Pengesan Logam Mesra Alam - Arduino: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Metal Detecting sangat menggembirakan. Salah satu cabarannya ialah dapat menyempitkan tempat yang tepat untuk menggali untuk meminimumkan ukuran lubang yang tertinggal.

Pengesan logam unik ini mempunyai empat gegelung carian, skrin sentuh berwarna untuk mengenal pasti dan menentukan lokasi penemuan anda.

Menyertakan kalibrasi automatik, pek kuasa yang boleh dicas semula USB, dengan empat mod skrin, frekuensi, dan penyesuaian lebar nadi yang berbeza yang membolehkan anda menyesuaikan cara carian anda.

Setelah anda menentukan harta karun, satu lubang berpusat di atas setiap gegelung membolehkan anda menggunakan tusuk kayu untuk mendorong ke bumi sehingga anda dapat mula menggali palam kecil dari tanah yang mengurangkan kerosakan pada persekitaran.

Setiap gegelung dapat menentukan dengan tepat mengesan duit syiling dan cincin pada kedalaman 7-10cm sehingga sangat sesuai untuk mencari duit syiling dan cincin yang hilang di sekitar taman dan pantai.

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

Terima Kasih Besar - Sekiranya anda menekan butang suara di sudut kanan atas untuk pertandingan "Cabaran Penciptaan" dan "Jelajah Ilmu" !!!

terima kasih banyak, TechKiwi

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

Langkah 1: Sains di Sebalik Pengesanan Logam

Reka Bentuk Pengesanan Logam

Terdapat pelbagai variasi reka bentuk Metal Detector. Jenis pengesan logam khusus ini adalah pengesan Induksi Pulse yang menggunakan gegelung pemancar dan penerimaan yang berasingan.

Arduino menghasilkan nadi yang digunakan pada Transmit Coil untuk jangka waktu yang sangat singkat (4uS) melalui transistor. Arus dari nadi ini menyebabkan medan magnet tiba-tiba terbentuk di sekitar gegelung, medan mengembang dan runtuh menyebabkan voltan ke dalam Coil Terima. Sinyal yang diterima ini diperkuat oleh transistor penerima dan kemudian berubah menjadi nadi digital yang bersih oleh Voltage Comparator dan seterusnya diambil sampel oleh pin Input Digital di Arduino. Arduino diprogramkan untuk mengukur lebar denyut nadi yang diterima.

Dalam reka bentuk ini, lebar nadi yang diterima ditentukan oleh induktansi gegelung terima dan kapasitor. Tanpa objek dalam jarak, lebar denyut dasar mengukur sekitar 5000 uS. Apabila objek logam asing berada dalam jarak medan magnet yang mengembang dan runtuh ini menyebabkan sebahagian tenaga dimasukkan ke dalam objek dalam bentuk arus eddy. (Aruhan elektromagnetik)

Hasil bersihnya adalah bahawa lebar nadi yang diterima dikurangkan, perbezaan lebar nadi ini diukur oleh Arduino dan ditampilkan pada paparan TFT dalam berbagai format.

Pilihan Paparan 1: Kedudukan Sasaran di bawah Ketua Pengesan

Tujuan saya adalah untuk menggunakan 4 gegelung untuk memusingkan kedudukan sasaran di bawah kepala pengesan. Sifat gulungan carian yang tidak linear menjadikannya mencabar namun-g.webp

Pilihan Paparan 2: Tunjukkan Jejak Isyarat untuk Setiap Gegelung Carian

Ini membolehkan anda mengesan di mana objek sasaran berada di bawah kepala dengan melukis jejak kekuatan isyarat bebas di skrin untuk setiap gegelung carian. Ini berguna untuk menentukan sama ada anda mempunyai dua sasaran yang berdekatan di bawah kepala pengesan dan kekuatan relatif.

