rozsvietia diódy LED, zaznie bzučiak a spustí sa motor haptickej spätnej väzby - v závislosti od vopred určenej veľkosti cieľového signálu.

Obvod sa za posledný rok vyvinul na veľmi stabilný a spoľahlivo fungujúci detektor. Konfigurácia a orientácia cievky bola zámerne navrhnutá tak, aby maximalizovala stabilitu a detekciu hĺbky.

2. Zoznam materiálov

1. Veľkosť 3,7v 350mAh LiPo batérie: 38 mm x 20 mm x 7,5 mm
2. TP4056 USB LiPo nabíjačka batériíÚdajový list
3. Rezistor 4,7 K na obmedzenie nabíjacieho prúdu batérie LiPo pod 300 mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB na sériový modul na programovanie Mini Pro
6. Integrovaný obvod štvornásobného diferenciálneho komparátora LM339
7. Vero Board - 2 kusy narezané na otvory 20 x 9 a 34 x 9 (správnu orientáciu nájdete na fotografii)
8. BC548 NPN tranzistor x 4
9. Prepínač 2N7000 MOSFET x 5
10. Piezo bzučiak
11. Vibračný motor na mince pre haptickú spätnú väzbu
12. WS2812 RGB LED modul x 4
13. 1k odpor x 4
14. 10k odpor x 4
15. Odpor 47 ohmov x 4
16. Rezistor 2,2K x 4
17. Keramický kondenzátor 150 pf x 8
18. Polyesterový kondenzátor 0,18uF x 4
19. Rola 0,3 mm smaltovaného medeného drôtu (bežne sa dodáva v kotúčoch s hmotnosťou približne 25 g)
20. Tlačidlový spínač namontovaný na PCB
21. Horúca lepiaca pištoľ
22. 10 mm vrták
23. Ručná vŕtačka
24. Štítkovacia pištoľ alebo lepiaca páska vhodná na označenie 16 samostatných drôtov Pripojovací drôt
25. Prístup k 3D tlačiarni

3. Prevádzka komparátora

Mám niekoľko otázok týkajúcich sa prevádzky LM339, a tak som si myslel, že poskytnem jasnejšie vysvetlenie.

LM339 funguje výlučne ako komparátor napätia, porovnáva rozdielové napätie medzi kladnými a zápornými kolíkmi a vydáva logicky nízku alebo vysokú impedanciu (logická vysoká s vyťahovaním) na základe vstupnej diferenciálnej polarity.

V tomto obvode je kladný vstup komparátora zapojený do vedenia Vcc a na výstup komparátora je použitý zdvíhací odpor k Vcc. V tejto konfigurácii v praxi zostáva výstupné napätie komparátora vysoké, kým vstupné napätie na zápornom vstupe neprekročí 3,5 V

Operáciu je možné vysvetliť z dátového listu LM339, ktorý popisuje „rozsah vstupného napätia“v rozsahu od 0 V do Vsup-1,5 V

Keď sú IN– aj IN+ v rozsahu spoločného režimu, ak je IN– nižšie ako IN+ a napätie offsetu, výstup má vysokú impedanciu a výstupný tranzistor nie je vodivý

Keď je IN– vyšší ako spoločný režim a IN+ je v spoločnom režime, výstup je nízky a výstupný tranzistor klesá prúd. Odkaz na údajový list a vysvetlenie nižšie

Krok 2: Vytlačte si puzdro

3D tlačené puzdro bolo urobené pomocou 5 samostatných výtlačkov. Rozmery a 3D súbory nájdete tu na Thingiverse. Konštrukcia bola zameraná na to, aby sa zariadenie ľahko držalo a zaistilo, aby boli vyhľadávacie cievky čo najbližšie k hľadanej oblasti.

Opatrne vytlačte puzdro a odstráňte prebytočný plast. Tento krok je dôležité urobiť teraz, aby bolo možné elektronické súčiastky v puzdre zarovnať pred konečným zapojením a testovaním.

