Miljøvenlig metaldetektor - Arduino: 8 trin (med billeder)

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

Metaldetektering er meget sjovt. En af udfordringerne er at kunne indsnævre det nøjagtige sted at grave for at minimere størrelsen af det efterladte hul.

Denne unikke metaldetektor har fire søgespoler, en berøringsskærm i farver til at identificere og præcisere placeringen af dit fund.

Indeholder automatisk kalibrering, en genopladelig USB -pakke med fire forskellige skærmtilstande, frekvens og pulsbreddejustering, som giver dig mulighed for at tilpasse, hvordan du søger.

Når du har fundet frem til skatten, gør et enkelt hul centreret over hver spole dig i stand til at bruge et træspyd til at skubbe ned i jorden, så du kan begynde at grave et lille stik fra jorden, hvilket reducerer skader på miljøet.

Hver spole kan identificere mønter og ringe i en dybde på 7-10 cm, så det er ideelt til at lede efter tabte mønter og ringe rundt om parker og strande.

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

En stor tak - hvis du trykkede på stemmeknappen i øverste højre hjørne til "Invention Challenge" og "Explore Science" konkurrencer !!!

mange tak, TechKiwi

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

Trin 1: Videnskaben bag metaldetektering

Metaldetekteringsdesign

Der er flere variationer af metaldetektor designs. Denne særlige metaldetektor er en pulsinduktionsdetektor, der bruger separate sende- og modtagelsesspoler.

Arduinoen producerer en puls, der påføres transmissionsspolen i en meget kort periode (4uS) via en transistor. Denne strøm fra pulsen får et pludseligt magnetfelt til at dannes omkring spolen, det ekspanderende og kollapsende felt inducerer en spænding i modtagespolen. Dette modtagne signal forstærkes af den modtagende transistor og omdannes derefter til en ren digital puls af en spændingskomparator og samples igen af en digital indgangsstift på Arduino. Arduino er programmeret til at måle pulsbredden på den modtagne puls.

I dette design bestemmes den modtagne pulsbredde af modtagespoleinduktansen og en kondensator. Uden objekter inden for rækkevidde måler basislinjens pulsbredde cirka 5000 uS. Når fremmede metalgenstande kommer inden for rækkevidde af det ekspanderende og kollapsende magnetfelt, får dette noget af energien til at blive induceret i objektet i form af hvirvelstrømme. (Elektromagnetisk induktion)

Nettoresultatet er, at den modtagne pulsbredde reduceres, denne forskel i pulsbredde måles af Arduino og vises på et TFT -display i forskellige formater.

Visningsindstilling 1: Målets position under detektorhovedet

Min hensigt var at bruge de 4 spoler til at triangulere målets position under detektorhovedet. Søgespolernes ikke-lineære karakter gjorde dette udfordrende, men den animerede-g.webp

Visningsmulighed 2: Vis signalspor for hver søgespole

Dette giver dig mulighed for at spore, hvor målobjektet er under hovedet ved at tegne et uafhængigt signalstyrkespor på skærmen for hver søgespole. Dette er nyttigt for at afgøre, om du har to mål tæt sammen under detektorhovedet og den relative styrke.

Praktiske anvendelser

Denne fremgangsmåde giver dig mulighed for at bruge den første visning til at identificere et mål og den anden visning til at pege den på et par millimeter som vist i videoklippet.

Trin 2: Saml materialerne

Materialeseddel

1. Arduino Mega 2560 (varer 1, 2 og 3 kan købes som en samlet ordre)
2. 3,2 "TFT LCD -berøringsskærm (jeg har inkluderet kode til 3 understøttede variationer)
3. TFT 3,2 tommer Mega Shield
4. Transistor BC548 x 8
5. 0.047uf Greencap kondensator x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap kondensator x 1 (50v)
7. 1k modstand x 4
8. 47 Modstand x 4
9. 10k modstand x 4
10. 1M modstand x 4
11. 2,2 k modstand x 4
12. SPST Mini vippekontakt
13. Integreret kredsløb LM339 Quad Differential Comparator
14. Signaldioder IN4148 x 4
15. Kobber WireSpool 0,3 mm diameter x 2
16. To -kernet skærmet kabel - 4,0 mm diameter - 5 M længde
17. USB genopladelig Powerbank 4400mHa
18. Piezo summer
19. Vero Board 80x100mm
20. Plastkasse mindst 100 mm højde, 55 mm dybde, 160 mm bredde
21. Kabelbindere
22. MDF Træ 6-8 mm Tykkelse - 23 cm x 23 cm firkantede stykker x 2
23. Micro USB forlængerkabel 10 cm
24. USB-A stik kabel egnet til at blive skåret ned til 10 cm længde
25. Hovedtelefon Audio Jack Point - Stereo
26. Forskellige træ og plast afstandsstykker detektor hoved
27. Speed Mop Broom håndtag med justerbart led (kun en akse bevægelse - se fotos)
28. Et stykke A3 -papir
29. Limstift
30. Elektrisk stiksavskærer
31. A4 -ark pap 3 mm tykkelse til oprettelse af en spoleform til TX- og Rx -spoler
32. Gaffatape
33. Varm limpistol
34. Elektrisk lim
35. 10 ekstra Arduino Header Pins
36. PCB -terminalstifter x 20
37. TwoPart Epoxy Lim - 5 min. Tørretid
38. Håndværkskniv
39. 5 mm plastrørlængde 30 mm x 4 (jeg brugte havevandingssystemrør fra isenkræmmer)
40. MDF vandtæt forsegler (Sørg for at den ikke indeholder metal)
41. 60 cm fleksibel elektrisk ledning - grå - 25 mm diameter

