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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Autor TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets na InstagramuPratite 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 izgrade kul… Više o TechKiwiGadgets »

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

Jedinica ima četiri nezavisne zavojnice za pretraživanje i LED indikatore u boji koji olakšavaju brzo pokrivanje većeg područja pretraživanja, a istovremeno mogu precizno identificirati cilj.

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

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

Korak 1: Lista materijala i kako to funkcionira

1. Kako to funkcionira

Džepni lokator za metal koristi četiri nezavisne 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 čineći ga vrlo stabilnim.

Algoritam kalibracije u kodu uzima prosjek očitanja u kratkom periodu pokretanja i postavlja niz pragova za usporedbu signala.

Kada se metalni objekt nađe u dometu 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.

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

Krug za to je tokom protekle godine evoluirao u vrlo stabilan i pouzdano detektirajući detektor. Konfiguracija i orijentacija zavojnice namjerno su dizajnirani kako bi se povećala stabilnost i otkrivanje dubine.

2. Lista 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 punjenja LiPo baterije ispod 300 mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB na serijski modul za programiranje Mini Pro
6. LM339 Integrirano kolo sa 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 Buzzer
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. Otpor 47 Ohma x 4
16. 2.2K otpornik x 4
17. 150pf keramički kondenzator x 8
18. 0,18uF Poliesterski kondenzator x 4
19. Rola od emajlirane bakrene žice od 0,3 mm (obično dolazi u rolnama težine oko 25 g)
20. Prekidač s gumbom na PCB -u
21. Pištolj za vruće ljepilo
22. 10mm svrdlo
23. Ručna bušilica
24. Pištolj za naljepnice ili ljepljiva traka pogodan za označavanje 16 odvojenih žica Priključna žica
25. Pristup 3D štampaču

3. Uporedni rad

Imao sam nekoliko pitanja o radu LM339 pa sam mislio da ću dati jasnije objašnjenje.

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

U ovom krugu, pozitivni ulaz komparatora spojen je na Vcc liniju, a na izlaz komparatora je primijenjen pull-up 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 LM339 lista sa podacima koji opisuje „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 impedanse i izlazni tranzistor ne provodi

Kada je IN– veći od zajedničkog moda i IN+ je unutar zajedničkog moda, izlaz je nizak, a izlazni tranzistor ima opadajuću struju. Link do lista sa podacima i objašnjenja ispod

Korak 2: Odštampajte kućište

3D štampano kućište urađeno je pomoću 5 zasebnih otisaka. Dimenzije i 3D datoteke mogu se pronaći ovdje na Thingiverse -u. Dizajn je bio usmjeren na olakšavanje držanja uređaja uz osiguravanje da su zavojnice za pretraživanje što bliže području koje se pretražuje.

Pažljivo odštampajte 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 ispisane tvornice zavojnica i namotajte 25 zavoja bakrene žice na svaki od njih. Pobrinite se da ostavite dobrih 20 cm dodatne bakrene žice za priključivanje na glavnu jedinicu.

Koristite 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 montiranih u sklop zavojnice sa svim žicama koje su dosljedno orijentirane i dovoljno dugačke za povezivanje s jedinicom glavne ploče u gornjem kućištu.

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

Žice za unutarnje zavojnice postavio sam uz gornji dio, a vanjske zavojnice uz dno žičanog bloka tako da mogu pratiti svaku specifičnu zavojnicu što olakšava spajanje na glavnu ploču.

Korak 4: Izgradite krug

Jedinica ima četiri ključna kola za samostalnu izgradnju - upravljačku ploču, glavnu ploču, LED sklop i punjivo napajanje. U ovom koraku izgradit ćemo Upravni odbor i Glavni odbor.

1. Upravljačka ploča

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 otkinuti višak ploče. Provjerite da li ploča leži u podnožju kućišta s dovoljnim razmakom s obje strane.

Koristeći fotografije i bušilicu od 10 mm, ručno pažljivo razbijte klinove prikazane na dnu Vero ploče. Pratite 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 otkinuti višak ploče. Provjerite da li ploča leži u podnožju kućišta s dovoljnim razmakom s obje strane.

