Pocket Metal Locator - Arduino: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Af TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets på InstagramFølg mere af forfatteren:

Om: Vild med teknologi og de muligheder, den kan bringe. Jeg elsker udfordringen med at bygge unikke ting. Mit mål er at gøre teknologien sjov, relevant for hverdagen og hjælpe folk med at få succes med at opbygge fede … Mere om TechKiwiGadgets »

Denne seje lille Pocket Metal Locator er følsom nok til at identificere små søm og hakker i træ og kompakt nok til at passe ind i akavede rum, hvilket gør den praktisk at bære og bruge til metalfinding.

Enheden har fire uafhængige søgespoler og farve -LED -indikatorer, der gør det let at dække et større søgeområde hurtigt, mens det er i stand til præcist at identificere målet.

Denne pæne lille enhed er selvkalibrerende med en knapbetjening, genopladelig via en USB-port og bruger farve-lysdioder, lyd og vibrationer til at angive målstyrke.

Inkluderet i den instruerbare er alle de designs, test, kode og 3D -filer, der kræves for at bygge på egen hånd. Jeg håber du nyder at bygge og bruge dette lige så meget som jeg har !!

Trin 1: Materialeliste og hvordan det fungerer

1. Sådan fungerer det

Pocket Metal Locator bruger fire uafhængige Pulse Induction Search Coils drevet af en Arduino Pro Mini. Hver søgespole består af en separat TX- og RX -spole, hvor en puls induceres i TX -spolen, som skaber et elektromagnetisk felt omkring RX -spolen. Det skiftende felt inducerer en spænding i RX -spolen, som detekteres og forstærkes, før signalets pulsbredde læses af Arduino.

En udjævningsalgoritme i Arduino -koden bruges til at fjerne støj fra gyldige impulser, hvilket gør den meget stabil.

En kalibreringsalgoritme i koden tager et gennemsnit af aflæsninger over en kort opstartsperiode og angiver en række tærskler for at sammenligne signalet mod.

Når en metalgenstand kommer inden for det elektromagnetiske felts område, forstyrres feltet, og noget af energien ledes fra RX -spolen til "Eddie -strømme", der dannes i målobjektet. Denne parasitære effekt af målobjektet resulterer i, at pulsbredden registreres i RX -spolen reducerer. I det væsentlige måler vi tabet af strøm til målobjektet.

Når pulsbredden, der registreres i RX -spolen, falder til under tærsklen, tændes lysdioderne, summeren lyder, og Haptic Feedback -motoren udløses - afhængig af en forudbestemt størrelse af målsignalet.

Kredsløbet til dette har udviklet sig i løbet af det sidste år til en meget stabil og pålidelig detektor. Spolens konfiguration og orientering er bevidst designet til at maksimere stabilitet og dybdetektering.

2. Materialeliste

1. 3,7v 350mAh LiPo batteristørrelse: 38mm x 20mm x 7,5mm
2. TP4056 USB LiPo batterioplader Datablad
3. 4.7K modstand til at begrænse LiPo batteriets ladestrøm til under 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB til seriemodul til programmering af Mini Pro
6. LM339 Quad Differential Comparator Integrated Circuit
7. Vero Board - 2 stykker skåret til 20x9 huller og 34x9 (se foto for korrekt retning)
8. BC548 NPN Transistor x 4
9. 2N7000 MOSFET -switch x 5
10. Piezo summer
11. Møntvibrationsmotor til haptisk feedback
12. WS2812 RGB LED -modul x 4
13. 1k modstand x 4
14. 10k modstand x 4
15. 47 Ohm modstand x 4
16. 2,2K modstand x 4
17. 150pf keramisk kondensator x 8
18. 0.18uF Polyester kondensator x 4
19. Rulle med 0,3 mm emaljeret kobbertråd (kommer normalt i ruller ca. 25 g vægt)
20. PCB -monteret trykknapkontakt
21. Varm limpistol
22. 10 mm bor
23. Håndholdt boremaskine
24. Etiketpistol eller klæbebånd, der er egnet til mærkning af 16 separate ledninger Tilslutningstråd
25. Adgang til en 3D -printer

3. Comparator Operation

Jeg har haft en række spørgsmål om driften af LM339, så jeg tænkte, at jeg ville give en mere klar forklaring.