Trin 3: Byg detektorhovedet

1. Konstruktion af hovedmontering

Bemærk: Jeg valgte at bygge et ret komplekst monteringsarrangement til de 8 kobbertrådspoler, der bruges i detektorhovedet. Dette involverede at skære en række huller ud af to lag MDF, som det kan ses på fotografierne ovenfor. Nu har jeg afsluttet den enhed, jeg anbefaler, at du kun bruger en enkelt udskåret cirkel på 23 cm i diameter og fastgør spolerne til dette enkelt lag MDF med varm lim. Dette reducerer byggetiden og betyder også, at hovedet er lettere.

Start med at udskrive stencilen på et A3 -stykke papir, og lim den derefter på MDF -pladen for at give dig en guide til placering af spolerne.

Skær forsigtigt en cirkel med en diameter på 23 cm ud af MDF ved hjælp af en elektrisk pilesav.

2. Afvikling af spolerne

Brug pap til at oprette to cylindre på 10 cm, der holdes sammen med kanaltape. Diameteren på transmitterspolerne skal være 7 cm og modtagespolerne 4 cm.

Placer kobbertrådsspolen på en spyd, så den kan dreje frit. Fastgør starten af kobbertråden på papcylinderen ved hjælp af tape. Wind 40 drejer fast på cylinderen, og brug derefter tape til at binde enden af.

Brug Hot Glue til at fastgøre spolerne på mindst 8 punkter omkring spolernes omkreds. Når du er afkølet, skal du bruge fingrene til at lette spolen og derefter fastgøre den til metaldetektorhovedskabelonen ved hjælp af Hot Lim. Bor to huller gennem MDF ved siden af spolen og før enderne af spolen igennem til oversiden af metaldetektorhovedet.

Gentag denne øvelse for at bygge og montere 4 x modtage spoler og 4 transmitter spoler. Når det er færdigt, skal der være 8 par tråde, der stikker ud gennem toppen af metaldetektorhovedet.

3. Fastgør de afskærmede kabler

Skær 5M længden af det afskærmede dobbeltkernekabel i 8 længder. Strip og lod den dobbelte kerne til hver sende- og modtagelsesspole, så skærmen er afbrudt ved detektorhovedenden af kablet.

Test spolerne og kabelforbindelserne i den anden ende af hvert kabel ved hjælp af en Ohm -måler. Hver spole registrerer et par ohm og skal være ensartet for henholdsvis alle modtagelses- og transmitterspoler.

Når den er testet, skal du bruge den varme limpistol til at fastgøre de 8 kabler i midten af detektorhovedet klar til at fastgøre håndtaget og afslutte hovedet.

Mit råd er at fjerne og tin hver af de afskærmede kabelkerner i den anden ende som forberedelse til den fremtidige test. Sæt en jordledning på hvert kabelafskærmning, da denne vil blive forbundet til jorden i hovedenheden. Dette stopper interferens mellem hvert kabel.

Brug et multimeter til at identificere, hvilken spole der er, og vedhæft klistermærker, så de let kan identificeres til fremtidig samling.

Trin 4: Saml kredsløb til test

1. Brødbrætssamling

Min anbefaling er at bruge et brødbræt til først at oprette og teste kredsløbet, før du går til Vero Board og et kabinet. Dette giver dig mulighed for at tilpasse komponentværdier eller ændre koden, hvis det er nødvendigt for følsomhed og stabilitet. Send- og modtagelsesspolerne skal tilsluttes, så de vikles i samme retning, og det er lettere at teste på et brødbræt, før ledningerne mærkes til fremtidig forbindelse til Vero Board.

Saml komponenterne i henhold til kredsløbsdiagrammet, og fastgør detektorhovedspolerne ved hjælp af tilslutningstråd.

Forbindelserne til Arduino foretages bedst ved hjælp af brødbrætskrog, der er loddet til TFT -skjoldet. Til digitale og analoge pinforbindelser tilføjede jeg en Header Pin, som gjorde det muligt for mig at undgå lodning direkte til Arduino Board. (Se billede)

2. IDE Libraries

Disse skal downloades og tilføjes til IDE (Integrated Development Environment), der kører på din computer, bruges til at skrive og uploade computerkode til det fysiske kort. UTFT.h og URtouch.h findes i zip -filen herunder

Kredit for UTFT.h og URtouch.h går til Rinky-Dink Electronics Jeg har inkluderet disse zip-filer, da det ser ud til, at kilden Websted er nede.