Kegunaan Praktikal

Pendekatan ini membolehkan anda menggunakan pandangan pertama untuk mengenal pasti sasaran dan pandangan kedua untuk menunjuk ke beberapa milimeter seperti yang ditunjukkan dalam klip video.

Langkah 2: Kumpulkan Bahan

Bil bahan

1. Arduino Mega 2560 (Item 1, 2 dan 3 boleh dibeli dalam satu pesanan)
2. Skrin Sentuh TFT LCD 3.2 "(Ive termasuk kod untuk 3 variasi yang disokong)
3. TFT 3.2 Inch Mega Shield
4. Transistor BC548 x 8
5. 0.047uf Kapasitor Greencap x 4 (50v)
6. 0.1uf Kapasitor Greencap x 1 (50v)
7. 1k Perintang x 4
8. 47 Perintang x 4
9. Perintang 10k x 4
10. Perintang 1M x 4
11. 2.2k Perintang x 4
12. Suis Rocker Mini SPST
13. Litar Bersepadu LM339 Pembanding Perbezaan Quad
14. Diod Isyarat IN4148 x 4
15. Copper WireSpool Diameter 0.3mm x 2
16. Kabel Skrin Dua Teras - Diameter 4.0mm - panjang 5M
17. Powerbank boleh dicas semula USB 4400mHa
18. Piezo Buzzer
19. Papan Vero 80x100mm
20. Kes plastik minimum 100mm Tinggi, 55mm Kedalaman, 160mm Lebar
21. Ikatan Kabel
22. Ketebalan Kayu MDF 6-8mm - 23cm x 23cm kepingan persegi x 2
23. Kabel sambungan USB mikro 10cm
24. Kabel palam USB-A sesuai dipotong hingga 10cm panjang
25. Titik Jack Audio Headphone - Stereo
26. Pelbagai kepala pengesan spacer kayu dan plastik
27. Pemegang Speed Mop Broom dengan sambungan yang boleh disesuaikan (pergerakan satu paksi sahaja - lihat foto)
28. Satu helai kertas A3
29. Gam pelekat
30. Pemotong Jig Saw Electic
31. Ketebalan A4 Sheet Cardboard 3mm untuk membuat bekas gegelung untuk gegelung TX dan Rx
32. Pita Salur
33. Senapang Gam Panas
34. Gam Elektrik
35. 10 Pin Header Arduino tambahan
36. Pin Terminal PCB x 20
37. Dua Bahagian Epoxy Lem - masa pengeringan 5 minit
38. Pisau Kraf
39. Panjang Tiub Plastik 5mm 30mm x 4 (Saya menggunakan tiub sistem penyiraman taman dari kedai perkakasan)
40. Pengedap kalis air MDF (Pastikan tidak mengandungi logam)
41. Saluran Elektrik Fleksibel 60cm - Kelabu - 25mm Diameter

Langkah 3: Bina Ketua Pengesan

1. Membina Majlis Ketua

Catatan: Saya memilih untuk membina susunan pemasangan yang agak kompleks untuk 8 gegelung dawai tembaga yang digunakan di kepala pengesan. Ini melibatkan pemotongan serangkaian lubang dari dua lapisan MDF seperti yang dapat dilihat pada gambar di atas. Sekarang saya telah melengkapkan unit yang saya cadangkan menggunakan hanya satu lingkaran bulatan berdiameter 23 cm dan pasangkan gegelung ke lapisan tunggal MDF ini dengan gam panas. Ini mengurangkan masa bina dan juga bermaksud kepala lebih ringan.

Mulakan dengan mencetak stensil yang disediakan pada sehelai kertas A3 dan kemudian pasangkannya ke papan MDF untuk memberi anda panduan untuk meletakkan gegelung.

Dengan menggunakan Jig Saw elektrik, potong bulatan berdiameter 23cm dengan berhati-hati dari MDF.