Zahrnul som obrázok niekoľkých rôznych prevedení puzdier, ktoré som testoval, než som pristúpil k konečnému dizajnu, ktorý bol kompaktnejší a ergonomicky príjemnejší na držanie.

Krok 3: Zostavte a namontujte vyhľadávacie cievky

Vezmite formovače s potlačou a na každý z nich naviňte 25 závitov medeného drôtu. Zaistite, aby ste k hlavnej jednotke nechali dobrých 20 cm extra medeného drôtu.

Otvory vytlačené vo formovačoch použite na zaistenie konzistentného vetra a orientácie cievok pre každý tvarovač. Keď to robíte, obráťte tvarovač hore dnom a postupne ho prilepte k základnej jednotke.

Postupujte podľa zostavy fotografií, ako je uvedené, výsledkom je 8 cievok namontovaných v zostave cievok so všetkými vodičmi konzistentne orientovaných a dostatočne dlhých na pripojenie k jednotke základnej dosky v hornom kryte.

Na sledovanie konkrétnej cievky použite dva bloky vodítka, ktoré majú otvory pre každú cievku, tlačenú základňu.

Drôty pre vnútorné cievky som umiestnil pozdĺž hornej časti a vonkajšie cievky pozdĺž spodnej časti bloku drôtov, aby som mohol sledovať každú konkrétnu cievku, čo uľahčuje pripojenie k hlavnej doske.

Krok 4: Vybudujte obvod

Jednotka má štyri kľúčové obvody, ktoré je možné stavať nezávisle - dosku vodiča, hlavnú dosku, zostavu LED a nabíjateľný zdroj. V tomto kroku postavíme dosku vodiča a hlavnú dosku.

1. Vodičská doska

Pomocou remeselného noža nakrájajte kus dosky Vero Board pozdĺž otvorov 22 x 11, výsledkom bude kúsok dosky Vero Board s otvormi 20 x 9 orientovanými podľa priloženého obrázku. Najlepšie je viackrát zabodovať cez otvory na oboch stranách dosky a potom jemne odlepiť prebytočnú dosku. Skontrolujte, či je doska umiestnená v spodnej časti krytu s dostatočným priestorom na oboch stranách.

Použitím fotografií a 10 mm vŕtačky ručne opatrne zlomte cvočky uvedené na spodnej strane dosky Vero. Pri zostavovaní dosky plošných spojov postupujte podľa schémy zapojenia a rozloženia fotografií. Dávajte pozor, aby ste zaistili, že nebudú skratované trate.

Odložte túto dosku na neskoršie testovanie.

2. Hlavná rada

Pomocou remeselného noža nakrájajte kus dosky Vero Board pozdĺž otvorov 36 x 11, výsledkom bude kúsok dosky Vero Board s otvormi 34 x 9 orientovanými podľa priloženého obrázku. Najlepšie je viackrát zabodovať cez otvory na oboch stranách dosky a potom jemne odlepiť prebytočnú dosku. Skontrolujte, či je doska umiestnená v spodnej časti krytu s dostatočným priestorom na oboch stranách.

Použitím fotografií a 10 mm vŕtačky ručne opatrne zlomte cvočky uvedené na spodnej strane dosky Vero.

Pri zostavovaní dosky plošných spojov postupujte podľa schémy zapojenia a rozloženia fotografií integrovaných obvodov Arduino a LM339 a ďalších komponentov, pričom dbajte na to, aby nedošlo k skratovaniu koľají.

Odložte túto dosku na neskoršie testovanie.

Krok 5: Pridajte LED indikátory

Použil som LED diódy WS2182, ktoré majú vstavaný integrovaný obvod, ktorý im umožňuje komunikovať pomocou Arduina pomocou troch samostatných vodičov, avšak odoslaním príkazu na LED je možné vytvoriť širokú škálu farieb a farieb jasov. To sa deje prostredníctvom špeciálnej knižnice načítanej do Arduino IDE zahrnutého v testovacej časti.

