Džepni lokator metala - Arduino: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Napisao TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets na Instagramu Slijedite Više od autora:

O: Ludi za tehnologijom i mogućnostima koje ona može donijeti. Volim izazov stvaranja jedinstvenih stvari. Moj cilj je učiniti tehnologiju zabavnom, relevantnom za svakodnevni život i pomoći ljudima da uspješno razviju kul… Više o TechKiwiGadgets »

Ovaj mali džepni lokator za džepove dovoljno je osjetljiv da identificira male čavle i čavle u drvu i dovoljno kompaktan da se uklopi u neugodne prostore što ga čini prikladnim za nošenje i upotrebu za lociranje metala.

Jedinica ima četiri neovisne zavojnice za pretraživanje i LED indikatore u boji što olakšava brzo pokrivanje većeg područja pretraživanja, a istovremeno može točno identificirati cilj.

Ovaj uredni mali uređaj sam se kalibrira s jednim gumbom, može se puniti putem USB priključka i koristi LED u boji, zvuk i vibracije za označavanje jačine cilja.

U instrukcije su uključeni svi dizajni, testiranja, kodovi i 3D datoteke potrebne za samostalnu izradu. Nadam se da ćete uživati u izgradnji i korištenju ovoga koliko i ja !!

Korak 1: Popis materijala i kako to funkcionira

1. Kako radi

Džepni metalni lokator koristi četiri neovisne zavojnice za pretraživanje s impulsnom indukcijom koje pokreće Arduino Pro Mini. Svaka zavojnica za pretraživanje sastoji se od zasebnog TX i RX svitka gdje se u TX zavojnicu inducira impuls koji stvara elektromagnetsko polje oko RX zavojnice. Promjenjivo polje inducira napon u RX zavojnici koji se detektira i pojačava prije nego što Arduino očita širinu impulsa signala.

Algoritam zaglađivanja u Arduino kodu koristi se za uklanjanje šuma iz valjanih impulsa što ga čini vrlo stabilnim.

Algoritam kalibracije u kodu uzima prosjek očitanja tijekom kratkog perioda pokretanja i postavlja niz pragova za usporedbu signala.

Kad se metalni objekt nađe unutar dometa elektromagnetskog polja, polje se poremeti i dio energije se preusmjerava iz RX zavojnice u "Eddiejeve struje" koje nastaju u ciljnom objektu. Ovaj parazitski učinak ciljnog objekta rezultira smanjenjem širine impulsa otkrivene u RX zavojnici. U osnovi mjerimo gubitak snage u ciljnom objektu.

Kad širina impulsa otkrivena u RX zavojnici padne ispod praga, tada se LED diode pale, oglašava se zujalica i pokreće motor haptičke povratne sprege - ovisno o unaprijed određenoj veličini ciljnog signala.

Krug za to razvio se u posljednjih godinu dana u vrlo stabilan i pouzdano detektirajući detektor. Konfiguracija i orijentacija zavojnice namjerno su dizajnirani kako bi se povećala stabilnost i dubinsko otkrivanje.

2. Popis materijala

1. 3.7v 350mAh LiPo baterija: 38 mm x 20 mm x 7,5 mm
2. TP4056 USB LiPo punjač baterijaPodatni list
3. 4.7K otpornik za ograničavanje struje napunjenosti LiPo baterije ispod 300 mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB na serijski modul za programiranje Mini Pro
6. LM339 Integrirani krug s četiri diferencijalna komparatora
7. Vero ploča - 2 komada izrezana na rupe 20x9 i 34x9 (pogledajte fotografiju za ispravnu orijentaciju)
8. BC548 NPN tranzistor x 4
9. 2N7000 MOSFET prekidač x 5
10. Piezo zujalica
11. Motor za vibracije novčića za haptičku povratnu informaciju
12. WS2812 RGB LED modul x 4
13. 1k otpornik x 4
14. 10k otpornik x 4
15. Otpornik 47 Ohm x 4
16. 2.2K otpornik x 4
17. 150pf keramički kondenzator x 8
18. 0,18uF poliesterski kondenzator x 4
19. Rolada od emajlirane bakrene žice od 0,3 mm (obično dolazi u rolama težine oko 25 g)
20. Prekidač s gumbom na PCB -u
21. Pištolj za vruće ljepilo
22. 10 mm svrdlo
23. Ručna bušilica
24. Pištolj za naljepnice ili ljepljiva traka prikladan za označavanje 16 zasebnih žica Priključna žica
25. Pristup 3D pisaču

3. Rad usporednika

Imao sam niz pitanja o radu LM339 pa sam mislio dati jasnije objašnjenje.

