INHOUDSOPGAWE:
2025 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2025-01-13 06:56
*** 'n Nuwe weergawe is geplaas wat nog eenvoudiger is: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***
Metaalopsporing is 'n uitstekende tyd om u in die buitelug te kry, nuwe plekke te ontdek en miskien iets interessants te vind. Gaan u plaaslike regulasies na oor hoe u moet optree in geval van 'n uiteindelike vonds, veral in geval van gevaarlike voorwerpe, argeologiese oorblyfsels of voorwerpe met 'n beduidende ekonomiese of emosionele waarde.
Daar is baie instruksies vir DIY -metaalverklikkers, maar hierdie resep is veral in die sin dat dit bykomend tot 'n Arduino -mikrobeheerder baie min komponente benodig: 'n gewone kondensator, weerstand en diode vorm die kern, tesame met 'n soekspoel wat bestaan uit ongeveer 20 wikkelinge van elektries geleidende kabel. LED's, 'n luidspreker en/of koptelefoon word dan bygevoeg om die teenwoordigheid van metaal naby die soekspoel aan te dui. 'N Bykomende voordeel is dat almal van 'n enkele 5V -krag voorsien kan word, waarvoor 'n gewone USB -krag van 2000 mAh voldoende is en baie ure sal duur.
Om die seine te interpreteer en te verstaan vir watter materiale en vorms die detektor sensitief is, help dit regtig om die fisika te verstaan. As duimreël is die detektor sensitief vir voorwerpe op 'n afstand of diepte tot by die radius van die spoel. Dit is die sensitiefste vir voorwerpe waarin 'n stroom in die spoelvlak kan vloei, en die reaksie sal ooreenstem met die oppervlakte van die stroomlus in die voorwerp. 'N Metaalskyf in die spoelvlak gee dus 'n baie sterker reaksie as dieselfde metaalskyf loodreg op die spoel. Die gewig van die voorwerp maak nie veel saak nie. 'N Dun stuk aluminiumfoelie wat in die spoelvlak geleë is, gee 'n baie sterker reaksie as 'n swaar metaalbout.
Stap 1: Werkbeginsel
As elektrisiteit deur 'n spoel begin vloei, bou dit 'n magnetiese veld op. Volgens Faraday se wet van induksie, sal 'n veranderende magnetiese veld 'n elektriese veld tot gevolg hê wat die verandering in magnetiese veld teenstaan. Daar sal dus 'n spanning oor die spoel ontwikkel wat die toename in stroom teenstaan. Hierdie effek word selfinduktansie genoem, en die eenheid van induktansie is Henry, waar 'n spoel van 1 Henry 'n potensiaalverskil van 1V ontwikkel wanneer die stroom met 1 Ampere per sekonde verander. Die induktansie van 'n spoel met N windings en 'n radius R is ongeveer 5µH x N^2 x R, met R in meter.
Die teenwoordigheid van 'n metaalvoorwerp naby 'n spoel sal die induktansie daarvan verander. Afhangende van die tipe metaal, kan die induktansie toeneem of verminder. Nie-magnetiese metale soos koper en aluminium naby 'n spoel verminder die induktansie, want 'n veranderende magnetiese veld veroorsaak wervelstrome in die voorwerp wat die intensiteit van die plaaslike magnetiese veld verminder. Ferromagnetiese materiale, soos yster, naby 'n spoel, verhoog die induktansie omdat die geïnduseerde magnetiese velde in lyn is met die eksterne magnetiese veld.
Die meting van die induktansie van 'n spoel kan dus die teenwoordigheid van metale in die omgewing onthul. Met 'n Arduino, 'n kondensator, 'n diode en 'n weerstand is dit moontlik om die induktansie van 'n spoel te meet: deur die spoel deel te maak van 'n hoogdoorlaat LR-filter en dit met 'n blokgolf te voed, word kort spykers by elke oorgang. Die polslengte van hierdie spykers is eweredig aan die induktansie van die spoel. In werklikheid is die kenmerkende tyd van 'n LR -filter tau = L/R. Vir 'n spoel van 20 windings en 'n deursnee van 10 cm, L ~ 5µH x 20^2 x 0.05 = 100µH. Om die Arduino teen oorstroom te beskerm, is die minimum weerstand 200Ohm. Ons verwag dus pulse met 'n lengte van ongeveer 0,5 mikrosekonde. Dit is moeilik om direk met 'n hoë presisie te meet, aangesien die klokfrekwensie van die Arduino 16MHz is.
