Экологиялық таза металл детекторы - Arduino: 8 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Металл іздеу өте қызықты. Қиындықтардың бірі - артта қалған шұңқырдың мөлшерін азайту үшін қазылатын орынды дәл тарылту.

Бұл бірегей металл детекторында төрт іздеу катушкасы, табылған жеріңізді анықтауға және дәл анықтауға арналған түрлі -түсті сенсорлық экран бар.

Автоматты калибрлеу, USB арқылы зарядталатын қуат блогы, төрт түрлі экран режимі, жиілігі және импульстің ені реттелуі бар, бұл іздеуді реттеуге мүмкіндік береді.

Сіз қазынаны анықтағаннан кейін, әр катушканың ортасында орналасқан бір тесік сізге ағаш шприцті жерге итеру үшін қолдануға мүмкіндік береді, осылайша сіз қоршаған ортаны зақымдайтын жерден кішкене штепсельді қазуды бастай аласыз.

Әр катушка 7-10 см тереңдікте тиындар мен сақиналарды анықтай алады, сондықтан саябақтар мен жағажайлардың айналасында жоғалған монеталар мен сақиналарды іздеуге өте ыңғайлы.

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

Үлкен рақмет - егер сіз «Invention Challenge» және «Ғылымды зерттеу» байқауларына оң жақ жоғарғы бұрыштағы дауыс беру түймесін бассаңыз !!!

көп рақмет, TechKiwi

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

1 -қадам: Металл іздеудегі ғылым

Металл табудың дизайны

Металл детекторының көптеген нұсқалары бар. Металл детектордың бұл нақты түрі - импульстік индукциялық детектор, ол бөлек жіберу және қабылдау катушкаларын қолданады.

Arduino импульсті шығарады, ол транзистор арқылы беріліс катушкасына өте қысқа уақытқа (4uS) қолданылады. Импульстен келетін бұл ток катушканың айналасында кенеттен магнит өрісінің пайда болуына әкеледі, кеңею мен құлау өрісі қабылдау катушкасына кернеуді тудырады. Бұл қабылданған сигнал қабылдайтын транзистормен күшейтіледі, содан кейін кернеу салыстырғышының көмегімен таза цифрлық импульске айналады және өз кезегінде Arduino -дағы сандық кіріс түйреуішінен сынама алады. Arduino алынған импульстің импульстік енін өлшеуге арналған.

Бұл конструкцияда алынған импульстің ені қабылдау катушкасының индуктивтілігімен және конденсатормен анықталады. Ешқандай объект жоқ, импульстің негізгі ені шамамен 5000 uS өлшейді. Бөгде металл заттар кеңейетін және құлайтын магнит өрісінің диапазонына енгенде, бұл энергияның бір бөлігін құйынды ток түрінде индукцияға әкеледі. (Электромагниттік индукция)

Таза нәтиже - алынған импульстің ені азаяды, импульстің еніндегі бұл айырмашылық Arduino көмегімен өлшенеді және TFT дисплейінде әр түрлі форматта көрсетіледі.

1 -нұсқаны көрсету: детектордың басындағы мақсаттың орны

Менің мақсатым детектордың басының астындағы нысананың орнын үшбұрыштау үшін 4 катушканы қолдану болды. Іздеу катушкаларының сызықтық емес болуы қиынға соқты, бірақ жоғарыдағы анимациялық-g.webp

Дисплей 2: Әр іздеу катушкасы үшін сигнал ізін көрсету

Бұл әр іздеу катушкасы үшін экранда сигнал күшінің тәуелсіз ізін салу арқылы мақсатты объектінің қай жерде орналасқанын бақылауға мүмкіндік береді. Бұл детектордың басы мен салыстырмалы беріктігі астында бір -біріне жақын екі нысананың бар -жоғын анықтау үшін пайдалы.

Практикалық қолдану

Бұл тәсіл сізге нысанды анықтау үшін бірінші көріністі, ал бейне көріністе көрсетілгендей бірнеше миллиметрге бекіту үшін екінші көріністі пайдалануға мүмкіндік береді.