LM339 radi samo kao usporednik napona, uspoređujući diferencijalni napon između pozitivnog i negativnog pina i izlažući nisku ili visoku logičku impedanciju (logika visoka s pullupom) na temelju ulaznog diferencijalnog polariteta.

U ovom je krugu pozitivni ulaz komparatora spojen na liniju Vcc, a na izlaz komparatora primijenjen je otporni otpornik na Vcc. U ovoj konfiguraciji, u praksi, izlazni napon komparatora ostaje visok, sve dok ulazni napon na negativnom ulazu ne pređe 3,5v

Rad se može objasniti iz podatkovnog lista LM339 koji ocrtava "raspon ulaznog napona" između 0 V do Vsup-1,5 V

Kada su i IN– i IN+ unutar opsega zajedničkog moda, ako je IN– niži od IN+ i pomak napona, izlaz je visoke impedancije i izlazni tranzistor ne provodi

Kad je IN– veći od zajedničkog moda, a IN+ unutar zajedničkog moda, izlaz je nizak, a izlazni tranzistor ima opadajuću struju. Link do podatkovnog lista i objašnjenje ispod

Korak 2: Ispišite kućište

3D tiskana kutija napravljena je pomoću 5 zasebnih otisaka. Dimenzije i 3D datoteke mogu se pronaći ovdje na Thingiverseu. Dizajn je bio usredotočen na olakšavanje držanja uređaja uz osiguravanje da su zavojnice za pretraživanje što bliže području koje se pretražuje.

Pažljivo ispišite kućište i uklonite višak plastike. Ovaj korak je važno učiniti sada kako bi se elektroničke komponente mogle poravnati u kućištu prije konačnog povezivanja i testiranja.

Uključio sam sliku više različitih dizajna kućišta koje sam testirao prije nego što sam se odlučio za konačni dizajn koji je bio kompaktniji i ergonomski ugodniji za držanje.

Korak 3: Izgradite i montirajte zavojnice za pretraživanje

Uzmite tiskane zavojnice i namotajte 25 zavoja bakrene žice na svaki od njih. Ostavite dobrih 20 cm dodatne bakrene žice za priključivanje na glavnu jedinicu.

Upotrijebite rupe otisnute u oblikovačima kako biste omogućili dosljedan vjetar i orijentaciju zavojnica za svaki od njih. Dok to radite, okrenite prethodnu naopako i postupno zalijepite prvu u osnovnu jedinicu.

Pratite sklop fotografije kako je predviđeno, a rezultat je 8 zavojnica postavljenih u sklop zavojnice sa svim žicama koje su dosljedno orijentirane i dovoljno dugačke za spajanje na jedinicu glavne ploče u gornjem kućištu.

Za praćenje svake određene zavojnice upotrijebite dva žičana vodiča koja imaju rupe za svaku zavojnicu.

Postavio sam žice za unutarnje zavojnice uz vrh, a vanjske zavojnice uz dno žičanog bloka kako bih mogao pratiti svaku specifičnu zavojnicu što olakšava spajanje na glavnu ploču.

Korak 4: Izgradite krug

Jedinica ima četiri ključna kruga za samostalnu izgradnju - upravljačku ploču, glavnu ploču, LED sklop i punjivo napajanje. U ovom koraku izgradit ćemo Upravnu ploču i Glavnu ploču.

1. Ploča vozača

Zanatskim nožem izrežite komad Vero ploče duž rupa 22x11, a rezultat je komad Vero ploče s rupama 20x9 orijentiranim prema priloženoj slici. Najbolje je više puta zabiti po rupama na obje strane ploče, a zatim nježno odvojiti višak ploče. Provjerite nalazi li se ploča u podnožju kućišta s dovoljnim razmakom s obje strane.

Pomoću fotografija i svrdla od 10 mm ručno pažljivo razbijte šavove prikazane na dnu Vero ploče. Slijedite dijagram kruga i raspored fotografija komponenti za sastavljanje ploče, pazeći da nema kratkih staza.

