Жөнөкөй Arduino металл детектору: 8 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

*** Андан да жөнөкөй болгон жаңы версия жарыяланды: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Металлдарды аныктоо-бул сизди сыртка алып чыгып, жаңы жерлерди ачып, балким кызыктуу нерсени табуучу сонун убакыт. Акыры табылганда, өзгөчө коркунучтуу объекттер, археологиялык калдыктар же олуттуу экономикалык же эмоционалдык мааниге ээ объекттер болгондо, кандай аракеттерди көрүү боюнча жергиликтүү эрежелериңизди текшериңиз.

Металл детекторлор үчүн DIY көрсөтмөлөрү көп, бирок бул рецепт Arduino микроконтроллеринен тышкары өтө аз компоненттерди талап кылат: өзгөчө конденсатор, резистор жана диод өзөктү түзөт, болжол менен 20дан турган издөө катушкасы менен. электр өткөрүүчү кабелдин оромдору. LED, динамик жана/же гарнитура андан кийин издөө катушкасынын жанында металлдын бар экенин билдирүү үчүн кошулат. Кошумча артыкчылыгы - бардыгы бир 5В кубаттуулуктан иштей алат, бул үчүн жалпы 2000mAh USB кубаты жетиштүү жана көп саатка созулат.

Сигналдарды чечмелөө жана детектор кандай материалдарга жана формаларга сезгич экенин түшүнүү үчүн, чынында, физиканы түшүнүүгө жардам берет. Эреже катары, детектор катушка радиусуна чейинки аралыкта же тереңдиктеги нерселерге сезгич келет. Бул катушка тегиздигинде ток агышы мүмкүн болгон нерселерге эң сезимтал жана жооп ошол объектинин учурдагы айлануу аймагына туура келет. Ошентип, катушка тегиздигиндеги металл диск ошол эле металл дискке караганда катуураак жооп берет. Объектинин салмагы анча деле маанилүү эмес. Катушканын тегиздигине багытталган жука алюминий фольга оор металл болтуна караганда алда канча күчтүү жооп берет.

1 -кадам: Иштөө принциби

Электр катушка аркылуу агып баштаганда, ал магниттик талааны пайда кылат. Фарадейдин индукция мыйзамына ылайык, магнит талаасынын өзгөрүшү магнит талаасынын өзгөрүшүнө каршы турган электр талаасына алып келет. Ошентип, катушкада токтун көбөйүшүнө каршы турган чыңалуу пайда болот. Бул эффект өзүн-өзү индуктивдүүлүк деп аталат жана индуктивдүүлүктүн бирдиги Генри болуп саналат, анда 1 Генри катушкасы 1В потенциалдуу айырмачылыкты иштеп чыгат, учурда ток секундасына 1 Амперге өзгөрөт. N оромолуу жана радиусу R болгон катуштун индуктивдүүлүгү болжол менен 5µH x N^2 x R, метр менен R.

Катушканын жанында металл нерсенин болушу анын индуктивдүүлүгүн өзгөртөт. Металлдын түрүнө жараша индуктивдүүлүк көбөйүшү же азайышы мүмкүн. Катушканын жанындагы жез жана алюминий сыяктуу магниттик эмес металлдар индуктивдүүлүктү төмөндөтөт, анткени магнит талаасынын өзгөрүшү жергиликтүү магнит талаасынын интенсивдүүлүгүн төмөндөтүүчү объектте катуу агымдарды пайда кылат. Катушка жакын темир сыяктуу ферромагниттик материалдар индуктивдүүлүгүн жогорулатат, анткени индукцияланган магнит талаалары тышкы магнит талаасына дал келет.

Катушканын индуктивдүүлүгүн өлчөө жакын жердеги металлдардын бар экенин көрсөтө алат. Arduino, конденсатор, диод жана резистор менен катуштун индуктивдүүлүгүн өлчөөгө болот: катушту жогорку өткөрүмдүү LR чыпкасынын бир бөлүгү кылып, аны блок-толкун менен азыктандыруу менен, ар биринде кыска чукулдар түзүлөт. өтүү. Бул баштардын импульс узундугу катуштун индуктивдүүлүгүнө пропорционалдуу. Чындыгында, LR чыпкасынын мүнөздүү убактысы tau = L/R. 20 ороомдук жана 10 см диаметри үчүн L ~ 5µH x 20^2 x 0.05 = 100µH. Ардуинону ашыкча токтон коргоо үчүн, минималдуу каршылык 200 Ом. Ошентип, болжол менен 0,5 микросекунддук импульстарды күтөбүз. Буларды Ардуинонун саат жыштыгы 16 МГц экенин эске алып, жогорку тактык менен өлчөө кыйын.