2 -қадам: материалдарды жинаңыз

Материалдық есеп

1. Arduino Mega 2560 (1, 2 және 3 -тармақтарды бір тапсырыс ретінде сатып алуға болады)
2. 3,2 дюймдік TFT LCD сенсорлық экраны (қолдау көрсетілетін 3 нұсқаға арналған код қосылған)
3. TFT 3.2 дюймдік мега қалқан
4. BC548 x 8 транзисторы
5. 0.047uf Гринкап конденсаторы x 4 (50в)
6. 0.1uf Greencap Capacitor x 1 (50v)
7. 1k резистор x 4
8. 47 резистор x 4
9. 10к резистор x 4
10. 1M резистор x 4
11. 2.2k резистор x 4
12. SPST Mini Rocker қосқышы
13. LM339 интегралды схемасы төрт дифференциалды салыстырғыш
14. IN4148 x 4 сигналдық диодтары
15. Copper WireSpool диаметрі x 2 мм
16. Екі ядролық экрандалған кабель - диаметрі 4,0 мм - ұзындығы 5М
17. USB арқылы қайта зарядталатын Powerbank 4400 мГа
18. Piezo Buzzer
19. Vero тақтасы 80x100 мм
20. Пластикалық қораптың биіктігі 100 мм, тереңдігі 55 мм, ені 160 мм
21. Кабель байланыстары
22. Ағаш MDF 6-8мм қалыңдығы - 23см x 23см шаршы дана x 2
23. Micro USB ұзартқыш кабелі 10 см
24. Ұзындығы 10 см-ге дейін кесуге жарамды USB-А штепсельдік кабелі
25. Құлаққап аудио ұясы - стерео
26. Әр түрлі ағаштан және пластмассадан жасалған детектордың басы
27. Жылдам тазалағыш сыпырғыш тұтқасы реттелетін тұтқасы (тек бір ось қозғалысы - суреттерді қараңыз)
28. A3 қағазының бір бөлігі
29. Желім
30. Электрлік қондырғыларды кесуге арналған кескіш
31. А4 парақ картон TX және Rx катушкалар үшін бұрауыш жасауға арналған қалыңдығы 3 мм
32. Құбыр таспасы
33. Ыстық желім мылтығы
34. Электр желімі
35. 10 қосымша Arduino тақырып түйреуіштері
36. ПХД терминалы түйреуіштері x 20
37. TwoPart эпоксидті желім - кептіру уақыты - 5 мин
38. Қолөнер пышағы
39. Пластикалық құбырдың ұзындығы 30 мм x 4 мм
40. MDF су өткізбейтін тығыздағышы (құрамында металл жоқ екеніне көз жеткізіңіз)
41. 60 см икемді электр өткізгіш - сұр - диаметрі 25 мм

3 -қадам: Детектордың басын жасаңыз

1. Бас Ассамблеясының құрылысы

Ескерту: Мен детектордың басына қолданылатын 8 мыс сымдық катушкалар үшін өте күрделі қондырғы құрастыруды таңдадым. Бұл жоғарыдағы фотосуреттерде көрсетілгендей, MDF -тің екі қабатынан бірнеше тесіктерді кесуді қажет етті. Енді мен ұсынатын қондырғыны аяқтадым, диаметрі 23 см болатын бір ғана қиылған шеңберді қолданып, катушкаларды MDF -тің осы бір қабатына ыстық желіммен бекітіңіз. Бұл құрылыс уақытын қысқартады, сонымен қатар басы жеңіл болады.

Трафаретті A3 қағазға басып шығарудан бастаңыз, содан кейін катушкаларды орналастыруға арналған нұсқаулықпен қамтамасыз ету үшін оны MDF тақтасына жабыстырыңыз.

Электр қондырғысының көмегімен MDF -ден диаметрі 23 см болатын шеңберді мұқият кесіңіз.

2. Катушкаларды орау

Ұзындығы 10 см болатын екі цилиндрді таспа таспасымен бірге ұстау үшін картонды қолданыңыз. Өткізгіш катушкалардың диаметрі 7 см, ал катушкалар 4 см болуы керек.

