Pocket Metal Locator - Arduino: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Oleh TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets di InstagramMengikuti Lagi oleh pengarang:

Tentang: Gila mengenai teknologi dan kemungkinan yang boleh dibawanya. Saya suka cabaran membina perkara yang unik. Matlamat saya adalah untuk menjadikan teknologi menyeronokkan, relevan dengan kehidupan seharian dan membantu orang berjaya membina… Lebih Lanjut Mengenai TechKiwiGadgets »

Pocket Metal Locator yang sejuk ini cukup sensitif untuk mengenal pasti paku kecil dan kancing kayu dan cukup padat untuk masuk ke ruang yang canggung menjadikannya senang dibawa dan digunakan untuk mencari logam.

Unit ini mempunyai empat gegelung carian bebas dan penunjuk LED warna yang memudahkan untuk menutup kawasan carian yang lebih besar dengan cepat sambil dapat mengenal pasti sasaran dengan tepat.

Peranti kecil yang kemas ini dikalibrasi sendiri dengan operasi satu butang, boleh dicas semula melalui port USB dan menggunakan LED warna, suara dan getaran untuk menunjukkan kekuatan sasaran.

Termasuk dalam instruksinya adalah semua reka bentuk, ujian, kod dan fail 3D yang diperlukan untuk membina sendiri. Saya harap anda seronok membina dan menggunakan ini seperti yang saya ada !!

Langkah 1: Senarai Bahan dan Cara Kerja

1. Bagaimana ia berfungsi

Pocket Metal Locator menggunakan empat Coil Cari Induksi Pulse bebas yang dikuasakan oleh Arduino Pro Mini. Setiap Search Coil terdiri dari gegelung TX dan RX yang terpisah di mana denyut nadi diinduksi ke dalam gegelung TX yang menghasilkan medan elektromagnetik di sekitar gegelung RX. Medan yang berubah menghasilkan voltan ke dalam gegelung RX yang dikesan dan diperkuat sebelum lebar denyut isyarat dibaca oleh Arduino.

Algoritma pelicinan dalam kod Arduino digunakan untuk menghilangkan bunyi dari denyutan yang betul menjadikannya sangat stabil.

Algoritma penentukuran dalam kod memerlukan pembacaan rata-rata dalam jangka masa permulaan yang pendek dan menetapkan serangkaian ambang untuk membandingkan isyarat dengan.

Apabila objek logam berada dalam jarak medan elektromagnetik medan terganggu dan sebahagian tenaga dialihkan dari gegelung RX menjadi "arus Eddie" yang terbentuk dalam objek sasaran. Kesan parasit dari objek sasaran ini mengakibatkan lebar nadi yang dikesan dalam gegelung RX berkurang. Pada dasarnya kita mengukur kehilangan daya ke objek sasaran.

Apabila lebar nadi yang dikesan di gegelung RX turun di bawah ambang maka LED menyala, bel dibunyikan dan motor Haptic Feedback dipicu - bergantung pada ukuran isyarat sasaran yang telah ditentukan.

Litar untuk ini telah berkembang sejak setahun lalu menjadi alat pengesan yang sangat stabil dan berprestasi. Konfigurasi dan orientasi gegelung sengaja dirancang untuk memaksimumkan kestabilan dan pengesanan kedalaman.

2. Senarai Bahan

1. 3.7v 350mAh Saiz Baterai LiPo: 38mm x 20mm x 7.5mm
2. Lembaran Data Pengecas Bateri LiPo TP4056 USB
3. Perintang 4.7K untuk menghadkan arus cas bateri LiPo hingga di bawah 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB to Serial Module untuk Pengaturcaraan Mini Pro
6. LM339 Litar Bersepadu Perbandingan Pembezaan Quad
7. Papan Vero - 2 keping dipotong hingga 20x9 lubang dan 34x9 (lihat foto untuk orientasi yang betul)
8. Transistor BC548 NPN x 4
9. Suis 2N7000 MOSFET x 5
10. Piezo Buzzer
11. Motor Getaran Syiling untuk Maklum Balas Haptik
12. Modul LED WS2812 RGB x 4
13. 1k Perintang x 4
14. Perintang 10k x 4
15. 47 Ohm Perintang x 4
16. Perintang 2.2K x 4
17. Kapasitor Seramik 150pf x 8
18. Kapasitor poliester 0.18uF x 4
19. Gulung Kawat Tembaga 0.3mm Enamel (biasanya terdapat dalam gulungan kira-kira 25g Berat)
20. Suis Tombol Tekan PCB Dipasang
21. Senapang Gam Panas
22. Bit Bor 10mm
23. Gerudi Tangan
24. Label Gun atau Sticky Tape yang sesuai untuk melabel 16 wayar berasingan Hookup wire
25. Akses ke Pencetak 3D

3. Operasi Perbandingan

Saya mempunyai beberapa soalan mengenai operasi LM339 jadi saya fikir saya akan memberikan penjelasan yang lebih jelas.