In plaas daarvan kan die stygende pols gebruik word om 'n kondensator op te laai, wat dan met die Arduino analoog na digitaal omskakel (ADC) uitgelees kan word. Die verwagte lading van 'n 0,5 mikrosekonde pols van 25mA is 12,5nC, wat 1,25V sal gee op 'n 10nF kapasitor. Die spanningsval oor die diode sal dit verminder. As die pols 'n paar keer herhaal word, styg die lading op die kapasitor tot ~ 2V. Dit kan met die Arduino ADC uitgelees word met analogRead (). Die kondensator kan dan vinnig ontlaai word deur die uitleespen na uitset te verander en dit vir 'n paar mikrosekondes op 0V te stel. Die hele meting neem ongeveer 200 mikrosekondes, 100 vir die laai en herstel van die kapasitor en 100 vir die ADC -omskakeling. Die presisie kan aansienlik verbeter word deur die meting te herhaal en die gemiddelde te bereken: die gemiddelde van 256 metings neem 50 ms en verbeter die akkuraatheid met 'n faktor 16. Die 10-bis ADC bereik op hierdie manier die presisie van 'n 14-bit ADC.
Hierdie meting wat verkry is, is hoogs nie -lineêr met die induktansie van die spoel en is dus nie geskik om die absolute waarde van die induktansie te meet nie. Vir metaalopsporing is ons egter slegs geïnteresseerd in klein relatiewe veranderings van die spoelinduktansie as gevolg van die teenwoordigheid van nabygeleë metale, en daarvoor is hierdie metode perfek geskik.
Die kalibrasie van die meting kan outomaties in sagteware gedoen word. As 'n mens kan aanvaar dat daar meestal geen metaal naby die spoel is nie, is 'n afwyking van die gemiddelde 'n teken dat metaal naby die spoel gekom het. Deur verskillende kleure of verskillende kleure te gebruik, kan u onderskei tussen 'n skielike toename of 'n skielike afname in die induktansie.
Stap 2: Vereiste komponente
Elektroniese kern:
Arduino UNO R3 + prototipe skild OF Arduino Nano met 5x7cm prototipe bord
10nF kapasitor
Klein seindiode, bv. 1N4148
220 ohm weerstand
Vir krag:
USB kragbank met kabel
Vir visuele uitvoer:
2 LED's van verskillende kleure, bv. blou en groen
2 220 Ohm weerstande om die strome te beperk
Vir klankuitset:
Passiewe gonser
Mikroskakelaar om klank uit te skakel
Vir koptelefoonuitgang:
Oortelefoonaansluiting
1 kOhm weerstand
Oortelefoon
Om die soekspoel maklik aan/uit te skakel:
2-pins skroefaansluiting
Vir die soekspoel:
~ 5 meter dun elektriese kabel
Struktuur om die spoel vas te hou. Moet styf wees, maar hoef nie sirkelvormig te wees nie.
Vir die struktuur:
1 meter stok, byvoorbeeld hout, plastiek of selfiestok.
Stap 3: Die soekspoel
Vir die soekspoel het ek ongeveer 4 m gestrande draad om 'n kartonsilinder met 'n deursnee van 9 cm gewikkel, wat ongeveer 18 kronkels tot gevolg gehad het. Die tipe kabel is irrelevant, solank die ohmiese weerstand minstens tien keer kleiner is as die waarde van R in die RL -filter, moet u onder 20 Ohm bly. Ek het 1 Ohm gemeet, so dit is veilig. Net 'n halfvoltooide rol aansluitdraad werk ook!
Stap 4: 'n prototipe weergawe
Gegewe die klein aantal eksterne komponente, is dit heeltemal moontlik om die stroombane op die klein broodbord van 'n prototipe skild te plaas. Die eindresultaat is egter taamlik omvangryk en nie baie robuust nie. Beter is om 'n Arduino nano te gebruik en dit te soldeer met die ekstra komponente op 'n 5x7cm prototipe bord, (sien volgende stap)
Slegs 2 Arduino -penne word gebruik vir die werklike metaalopsporing, een vir die verskaffing van die pulse aan die LR -filter en een vir die uitlees van die spanning op die kapasitor. Pulsing kan gedoen word vanaf enige uitvoerpen, maar die uitlees moet gedoen word met een van die analoog penne A0-A5. Nog 3 penne word gebruik vir 2 LED's en vir die klankuitset.