Мыс сымының орауышын еркін айналатындай етіп штанганың үстіне қойыңыз. Мыстан жасалған сымның басталуын жабысқақ таспаны пайдаланып картон цилиндріне бекітіңіз. Wind 40 цилиндрге мықтап бұрылады, содан кейін ұшын байлау үшін жабысқақ таспаны қолданыңыз.

Катушкаларды айналдыра отырып, кем дегенде 8 нүктеге бекіту үшін ыстық желімді қолданыңыз. Салқындаған кезде катушканы босату үшін саусақтарыңызбен қолданыңыз, содан кейін оны ыстық желім көмегімен металл детекторының бас үлгісіне бекітіңіз. Катушканың жанындағы МДФ арқылы екі тесік бұрғылаңыз және катушканың ұштарын металл детекторының бастың жоғарғы жағына өткізіңіз.

Бұл жаттығуды 4 рет қабылдаушы катушкалар мен 4 беріліс катушкаларын құрастыру және қайталау үшін қайталаңыз. Аяқтаған кезде металл детектордың басының жоғарғы жағынан шығатын 8 жұп сым болуы керек.

3. Экранды кабельдерді бекітіңіз

Ұзындығы 5М қорғалған қос ядролы кабельді 8 ұзындыққа кесіңіз. Қос өткізгішті әрбір өткізгішке алу және дәнекерлеу, кабельдің детектор басының ұшында қалқан ажыратылған күйде қалады.

Ом кабелінің көмегімен әр кабельдің екінші шетіндегі катушкалар мен кабельдік қосылыстарды тексеріңіз. Әр катушка бірнеше Ом тіркейді және сәйкесінше барлық қабылдау және жіберу катушкаларына сәйкес келуі керек.

Тексерілгеннен кейін ыстық желімді пистолетті қолданып, 8 кабельді детектордың басының тұтқасына бекітуге және басын аяқтауға дайын етіп бекітіңіз.

Менің кеңесім - болашақта тестілеуге дайындық үшін қорғалған кабельдік өзектердің әрқайсысын екінші жағынан шешіп, қалайы салу. Әр кабель қалқанына жерге тұйықтау сымын жалғаңыз, себебі ол негізгі құрылғыда жерге қосылады. Бұл әр кабель арасындағы кедергілерді тоқтатады.

Қандай катушка екенін анықтау үшін мультиметрді қолданыңыз және жабысқақ жапсырмаларды бекітіңіз, осылайша оларды болашақта құрастыру үшін оңай анықтауға болады.

4 -қадам: тестілеу үшін схеманы жинаңыз

1. Нан тақтасын құрастыру

Менің ұсынысым - Vero Board пен қоршауды жасамас бұрын алдымен схеманы орнату және тексеру үшін тақтаны пайдалану. Бұл сізге сезімталдық пен тұрақтылық үшін қажет болған жағдайда компонент мәндерін бейімдеуге немесе кодты өзгертуге мүмкіндік береді. Жіберуші және қабылдағыш катушкаларды қосу керек, сондықтан олар бір бағытта оралады және болашақта сымдарды Vero Board -ке қосуға таңбалау алдында оны тақтада тексеру оңай.

Компоненттерді схемаға сәйкес жинаңыз және қосқыш сыммен детектордың бас катушкаларын бекітіңіз.

Arduino -мен байланыс TFT қалқанына дәнекерленген сым арқылы жасалады. Сандық және аналогтық қосылымдар үшін мен Arduino тақтасына тікелей дәнекерлеуге жол бермейтін тақырып түйреуішін қостым. (Суретті қараңыз)

2. IDE кітапханалары

Оларды жүктеу және компьютерде жұмыс істейтін IDE (Integrated Development Environment) қосу керек, ол компьютерлік кодты физикалық тақтаға жазу және жүктеу үшін қолданылады. UTFT.h және URtouch.h төмендегі ZIP файлында орналасқан

UTFT.h және URtouch.h несиесі Rinky-Dink Electronics-ке жіберіледі, мен бұл zip файлдарын қостым, себебі веб-сайт өшірілген.

