Pocket Metal Locator - Arduino: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Av TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets på InstagramFølg Mer av forfatteren:

Om: Gal på teknologi og mulighetene den kan bringe. Jeg elsker utfordringen med å bygge unike ting. Målet mitt er å gjøre teknologien morsom, relevant for hverdagen og hjelpe folk til å lykkes med å bygge kule … Mer om TechKiwiGadgets »

Denne kule lille Pocket Metal Locator er sensitiv nok til å identifisere små spiker og hakk i tre og kompakt nok til å passe inn i vanskelige mellomrom, noe som gjør den praktisk å bære og bruke til å finne metall.

Enheten har fire uavhengige søkespoler og farge -LED -indikatorer som gjør det enkelt å raskt dekke et større søkeområde samtidig som den kan identifisere målet nøyaktig.

Denne fine lille enheten er selvkalibrerende med en knappoperasjon, oppladbar via en USB-port og bruker farge-LED, lyd og vibrasjon for å indikere målstyrke.

Inkludert i instruksjonsboken er alle design, testing, kode og 3D -filer som kreves for å bygge på egen hånd. Jeg håper du liker å bygge og bruke dette så mye som jeg har !!

Trinn 1: Materialeliste og hvordan det fungerer

1. Hvordan det fungerer

Pocket Metal Locator bruker fire uavhengige Pulse Induction Search Coils drevet av en Arduino Pro Mini. Hver søkespole består av en separat TX- og RX -spole hvor en puls induseres i TX -spolen som skaper et elektromagnetisk felt rundt RX -spolen. Det skiftende feltet induserer en spenning inn i RX -spolen som oppdages og forsterkes før pulsbredden til signalet leses av Arduino.

En utjevningsalgoritme i Arduino -koden brukes til å fjerne støy fra gyldige pulser, noe som gjør den veldig stabil.

En kalibreringsalgoritme i koden tar et gjennomsnitt av avlesninger over en kort oppstartstid og angir en rekke terskler for å sammenligne signalet mot.

Når et metallobjekt kommer innenfor området for det elektromagnetiske feltet, blir feltet forstyrret og noe av energien blir ledet fra RX -spolen til "Eddie -strømmer" som dannes i målobjektet. Denne parasittiske effekten av målobjektet resulterer i at pulsbredden detekteres i RX -spolen reduseres. I hovedsak måler vi tapet av strøm til målobjektet.

Når pulsbredden som oppdages i RX -spolen faller under terskelen, tennes lysdiodene, summeren lyder og Haptic Feedback -motoren utløses - avhengig av en forhåndsbestemt størrelse på målsignalet.

Kretsen for dette har utviklet seg det siste året til en meget stabil og pålitelig detektor. Spolens konfigurasjon og orientering er bevisst designet for å maksimere stabilitet og dybdeteksjon.

2. Materialeliste

1. 3,7v 350mAh LiPo batteristørrelse: 38mm x 20mm x 7,5mm
2. TP4056 USB LiPo batterilader Dataark
3. 4.7K motstand for å begrense LiPo batteriladestrøm til under 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB til seriell modul for programmering av Mini Pro
6. LM339 Quad Differential Comparator Integrated Circuit
7. Vero Board - 2 stykker kuttet til 20x9 hull og 34x9 (se bildet for riktig orientering)
8. BC548 NPN Transistor x 4
9. 2N7000 MOSFET -bryter x 5
10. Piezo summer
11. Myntvibrasjonsmotor for haptisk tilbakemelding
12. WS2812 RGB LED -modul x 4
13. 1k motstand x 4
14. 10k motstand x 4
15. 47 Ohm motstand x 4
16. 2,2K motstand x 4
17. 150pf keramisk kondensator x 8
18. 0.18uF Polyester kondensator x 4
19. Rulle med 0,3 mm emaljert kobbertråd (kommer vanligvis i ruller ca 25 g vekt)
20. PCB -montert trykknappbryter
21. Varm limpistol
22. 10 mm bor
23. Håndholdt drill
24. Etikettpistol eller klebrig tape som er egnet til å merke 16 separate ledninger
25. Tilgang til en 3D -skriver

3. Comparator Operation

Jeg har hatt en rekke spørsmål om driften av LM339, så jeg tenkte å gi en mer klar forklaring.