LM339 beroperasi semata-mata sebagai pembanding voltan, membandingkan voltan pembezaan antara pin positif dan negatif dan mengeluarkan impedans logik rendah atau tinggi (logik tinggi dengan tarikan) berdasarkan polariti pembezaan input.

Dalam litar ini, input positif pembanding disambungkan ke garis Vcc dan perintang tarik ke Vcc digunakan pada output pembanding. Dalam konfigurasi ini, dalam praktiknya, voltan keluaran pembanding tetap tinggi, sehingga voltan input pada input negatif melebihi 3.5v

Operasi dapat dijelaskan dari Lembaran Data LM339 yang menggariskan "julat voltan input" antara 0 V hingga Vsup-1.5 V

Apabila kedua IN– dan IN + keduanya berada dalam julat mod biasa, jika IN– lebih rendah daripada IN + dan voltan ofset, outputnya adalah impedans tinggi dan transistor output tidak melakukan

Apabila IN– lebih tinggi daripada mod biasa dan IN + berada dalam mod biasa, outputnya rendah dan transistor keluaran sedang merosot. Pautan ke Lembaran Data dan penjelasan di bawah

Langkah 2: Cetak Sarung

Sarung cetak 3D dilakukan dengan menggunakan 5 cetakan berasingan. Dimensi dan fail 3D boleh didapati di Thingiverse. Reka bentuknya berpusat pada membuat peranti mudah dipegang sambil memastikan gegelung pencarian berada dekat dengan kawasan yang dicari.

Cetak kotak dengan berhati-hati dan keluarkan plastik yang berlebihan. Penting untuk melakukan langkah ini sekarang agar komponen elektronik dapat diselaraskan dalam kes sebelum penyambungan dan pengujian terakhir.

Saya menyertakan gambar pelbagai reka bentuk casing yang saya uji sebelum menetapkan reka bentuk akhir yang lebih ringkas dan ergonomik untuk dipegang.

Langkah 3: Bina dan Pasang Gegelung Carian

Ambil pembentuk gegelung yang dicetak dan lilitkan 25 putaran wayar tembaga ke atas masing-masing. Pastikan anda meninggalkan wayar tembaga 20cm tambahan untuk penyambungan ke unit utama.

Gunakan lubang yang dicetak dalam pembentuk untuk membolehkan angin dan arah gegelung yang konsisten bagi setiap bekas. Semasa anda melakukan ini, putar bekas bekas dan perlahan-lahan lekatkan bekas ke unit asas.

Ikuti pemasangan foto seperti yang disediakan, hasilnya adalah 8 gegelung yang dipasang di unit gegelung dengan semua wayar berorientasikan secara konsisten, dan cukup panjang untuk menyambung ke unit papan utama di penutup atas.

Gunakan dua blok panduan dawai yang mempunyai lubang untuk setiap gegelung dasar yang dicetak untuk mengawasi setiap gegelung tertentu.

Saya meletakkan wayar untuk gegelung dalaman di bahagian atas dan gegelung luar di sepanjang bahagian bawah blok dawai sehingga saya dapat mengesan setiap gegelung tertentu yang memudahkan penyambungan ke papan utama.

Langkah 4: Bina Litar

Unit ini mempunyai empat litar utama untuk dibina secara bebas - Papan Pemandu, Papan Utama, pemasangan LED dan Bekalan Kuasa Boleh Diisi Semula. Dalam langkah ini, kita akan membina Papan Pemandu dan Papan Utama.

1. Papan Pemandu

Gunakan pisau kerajinan untuk memotong sekeping Papan Vero di sepanjang lubang 22x11 dan hasilnya adalah kepingan Papan Vero dengan lubang berukuran 20x9 sesuai gambar yang disertakan. Lebih baik menjaringkan lubang di kedua-dua sisi papan beberapa kali kemudian perlahan-lahan melepaskan kelebihan papan. Periksa bahawa papan duduk di dasar kandang dengan jarak yang cukup di kedua-dua belah pihak.

Dengan menggunakan gambar dan bit Bor 10mm dengan tangan, hancurkan lekapan yang ditunjukkan di bahagian bawah Papan Vero dengan berhati-hati. Ikuti Diagram litar dan susun atur foto komponen untuk memasang papan litar dengan berhati-hati untuk memastikan tidak ada trek yang terpendek.

Ketepikan papan ini untuk ujian kemudian.