3. Тестілеу

Мен катушканың бағдарлану мәселелерімен айналысу үшін бастапқы орнатуды өңдеуге арналған тест бағдарламасын енгіздім. Сынақ кодын Arduino IDE -ге жүктеп, Mega -ге жүктеңіз. Егер бәрі жұмыс істеп тұрса, тест экранын жоғарыдағыдай көру керек. Әрбір катушка әр квадрантта шамамен 4600uS тұрақты күй мәнін шығаруы керек. Егер бұлай болмаса, TX немесе RX катушкаларындағы орамалардың полярлығын өзгертіңіз және қайтадан тексеріңіз. Егер бұл көмектеспесе, мен әр катушканы жеке тексеріп, ақауларды жою үшін тізбек бойынша қайта жұмыс істеуді ұсынамын. Егер сізде 2 немесе 3 жұмыс болса, оларды жұмыс істемейтін катушкалармен/тізбектермен салыстырыңыз.

Ескерту: Қосымша тестілеу RX схемасындағы 0.047uf конденсаторларының барлық сезімталдыққа әсер ететінін анықтады. Менің кеңесім - сізде тақтада жұмыс істейтін схема болғаннан кейін, бұл мәнді көбейтіп, тиынмен сынап көріңіз, себебі мен бұл сезімталдықты жақсарта алатынын білдім.

Бұл міндетті емес, бірақ егер сізде осциллограф болса, катушкалардың дұрыс жалғанғанына көз жеткізу үшін TX Pulse және RX Pulse бақылауға болады. Мұны растау үшін суреттегі түсініктемелерді қараңыз.

ЕСКЕРТПЕ: Мен кез келген мәселелерді шешуге көмектесу үшін тізбектің әр кезеңіне осциллограф іздері бар PDF құжатын осы бөлімге енгіздім

5 -қадам: Схема мен қоршауды жасаңыз

Құрылғы сізге қанағаттанарлықтай тексерілгеннен кейін сіз келесі қадамды жасай аласыз және схеманы және қоршауды жасай аласыз.

1. Қоршауды дайындаңыз

Бәрінің қалай сәйкес келетінін анықтау үшін негізгі компоненттерді орналастырыңыз және оларды өзіңіздің жағдайыңызға қойыңыз. Компоненттерді орналастыру үшін Vero тақтасын кесіңіз, бірақ қоршаудың түбіне сәйкес келетініне көз жеткізіңіз. Қайта зарядталатын қуат жинағымен абай болыңыз, себебі олар өте үлкен болуы мүмкін.

Бас сымдардың, қуат қосқышының, сыртқы USB портының, Arduino бағдарламалау порты мен стерео құлаққаптың дыбыс ұяшығының артқы кіруіне сәйкес келетін тесіктер.

Бұл бұрғылаудан басқа, корпустың алдыңғы жағының орталығында тұтқасы болатын 4 бекіту тесіктері бар, бұл тесіктер болашақ қадамдарда олар арқылы кабель байланысын өткізуі керек.

2. Vero тақтасын жинаңыз

Компоненттерді Vero тақтасына орналастыру үшін схеманы және жоғарыдағы суретті орындаңыз.

Мен PCB терминалы түйреуіштерді бас катушкалар кабельдерін ПХД -ге оңай қосуды қамтамасыз ету үшін қолдандым. Пьесо -дыбыстық сигналды IC және транзисторлармен бірге ПХД -ге орнатыңыз. Мен TX, RX компоненттерін солдан оңға қарай реттеуге тырыстым және сыртқы катушкалармен барлық байланыстар Vero Boan -дің бір шетінде болуын қамтамасыз еттім. (фотосуреттердегі орналасуды қараңыз)

3. Катушка кабельдерін бекітіңіз

Суреттерде көрсетілгендей MDF -ден кіретін экрандалған кабельдер үшін кабель ұстағышын жасаңыз. Бұл MDF -ге бұрғыланған 8 тесіктен тұрады, бұл кабельдердің ПХД терминал түйреуіштеріне туралануына мүмкіндік береді. Әр катушканы бекіткен кезде катушканың дұрыс бағытталуын қамтамасыз ету үшін тізбекті біртіндеп тексеріп отыру қажет.