1. Montáž LED diód na kryt skrinky cievky

Opatrne umiestnite štyri diódy LED tak, aby boli správne orientované, aby boli pripojenia VCC a GND zarovnané a aby sedeli v strede otvorov.

Na upevnenie diód LED na svoje miesto použite horúce lepidlo.

2. Zapojenie LED diód

Opatrne odizolujte a umiestnite tri 25 cm dĺžky jednožilového prepojovacieho vodiča cez kontakty LED diód.

Spájkujte ich na svoje miesto a zaistite, aby bol stredový dátový vodič spojený s kontaktmi IN a OUT podľa fotografie.

3. Kontrola zarovnania prípadov

Skontrolujte, či je veko puzdra zarovnané s krytom cievky, a potom pomocou horúceho lepidla držte drôty na mieste na spodnom konci veka.

Odložte to na neskoršie testovanie.

Krok 6: Zostavenie a testovanie jednotky

1. Príprava na montáž

Pred montážou postupne otestujeme každú dosku, aby sme uľahčili riešenie problémov.

Arduino Pro Mini vyžaduje na programovanie z počítača sériovú dosku USB. To umožňuje, aby bola doska menšej veľkosti, pretože na nej nie je sériové rozhranie. Na naprogramovanie týchto dosiek budete musieť investovať do ich zakúpenia, ako je uvedené v zozname súčiastok.

Pred načítaním kódu Arduino budete musieť pridať knižnicu „FastLED.h“ako knižnicu na ovládanie LED diódy WS2182. Na riešenie problémov v prípade problémov bola poskytnutá séria osciloskopických stôp.

K dispozícii je tiež snímka obrazovky sériového dátového výstupu IDE pomocou funkcie Graph Plot, ktorá zobrazuje výstup šírky impulzu každého z kanálov a prahovú hodnotu. Je to užitočné počas testovania, pretože vidíte, či každý kanál dosahuje podobnú úroveň citlivosti.

Priložil som dve kópie kódu. Jeden má testovacie sériové streamovanie údajov na účely riešenia problémov.

POZNÁMKA: Nepripájajte batériu LiPo až do posledného kroku, pretože náhodné skratovanie počas montáže môže spôsobiť prehriatie jednotky alebo dokonca vznietenie.

2. Otestujte hlavnú dosku

Pred pripojením základnej dosky k čomukoľvek je vhodné pripojiť sériový kábel Arduino a skontrolovať, či sa načítava kód.

Toto jednoducho otestuje, či máte Arduino fyzicky správne zapojené a či je načítané IDE a knižnice. Vložte kód cez IDE, ktoré by sa malo načítať bez chýb a zo všetkých komponentov by nemal vychádzať dym !!

3. Pripojte dosku ovládača

Podľa schémy zapojenia pripojte dosku vodiča k hlavnej doske a fyzicky umiestnite jednotku do puzdra, aby sa zaistilo, že sa položky zmestia do krytu. Toto je prípad pokusov a omylov a vyžaduje si vytrvalosť.

Vložte kód cez IDE, ktoré by sa malo načítať bez chýb a zo všetkých komponentov by nemal vychádzať dym !!

4. Pripojenie cievok Pripojte cievky k základnej doske podľa schémy zapojenia a fyzicky umiestnite jednotku do puzdra, aby ste sa uistili, že položky správne pasujú. Starostlivo zaistite, aby boli cievky zarovnané so vstupmi dosky vodiča a základnej dosky podľa schémy zapojenia.

Po načítaní testovacieho kódu zobrazí sériový port šírku impulzu na prijímacej cievke niekde medzi 5 000 - 7 000 µS. Toto je tiež možné zobraziť pomocou grafického plotra IDE.