2. Papan Utama

Gunakan pisau kerajinan untuk memotong sekeping Papan Vero di sepanjang lubang 36x11 dan hasilnya adalah sekeping Papan Vero dengan lubang 34x9 berorientasi seperti pada gambar yang disertakan. Lebih baik menjaringkan lubang di kedua-dua sisi papan beberapa kali kemudian perlahan-lahan melepaskan kelebihan papan. Periksa bahawa papan duduk di dasar kandang dengan jarak yang cukup di kedua-dua belah pihak.

Dengan menggunakan gambar dan bit Bor 10mm dengan tangan, hancurkan lekapan yang ditunjukkan di bahagian bawah Papan Vero dengan berhati-hati.

Ikuti Diagram litar dan susun atur foto Arduino dan LM339 IC dan komponen lain untuk memasang papan litar dengan berhati-hati untuk memastikan tidak ada trek yang terpendek.

Ketepikan papan ini untuk ujian kemudian.

Langkah 5: Tambahkan Petunjuk LED

Saya telah menggunakan WS2182 LED yang mempunyai IC bawaan yang memungkinkan mereka untuk ditangani oleh Arduino menggunakan tiga wayar yang terpisah namun pelbagai warna dan warna kecerahan dapat dibuat dengan mengirim perintah ke LED. Ini dilakukan melalui perpustakaan khas yang dimuat ke dalam Arduino IDE yang diliputi di bahagian ujian.

1. Memasang LED di Tudung Penutup Coil

Letakkan empat LED dengan berhati-hati sehingga berorientasi dengan betul sehingga sambungan VCC dan GND sejajar dan mereka duduk di tengah lubang.

Gunakan Hot Glue untuk mengikat LED pada kedudukannya.

2. Pendawaian LED

Ketatkan dan pasangkan tiga wayar penyambungan teras tunggal sepanjang 25cm pada kenalan LED.

Selesaikan ini dan pastikan wayar data pusat dihubungkan dengan kenalan IN dan OUT seperti pada foto.

3. Pemeriksaan Penjajaran Kes

Periksa bahawa penutup casing akan rata dengan Coil Enclosure kemudian gunakan Hot Glue untuk menahan wayar di tempatnya di hujung penutup.

Ketepikan ini untuk ujian kemudian.

Langkah 6: Menghimpun dan Menguji Unit

1. Bersedia untuk Perhimpunan

Sebelum memasang, kami akan menguji setiap papan secara berperingkat untuk memudahkan menyelesaikan masalah.

Arduino Pro Mini memerlukan papan siri USB untuk diprogramkan oleh PC anda. Ini membolehkan papan ukurannya lebih kecil kerana tidak mempunyai antara muka bersiri di atasnya. Untuk memprogram papan ini, anda perlu melabur untuk mendapatkannya seperti yang digariskan dalam senarai bahagian.

Sebelum memuatkan kod Arduino, anda perlu menambahkan Perpustakaan "FastLED.h" sebagai perpustakaan untuk menggerakkan LED WS2182. Siri Oscilloscope Traces telah disediakan untuk menyelesaikan masalah sekiranya terdapat masalah.

Terdapat juga tangkapan skrin output data bersiri IDE menggunakan fungsi Grafik Plot yang menunjukkan keluaran lebar nadi setiap saluran serta nilai ambang. Ini berguna semasa ujian kerana anda dapat melihat apakah setiap saluran berprestasi dengan tahap kepekaan yang serupa.

Saya telah memasukkan dua salinan kod. Seseorang mempunyai aliran data siri ujian untuk tujuan menyelesaikan masalah.

CATATAN: Jangan sambungkan unit LiPo Battery sehingga langkah terakhir kerana pemotongan ini secara tidak sengaja semasa pemasangan dapat menyebabkan unit terlalu panas atau terbakar.

2. Uji Papan Utama

Sebelum menyambungkan papan utama ke apa-apa, disarankan untuk memasang Arduino Serial Cable dan mengesahkan bahawa kodnya dimuat.

Ini hanya akan menguji bahawa anda mempunyai Arduino secara fizikal kabel dengan betul dan bahawa IDE dan perpustakaan dimuat. Muatkan kod melalui IDE yang seharusnya dimuat tanpa kesalahan dan tidak ada asap yang keluar dari sebarang komponen !!

3. Sambungkan Papan Pemandu

Ikuti rajah litar untuk menyambungkan Papan Pemandu ke Papan Utama dan letakkan unit secara fizikal ke dalam kotak untuk memastikan barang-barang sesuai di dalam kandang. Ini adalah kes percubaan dan kesilapan dan memerlukan ketekunan.