Анын ордуна, өсүп жаткан импульс конденсаторду кубаттоо үчүн колдонулушу мүмкүн, аны Arduino аналогу менен санариптикке (ADC) окууга болот. 25 мА 0,5 микросекунд импульсунан күтүлгөн заряд 10nF конденсатордо 1.25В берет 12.5nC болуп саналат. Диоддун үстүндөгү чыңалуунун төмөндөшү муну азайтат. Эгерде импульс бир нече жолу кайталанса, конденсатордун заряды ~ 2В чейин көтөрүлөт. Бул analogRead () аркылуу Arduino ADC менен окулушу мүмкүн. Конденсатор тезирээк окуу пинигин өзгөртүп, бир нече микросекунддарга 0В коюу менен бүт разрядга чыгарылышы мүмкүн. Бүт өлчөө болжол менен 200 микросекундка созулат, 100 конденсаторду кубаттоо жана кайра орнотуу үчүн жана 100 ADC конверсиясы үчүн. Тактыкты өлчөөнү кайталап жана натыйжаны орточо эсепке алуу менен жогорулатууга болот: 256 өлчөөнүн орточо өлчөмүн алуу 50msди талап кылат жана 16 эсе жакшыртат.

Алынган бул өлчөө катуштун индуктивдүүлүгү менен өтө сызыктуу эмес, ошондуктан индуктивдүүлүктүн абсолюттук маанисин өлчөө үчүн ылайыктуу эмес. Бирок, металлды аныктоо үчүн биз жакынкы металлдардын болушуна байланыштуу катушка индуктивдүүлүгүнүн кичинекей салыштырмалуу өзгөрүүлөрүнө гана кызыкдарбыз жана бул үчүн бул ыкма эң ылайыктуу.

Өлчөөнүн калибрлөөсү программалык камсыздоодо автоматтык түрдө жасалышы мүмкүн. Эгерде кимдир бирөө көпчүлүк учурда катушка жакын жерде металл жок деп ойлосо, анда орточо көрсөткүчтөн четтөө металлдын катушка жакындап калганын билдирет. Ар кандай түстөрдү же ар кандай обондорду колдонуу индуктивдүүлүктүн кескин жогорулашын же капысынан төмөндөшүн айырмалоого мүмкүндүк берет.

2 -кадам: Керектүү компоненттер

Электрондук ядро:

Arduino UNO R3 + прототип калкан ЖЕ Arduino Nano 5х7см прототип тактасы менен

10nF конденсатор

Чакан сигналдык диод, мис. 1N4148

220 Ом каршылыгы

Бийлик үчүн:

USB кубат банкы кабели менен

Визуалдык чыгаруу үчүн:

Ар кандай түстөгү 2 LED көк жана жашыл

2 220Ohm резисторлору токту чектөө үчүн

Үн чыгаруу үчүн:

Пассивдүү сигнал

Үндү өчүрүү үчүн микро өтмөк

Кулакчын чыгаруу үчүн:

Наушниктин туташтыргычы

1kOhm каршылыгы

Наушник

Издөө катушкасын оңой туташтыруу/ажыратуу үчүн:

2-шнурдуу терминал

Издөө катушкасы үчүн:

~ 5 метр ичке электр кабели

Катушканы кармоочу түзүлүш. Катуу болушу керек, бирок тегерек болбошу керек.

Түзүм үчүн:

1 метр таяк, мисалы, жыгач, пластмасса же селфи таякчасы.

3 -кадам: Издөө Катушкасы

Издөө катушкасында диаметри 9 см болгон картон цилиндрдин айланасына ~ 4м тыгылган зымды ороп, натыйжада болжол менен 18 ороом пайда болгон. Кабелдин түрү эч кандай мааниге ээ эмес, эгер омдук каршылык RL чыпкасындагы Rнын маанисинен кеминде он эсе кичине болсо, 20 Омдон ылдый болууну унутпаңыз. Мен 1 Ом өлчөдүм, ошондуктан бул коопсуз. Жөн эле чала туташтырылган зымдын 10м түрмөгүн алуу да иштейт!

4 -кадам: Прототиптин версиясы

Сырткы компоненттердин санынын аздыгын эске алганда, калканчтын прототипинин чакан панелине схемаларды орнотуу толук мүмкүн. Бирок, акыркы жыйынтык абдан чоң жана анча күчтүү эмес. Ардуино наносун колдонуп, аны кошумча компоненттери менен 5х7 см прототип тактасында ширетүү жакшыраак, (кийинки кадамды караңыз)

Чыныгы металл табуу үчүн 2 гана Arduino казыгы колдонулат, бири LR чыпкасына импульс берүү үчүн, экинчиси конденсатордогу чыңалууну окуу үчүн. Пульсирлөөнү каалаган чыккычтан жасаса болот, бирок окуу A0-A5 аналогдук казыктарынын бири менен жасалышы керек. Дагы 3 казык 2 LED үчүн жана үн чыгаруу үчүн колдонулат.

