Қарапайым Arduino металл детекторы: 8 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

*** Жаңа нұсқа жарияланды, ол одан да қарапайым: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Металлдарды анықтау-бұл сізді далаға шығаратын, жаңа жерлерді ашатын және қызықты нәрсе табатын тамаша уақыт. Ақырында табылған жағдайда, әсіресе қауіпті объектілер, археологиялық жәдігерлер немесе маңызды экономикалық немесе эмоционалды құндылықтар болған жағдайда, қалай әрекет ету керектігі туралы жергілікті ережелерді тексеріңіз.

Металл детекторларға арналған DIY нұсқаулары өте көп, бірақ бұл рецепт арнайы Arduino микроконтроллерінен басқа өте аз компоненттерді қажет етеді: 20 конденсаторынан тұратын конденсатор, резистор мен диод өзекті құрайды. электр өткізгіш кабельдің орамалары. Содан кейін іздеу катушкасының жанында металдың болуын білдіру үшін жарықдиодты, динамик және/немесе құлаққап қосылады. Қосымша артықшылығы - барлығын бір ғана 5 В қуат көзінен алуға болады, ол үшін 2000 мАч USB қуаты жеткілікті және ол бірнеше сағатқа созылады.

Сигналдарды түсіндіру және детектор қандай материалдар мен пішіндерге сезімтал екенін түсіну физиканы түсінуге көмектеседі. Әдетте, детектор катушка радиусына дейінгі қашықтықта немесе тереңдіктегі объектілерге сезімтал. Ол катушка жазықтығында ток ағуы мүмкін объектілерге ең сезімтал, және жауап сол объектідегі ток циклінің ауданына сәйкес болады. Осылайша катушка жазықтығындағы металл диск катушкаға перпендикуляр металл дискіге қарағанда әлдеқайда күшті жауап береді. Заттың салмағы маңызды емес. Катушка жазықтығына бағытталған алюминий фольгасының жұқа бөлігі ауыр металл болтқа қарағанда әлдеқайда күшті жауап береді.

1 -қадам: жұмыс принципі

Электр катушкадан ағып бастағанда, ол магнит өрісін қалыптастырады. Фарадейдің индукция заңына сәйкес магнит өрісінің өзгеруі магнит өрісінің өзгеруіне қарсы болатын электр өрісінің пайда болуына әкеледі. Осылайша, катушкада токтың ұлғаюына қарсы кернеу пайда болады. Бұл әсерді индуктивтілік деп атайды, ал индуктивтіліктің бірлігі-Генри, онда 1 Генри катушкасы ток 1 секундқа 1 амперге өзгергенде 1В потенциалдар айырмасын дамытады. N орамасы мен R радиусы бар катушканың индуктивтілігі шамамен 5µH x N^2 x R құрайды, R метрмен.

Катушка жанында металл заттың болуы оның индуктивтілігін өзгертеді. Металлдың түріне байланысты индуктивтілік жоғарылауы да, кемуі де мүмкін. Катушка маңындағы мыс пен алюминий сияқты магниттік емес металдар индуктивтілікті төмендетеді, себебі магнит өрісінің өзгеруі жергілікті магнит өрісінің интенсивтілігін төмендететін объектідегі құйынды токтарды тудырады. Темір тәрізді ферромагниттік материалдар катушка жанында оның индуктивтілігін арттырады, себебі индукцияланған магнит өрісі сыртқы магнит өрісімен сәйкес келеді.

Катушканың индуктивтілігін өлшеу осылайша жақын жерде металдардың болуын анықтай алады. Arduino, конденсатор, диод және резистор көмегімен катушканың индуктивтілігін өлшеуге болады: катушканы жоғары өткізгішті LR сүзгісінің бір бөлігіне айналдырады және оны блок-толқынмен қоректендіреді. ауысу. Бұл ұштардың импульстік ұзындығы катушканың индуктивтілігіне пропорционал. Шын мәнінде, LR сүзгісінің тән уақыты - tau = L/R. Диаметрі 10 см 20 орамнан тұратын катушка үшін, L ~ 5µH x 20^2 x 0.05 = 100 мкГ. Ардуиноны шамадан тыс токтан қорғау үшін минималды қарсылық - 200 Ом. Біз осылайша ұзындығы шамамен 0,5 микросекунд болатын импульстарды күтеміз. Ардуиноның жиілік жиілігі 16 МГц екенін ескере отырып, оларды жоғары дәлдікте өлшеу қиын.

