Milieuvriendelike metaaldetektor - Arduino: 8 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Metaalopsporing is baie pret. Een van die uitdagings is om die presiese plek om te grawe te beperk om die grootte van die agtergeblewe gat te verminder.

Hierdie unieke metaalverklikker het vier soekspoele, 'n kleurskerm om die ligging van u vonds te identifiseer en vas te stel.

Met outomatiese kalibrasie, 'n USB -herlaaibare kragpakket, met vier verskillende skermmodusse, frekwensie en polswydte -aanpassing, waarmee u die manier waarop u soek, kan aanpas.

Sodra u die skat vasgestel het, kan u met 'n enkele gaatjie bo elke spoel 'n houtspies in die aarde druk sodat u 'n klein prop uit die grond kan grawe om skade aan die omgewing te verminder.

Elke spoel kan munte en ringe op 'n diepte van 7-10 cm opspoor, en is dus ideaal om verlore munte en ringe rondom parke en strande te soek.

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

'N Groot dankie - as u die stemknoppie in die regter boonste hoek gedruk het vir die "Uitvindingsuitdaging" en "Verken wetenskap" -kompetisies !!!

baie dankie, TechKiwi

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

Stap 1: Die wetenskap agter metaalopsporing

Metaalopsporing ontwerp

Daar is verskeie variasies van metaaldetektorontwerpe. Hierdie spesifieke metaaldetektor is 'n Pulse Induction -detector wat afsonderlike stuur- en ontvangspoele gebruik.

Die Arduino produseer 'n puls wat via 'n transistor vir 'n baie kort tyd (4uS) op die transmissiespoel toegedien word. Hierdie stroom van die pols veroorsaak dat 'n skielike magnetiese veld rondom die spoel vorm, die uitbreidende en ineenstortende veld veroorsaak 'n spanning in die ontvangspoel. Hierdie ontvangende sein word versterk deur die ontvangende transistor en word dan deur 'n spanningsvergelyker in 'n skoon digitale puls omskep en op sy beurt bemonster deur 'n digitale invoerpen op die Arduino. Die Arduino is geprogrammeer om die polswydte van die ontvangde pols te meet.

In hierdie ontwerp word die ontvangde pulswydte bepaal deur die ontvangspoelinduktansie en 'n kapasitor. Met geen voorwerpe binne bereik nie, meet die basislynpulswydte ongeveer 5000 uS. As vreemde metaalvoorwerpe binne die reikwydte van die uitbreidende en ineenstortende magnetiese veld kom, veroorsaak dit dat sommige van die energie in die vorm in die vorm van wervelstrome in die voorwerp geïnduseer word. (Elektromagnetiese induksie)

Die netto resultaat is dat die ontvangde polswydte verminder word, hierdie verskil in polswydte word gemeet deur die Arduino en op 'n TFT -skerm in verskillende formate vertoon.

Vertoonopsie 1: Posisie van die teiken onder Detector Head

My bedoeling was om die 4 spoele te gebruik om die posisie van die teiken onder die detektorhoof te trianguleer. Die nie-lineêre aard van die soekspoele het hierdie uitdaging gemaak, maar die geanimeerde-g.webp

Vertoonopsie 2: Wys seinspoor vir elke soekspoel

Hiermee kan u opspoor waar die doelvoorwerp onder die kop is, deur 'n onafhanklike seinsterkte -spoor op die skerm vir elke soekspoel te teken. Dit is handig om vas te stel of u twee teikens naby mekaar onder die detektorkop en die relatiewe sterkte het.

Praktiese gebruike

Met hierdie benadering kan u die eerste aansig gebruik om 'n teiken te identifiseer en die tweede aansig om dit 'n paar millimeter te wys, soos in die videogreep getoon.