4. Құрылғыны тексеріңіз

USB қуат жинағын, қуат қосқышын, аудио телефон ұясын жалғаңыз және корпустың жақсы орналасуын қамтамасыз ету үшін барлық сымдар мен кабельдерді орналастырыңыз. Ыстық желімді қолданып, заттарды айналдыра алатын ештеңе жоқ екеніне көз жеткізіңіз. Алдыңғы қадамға сәйкес, сынақ кодын жүктеңіз және барлық катушкалар күтілгендей жұмыс істейтініне көз жеткізіңіз.

Сыртқы жалғанған кезде USB қуат жинағының дұрыс зарядталатынын тексеріңіз. Arduino IDE кабелін бекіту үшін жеткілікті бос орын бар екеніне көз жеткізіңіз.

5. Экран аппетурасын кесіңіз

Экранды қораптың ортасына орналастырыңыз және алдыңғы панельдегі СКД дисплейінің шеттерін саңылауды кесуге дайын деп белгілеңіз. Қолөнер пышағы мен металл сызғыштың көмегімен қаптың қақпағын мұқият тесіп, саңылауды кесіңіз.

Қаптаманы мұқият тегістеп, пішіндегеннен кейін, барлық компоненттерді, тақталарды, сымдар мен экранды аралықтар мен ыстық желіммен ұстауды қамтамасыз етіңіз.

7. Күн көзілдірігін жасаңыз

Мен ескі қара қоршауды таптым, оны мен жоғарыдағы фотосуреттерде көрсетілгендей етіп, күн көзілдірігі ретінде қолдана алдым. Мұны алдыңғы панельге екі минуттық эпоксидті қолданып жабыстырыңыз.

6 -қадам: Тұтқаны және корпусты детектордың басына бекітіңіз

Енді Detector Electronics және Head құрастырылғаннан кейін қондырғыны сенімді түрде орнатуды аяқтау ғана қалады.

1. Басын тұтқаға бекітіңіз

Басына екі бұрандамен бекітуге мүмкіндік беретін тұтқаны жалғауды өзгертіңіз. Ең дұрысы, сіз катушкалардың жанындағы металдың мөлшерін барынша азайтуды қалайсыз, сондықтан басына бекіту үшін кішкене ағаш бұрандаларды және 2 минуттық 2 бөлікті эпоксидті желімді қолданыңыз. Жоғарыдағы фотоларды қараңыз.

2. Бастағы сымдарды жалғау

Кабельдік байланыстарды қолдана отырып, экрандалған сым бойымен әр 10 см сайын кабель байланысын қосу арқылы сымдарды мұқият байлаңыз. Корпустың ең жақсы орналасуын қамтамасыз ету үшін қамқорлық жасаңыз, сондықтан экранды көру, басқару элементтеріне қол жеткізу және құлаққапты/штепсельді бекіту оңай.

3. Электрониканы тұтқаға бекітіңіз

Корпусты бұрышпен бекітуге мүмкіндік беретін MDF -тен 45 -дәрежелі монтаждау блогын жасаңыз, бұл детекторды жер бетімен сыпырған кезде TFT дисплейін оңай көруге болатынын білдіреді. Жоғарыдағы суретті қараңыз.

Электроника корпусын бекіту блогы арқылы өтетін кабель байланысы бар тұтқаға және бұрын бұрғыланған тесіктер арқылы корпусқа бекітіңіз.

4. Детектордың басын аяқтаңыз

Детектордың бас катушкалары сымдардың қозғалысы жоқ бекітілуі керек, сондықтан барлық катушкаларды мұқият бекіту үшін ыстық желімді қолданудың жақсы уақыты.

Детектордың басы су өткізбейтін болуы керек, сондықтан МДФ -ны мөлдір тығыздағышпен бүрку маңызды (тығыздағышта белгілі себептермен құрамында металл жоқ екеніне көз жеткізіңіз).

Әр орамның ортасында 5 мм тесіктерді бұрғылаңыз және 5 мм х 30 мм пластикалық құбырларды өткізіңіз, осылайша сіз ағаш шпилькаларды топыраққа тигізіп, нысанаға түйреді. Орнына бекіту үшін ыстық желім пистолетін қолданыңыз.

Содан кейін мен бастың жоғарғы жағын пластикалық табақпен, ал астын қалың пластикалық кітабымен жаптым, ал шетін электрлік өткізгіш құбырлармен кесіп, ыстық желіммен жабыстырдым.