Ostavite ovu ploču za kasnije testiranje.

2. Glavni odbor

Zanatskim nožem izrežite komad Vero ploče duž rupa 36x11, a rezultat je komad Vero ploče s rupama 34x9 orijentiranim prema priloženoj slici. Najbolje je više puta zabiti po rupama na obje strane ploče, a zatim nježno odvojiti višak ploče. Provjerite nalazi li se ploča u podnožju kućišta s dovoljnim razmakom s obje strane.

Pomoću fotografija i svrdla od 10 mm ručno pažljivo razbijte šavove prikazane na dnu Vero ploče.

Slijedite dijagram kruga i izgled fotografija IC -a Arduino i LM339 i drugih komponenti za sastavljanje ploče, pazeći da nema kratkih staza.

Ostavite ovu ploču za kasnije testiranje.

Korak 5: Dodajte LED indikatore

Koristio sam WS2182 LED diode koje imaju ugrađen IC koji im omogućuje da ih Arduino adresira pomoću tri odvojene žice, međutim širok raspon boja i svjetlina može se stvoriti slanjem naredbe LED-u. To se radi putem posebne knjižnice učitane u Arduino IDE obuhvaćene odjeljkom o testiranju.

1. Ugradnja LED dioda u poklopac kućišta zavojnice

Pažljivo postavite četiri LED diode tako da budu ispravno orijentirane tako da su spojevi VCC i GND poravnati i da se nalaze u sredini rupa.

Vrućim ljepilom pričvrstite LED diode na svoje mjesto.

2. Ožičenje LED dioda

Pažljivo skinite i postavite tri duljine spojne žice od 25 cm duž kontakata LED dioda.

Lemite ih na mjesto i provjerite je li središnja podatkovna žica spojena s ulaznim i izlaznim kontaktima prema fotografiji.

3. Provjera poravnanja kućišta

Provjerite je li poklopac kućišta poravnat s kućištem zavojnice, a zatim vrućim ljepilom držite žice na mjestu na dnu poklopca.

Odložite ovo za kasnije testiranje.

Korak 6: Sklapanje i testiranje jedinice

1. Priprema za montažu

Prije sastavljanja postupno ćemo testirati svaku ploču kako bismo olakšali rješavanje problema.

Arduino Pro Mini zahtijeva USB serijsku ploču da bi ga moglo programirati vaše računalo. To omogućuje da ploča bude manje veličine jer nema serijsko sučelje. Da biste programirali ove ploče, morat ćete uložiti u njihovu izradu kako je navedeno u popisu dijelova.

Prije učitavanja Arduino koda morat ćete dodati knjižnicu "FastLED.h" kao knjižnicu za pogon LED -a WS2182. Niz osciloskopskih tragova je osiguran za rješavanje problema ako postoje problemi.

Tu je i snimak zaslona IDE serijskog izlaza podataka pomoću funkcije Graph Plot koja prikazuje izlaz širine impulsa svakog od kanala, kao i vrijednost praga. To je korisno tijekom testiranja jer možete vidjeti radi li svaki kanal na sličnoj razini osjetljivosti.

Uključio sam dvije kopije koda. Jedan ima testno serijsko strujanje podataka u svrhu rješavanja problema.

NAPOMENA: Ne povezujte LiPo baterijsku jedinicu do posljednjeg koraka jer slučajno kratak spoj tijekom montaže može uzrokovati pregrijavanje ili čak požar.

2. Testirajte glavnu ploču

Prije spajanja matične ploče na bilo što, preporučljivo je priključiti Arduino serijski kabel i provjeriti učitava li se kod.

Ovo će jednostavno provjeriti je li vaš Arduino fizički ispravno ožičen te jesu li IDE i knjižnice učitane. Učitajte kôd kroz IDE koji bi se trebao učitati bez grešaka i dim ne smije izlaziti iz bilo kojih komponenti !!

3. Spojite upravljačku ploču

Slijedite dijagram kruga za povezivanje upravljačke ploče s glavnom pločom i fizički postavite jedinicu u kućište kako biste osigurali da predmeti stanu u kućište. Ovo je slučaj pokušaja i pogreške i zahtijeva upornost.

Učitajte kôd kroz IDE koji bi se trebao učitati bez grešaka i dim ne smije izlaziti iz bilo kojih komponenti !!