Stap 2: Versamel die materiaal

Staatsbrief

1. Arduino Mega 2560 (items 1, 2 en 3 kan as een saamgestelde bestelling gekoop word)
2. 3.2 "TFT LCD -aanraakskerm (ek het kode ingesluit vir 3 ondersteunde variasies)
3. TFT 3.2 duim megaskild
4. Transistor BC548 x 8
5. 0.047uf Greencap -kondensator x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap -kondensator x 1 (50v)
7. 1k Weerstand x 4
8. 47 Weerstand x 4
9. 10k Weerstand x 4
10. 1M Weerstand x 4
11. 2.2k Weerstand x 4
12. SPST Mini Rocker Switch
13. Geïntegreerde stroombaan LM339 vierdifferensiaalvergelyker
14. Seindiodes IN4148 x 4
15. Koperdraaddraad 0,3 mm deursnee x 2
16. Tweekernige afskermkabel - 4,0 mm -deursnee - 5 m lank
17. USB herlaaibare Powerbank 4400mHa
18. Piezo -gonser
19. Vero Board 80x100mm
20. Plastiekkas minimum 100 mm hoogte, 55 mm diepte, 160 mm breedte
21. Kabel bande
22. MDF -hout 6-8 mm dikte - 23 cm x 23 cm vierkante stukke x 2
23. Mikro -USB -verlengkabel 10 cm
24. USB-A-aansluitkabel wat geskik is om tot 10 cm lank te sny
25. Koptelefoon Audio Jack Point - stereo
26. Verskeie detektorkop van hout en plastiek afstandhouers
27. Speed Mop Besemhandvatsel met verstelbare gewrig (slegs een -as beweging - sien foto's)
28. Een stuk A3 -papier
29. Plak plak
30. Elektriese jigzaagsnyer
31. A4 -karton 3 mm dikte vir die maak van 'n spoelvormer vir TX- en Rx -spoele
32. Kleefband
33. Warm gom geweer
34. Elektriese gom
35. 10 ekstra Arduino -kopstukke
36. PCB -aansluitpenne x 20
37. TwoPart Epoxy Glue - 5 minute droogtyd
38. Handwerkmes
39. 5 mm plastiekbuislengte 30 mm x 4 (ek het tuinspuitstelsel van die ysterwinkel gebruik)
40. MDF waterdigte seëlaar (maak seker dat dit nie metaal bevat nie)
41. 60 cm buigsame elektriese buis - grys - 25 mm in deursnee

Stap 3: Bou die detektorkop

1. Die bou van die hoofvergadering

Nota: ek het gekies om 'n taamlik ingewikkelde monteeropstelling te bou vir die 8 koperdraadspoele wat in die detektorkop gebruik word. Dit het behels dat 'n reeks gate uit twee lae MDF gesny word, soos op die foto's hierbo gesien kan word. Nou het ek die eenheid voltooi, wat ek aanbeveel om slegs 'n enkele sirkel van 23 cm in deursnee te gebruik en die spoele met warm gom aan hierdie enkele laag MDF vas te maak. Dit verminder die boutyd en beteken ook dat die kop ligter is.

Druk die stensil op 'n A3 -papier uit en plak dit dan op die MDF -bord om u 'n gids te gee vir die posisionering van die spoele.

Sny 'n sirkel met 'n deursnee van 23 cm uit die MDF met 'n elektriese malsaag.

2. Wikkel die rolle

Gebruik die karton om twee silinders van 10 cm lank saam met buisband te maak. Die deursnee van die stuurspoele moet 7 cm wees en die ontvangspoele 4 cm.

Plaas die koperdraadspoel op 'n spits sodat dit vrylik kan draai. Bevestig die begin van die koperdraad op die kartonsilinder met behulp van kleeflint. Wind 40 draai stewig op die silinder en gebruik dan kleeflint om die punt vas te maak.

Gebruik Hot Glue om die spoele aan mekaar vas te maak op ten minste 8 punte rondom die omtrek van die spoele. As dit afgekoel is, gebruik u vingers om die spoel af te maak en maak dit dan met Hot Glue aan die metaaldetektorkopsjabloon vas. Boor twee gate deur die MDF langs die spoel en voer die ente van die spoel deur na die bokant van die metaaldetektorkop.

Herhaal hierdie oefening om 4 x Receive Coils en 4 Transmit coils te bou en te monteer. As dit klaar is, behoort daar 8 paar drade deur die bokant van die metaalverklikker se kop te steek.

3. Heg die afskermde kabels aan

Sny die 5M lange afgeskermde tweekernkabel in 8 lengtes. Strooi en soldeer die dubbele kern aan elke spoel- en ontvangspoel en laat die skild los by die detektorhoofkant van die kabel.