2. Menggulung Gegelung

Gunakan kadbod untuk membuat dua silinder sepanjang 10cm yang dipegang bersama dengan Duct Tape. Diameter Gegelung Transmit mestilah 7cm dan Gegelung Terima 4cm.

Letakkan gelendong dawai tembaga pada lonjakan sehingga boleh berpusing dengan bebas. Pasang permulaan wayar tembaga pada silinder kadbod menggunakan pita saluran. Angin 40 berpusing dengan kuat ke silinder dan kemudian gunakan pita Saluran untuk mengikat hujungnya.

Gunakan Hot Glue untuk mengikat gegelung bersama pada sekurang-kurangnya 8 titik di sekeliling lilitan gegelung. Apabila sejuk, gunakan jari anda untuk melonggarkan gegelung dan kemudian pasangkannya ke templat kepala Detektor Logam menggunakan Hot Glue. Bor dua lubang melalui MDF di sebelah gegelung dan lalui hujung gegelung ke bahagian atas Kepala Pengesan Logam.

Ulangi latihan ini untuk membina dan memasang 4 x Menerima gegelung dan 4 gegelung Transmit. Apabila selesai harus ada 8 pasang wayar yang menonjol melalui bahagian atas kepala pengesan logam.

3. Pasang kabel terlindung

Potong kabel teras kembar terlindung sepanjang 5M menjadi 8 panjang. Jalur dan pateri teras kembar ke setiap transmit dan terima gegelung yang meninggalkan perisai terputus di hujung kabel Detector Head.

Uji gegelung dan sambungan kabel di hujung lain setiap kabel menggunakan Ohm Meter. Setiap gegelung akan mendaftarkan beberapa Ohms dan harus konsisten untuk semua gegelung Terima dan Kirim masing-masing.

Setelah diuji gunakan pistol gam panas untuk mengikat 8 kabel ke bahagian tengah Kepala Pengesan yang siap untuk memasang pemegang dan menyelesaikan kepala.

Nasihat saya adalah melucutkan dan merapikan setiap teras kabel terlindung di hujung yang lain sebagai persiapan untuk ujian yang akan datang. Pasang wayar bumi ke setiap pelindung kabel kerana ini akan disambungkan ke bumi di unit utama. Ini menghentikan gangguan antara setiap kabel.

Gunakan Multimeter untuk mengenal pasti gegelung mana dan pasangkan label yang melekit sehingga dapat dikenali dengan mudah untuk pemasangan pada masa akan datang.

Langkah 4: Pasang Litar untuk Diuji

1. Pemasangan Papan Roti

Cadangan saya adalah menggunakan papan roti untuk membuat dan menguji litar terlebih dahulu sebelum membuat Vero Board dan penutup. Ini memberi anda peluang untuk menyesuaikan nilai komponen atau mengubah kod jika diperlukan untuk kepekaan dan kestabilan. Gegelung pemancar dan penerimaan perlu disambungkan sehingga terlilit ke arah yang sama dan ini lebih mudah untuk diuji pada papan roti sebelum melabelkan wayar untuk sambungan ke Vero Board di masa hadapan.

Pasang komponen seperti di rajah litar dan pasangkan Gegelung Kepala Pengesan menggunakan wayar cangkuk.

Sambungan ke Arduino paling baik dibuat menggunakan dawai cangkuk papan roti yang disolder ke pelindung TFT. Untuk sambungan pin Digital dan Analog, saya menambahkan Pin Header yang membolehkan saya mengelakkan pematerian terus ke Arduino Board. (Lihat gambar)

2. Perpustakaan IDE

Ini perlu dimuat turun dan ditambahkan ke IDE (Integrated Development Environment) yang berjalan di komputer anda, digunakan untuk menulis dan memuat naik kod komputer ke papan fizikal. UTFT.h dan URtouch.h terletak di fail zip di bawah

Kredit untuk UTFT.h dan URtouch.h masuk ke Rinky-Dink Electronics Saya telah memasukkan fail zip ini kerana nampaknya laman web sumbernya tidak berfungsi.