LM339 fungerer utelukkende som en spenningskomparator, som sammenligner differensialspenningen mellom de positive og negative pinnene og sender ut en logisk lav eller høy impedans (logikk høy med pullup) basert på inngangsdifferensialpolariteten.

I denne kretsen er den positive inngangen til komparatoren koblet til Vcc-linjen, og en pull-up-motstand mot Vcc blir påført komparatorutgangen. I denne konfigurasjonen forblir i praksis utgangsspenningen til komparatoren til inngangsspenningen på den negative inngangen overstiger 3,5v

Operasjonen kan forklares fra LM339-databladet som skisserer "inngangsspenningsområdet" mellom 0 V og Vsup-1,5 V

Når både IN– og IN+ begge er innenfor fellesmodusområdet, hvis IN– er lavere enn IN+ og offset-spenningen, er utgangen høy impedans og utgangstransistoren leder ikke

Når IN– er høyere enn vanlig modus og IN+ er innenfor vanlig modus, er utgangen lav og utgangstransistoren synker strøm. Lenke til datablad og forklaring nedenfor

Trinn 2: Skriv ut saken

Den 3D -trykte saken ble utført med 5 separate utskrifter. Dimensjonene og 3D -filene finner du her på Thingiverse. Designet var sentrert om å gjøre enheten lett å holde mens den sørger for at søkespolene var så nær området som det søkes etter.

Skriv ut saken forsiktig og fjern overflødig plast. Det er viktig å gjøre dette trinnet nå, slik at de elektroniske komponentene kan justeres i saken før endelig oppkobling og testing.

Jeg inkluderte et bilde av flere forskjellige design som jeg testet før jeg bestemte meg for det endelige designet, som var mer kompakt og ergonomisk behagelig å holde.

Trinn 3: Bygg og monter søkespolene

Ta de trykte spiralformerne og vind 25 omganger kobbertråd på hver av dem. Sørg for at du legger igjen en god 20 cm ekstra kobbertråd for tilkobling til hovedenheten.

Bruk hullene som er trykt i formerne for å muliggjøre en jevn vind og orientering av spoler for hver tidligere. Når du gjør dette, snu den tidligere opp ned og lim den tidligere inn i baseenheten.

Følg fotomontasjen som angitt, og resultatet er åtte spoler montert i spoleenheten med alle ledninger konsekvent orientert og lange nok til å koble til hovedkortet i det øvre kabinettet.

Bruk de to trådføringsblokkene som har hull for hver spole på den trykte basen for å holde oversikt over hver spesifikke spole.

Jeg plasserte ledningene til de indre spolene langs toppen og de ytre spolene langs bunnen av trådblokken slik at jeg kunne holde oversikt over hver spesifikke spole som gjør det lettere å koble til hovedkortet.

Trinn 4: Bygg kretsen

Enheten har fire nøkkelkretser for å bygge uavhengig - førerkort, hovedkort, LED -enhet og oppladbar strømforsyning. I dette trinnet vil vi bygge førerkortet og hovedstyret.

1. Driver Board

Bruk en håndverkskniv til å skjære et stykke Vero Board langs hullene 22x11, og resultatet er et stykke Vero Board med 20x9 hull orientert i henhold til bildet. Det er best å score på tvers av hullene på begge sider av brettet flere ganger, og deretter ta forsiktig av overflødig brett. Kontroller at brettet sitter i bunnen av skapet med nok klaring på hver side.

Bruke bildene og en 10 mm borekrone for hånd. Følg kretsdiagrammet og fotooppsettet for komponenter for å montere kretskortet, vær forsiktig for å sikre at det ikke er korte spor.