Toets die spoele en kabelverbindings aan die ander kant van elke kabel met 'n Ohm -meter. Elke spoel sal 'n paar ohm registreer en moet konsekwent wees vir alle ontvang- en stuurspoele onderskeidelik.

Sodra dit getoets is, gebruik die warm lijmpistool om die 8 kabels in die middel van die detektorkop vas te maak, gereed om die handvatsel vas te maak en die kop af te werk.

My advies is om elkeen van die afgedekte kabelkerne aan die ander kant af te trek en vas te maak ter voorbereiding vir die toekomstige toetsing. Koppel 'n aarddraad aan elke kabelskerm, aangesien dit in die hoofeenheid met die aarde verbind sal word. Dit stop die inmenging tussen elke kabel.

Gebruik 'n multimeter om te identifiseer watter spoel dit is en plak plakke vas sodat hulle maklik geïdentifiseer kan word vir toekomstige montering.

Stap 4: Monteer stroombaan vir toetsing

1. Breadboard Assembly

My aanbeveling is om 'n broodbord te gebruik om eers die kring op te stel en te toets voordat u na Vero Board en 'n omhulsel gaan. Dit gee u die geleentheid om komponentwaardes aan te pas of die kode te verander indien nodig vir sensitiwiteit en stabiliteit. Die stuur- en ontvangspoele moet verbind word sodat hulle in dieselfde rigting gewikkel is, en dit is makliker om op 'n broodbord te toets voordat die drade vir toekomstige verbinding met Vero Board geëtiketteer word.

Monteer die komponente volgens die stroombaan -diagram en heg die detektor -kopspoele vas met behulp van aansluitdraad.

Die verbindings met die Arduino word die beste gemaak met behulp van 'n broodborddraad wat aan die TFT -skild gesoldeer is. Vir digitale en analoge penverbindings het ek 'n kopstukpen bygevoeg, wat my in staat gestel het om soldeerwerk aan die Arduino -bord te vermy. (Sien prentjie)

2. IDE Libraries

Dit moet afgelaai en bygevoeg word by die IDE (Integrated Development Environment) wat op u rekenaar werk, waarmee u rekenaarkode kan skryf en oplaai na die fisiese bord. UTFT.h en URtouch.h in die zip -lêer hieronder

Krediet vir UTFT.h en URtouch.h gaan aan Rinky-Dink Electronics Ek het hierdie zip-lêers ingesluit, aangesien dit blyk dat die bronwebwerf af is.

3. Toets

Ek het 'n toetsprogram ingesluit om die aanvanklike opstelling te hanteer, sodat u probleme met die oriëntasie van die spoel kan hanteer. Laai die toetskode in die Arduino IDE en laai dit op na die Mega. As alles werk, moet u die toetsskerm soos hierbo sien. Elke spoel moet 'n steady state waarde van ongeveer 4600uS in elke kwadrant lewer. As dit nie die geval is nie, draai die polariteit van die windings op die TX- of RX -spoel om en toets weer. As dit nie werk nie, stel ek voor dat u elke spoel individueel nagaan en deur die kring werk om probleme op te los. As u reeds 2 of 3 werk, vergelyk dit met die spoele/stroombane wat nie werk nie.

Opmerking: Verdere toetse het aan die lig gebring dat die 0.047uf kondensators op die RX -stroombaan alle sensitiwiteit beïnvloed. My advies is dat sodra die kring op 'n broodbord werk, probeer om hierdie waarde te verhoog en met 'n muntstuk te toets, aangesien ek gevind het dat dit die sensitiwiteit kan verbeter.

Dit is egter nie verpligtend nie, maar as u 'n ossilloskoop het, kan u ook die TX Pulse en RX Pulse waarneem om te verseker dat die spoele korrek verbind is. Sien die kommentaar op die foto's om dit te bevestig.

LET WEL: Ek het 'n PDF -dokument in hierdie afdeling met ossilloskoopspore vir elke fase van die kring ingesluit om probleme op te los

Stap 5: Bou die stroombaan en behuizing

Sodra die eenheid tot u tevredenheid getoets is, kan u die volgende stap neem en die printplaat en omhulsel bou.