7 -қадам: Қорытынды жинау және тестілеу

1. Зарядтау

Қалыпты ұялы телефон зарядтағышын Micro USB портына салыңыз және құрылғы жеткілікті зарядталғанына көз жеткізіңіз.

2. Кодты жүктеу

Қосылған кодты жүктеу үшін Arduino IDE пайдаланыңыз.

3. Дыбысты өшіру түймесі

Құрылғы әдепкі бойынша, қуатты қосу кезінде дыбысты өшіреді. Бұл экранның төменгі LHS -де қызыл дыбысты өшіру түймесімен белгіленеді. Дыбысты қосу үшін осы түймені басыңыз және түйме жасыл түске боялуы керек, ол дыбысты қосады.

Ішкі дыбыстық сигнал мен сыртқы дыбыстық телефон ұясы дыбысты шығарады.

4. Калибрлеу

Калибрлеу ізді экранның төменгі шегіне шегіне қайтарады. Құрылғы бірінші рет қосылған кезде автоматты түрде калибрленеді. Құрылғы өте тұрақты, бірақ егер қайта калибрлеу қажет болса, оны экрандағы калибрлеу түймесін басу арқылы жасауға болады, ол бір секундтан аз уақыт ішінде қайта калибрлейді.

5. Табалдырықтар

Егер кез келген із бойынша сигнал шектік сызықтан асып кетсе (экрандағы нүктелі сызық) және дыбысты өшіру түймесі өшірулі болса, онда дыбыстық сигнал шығарылады.

Бұл шектерді әр жолдың үстінде немесе астындағы экранды түрту арқылы жоғары және төмен реттеуге болады.

6. PW және DLY реттеу

Импульстің катушкадағы ұзақтығы мен импульстар арасындағы кідірісті сенсорлық дисплей арқылы реттеуге болады, бұл әр түрлі орталар мен қазыналармен тәжірибе жасау үшін жақсы нәтиже алу үшін тексерілуі мүмкін.

7. Дисплей түрлері

Дисплейдің 4 түрі бар

1 -нұсқа: Детектордың басындағы мақсаттың орналасуы Менің мақсатым детектордың басындағы нысананың орнын үшбұрыштау үшін 4 катушканы пайдалану болды. Іздеу катушкаларының сызықтық емес сипаты бұл қиынға соқты, бірақ жоғарыдағы анимациялық-g.webp

Дисплей 2 -нұсқа: Әр іздеу катушкасының сигналдық ізін көрсету Бұл әрбір іздеу катушкасы үшін экранда сигнал күшінің тәуелсіз ізін салу арқылы мақсатты объектінің қай жерде орналасқанын бақылауға мүмкіндік береді. Бұл детектордың басы мен салыстырмалы беріктігі астында бір -біріне жақын екі нысананың бар -жоғын анықтау үшін пайдалы.

3 -нұсқаны көрсету: 2 -нұсқа сияқты, алайда қалың сызықпен қарау оңайырақ болады.

4 -нұсқаны көрсету: 2 -нұсқа сияқты, ізді жоймас бұрын 5 -тен астам экранды шығарады. Әлсіз сигналдарды түсіруге жақсы.

Мен алдағы бірнеше аптада далалық тестілеуден өтемін, сондықтан кез келген қазынаны табамын.

Енді барып көңіл көтеріп, қазына табыңыз !!

8 -қадам: Эпилог: катушкалар вариациялары

Катушка конфигурациясы туралы көптеген жақсы, қызықты сұрақтар мен ұсыныстар болды. Бұл нұсқаулықты әзірлеу кезінде әр түрлі катушкалар конфигурациясымен көптеген эксперименттер болды, олар туралы айтуға тұрарлық.

Жоғарыдағы суреттерде мен қазіргі дизайнды шешпес бұрын қолданған бірнеше катушкалар көрсетілген. Қосымша сұрақтарыңыз болса, маған жазыңыз.

Әрі қарай тәжірибе жасау сізге тапсырылды!

Invention Challenge 2017 бірінші сыйлығы

Ғылымды зерттеу сайысының 2017 жылғы бірінші жүлдесі