LM339 fungerer udelukkende som en spændingskomparator, der sammenligner differentialspændingen mellem de positive og negative stifter og udsender en logisk lav eller høj impedans (logisk høj med pullup) baseret på inputdifferentialpolariteten.

I dette kredsløb er komparatorens positive indgang forbundet til Vcc-ledningen, og en pull-up-modstand til Vcc påføres komparatorudgangen. I denne konfiguration forbliver i praksis komparatorens udgangsspænding høj, indtil indgangsspændingen på den negative indgang overstiger 3,5v

Handlingen kan forklares ud fra LM339-databladet, der skitserer "indgangsspændingsområdet" mellem 0 V og Vsup-1,5 V

Når både IN– og IN+ begge er inden for common-mode-området, hvis IN– er lavere end IN+ og offset-spændingen, er udgangen høj impedans, og output-transistoren leder ikke

Når IN– er højere end almindelig tilstand, og IN+ er inden for almindelig tilstand, er udgangen lav, og udgangstransistoren synker strøm. Link til datablad og forklaring herunder

Trin 2: Udskriv sagen

Den 3D -printede sag blev udført ved hjælp af 5 separate udskrifter. Dimensionerne og 3D -filerne findes her på Thingiverse. Designet var centreret om at gøre enheden let at holde og sikre, at søgespolerne var så tæt på det område, der blev søgt efter.

Udskriv forsigtigt kassen og fjern overskydende plast. Det er vigtigt at udføre dette trin nu, så de elektroniske komponenter kan justeres i sagen før den sidste tilslutning og test.

Jeg inkluderede et billede af flere forskellige sagdesign, som jeg testede, før jeg besluttede mig for det endelige design, som var mere kompakt og ergonomisk tiltalende at holde.

Trin 3: Byg og monter søgespolerne

Tag de trykte spoleformere og vind 25 omgange kobbertråd på hver af dem. Sørg for at efterlade en god 20 cm ekstra kobbertråd til tilslutning til hovedenheden.

Brug hullerne trykt i formerne for at muliggøre en ensartet vind og orientering af spoler for hver former. Når du gør dette, skal du vende den tidligere på hovedet og gradvist lime den tidligere ind i baseenheden.

Følg fotoenheden som angivet, og resultatet er 8 spoler monteret i spoleenheden med alle ledninger konsekvent orienteret og længe nok til at forbinde til hovedkortet i den øverste kabinet.

Brug de to trådstyreblokke, der har huller til hver spole, den trykte base til at holde styr på hver specifik spole.

Jeg placerede ledningerne til de indvendige spoler langs toppen og de ydre spoler langs bunden af trådblokken, så jeg kunne holde styr på hver specifik spole, hvilket gør det lettere at tilslutte til hovedkortet.

Trin 4: Byg kredsløbet

Enheden har fire nøglekredse til at bygge uafhængigt - Driver Board, Main Board, LED -samling og genopladelig strømforsyning. I dette trin bygger vi Driver Board og Main Board.

1. Driver Board

Brug en håndværkskniv til at skære et stykke Vero Board langs hullerne 22x11, og resultatet er et stykke Vero Board med 20x9 huller orienteret i henhold til det medfølgende billede. Det er bedst at score på tværs af hullerne på begge sider af brættet flere gange og derefter forsigtigt snappe det overskydende bræt af. Kontroller, at brættet sidder i bunden af kabinettet med tilstrækkelig afstand til hver side.

Brug fotografierne og en 10 mm borekrone med hånden til at bryde forsigtigt de hakker, der er vist på bunden af Vero Board. Følg kredsløbsdiagrammet og fotolayoutet af komponenter for at samle printkortet, og vær omhyggelig med at sikre, at der ikke er korte spor.

Sæt dette bræt til side til test senere.