1. Berei die omhulsel voor

Gee die belangrikste komponente en plaas dit in u geval om te bepaal hoe alles sal pas. Sny die Vero -bord om die komponente te akkommodeer, maar maak seker dat u in die onderkant van die omhulsel pas. Wees versigtig met die herlaaibare kragpakket, aangesien dit redelik lywig kan wees.

Boor gate om die ingang van die kopkabels, die aan / uit -skakelaar, die eksterne USB -poort, die Arduino -programmeerpoort en die stereo -koptelefoonaansluiting aan te sluit.

Benewens hierdie boor, moet u 4 bevestigingsgate in die middel van die voorkant van die kas waar die handvatsel geleë is, in die volgende stappe 'n kabelbinder kan deursteek.

2. Monteer Vero Board

Volg die kringdiagram en die prent hierbo om die komponente op die Vero -bord te plaas.

Ek het PCB -aansluitpennetjies gebruik om die kabels van die kopspoel maklik aan die PCB te koppel. Monteer die Piezo -zoemer op die PCB saam met die IC en transistors. Ek het probeer om die TX, RX -komponente van links na regs in lyn te hou en het verseker dat alle verbindings met eksterne spoele aan die een kant van die Vero Boar was. (sien die uitleg op foto's)

3. Heg die spoelkabels aan

Bou 'n kabelhouer vir die inkomende beskermde kabels uit MDF, soos op die foto's getoon. Dit bestaan uit 8 gate wat in MDF geboor is om die kabels in lyn te bring met die PCB -aansluitpunte. As u elke spoel aanheg, is dit die moeite werd om die stroombaan geleidelik te toets om die korrekte oriëntasie van die spoel te verseker.

4. Toets die eenheid

Koppel die USB Power Pack, Power Switch, Audio Phone Jack aan en plaas al die bedrading en kabels om 'n goeie pas in die tas te verseker. Gebruik Hot Glue om items op hul plek te hou om te verseker dat daar niks is wat kan rondkrap nie. Laai die toetskode volgens die vorige stap en sorg dat alle spoele soos verwag presteer.

Toets of die USB Power Pack korrek laai as ekstern gekoppel is. Maak seker dat daar genoeg speling is om die Arduino IDE -kabel aan te sluit.

5. Knip die skermvoorkoms uit

Plaas die skerm in die middel van die boks en merk die rande van die LCD -skerm op die voorpaneel gereed om 'n opening te sny. Gebruik 'n handwerkmes en 'n metaalliniaal om die deksel van die kas versigtig te maak en sny die opening af.

Nadat dit geskuur en ingedien is om die deksel sorgvuldig te vorm, terwyl u verseker dat alle komponente, planke, bedrading en skerm met afstandhouers en warm gom vasgehou word.

7. Bou sonskerm

Ek het 'n ou swart omhulsel gevind wat ek in vorm kon sny en as sonskerm kan gebruik, soos op die foto's hierbo getoon. Plak dit op die voorpaneel vas met 5 minute tweedelige epoxy.

Stap 6: Bevestig handvatsel en omhulsel aan die detektorkop

Noudat die detektorelektronika en kop gebou is, hoef u slegs die eenheid veilig te monteer.

1. Bevestig die kop aan die handvatsel

Pas die handvatsel aan sodat u dit met twee skroewe aan die kop kan heg. Ideaal gesproke wil u die hoeveelheid metaal naby die spoele tot 'n minimum beperk, dus gebruik klein houtskroewe en baie 5 minute 2 -delige epoksiegom om aan die kop vas te maak. Sien foto's hierbo.

2. Vetkabelbedrading

Gebruik kabelbinders om die bedrading versigtig vas te maak deur elke 10 cm 'n kabeldraad langs die afgedekte bedrading te voeg. Maak seker dat u die beste posisie vir die saak uitwerk, sodat u die skerm maklik kan sien, die bedieningspanele kan bereik en koptelefoon/proppe kan aanbring.

3. Bevestig die elektronika aan die handvatsel

Bou 'n 45 grade monteerblok van MDF sodat u die omhulsel in 'n hoek kan heg, wat beteken dat u die TFT -skerm maklik kan sien as u die detektor oor die grond vee. Sien die prent hierbo.

Bevestig die elektroniese omhulsel aan die handvatsel met kabelbinders wat deur die monteerblok loop en in die omhulsel deur die voorheen geboorde monteergate.