3. Menguji

Saya telah memasukkan program ujian untuk menangani persediaan awal supaya anda dapat menangani masalah orientasi gegelung. Muatkan kod ujian ke dalam Arduino IDE dan muat naik ke Mega. Sekiranya semuanya berfungsi, anda harus melihat skrin ujian seperti di atas. Setiap gegelung harus menghasilkan nilai keadaan tetap sekitar 4600uS di setiap kuadran. Sekiranya ini tidak berlaku, balikkan kekutuban belitan pada gegelung TX atau RX dan uji lagi. Sekiranya ini tidak berfungsi, saya cadangkan anda memeriksa setiap gegelung secara individu dan jalankan semula litar untuk menyelesaikan masalah. Sekiranya anda sudah mempunyai 2 atau 3 kerja, bandingkan dengan gegelung / litar yang tidak berfungsi.

Catatan: Ujian lebih lanjut telah menunjukkan bahawa kapasitor 0.047uf pada litar RX mempengaruhi semua kepekaan. Nasihat saya adalah apabila rangkaian berfungsi di papan roti, cuba tingkatkan nilai ini dan uji dengan duit syiling kerana saya dapati bahawa ini dapat meningkatkan kepekaan.

Ini tidak wajib namun jika anda mempunyai osiloskop, anda juga dapat memerhatikan TX Pulse dan RX Pulse untuk memastikan gegelung disambungkan dengan betul. Lihat komen dalam gambar untuk mengesahkan ini.

CATATAN: Saya telah memasukkan dokumen PDF di bahagian ini dengan jejak osiloskop untuk setiap peringkat litar untuk membantu menyelesaikan masalah

Langkah 5: Bina Litar dan Kandang

Setelah unit diuji untuk memuaskan anda, anda boleh mengambil langkah seterusnya dan membina papan litar dan penutup.

1. Sediakan Pagar

Susunkan komponen utama dan letakkan dalam kes anda untuk menentukan bagaimana semuanya sesuai. Potong Papan Vero untuk menampung komponen, bagaimanapun, pastikan anda dapat masuk ke bahagian bawah kandang. Berhati-hati dengan Pek Kuasa Boleh Diisi Semula kerana ini boleh menjadi sangat besar.

Bor lubang untuk menampung pintu belakang kabel kepala, suis kuasa, port USB luaran, Port Pengaturcaraan Arduino dan bicu audio fon kepala stereo.

Sebagai tambahan kepada gerudi 4 lubang pelekap ini di tengah-tengah bahagian depan casing di mana pemegangnya akan berada, lubang-lubang ini perlu dapat melewati tali kabel melalui mereka pada langkah-langkah yang akan datang.

2. Pasang Papan Vero

Ikuti Litar Diagram dan gambar di atas untuk meletakkan komponen pada Papan Vero.

Saya menggunakan Pin Terminal PCB untuk memudahkan penyambungan kabel gegelung kepala ke PCB dengan mudah. Pasang Piezo Buzzer pada PCB bersama dengan IC dan transistor. Saya cuba mengekalkan komponen TX, RX dari kiri ke kanan dan memastikan bahawa semua sambungan ke gegelung luaran berada di satu hujung Vero Boar. (lihat susun atur dalam foto)

3. Pasang Kabel Gegelung

Bina pemegang kabel untuk kabel terlindung masuk dari MDF seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Ini terdiri daripada 8 lubang yang dibor ke MDF untuk membolehkan kabel duduk sejajar dengan Pin Terminal PCB. Semasa anda memasang setiap gegelung, ia akan menguji litar secara progresif untuk memastikan orientasi gegelung yang betul.