Мына рецепт:

1. Нан тактасында диоддун терс терминалы (кара сызык) менен 220Ohm каршылыгын, диодду жана 10nF конденсаторун туташтырыңыз.
2. A0ду резисторго туташтырыңыз (учу диодго туташкан эмес)
3. A1 диод менен конденсатордун кайчылаш чекитине туташтырыңыз
4. Конденсатордун туташпаган терминалын жерге туташтырыңыз
5. Катушканын бир учун резистор-диоддун кайчылаш чекитине туташтырыңыз
6. Катушканын экинчи учун жерге туташтырыңыз
7. Позитивдүү терминалы бар LED диодун D12 жана анын терс терминалын жерге 220Ohm резистор аркылуу туташтырыңыз
8. Башка LEDди оң терминалы менен D11 жана терс терминалын жерге 220Ohm резистор аркылуу туташтырыңыз
9. Кошумча катары, пассивдүү ызгыруучу гарнитураны же динамикти 10 -пин менен жерге туташтырыңыз. Көлөмдү азайтуу үчүн бир катар конденсатор же резистор кошсо болот

Баары болду!

5 -кадам: A Soldered Version

Металл детекторду сыртка алып чыгуу үчүн аны ширетүү керек болот. Жалпы 7x5 см прототип тактасы Arduino наносуна жана бардык керектүү компоненттерге ылайыктуу. Мурунку кадамдагыдай схемаларды колдонуңуз. Мага керек болбогондо үндү өчүрүү үчүн коңгуроону сериалга кошуу пайдалуу деп таптым. Винт терминалы ар кандай катушкаларды ширетпестен сынап көрүүгө мүмкүнчүлүк берет. Баары Arduino Nano портуна (мини же микро USB) берилген 5V аркылуу иштейт.

6 -кадам: Программалык камсыздоо

Бул жерде колдонулган Arduino эскизи тиркелет. Жүктөө жана иштетүү. Мен Arduino 1.6.12 IDE колдондум. Аны өлчөөдө импульстун санын тууралоо үчүн, башында debug = true менен иштетүү сунушталат. Эң жакшысы ADC көрсөткүчү 200дөн 300гө чейин болушу керек. Катушкиңиз кескин түрдө башкача көрсөткүчтөрдө импульстун санын көбөйтүңүз же азайтыңыз.

Эскиз кандайдыр бир өзүн-өзү калибрлөөнү жасайт. Катушканы тынч кылуу үчүн металлдан алысыраак калтыруу жетиштүү. Индуктивдүүлүктүн жай жылышы байкалат, бирок күтүүсүз чоң өзгөрүүлөр узак мөөнөттүү орточо көрсөткүчкө таасирин тийгизбейт.

7 -кадам: Аны таякка орнотуу

Сиз казынага аңчылык кылгыңыз келбегендиктен, полдун үстүндө сойлоп жүрүү үчүн үч такта, катушка жана батарея таяктын учуна орнотулушу керек. Бул үчүн селфи таякчасы идеалдуу, анткени ал жеңил, бүктөлүүчү жана жөнгө салынуучу. Менин 5000mAh Powerbank селфи таякчасына туура келди. Такта андан кийин кабелдик галстуктар же эластиктер менен тиркелиши мүмкүн, ошондой эле катушка батареяга да, таякка да окшош болушу мүмкүн.

8 -кадам: Аны кантип колдонуу керек

Шилтемени түзүү үчүн, катушту металлдардан ~ 5с алыс калтыруу жетиштүү. Андан кийин, катушка металлга жакындаганда, жашыл же көк LED жарк этип баштайт жана сигналдар коңгуроодо жана/же гарнитурада чыгарылат. Көгүлтүр жаркыроолор жана төмөн үндөр ферромагниттик эмес металлдардын бар экендигин көрсөтөт. Жашыл жаркыроо жана бийик үндөр ферромагниттик металлдардын бар экендигин көрсөтөт. Эсиңизде болсун, катушка металлдын жанында 5 секунддан ашык кармалып турганда, бул көрсөткүч шилтеме катары кабыл алынат жана детектор металлдан алынганда бипилдей баштайт. Асманда бир нече секундадан кийин, ал кайра тынч болот. Жаркылдаган жыштыктар жана сигналдар сигналдын күчтүүлүгүн көрсөтөт. Бактылуу аңчылык!