2. Hovedbestyrelse

Brug en håndværkskniv til at skære et stykke Vero Board langs hullerne 36x11, og resultatet er et stykke Vero Board med 34x9 huller orienteret i henhold til det medfølgende billede. Det er bedst at score på tværs af hullerne på begge sider af brættet flere gange og derefter forsigtigt snappe det overskydende bræt af. Kontroller, at brættet sidder i bunden af kabinettet med tilstrækkelig afstand til hver side.

Brug fotografierne og en 10 mm borekrone i hånden til at bryde forsigtigt de hakker, der er vist på bunden af Vero Board.

Følg kredsløbsdiagrammet og fotolayoutet for Arduino og LM339 IC og andre komponenter for at samle printkortet, og vær omhyggelig med at sikre, at der ikke er korte spor.

Sæt dette bræt til side til test senere.

Trin 5: Tilføj LED -indikatorer

Jeg har brugt WS2182 lysdioder, der har en indbygget IC, som gør det muligt at adressere dem af Arduino ved hjælp af tre separate ledninger, men der kan oprettes en bred vifte af farver og lysstyrker ved at sende en kommando til LED'en. Dette gøres gennem et specielt bibliotek indlæst i Arduino IDE dækket i testafsnittet.

1. Montering af lysdioderne i spolekapslingslåget

Placer forsigtigt de fire lysdioder, så de er orienteret korrekt, så VCC- og GND -forbindelserne er justeret, og de sidder i midten af hullerne.

Brug Hot Lim til at fastgøre lysdioderne på plads.

2. Tilslutning af lysdioderne

Fjern forsigtigt og placer tre 25 cm længder af enkeltkerntilslutningstråd på tværs af LED'ernes kontakter.

Lod disse på plads, og sørg for, at centerdatatråden er forbundet med IN- og OUT -kontakter som vist på billedet.

3. Kontrol af sagstilpasning

Kontroller, at låget på kabinettet sidder på linje med spolekabinettet, og brug derefter Hot Lim til at holde ledningerne på plads i bundenden af låget.

Afsæt dette til test senere.

Trin 6: Samling og test af enheden

1. Forberedelse til samling

Inden montering tester vi hvert bord gradvist for at gøre det lettere at fejlfinde problemer.

Arduino Pro Mini kræver et serielt USB -kort for at blive programmeret af din pc. Dette gør det muligt for kortet at være mindre i størrelse, da det ikke har en seriel grænseflade på det. For at programmere disse tavler skal du investere i at få en som beskrevet i delelisten.

Inden du indlæser Arduino -koden, skal du tilføje biblioteket "FastLED.h" som et bibliotek for at drive WS2182 -lysdioderne. En række Oscilloskopspor er blevet leveret til fejlfinding, hvis der er problemer.

Der er også et skærmbillede af IDE serielle data output ved hjælp af Graph Plot funktionen, der viser pulsbredde output for hver af kanalerne samt tærskelværdien. Dette er nyttigt under test, da du kan se, om hver kanal udfører lignende følsomhedsniveauer.

Jeg har inkluderet to kopier af koden. Man har testseriel datastreaming til fejlfindingsformål.

BEMÆRK: Tilslut ikke LiPo -batterienheden, før det allersidste trin, da dette ved en fejl ved en kortslutning kan medføre, at enheden overophedes eller endda tager ild.

2. Test hovedtavlen

Inden hovedkortet tilsluttes noget, er det tilrådeligt at tilslutte Arduino -seriekablet og kontrollere, at koden indlæses.

Dette vil simpelthen teste, at du har Arduino fysisk forbundet korrekt, og at IDE og biblioteker er indlæst. Indlæs koden gennem IDE'en, som skal indlæses uden fejl, og der skal ikke komme røg ud af komponenter !!

3. Tilslut driverkortet

Følg kredsløbsdiagrammet for at tilslutte driverkortet til hovedkortet og placer enheden fysisk i kabinettet for at sikre, at emner passer ind i kabinettet. Dette er et tilfælde af forsøg og fejl og kræver vedholdenhed.

Indlæs koden gennem IDE'en, som skal indlæses uden fejl, og der skal ikke komme røg ud af komponenter !!