Оның орнына көтерілетін импульс конденсаторды зарядтау үшін қолданылуы мүмкін, оны Arduino аналогымен цифрлық түрлендірілгенге (ADC) оқуға болады. 25 мА 0,5 микросекундтық импульстен күтілетін заряд 12,5nC құрайды, ол 10nF конденсаторға 1,25 В береді. Диодтағы кернеудің төмендеуі мұны азайтады. Егер импульс бірнеше рет қайталанса, конденсатордағы заряд ~ 2В дейін көтеріледі. Мұны analogRead () көмегімен Arduino ADC көмегімен оқуға болады. Конденсаторды оқуға арналған түйреуішті шығысқа ауыстырып, 0 В -ге бірнеше микросекундқа қою арқылы тез разрядтауға болады. Барлық өлшеу шамамен 200 микросекундты алады, 100 конденсаторды зарядтауға және қалпына келтіруге және 100 ADC түрлендіруге. Дәлдікті өлшеуді қайталау және нәтижені орташа есепке алу арқылы жақсартуға болады: орташа 256 өлшеулер 50 мс алады және дәлдікті 16 есе жақсартады. 10 биттік ADC осылайша 14 биттік ADC дәлдігіне қол жеткізеді.

Алынған бұл өлшеу катушканың индуктивтілігімен өте сызықты емес, сондықтан индуктивтіліктің абсолюттік мәнін өлшеуге жарамайды. Алайда, металды анықтау үшін біз тек жақын орналасқан металдардың болуына байланысты катушкалар индуктивтілігінің шамалы салыстырмалы өзгерістеріне қызығушылық танытамыз және бұл әдіс өте қолайлы.

Өлшеуді калибрлеуді бағдарламалық қамтамасыз етуде автоматты түрде жасауға болады. Егер көп жағдайда катушканың жанында металл жоқ деп есептеуге болады, орташа мәннен ауытқу металлдың катушкаға жақындағаны туралы сигнал болып табылады. Түрлі түстерді немесе әр түрлі реңктерді қолдану индуктивтіліктің кенеттен жоғарылауын немесе кенеттен төмендеуін ажыратуға мүмкіндік береді.

2 -қадам: Қажетті компоненттер

Электронды ядро:

Arduino UNO R3 + прототиптік қалқан немесе 5x7 см прототип тақтасы бар Arduino Nano

10nF конденсатор

Шағын сигнал диоды, мысалы. 1N4148

220 Ом резисторы

Қуат үшін:

USB кабелі бар қуат банкі

Көрнекі шығыс үшін:

Әр түрлі түсті 2 светодиоды, мысалы. көк және жасыл

Токтарды шектеуге арналған 2 220 Ом резисторы

Дыбыс шығару үшін:

Пассивті дыбыстық сигнал

Дыбысты өшіру үшін микроқосқыш

Құлаққап шығысы үшін:

Құлаққап қосқышы

1 кОм резистор

Құлаққап

Іздеу катушкасын оңай қосу/ажырату үшін:

2 істікшелі бұрандалы терминал

Іздеу катушкасы үшін:

~ 5 метр жұқа электр кабелі

Катушканы ұстайтын құрылым. Қатты болуы керек, бірақ дөңгелек болуы қажет емес.

Құрылым үшін:

1 метрлік таяқша, мысалы ағаш, пластик немесе селфи таяқшасы.

3 -қадам: Іздеу катушкасы

Іздеу катушкасы үшін мен диаметрі 9 см картон цилиндрінің айналасына ~ 4м бұралған сымды орап алдым, нәтижесінде шамамен 18 орам пайда болды. Кабельдің түрі маңызды емес, егер ом кедергісі RL сүзгісіндегі R мәнінен кемінде он есе кіші болса, сондықтан 20 Ом -нан төмен тұруды ұмытпаңыз. Мен 1 Ом өлшедім, сондықтан бұл қауіпсіз. Жартылай дайын 10м ілмекті сымнан алу да жұмыс істейді!

4 -қадам: прототиптің нұсқасы

Сыртқы компоненттердің аз болуын ескере отырып, қалқанның прототипінің шағын тақтасына схеманы орнатуға әбден болады. Алайда, түпкілікті нәтиже өте үлкен және сенімді емес. Arduino наносын қолданып, оны 5х7 см прототип тақтасында қосымша компоненттермен дәнекерлеу жақсы (келесі қадамды қараңыз)

Металды нақты анықтау үшін тек 2 Arduino түйреуіші қолданылады, біреуі LR сүзгісіне импульстер беру үшін, екіншісі конденсатордағы кернеуді оқу үшін. Импульсті кез келген шығыс түйреуіштен жасауға болады, бірақ оқу A0-A5 аналогты түйреуіштердің бірімен орындалуы керек. 2 жарықдиодты және дыбыс шығару үшін тағы 3 түйреуіш қолданылады.