4. Uji Unit

Sambungkan Pek Daya USB, Suis Kuasa, Jack Telefon Audio dan letakkan semua pendawaian dan kabel untuk memastikan kesesuaiannya dengan betul. Gunakan Hot Glue untuk menyimpan barang-barang di tempat untuk memastikan tidak ada yang dapat bergemuruh. Seperti langkah sebelumnya, muatkan kod ujian dan pastikan semua gegelung berfungsi seperti yang diharapkan.

Uji bahawa Pek Kuasa USB Mengecas dengan betul semasa disambungkan ke luar. Pastikan ada ruang yang cukup untuk memasang kabel Arduino IDE.

5. Potong Bahagian Skrin

Letakkan skrin di tengah kotak dan tandakan tepi paparan LCD pada panel depan yang siap untuk memotong bukaan. Dengan menggunakan pisau kraf dan pembaris logam dengan teliti, tutup penutup casingnya dan potong bukaan.

Setelah diampelas dan diaplikasikan untuk membentuk penutup posisi dengan hati-hati sambil memastikan semua komponen, papan, pendawaian, dan layar dipasang di tempat dengan spacer dan lem panas.

7. Membina Pelindung Matahari

Saya menjumpai kandang hitam lama yang dapat saya potong dan digunakan sebagai pelindung matahari seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Lekatkan ini ke panel depan menggunakan epoksi dua bahagian 5 minit.

Langkah 6: Pasang Pegangan dan Sarung ke Kepala Pengesan

Setelah Detektor Elektronik dan Kepala dibina, yang tinggal hanyalah menyelesaikan pemasangan unit dengan selamat.

1. Pasang Kepala ke Pemegang

Ubah sendi pemegang untuk membolehkan anda memasangkannya ke kepala menggunakan dua skru. Sebaik-baiknya, anda ingin meminimumkan jumlah logam berhampiran gegelung jadi gunakan skru kayu kecil dan banyak gam epoksi 5 minit 2 bahagian untuk diikat ke kepala. Lihat gambar di atas.

2. Pendawaian Kepala Renda

Menggunakan Tali Kabel dengan hati-hati mengikat pendawaian dengan menambahkan tali leher setiap 10 cm di sepanjang pendawaian terlindung. Berhati-hatilah untuk memastikan anda dapat menentukan posisi terbaik untuk casing ini sehingga mudah untuk melihat layar, mencapai kawalan dan memasang fon kepala / palam.

3. Pasang Elektronik ke Pemegang

Bina Blok Pemasangan 45 Degree dari MDF untuk membolehkan anda memasang Case pada sudut yang bermaksud apabila anda menyapu pengesan di seberang tanah anda dapat melihat paparan TFT dengan mudah. Lihat gambar di atas.

Pasang Kes Elektronik ke pemegang dengan Ikatan Kabel berjalan melalui blok pelekap dan ke dalam casing melalui lubang pemasangan yang sebelumnya digerudi.

4. Selesaikan Kepala Pengesan

Gegelung Kepala Pengesan perlu dipasang tanpa pergerakan dalam pendawaian jadi ini adalah masa yang tepat untuk menggunakan Hot Glue untuk mengikat semua gegelung di tempatnya dengan sempurna.

Kepala Pengesan juga perlu kalis air jadi penting untuk menyemburkan MDF dengan sealer yang jelas (pastikan sealer tidak mengandungi logam untuk alasan yang jelas).

Lubang lubang 5mm di tengah-tengah setiap gegelung dan lalui tiub plastik 5mm x 30mm untuk membolehkan anda mendorong tusuk kayu ke tanah di bawah setelah anda menunjuk sasaran. Gunakan pistol gam panas untuk mengunci kedudukannya.

Saya kemudian menutup bahagian atas kepala dengan piring plastik dan bahagian bawah dengan penutup buku plastik tebal sambil mengakhiri tepi dengan pemotongan tiub saluran elektrik yang fleksibel dan terpaku panas di tempatnya.