4. Tilslut spolerne Følg kredsløbsdiagrammet for at forbinde spolerne til hovedkortet og placer enheden fysisk i etuiet for at sikre, at emnerne passer korrekt. Sørg omhyggeligt for, at spolerne flugter med driverkortets og hovedkortets input i henhold til kredsløbsdiagrammet.

Når testkoden er indlæst, viser den serielle port pulsbredden på modtagespolen et sted mellem 5000 - 7000uS. Dette kan også ses ved hjælp af IDE Graph Plotter.

Dette giver dig mulighed for at foretage fejlfinding af hver af kanalerne og også se effekten af at flytte en mønt nær søgespolen, hvilket skulle reducere pulsbredden, når målet kommer tættere på søgespolen.

Hvis du har et oscilloskop, kan du også kontrollere bølgeformerne på forskellige stadier af kredsløbet for at diagnosticere problemer.

Når alle kanaler fungerer som forventet, placeres ledningerne, så kabinettet vil samles og lukke korrekt.

5. Tilslut lysdioderne

Tag forsigtigt de tre ledninger fra Coil Enclosure LED'erne og slut dem til hovedkortet. Indlæs koden, og kontroller, at lysdioderne fungerer korrekt. Brug lim til at fastgøre låget til spolekabinettet på plads.

Trin 7: Tilslutning af det genopladelige batteri

BEMÆRK:

1. Tilslut ikke LiPo -batterienheden, før det allersidste trin, da dette ved en fejl ved en kortslutning kan medføre, at enheden overophedes eller endda tager ild.

2. Når du håndterer batteriet og opladeren, skal du passe på ikke at afbryde batteriforbindelserne.

3. LiPo -batterier er i modsætning til andre genopladelige, og overstrømopladning kan være farlig, så sørg for at konfigurere opladningskredsløbet korrekt.

4. Tilslut ikke Arduino -seriekablet til enheden, når tænd / sluk -knappen er trykket ned, ellers kan batteriet blive beskadiget.

1. Rediger ladestrømgrænsen

Pocket Metal Locator bruger et LiPo -batteri, som kan oplades ved hjælp af en mikro -USB -telefonoplader. TP4056 USB LiPo Batt Charger Board ændres først med 4,7K modstand for at begrænse ladestrømmen til under 300mA. Vejledning om hvordan dette kan gøres findes her.

Dette kræver, at du fjerner den eksisterende overflademonterede modstand og erstatter med en modstand som vist på billedet. Når den er på plads, skal du beskytte enhver uplanlagt bevægelse af modstanden med en varm limpistol.

Inden du tilslutter hovedkortet, skal du kontrollere, at opladeren fungerer korrekt ved at tilslutte en mobiltelefonoplader med en Micro USB -port. Den røde opladningslampe skal lyse, når den fungerer korrekt.

2. Installer trykknapafbryderen

Sørg for, at trykknappen er monteret i den korrekte position, så den stikker ud gennem midten af kabinetlåget, og lod derefter trykknappen på plads. Installer ledninger mellem trykknapkontakten og opladerudgangen og VCC -linjen på Arduino i henhold til kredsløbsdiagrammet.

Ved korrekt installation ved at trykke på kontakten aktiveres enheden.

Fastgør batteriet på plads ved hjælp af varm lim, og sørg for, at Micro USB -stikket er rettet ind i hullet i kabinettets låg, så det kan oplades.

Trin 8: Afsluttende test og drift

1. Fysisk forsamling

Det sidste trin er at omarrangere ledningerne omhyggeligt, så sagen lukker korrekt. Brug varm lim til at fastgøre bundkortet i låget, og luk derefter låget på plads.

2. Betjening af enheden

Enheden fungerer ved at kalibrere efter at have trykket på tænd / sluk -knappen og holdt den nede. Alle lysdioder blinker, når enheden er klar til brug. Hold trykknappen nede, mens du søger. Lysdioderne skifter fra blå-grøn, rød, lilla baseret på målobjektets styrke. Den haptiske feedback opstår, når lysdioderne bliver lilla.

Du er ikke klar til at gå og bruge til praktiske applikationer !!