Sett dette brettet til side for testing senere.

2. Hovedstyret

Bruk en håndverkskniv til å skjære et stykke Vero Board langs hullene 36x11, og resultatet er et stykke Vero Board med 34x9 hull orientert i henhold til bildet. Det er best å score på tvers av hullene på begge sider av brettet flere ganger, og deretter ta forsiktig av overflødig brett. Kontroller at brettet sitter i bunnen av skapet med nok klaring på hver side.

Bruke bildene og en 10 mm borekrone for hånd.

Følg kretsdiagrammet og fotooppsettet til Arduino og LM339 IC og andre komponenter for å montere kretskortet, vær forsiktig for å sikre at det ikke er korte spor.

Sett dette brettet til side for testing senere.

Trinn 5: Legg til LED -indikatorer

Jeg har brukt WS2182 lysdioder som har en innebygd IC som gjør at de kan adresseres av Arduino ved hjelp av tre separate ledninger, men et bredt spekter av farger og lysstyrker kan opprettes ved å sende en kommando til lysdioden. Dette gjøres gjennom et spesielt bibliotek lastet inn i Arduino IDE som er dekket i testseksjonen.

1. Montering av lysdiodene i spolelokket

Plasser forsiktig de fire lysdiodene slik at de er riktig orientert slik at VCC- og GND -tilkoblingene er på linje og de sitter i midten av hullene.

Bruk Hot Lim for å feste lysdiodene på plass.

2. Kabling av lysdiodene

Fjern forsiktig og plasser tre 25 cm lange enkeltkjernet tilkoblingskabler over kontaktene til lysdiodene.

Lodd disse på plass og sørg for at senterdatatråden er koblet til IN- og OUT -kontakter i henhold til bildet.

3. Kontroll av saken

Kontroller at lokket på saken kommer i flukt med spolekapslingen, og bruk deretter Hot Lim for å holde ledningene på plass i bunnen av lokket.

Sett dette til side for testing senere.

Trinn 6: Montering og testing av enheten

1. Forbereder montering

Før montering vil vi teste hvert brett gradvis for å gjøre det lettere å feilsøke problemer.

Arduino Pro Mini krever et serielt USB -kort for å kunne programmeres av PCen. Dette gjør at kortet kan være mindre i størrelse siden det ikke har et serielt grensesnitt på det. For å programmere disse tavlene må du investere i å skaffe et som beskrevet i delelisten.

Før du laster Arduino -koden, må du legge til biblioteket "FastLED.h" som et bibliotek for å drive WS2182 -lysdioder. En serie med oscilloskopspor er gitt for feilsøking hvis det er problemer.

Det er også et skjermbilde av IDE -seriell datautgang ved hjelp av Graph Plot -funksjonen som viser pulsbreddeutgangen for hver av kanalene, samt terskelverdien. Dette er nyttig under testing, ettersom du kan se om hver kanal utfører lignende følsomhetsnivåer.

Jeg har inkludert to kopier av koden. Den ene har testseriell datastrømming for feilsøkingsformål.

MERK: Ikke koble til LiPo -batterienheten før det siste trinnet, da dette ved en feiltakelse kan føre til at enheten overopphetes eller til og med tar fyr.

2. Test hovedstyret

Før du kobler hovedkortet til noe, er det lurt å koble til Arduino seriekabelen og kontrollere at koden lastes inn.

Dette vil ganske enkelt teste at du har Arduino fysisk kablet riktig og at IDE og biblioteker er lastet inn. Last koden gjennom IDE som skal lastes inn uten feil og ingen røyk skal komme ut av noen komponenter !!

3. Koble til driverkortet

Følg kretsdiagrammet for å koble førerkortet til hovedkortet og plasser enheten fysisk i etuiet for å sikre at ting passer inn i kabinettet. Dette er et tilfelle av prøving og feiling og krever utholdenhet.

Last koden gjennom IDE som skal lastes inn uten feil og ingen røyk skal komme ut av noen komponenter!