4. Priključite zavojnice Slijedite dijagram kruga za spajanje zavojnica na glavnu ploču i fizički postavite jedinicu u kućište kako biste osigurali da artikli odgovaraju. Pažljivo provjerite jesu li zavojnice poravnate s ulazima ploče vozača i glavne ploče prema shemi kola.

Kad je ispitni kod učitan, serijski port će prikazati širinu impulsa na prijemnoj zavojnici negdje između 5000 - 7000uS. To se također može vidjeti pomoću IDE plotera za iscrtavanje grafikona.

To će vam omogućiti rješavanje problema sa svakim od kanala, a također ćete vidjeti učinak pomicanja novčića u blizini zavojnice za pretraživanje što bi trebalo smanjiti širinu impulsa kako se cilj približava zavojnici za pretraživanje.

Ako imate osciloskop, također možete provjeriti valne oblike u različitim fazama kruga kako biste dijagnosticirali probleme.

Nakon što svi kanali rade prema očekivanom položaju, žice će se tako pravilno zatvoriti i zatvoriti.

5. Spojite LED diode

Pažljivo izvadite tri žice iz LED dioda kućišta zavojnice i spojite ih na glavnu ploču. Učitajte kôd i provjerite rade li LED diode ispravno. Ljepilom pričvrstite poklopac kućišta zavojnice na mjesto.

Korak 7: Spajanje punjive baterije

BILJEŠKA:

1. Ne povezujte LiPo baterijsku jedinicu do posljednjeg koraka jer slučajno kratak spoj tijekom montaže može uzrokovati pregrijavanje ili čak požar.

2. Prilikom rukovanja baterijom i punjačem pazite da ne prekinete spojeve baterije.

3. LiPo baterije se razlikuju od ostalih punjivih baterija, a nadstrujno punjenje može biti opasno pa provjerite jeste li ispravno konfigurirali krug punjenja.

4. Nemojte spajati Arduino serijski kabel s jedinicom ako je pritisnuta tipka za napajanje, u protivnom se može oštetiti baterija.

1. Izmijenite ograničenje struje punjača

Pocket Metal Locator koristi LiPo bateriju koja se može puniti pomoću Micro USB punjača za telefon. Ploča za punjenje USB LiPo Batt TP4056 USB prvo je modificirana s 4,7K otpornikom kako bi se struja punjenja ograničila na ispod 300 mA. Upute o tome kako se to može učiniti možete pronaći ovdje.

To zahtijeva da uklonite postojeći površinski montirani otpornik i zamijenite ga otpornikom kao što je prikazano na fotografiji. Jednom na mjestu zaštitite svako neplanirano kretanje otpornika nekim pištoljem za vruće ljepilo.

Prije spajanja na glavnu ploču provjerite radi li punjač ispravno spajanjem punjača za mobitel s mikro USB priključkom. Crveno svjetlo za punjenje bi se trebalo uključiti ako radi ispravno.

2. Instalirajte prekidač za napajanje pritiskom na gumb

Uvjerite se da je gumb pritisnut u ispravnom položaju tako da strši kroz središte poklopca kućišta, a zatim ga lemite. Instalirajte žice između prekidača s prekidačem i izlaza punjača i VCC linije na Arduinu prema shemi kruga.

Kada se pravilno instalira, pritiskom na prekidač uređaj će se aktivirati.

Vrućim ljepilom pričvrstite bateriju na mjesto i provjerite je li utičnica Micro USB poravnana s rupom na poklopcu kućišta kako bi se mogla puniti.

Korak 8: Završno testiranje i rad

1. Fizički sklop

Posljednji korak je pažljivo preurediti žice tako da se kućište pravilno zatvori. Vrućim ljepilom pričvrstite matičnu ploču u poklopac, a zatim zatvorite poklopac na mjesto.

2. Rukovanje Jedinicom

Jedinica radi kalibriranjem nakon pritiska i držanja tipke za uključivanje. Sve LED diode će treperiti kada je uređaj spreman za upotrebu. Tijekom pretraživanja držite pritisnuti gumb. LED diode se mijenjaju iz plavo-zelene, crvene, ljubičaste ovisno o jačini ciljnog objekta. Haptička povratna informacija javlja se kad LED diode postanu ljubičaste.

Niste spremni za upotrebu i praktične primjene !!