Muatkan kod melalui IDE yang seharusnya dimuat tanpa kesalahan dan tidak ada asap yang keluar dari sebarang komponen !!

4. Sambungkan Gegelung Ikuti rajah litar untuk menyambungkan Gegelung ke Papan Utama dan letakkan unit secara fizikal ke dalam kotak untuk memastikan barang sesuai dengan betul. Pastikan gegelung diselaraskan dengan input Papan Pemandu dan Papan Utama seperti rajah litar.

Dengan kod ujian yang dimuat, port bersiri akan memaparkan lebar nadi pada gegelung penerima di antara 5000 - 7000uS. Ini juga dapat dilihat dengan menggunakan IDE Graph Plotter.

Ini akan membolehkan anda menyelesaikan masalah setiap saluran dan juga melihat kesan menggerakkan duit syiling berhampiran gegelung carian yang seharusnya mengurangkan lebar nadi ketika sasaran semakin dekat dengan gegelung carian.

Sekiranya anda mempunyai osiloskop, anda juga boleh memeriksa bentuk gelombang di pelbagai peringkat litar untuk mendiagnosis masalah.

Setelah semua saluran berfungsi seperti yang diharapkan, meletakkan wayar sehingga penutup casing akan dipasang dan ditutup dengan betul.

5. Sambungkan LED

Ambil tiga wayar dengan teliti dari Coil Enclosure LED dan sambungkannya ke papan utama. Muatkan kod dan pastikan LED beroperasi dengan betul. Gunakan gam untuk mengikat penutup penutup gegelung ke tempatnya.

Langkah 7: Menyambungkan Bateri Boleh Diisi Semula

CATATAN:

1. Jangan sambungkan unit LiPo Battery sehingga langkah terakhir kerana pemotongan keluar secara tidak sengaja semasa pemasangan boleh menyebabkan unit terlalu panas atau terbakar.

2. Semasa mengendalikan bateri dan pengecas pastikan anda berhati-hati untuk tidak memutuskan sambungan bateri.

3. Bateri LiPo tidak seperti isi ulang lain dan pengecasan arus lebih berbahaya sehingga memastikan anda mengkonfigurasi litar pengisian dengan betul.

4. Jangan sambungkan Arduino Serial Cable ke unit apabila butang kuasa tertekan jika bateri mungkin rosak.

1. Ubah Had Semasa Pengecas

Pocket Metal Locator menggunakan LiPo Battery yang boleh dicas menggunakan pengecas telefon Micro USB. Papan Pengecas LiPo Batt USB TP4056 pertama kali diubah suai dengan perintang 4.7K untuk menghadkan arus cas ke bawah 300mA. Petunjuk mengenai bagaimana ini dapat dilakukan boleh didapati di sini.

Ini memerlukan anda mengeluarkan perintang yang dipasang di permukaan dan menggantinya dengan perintang seperti yang ditunjukkan dalam foto. Setelah berada di tempat, lindungi pergerakan perintang yang tidak dirancang dengan beberapa pistol gam panas.

Sebelum menyambung ke papan utama, uji pengecas berfungsi dengan betul dengan menyambungkan pengecas telefon bimbit dengan port USB Mikro. Lampu pengecasan merah harus menyala apabila berfungsi dengan betul.

2. Pasang Suis Kuasa Tombol Tekan

Pastikan Tombol Tekan dipasang di kedudukan yang betul sehingga menonjol melalui pusat penutup penutup kemudian menyolekkan Tombol Tekan di tempatnya. Pasang wayar di antara suis butang Push dan Charger Output dan garis VCC di Arduino mengikut rajah litar.

Apabila dipasang dengan betul menekan suis akan mengaktifkan unit.

Betulkan Bateri pada kedudukannya dengan menggunakan lem panas dan pastikan soket USB Mikro sejajar dengan lubang pada penutup casing sehingga dapat diisi.

Langkah 8: Ujian dan Operasi Akhir

1. Perhimpunan Fizikal

Langkah terakhir adalah menyusun semula wayar dengan berhati-hati supaya casingnya ditutup dengan betul. Gunakan lem panas untuk mengikat papan utama ke penutup dan kemudian tutup penutup ke kedudukannya.

2. Mengendalikan Unit

Unit ini beroperasi dengan menentukur setelah menekan dan menahan butang kuasa. Semua LED akan berkelip apabila unit siap digunakan. Terus tekan butang semasa mencari. LED berubah dari Biru-Hijau, Merah, Ungu berdasarkan kekuatan objek sasaran. Maklum balas haptik berlaku apabila LED bertukar menjadi ungu.

Anda tidak bersedia untuk pergi dan digunakan untuk aplikasi praktikal !!