4. Koble til spolene Følg kretsdiagrammet for å koble spolene til hovedkortet og plasser enheten fysisk i etuiet for å sikre at elementene passer riktig. Forsikre deg om at spolene er på linje med inngangene til førerkortet og hovedkortet i henhold til kretsdiagrammet.

Med testkoden lastet seriell port viser pulsbredden på mottaksspolen et sted mellom 5000 - 7000uS. Dette kan også sees ved hjelp av IDE Graph Plotter.

Dette vil gjøre deg i stand til å feilsøke hver av kanalene og også se effekten av å flytte en mynt nær søkespolen, noe som bør redusere pulsbredden når målet kommer nærmere søkespolen.

Hvis du har et oscilloskop, kan du også kontrollere bølgeformene på forskjellige stadier av kretsen for å diagnostisere problemer.

Når alle kanaler fungerer i henhold til forventet posisjon, gjør ledningene slik at kabinettet vil montere og lukke riktig.

5. Koble til lysdiodene

Ta forsiktig de tre ledningene fra LEDene til spiralskapslingen og koble dem til hovedkortet. Last inn koden og kontroller at lysdiodene fungerer som de skal. Bruk lim for å feste lokket til spiralhuset.

Trinn 7: Koble til det oppladbare batteriet

MERK:

1. Ikke koble til LiPo -batterienheten før det siste trinnet, ettersom dette ved en feiltakelse kan føre til at enheten overopphetes eller til og med tar fyr.

2. Når du håndterer batteriet og laderen, må du passe på å ikke koble fra batterikoblingen.

3. LiPo -batterier er ulikt andre oppladbare batterier, og overstrømlading kan være farlig, så sørg for at du konfigurerer ladekretsen riktig.

4. Ikke koble Arduino seriekabelen til enheten når av / på -knappen er trykket ned, ellers kan batteriet bli skadet.

1. Endre ladestrømgrensen

Pocket Metal Locator bruker et LiPo -batteri som kan lades ved hjelp av en Micro USB -telefonlader. TP4056 USB LiPo Batt Charger Board ble først modifisert med 4,7K motstand for å begrense ladestrømmen til under 300mA. Retningslinjer for hvordan dette kan gjøres finner du her.

Dette krever at du fjerner den eksisterende overflatemonterte motstanden og erstatter den med en motstand som vist på bildet. Når den er på plass, beskytter du enhver uplanlagt bevegelse av motstanden med en varm limpistol.

Før du kobler til hovedkortet, må du kontrollere at laderen fungerer som den skal ved å koble til en mobiltelefonlader med en Micro USB -port. Den røde ladelampen skal lyse når den fungerer som den skal.

2. Installer trykknappen Strømbryter

Sørg for at trykknappen er montert i riktig posisjon, slik at den stikker ut gjennom midten av lokket på lokket, og deretter loddes trykknappen på plass. Installer ledninger mellom trykknappbryteren og laderutgangen og VCC -linjen på Arduino i henhold til kretsdiagrammet.

Når den er installert riktig, vil bryteren aktivere enheten.

Fest batteriet på plass med varmt lim, og sørg for at Micro USB -kontakten er rettet inn i hullet på lokket, slik at det kan lades.

Trinn 8: Sluttesting og drift

1. Fysisk samling

Det siste trinnet er å omorganisere ledningene forsiktig slik at saken lukkes riktig. Bruk varmt lim for å feste hovedkortet i lokket og lukk deretter lokket på plass.

2. Betjening av enheten

Enheten fungerer ved å kalibrere etter at du har trykket på og holdt inne strømknappen. Alle lysdiodene blinker når enheten er klar til bruk. Hold trykknappen nede mens du søker. Lysdiodene skifter fra blå-grønn, rød, lilla basert på målobjektets styrke. Den haptiske tilbakemeldingen oppstår når lysdiodene blir lilla.

Du er ikke klar til å gå til praktisk bruk !!