4. Maak die detektorkop af

Die spoele van die detektorkop moet sonder enige beweging in die bedrading vasgemaak word, so dit is 'n goeie tyd om Hot Glue te gebruik om al die spoele deeglik vas te maak.

Die detectorkop moet ook waterdig wees, dus is dit belangrik om die MDF met 'n deursigtige seëlmiddel te spuit (maak seker dat die seëlaar om ooglopende redes nie metaal bevat nie).

Boor 5 mm gate in die middel van elke spoel en steek 'n plastiekbuis van 5 mm x 30 mm deur sodat jy houtspiesies in die grond onder kan druk sodra jy 'n teiken na 'n teiken gerig het. Gebruik 'n warm lijmpistool om dit vas te hou.

Ek bedek toe die bokant van die kop met 'n plastiekplaat en die onderkant met 'n dik plastiekboekomslag terwyl ek die rand afwerk met 'n buigsame buis van 'n elektriese buis en warm plak.

Stap 7: Finale samestelling en toetsing

1. Laai

Plaas 'n standaard selfoonlaaier in die Micro USB -poort en sorg dat die eenheid voldoende gelaai is.

2. Laai kode op

Gebruik die Arduino IDE om die ingeslote kode op te laai.

3. Demp knoppie

Die eenheid word standaard gedemp wanneer dit aangeskakel word. Dit word aangedui met 'n rooi dempknoppie in die onderste LHS van die skerm. Om die klank moontlik te maak, druk hierdie knoppie en die knoppie moet groen word, wat aandui dat die klank aangeskakel is.

As dit nie gedemp word nie, sal die interne gonser en die eksterne klankfoonaansluiting klank lewer.

4. Kalibrasie

Kalibrasie gee die spoor terug na die onderkant van die skerm onder die drempellyne. As die toestel eers aangeskakel word, sal dit outomaties kalibreer. Die eenheid is merkwaardig stabiel, maar as dit nodig is om te herkalibreer, kan dit gedoen word deur op die kalibreringsknoppie op die skerm te raak, wat binne minder as 'n sekonde herkalibreer.

5. Drempels

As die sein op enige spoor die drempellyn oorskry (die stippellyn op die skerm) en die dempknoppie is af, sal 'n klanksignaal geproduseer word.

Hierdie drempels kan op en af aangepas word deur op die skerm bo of onder elke spoorlyn te raak.

6. Aanpassing van PW en DLY

Die duur van die pols na die spoel en die vertraging tussen pulse kan aangepas word via die aanraakskerm. Dit is regtig in plek om mee te eksperimenteer, sodat verskillende omgewings en skatte getoets kan word vir die beste resultate.

7. Vertoon tipes

Daar is 4 verskillende tipes skerms

Vertoonopsie 1: Posisie van die teiken onder detektorhoof My bedoeling was om die 4 spoele te gebruik om die posisie van die teiken onder die detektorkop te trianguleer. Die nie -lineêre aard van die soekspoele was 'n uitdaging, maar die geanimeerde-g.webp

Vertoonopsie 2: Wys seinspoor vir elke soektog Dit is handig om vas te stel of u twee teikens naby mekaar onder die detektorkop en die relatiewe sterkte het.

Vertoonopsie 3: Dieselfde as opsie 2, maar met 'n dikker lyn is dit makliker om te sien.

Vertoonopsie 4: Dieselfde as opsie 2, teken egter meer as 5 skerms voordat spoor verwyder word. Goed om flou seine vas te lê.

Ek gaan die volgende paar weke veldtoetsing doen, en ek sal enige skatvondste publiseer.

Gaan nou lekker kuier en vind 'n skat!

Stap 8: Epiloog: Spoelvariasies

Daar was baie goeie, interessante vrae en voorstelle oor spoelkonfigurasies. In die ontwikkeling van hierdie instruksies was daar talle eksperimente met verskillende spoelkonfigurasies wat die moeite werd is om te noem.

Die foto's hierbo toon sommige van die spoele wat ek probeer het voordat ek op die huidige ontwerp besluit het. As u nog vrae het, stuur 'n boodskap aan my.

Na u toe om verder te eksperimenteer!

Eerste prys in die uitvindinguitdaging 2017

Eerste prys in die Explore Science Contest 2017