To vám umožní riešiť problémy s každým z kanálov a tiež vidieť efekt pohybu mince v blízkosti vyhľadávacej cievky, čo by malo zmenšiť šírku impulzu, keď sa cieľ priblíži k vyhľadávacej cievke.

Ak máte osciloskop, môžete tiež skontrolovať priebeh v rôznych fázach obvodu a diagnostikovať problémy.

Akonáhle všetky kanály fungujú podľa očakávanej polohy, vodiče tak, aby sa kryt puzdra správne zostavil a zatvoril.

5. Pripojte diódy LED

Opatrne vyberte tri vodiče z diód LED krytu cievky a pripojte ich k základnej doske. Vložte kód a skontrolujte, či LED diódy fungujú správne. Pomocou lepidla pripevnite veko krytu cievky na miesto.

Krok 7: Pripojenie nabíjateľnej batérie

POZNÁMKA:

1. Nepripájajte LiPo batériovú jednotku až do posledného kroku, pretože nechcené skratovanie počas montáže môže spôsobiť prehriatie jednotky alebo dokonca vznietenie.

2. Pri manipulácii s batériou a nabíjačkou dávajte pozor, aby ste neskratovali spoje batérie.

3. LiPo batérie sú na rozdiel od iných nabíjateľných a nadprúdové nabíjanie môže byť nebezpečné, preto sa uistite, že ste správne nakonfigurovali nabíjací obvod.

4. Nepripájajte sériový kábel Arduino k jednotke, keď je stlačené tlačidlo napájania, inak by mohlo dôjsť k poškodeniu batérie.

1. Upravte limit prúdu nabíjačky

Vreckový kovový lokátor používa batériu LiPo, ktorú je možné nabíjať pomocou nabíjačky telefónu Micro USB. Doska nabíjačky batérií USB LiPo TP4056 USB je najskôr upravená pomocou odporu 4,7 K, aby sa obmedzil nabíjací prúd pod 300 mA. Návod, ako to urobiť, nájdete tu.

To vyžaduje, aby ste odstránili existujúci povrchovo namontovaný odpor a nahradili ho odporom, ako je znázornené na fotografii. Akonáhle je na mieste, chráňte akýkoľvek neplánovaný pohyb rezistora horúcou lepiacou pištoľou.

Pred pripojením k základnej doske vyskúšajte správnosť fungovania nabíjačky zapojením nabíjačky mobilného telefónu s portom Micro USB. Pri správnej funkcii by sa mala rozsvietiť červená kontrolka nabíjania.

2. Nainštalujte tlačidlový vypínač

Uistite sa, že je tlačidlo namontované v správnej polohe tak, aby vyčnievalo stredom krytu krytu, a potom tlačidlo zapájajte na miesto. Podľa schémy zapojenia nainštalujte vodiče medzi tlačidlový spínač a výstup nabíjačky a linku VCC na Arduine.

Ak je správne nainštalovaný, stlačením spínača sa jednotka aktivuje.

Zaistite batériu na mieste pomocou horúceho lepidla a zaistite, aby bola zásuvka Micro USB zarovnaná s otvorom vo veku puzdra, aby sa dala nabíjať.

Krok 8: Záverečné testovanie a prevádzka

1. Fyzické zhromaždenie

Posledným krokom je starostlivé usporiadanie vodičov, aby sa puzdro správne zatvorilo. Pomocou horúceho lepidla pripevnite základnú dosku k veku a potom veko zatvorte.

2. Ovládanie jednotky

Jednotka funguje kalibráciou po stlačení a podržaní tlačidla napájania. Keď je jednotka pripravená na použitie, všetky LED diódy začnú blikať. Pri hľadaní podržte tlačidlo stlačené. LED diódy sa menia z modro-zelenej, červenej, purpurovej podľa sily cieľového objektu. K haptickej spätnej väzbe dochádza vtedy, keď diódy LED zhasnú.

Nie ste pripravení ísť používať v praktických aplikáciách !!