Koristeći fotografije i bušilicu od 10 mm, ručno pažljivo razbijte klinove prikazane na dnu Vero ploče.

Slijedite dijagram kruga i izgled fotografija Arduino i LM339 IC 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 biblioteke učitane u Arduino IDE obuhvaćene odjeljkom o testiranju.

1. Montiranje LED dioda u poklopac kućišta zavojnice

Pažljivo postavite četiri LED diode tako da budu ispravno orijentirane tako da su veze VCC i GND poravnate i da sjede u sredini rupa.

Vrućim ljepilom pričvrstite LED diode na svoje mjesto.

2. Ožičenje LED dioda

Pažljivo skinite i postavite tri dužine jednožilne priključne žice dužine 25 cm preko kontakata LED dioda.

Lemite ih na mjesto i provjerite je li središnja žica za podatke povezana s ulaznim i izlaznim kontaktima prema fotografiji.

3. Provjera poravnanja kućišta

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

Ostavite ovo za kasnije testiranje.

Korak 6: Sklapanje i testiranje jedinice

1. Priprema za montažu

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

Arduino Pro Mini zahtijeva USB serijsku ploču da bi ga mogao programirati vaš računar. Ovo omogućava da ploča bude manjih dimenzija jer nema serijsko sučelje. Da biste programirali ove ploče, morat ćete uložiti u njihovu nabavku kako je navedeno u popisu dijelova.

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

Tu je i snimak ekrana IDE serijskog izlaza podataka pomoću funkcije Graph Plot koja prikazuje izlaz širine impulsa svakog od kanala, kao i vrijednost praga. Ovo je korisno tokom testiranja jer možete vidjeti da li svaki kanal ima slične nivoe 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 tokom 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 da li je Arduino fizički ispravno ožičen i da su IDE i biblioteke učitane. Učitajte kôd kroz IDE koji bi se trebao učitati bez grešaka i dim ne bi trebao izlaziti iz bilo kojih komponenti !!

3. Povežite 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 greške i zahtijeva upornost.

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

4. Priključite zavojnice Pratite dijagram kola za povezivanje zavojnica na glavnu ploču i fizički postavite jedinicu u kućište kako biste osigurali da artikli odgovaraju. Pažljivo proverite da li su zavojnice poravnate sa ulazima na upravljačkoj ploči i na glavnoj ploči prema dijagramu kola.

Sa učitanim testnim kodom, serijski port će prikazati širinu impulsa na prijemnoj zavojnici negdje između 5000 - 7000uS. Ovo se može vidjeti i pomoću IDE plotera za grafički prikaz.

Ovo 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 meta približava zavojnici za pretraživanje.

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

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

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. Pomoću ljepila pričvrstite poklopac kućišta zavojnice na mjesto.

Korak 7: Priključivanje punjive baterije

BILJEŠKA:

1. Ne povezujte LiPo baterijsku jedinicu do posljednjeg koraka jer slučajno kratak spoj tokom 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 pravilno konfigurirali krug punjenja.

4. Nemojte priključivati Arduino serijski kabel na jedinicu ako je pritisnuto dugme 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 kartice prvo je modificirana sa 4,7K otpornikom kako bi se struja punjenja ograničila na ispod 300mA. 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 povezivanjem 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 dugme

Uvjerite se da je tipkalo postavljeno u ispravnom položaju tako da strši kroz središte poklopca kućišta, a zatim zalemite dugme na mjesto. Instalirajte žice između prekidača s prekidačem i izlaza punjača i VCC linije na Arduinu prema shemi kola.

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

Vrućim ljepilom pričvrstite bateriju na mjesto i provjerite je li utičnica za Micro USB poravnana s otvorom na poklopcu kućišta tako da se može 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

Uređaj radi kalibracijom nakon pritiska i držanja tipke za uključivanje. Sve LED diode će treperiti kada je uređaj spreman za upotrebu. Držite pritisnuto dugme tokom pretraživanja. LED diode se mijenjaju iz plavo-zelene, crvene, ljubičaste na osnovu jačine ciljnog objekta. Haptička povratna informacija javlja se kada LED diode postanu ljubičaste.

Niste spremni za upotrebu i praktične primjene !!