Міне рецепт:

1. Нан тақтасында 220 Ом резисторды, диодты және 10nF конденсаторды диодтың теріс ұшымен (қара сызық) конденсаторға қарай тізбектей қосыңыз.
2. A0 резисторға қосыңыз (соңы диодқа қосылмаған)
3. A1 диод пен конденсатордың қиылысу нүктесіне қосыңыз
4. Конденсатордың қосылмаған терминалын жерге қосыңыз
5. Катушканың бір ұшын резистор-диодтың қиылысу нүктесіне қосыңыз
6. Катушканың екінші ұшын жерге қосыңыз
7. Бір светодиодты оң терминалымен D12 түйреуішіне және оның теріс терминалын 220 Ом резистор арқылы жерге қосыңыз
8. Басқа светодиодты оң терминалымен D11 түйреуішіне және оның теріс терминалын 220 Ом резистор арқылы жерге жалғаңыз
9. Қосымша, пассивті дыбыстық құлақаспапты немесе динамикті түйреуіш 10 мен жерге қосады. Дыбыс деңгейін төмендету үшін конденсаторды немесе резисторды тізбектеп қосуға болады

Бар болғаны!

5 -қадам: Дәнекерленген нұсқа

Металл детекторды сыртқа шығару үшін оны дәнекерлеу қажет болады. 7x5 см көлеміндегі қарапайым прототип тақтасы Arduino наноға және барлық қажетті компоненттерге ыңғайлы. Алдыңғы қадамдағы схемаларды қолданыңыз. Қажет емес кезде дыбысты өшіру үшін дыбыстық сигналмен қосқышты қосуды пайдалы деп таптым. Бұрандалы терминал дәнекерлеусіз әр түрлі катушкаларды сынауға мүмкіндік береді. Барлығы Arduino Nano портына (шағын немесе микро-USB) қосылған 5В арқылы қуатталады.

6 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету

Қолданылатын Arduino эскизі осында бекітілген. Жүктеп, іске қосыңыз. Мен Arduino 1.6.12 IDE қолдандым. Өлшеудегі импульстер санын реттеу үшін, оны басында debug = true көмегімен іске қосу ұсынылады. Ең жақсысы - ADC көрсеткіші 200 -ден 300 -ге дейін. Егер катушкалар айтарлықтай өзгеше көрсеткіштер берсе, импульстар санын көбейтіңіз немесе азайтыңыз.

Эскиз өзіндік калибрлеуді жүзеге асырады. Тыныштықты сақтау үшін катушканы металдардан алшақ қою жеткілікті. Индуктивтіліктегі баяу дрейфтер орындалады, бірақ кенеттен үлкен өзгерістер ұзақ мерзімді орташа мәнге әсер етпейді.

7 -қадам: оны таяқшаға бекіту

Еденде қозғалатын қазына іздегіңіз келмейтіндіктен, үш тақта, катушка мен батарея таяқтың ұшына орнатылуы керек. Селфи таяқшасы бұл үшін өте қолайлы, себебі ол жеңіл, жиналмалы және реттелетін. Менің 5000mAh қуат банкім селфи таяқшасына сәйкес келді. Содан кейін тақтаны кабельдік байланыстармен немесе серпімділікпен бекітуге болады, ал катушка батареяға да, таяқшаға да ұқсас болуы мүмкін.

8 -қадам: Оны қалай қолдануға болады

Анықтаманы орнату үшін катушканы металдардан ~ 5с қашықтықта қалдыру жеткілікті. Содан кейін, катушка металға жақындағанда, жасыл немесе көк жарық диоды жыпылықтай бастайды және дыбыстық сигналда және/немесе құлаққапта дыбыс шығарылады. Көгілдір жыпылықтау мен төмен дыбыстық сигналдар ферромагниттік емес металдардың болуын көрсетеді. Жасыл жыпылықтаулар мен жоғары дыбыстық сигналдар ферромагнитті металдардың болуын көрсетеді. Есіңізде болсын, катушканы металдың жанында 5 секундтан артық ұстаған кезде, бұл көрсеткіш сілтеме ретінде қабылданады және детектор металдан алынған кезде дыбыс шығара бастайды. Бірнеше секунд ауада дыбыстық сигнал бергеннен кейін, ол қайтадан тыныш болады. Жыпылықтау жиілігі мен дыбыстық сигнал дыбыстың күшін көрсетеді. Бақытты аңшылық!