Langkah 7: Perhimpunan dan Ujian Akhir

1. Mengecas

Letakkan pengecas telefon bimbit standard ke port USB Mikro dan pastikan unit dicas dengan secukupnya.

2. Muat naik Kod

Gunakan Arduino IDE untuk memuat naik kod terlampir.

3. Butang Bisu

Unit ini tidak digunakan untuk dihidupkan semasa dihidupkan. Ini dilambangkan dengan Butang Bisu merah di LHS bawah skrin. Untuk mengaktifkan bunyi tekan butang ini dan butang harus berwarna hijau menandakan bunyi diaktifkan.

Apabila tidak disenyapkan, bicar dalaman dan bicu telefon audio luaran akan menghasilkan bunyi.

4. Penentukuran

Kalibrasi mengembalikan jejak ke bahagian bawah skrin di bawah garis ambang. Semasa pertama kali dihidupkan, unit akan menentukur secara automatik. Unit ini sangat stabil namun jika ada keperluan untuk kalibrasi ulang, ini dapat dilakukan dengan menyentuh butang kalibrasi pada layar yang akan dikalibrasi ulang dalam waktu kurang dari satu saat.

5. ambang

Sekiranya isyarat pada sebarang jejak melebihi garis ambang (garis putus-putus di skrin) dan Butang Bisu mati maka isyarat audio akan dihasilkan.

Ambang ini dapat disesuaikan ke atas dan ke bawah dengan menyentuh skrin di atas atau di bawah setiap garis jejak.

6. Pelarasan PW dan DLY

Tempoh Nadi ke gegelung dan kelewatan antara denyutan dapat disesuaikan melalui paparan sentuhan. Ini benar-benar tepat untuk bereksperimen dengan pelbagai persekitaran dan harta karun dapat diuji untuk hasil terbaik.

7. Jenis Paparan

Terdapat 4 jenis paparan yang berbeza

Pilihan Paparan 1: Kedudukan Sasaran di bawah Kepala Detektor Niat saya adalah untuk menggunakan 4 gegelung untuk memusingkan kedudukan sasaran di bawah kepala pengesan. Sifat gulungan carian yang tidak linear menjadikannya mencabar namun-g.webp

Pilihan Paparan 2: Tunjukkan Jejak Isyarat untuk Setiap Gegelung Pencarian Ini membolehkan anda mengesan di mana objek sasaran berada di bawah kepala dengan melukis jejak kekuatan isyarat bebas di layar untuk setiap gegelung carian. Ini berguna untuk menentukan sama ada anda mempunyai dua sasaran yang berdekatan di bawah kepala pengesan dan kekuatan relatif.

Pilihan Paparan 3: Sama seperti pilihan 2, bagaimanapun, dengan garis yang lebih tebal menjadikannya lebih mudah dilihat.

Pilihan Paparan 4: Sama seperti pilihan 2, bagaimanapun, menarik lebih dari 5 skrin sebelum menghapus jejak. Bagus untuk menangkap isyarat yang samar.

Saya menjalani ujian lapangan selama beberapa minggu ke depan sehingga akan menerbitkan sebarang penemuan harta karun.

Sekarang pergi bersenang-senang dan cari harta karun !!

Langkah 8: Epilog: Variasi Gegelung

Terdapat banyak soalan dan cadangan yang baik dan menarik mengenai konfigurasi gegelung. Dalam pengembangan instruksional ini, terdapat banyak eksperimen dengan pelbagai konfigurasi gegelung yang perlu disebutkan.

Gambar-gambar di atas menunjukkan sebilangan gegelung yang saya cuba sebelum menyelesaikan reka bentuk semasa. Sekiranya anda mempunyai pertanyaan lebih lanjut, hantarkan saya.

Terima kasih untuk bereksperimen lebih jauh!

Hadiah Pertama dalam Cabaran Penciptaan 2017

Hadiah Pertama dalam Peraduan Sains Terokai 2017