Hier is die resep:
- Verbind die weerstand van 220 Ohm, die diode en die 10nF -kondensator in serie op die broodbord, met die negatiewe terminaal van die diode (die swart lyn) na die kapasitor.
- Koppel A0 aan weerstand (die einde is nie aan die diode gekoppel nie)
- Verbind A1 met die kruispunt van die diode en die kapasitor
- Sluit die nie-gekoppelde aansluiting van die kapasitor aan op die aarde
- Verbind die een kant van die spoel met die weerstand-diode-kruispunt
- Verbind die ander kant van die spoel met die grond
- Koppel een LED met sy positiewe aansluiting aan pen D12 en die negatiewe terminaal deur 'n 220Ohm weerstand teen die aarde
- Koppel die ander LED met sy positiewe aansluiting aan pen D11 en die negatiewe terminaal deur 'n 220Ohm weerstand teen die aarde
- Koppel ook 'n passiewe buzzer -koptelefoon of luidspreker tussen pen 10 en die grond. 'N Kondensator of weerstand kan in serie bygevoeg word om die volume te verminder
Dit is al!
Stap 5: 'n Gesoldeerde weergawe
Om die metaalverklikker na buite te neem, sal dit nodig wees om dit te soldeer. 'N Algemene 7x5 cm -prototipe wat gemaklik pas by 'n Arduino -nano en al die nodige komponente. Gebruik dieselfde skematika as in die vorige stap. Ek het dit nuttig gevind om 'n skakelaar in serie met die zoemer by te voeg om die geluid uit te skakel wanneer dit nie nodig is nie. Met 'n skroefaansluiting kan u verskillende spoele probeer sonder om te soldeer. Alles word aangedryf deur die 5V wat aan die (mini- of mikro-USB) poort van die Arduino Nano verskaf word.
Stap 6: Die sagteware
Die gebruikte Arduino -skets is hierby aangeheg. Laai dit op en voer dit uit. Ek het Arduino 1.6.12 IDE gebruik. Dit word aanbeveel om dit in die begin met debug = true uit te voer om die aantal pulse per meting af te stel. Die beste is om 'n ADC -waarde tussen 200 en 300 te hê. Verhoog of verminder die aantal pulse as u spoel drasties verskillende metings lewer.
Die skets doen 'n soort selfkalibrasie. Dit is voldoende om die spoel stil te hou van metale sodat dit stil word. Stadige afwykings in die induktansie sal gevolg word, maar skielike groot veranderinge beïnvloed nie die gemiddelde op lang termyn nie.
Stap 7: Monteer dit op 'n stok
Aangesien u nie u skattejag oor die vloer wil kruip nie, moet die drie plank, spoel en battery aan die einde van 'n stok gemonteer word. 'N Selfie-stok is ideaal hiervoor, want dit is lig, opvoubaar en verstelbaar. My 5000 mAh powerbank pas toevallig op die selfiestok. Die bord kan dan met kabelbinders of rekkies vasgemaak word, en die spoel kan ook op die battery of die stok wees.
Stap 8: Hoe om dit te gebruik
Om die verwysing vas te stel, is dit voldoende om die spoel ~ 5s weg van metale te laat. As die spoel dan naby 'n metaal kom, sal die groen of blou LED begin flikker en 'n piep in die gonser en/of koptelefoon. Blou flitse en lae toon toon die teenwoordigheid van nie-ferromagnetiese metale aan. Groen flitse en hoë piep dui op die teenwoordigheid van ferromagnetiese metale. Let daarop dat as die spoel meer as 5 sekondes naby die metaal gehou word, dit die lesing as 'n verwysing sal wees en sal begin piep as die detektor van die metaal weggeneem word. Na 'n paar sekondes in die lug, sal dit weer stil word. Die frekwensie van die flitse en die piep dui die sterkte van die sein aan. Gelukkige jag!