3. Test

Jeg har inkluderet et testprogram til at håndtere den første opsætning, så du kan håndtere spørgsmål om spoleorientering. Indlæs testkoden i Arduino IDE og upload til Mega. Hvis alt fungerer, skal du se testskærmen som ovenfor. Hver spole skal producere en steady state -værdi på ca. 4600uS i hver kvadrant. Hvis dette ikke er tilfældet, skal du vende polariteten af viklingerne på TX- eller RX -spolen og teste igen. Hvis dette ikke virker, foreslår jeg, at du kontrollerer hver spole individuelt og arbejder tilbage gennem kredsløbet for at fejlfinde. Hvis du allerede har 2 eller 3 arbejder, skal du sammenligne dem med spolerne/kredsløbene, der ikke fungerer.

Bemærk: Yderligere test har afsløret, at 0,047uf kondensatorerne på RX -kredsløbet påvirker al følsomhed. Mit råd er, når du først har kredsløbet på et brødbræt, så prøv at øge denne værdi og test med en mønt, da jeg har fundet ud af, at dette kan forbedre følsomheden.

Det er ikke obligatorisk, men hvis du har et oscilloskop, kan du også observere TX Pulse og RX Pulse for at sikre, at spolerne er korrekt tilsluttet. Se kommentarerne på billederne for at bekræfte dette.

BEMÆRK: Jeg har inkluderet et PDF -dokument i dette afsnit med oscilloskopspor for hvert trin i kredsløbet for at hjælpe med at fejlfinde eventuelle problemer

Trin 5: Byg kredsløbet og kabinettet

Når enheden er blevet testet til din tilfredshed, kan du tage det næste skridt og bygge printkort og kabinet.

1. Forbered kabinettet

Layout de vigtigste komponenter og placer dem i din sag for at afgøre, hvordan alt vil passe. Skær Vero Board for at rumme komponenterne, men sørg for at du kan passe ind i bunden af kabinettet. Vær forsigtig med den genopladelige Power Pack, da disse kan være ret omfangsrige.

Bor huller for at rumme bagindføringen af hovedkablerne, afbryderen, ekstern USB -port, Arduino -programmeringsport og stereohøretelefonlydstik.

Ud over dette bor 4 monteringshuller i midten af forsiden af sagen, hvor håndtaget vil være, Disse huller skal kunne føre et kabelbinder igennem dem i fremtidige trin.

2. Saml Vero Board

Følg kredsløbsdiagrammet og billedet ovenfor for at placere komponenterne på Vero Board.

Jeg brugte PCB Terminal Pins til at muliggøre let tilslutning af hovedspolekablerne til PCB. Monter Piezo Buzzer på printkortet sammen med IC og transistorer. Jeg forsøgte at holde TX, RX -komponenterne justeret fra venstre mod højre og sikrede, at alle forbindelser til eksterne spoler var i den ene ende af Vero Boar. (se layout på fotos)

3. Fastgør spolekablerne

Byg en kabelholder til de indgående afskærmede kabler ud af MDF som vist på billederne. Denne består af 8 huller boret i MDF, så kablerne kan sidde på linje med PCB Terminal Pins. Når du vedhæfter hver spole, kan det betale sig at teste kredsløbet gradvist for at sikre korrekt spoleorientering.

4. Test enheden

Tilslut USB -strømforsyningen, afbryderen, lydtelefonstikket, og placer alle ledninger og kabler for at sikre en god pasform i etuiet. Brug Hot Lim til at holde genstande på plads for at sikre, at der ikke er noget, der kan rasle rundt. I henhold til det foregående trin skal testkoden indlæses og sikre, at alle spoler fungerer som forventet.

Test, at USB Power Pack oplades korrekt, når den er tilsluttet eksternt. Sørg for, at der er nok afstand til at fastgøre Arduino IDE -kablet.

5. Klip skærmappeturen ud

Placer skærmen i midten af boksen, og markér kanterne på LCD -displayet på frontpanelet, så du kan skære en blænde ud. Brug en håndværkskniv og en metallineal til at score låget forsigtigt og skær blænden ud.

Når det er slebet og arkiveret for at placere låget omhyggeligt, samtidig med at alle komponenter, brædder, ledninger og skærm holdes på plads med afstandsstykker og varm lim.

7. Byg solskærm

Jeg fandt et gammelt sort kabinet, som jeg kunne skære i form og bruge som solskærm som vist på billederne ovenfor. Lim dette på frontpanelet ved hjælp af 5 minutter todelt epoxy.

Trin 6: Fastgør håndtag og kuffert til detektorhovedet

Nu hvor detektorelektronikken og hovedet er bygget, er der kun tilbage at montere enheden sikkert.

1. Fastgør hovedet til håndtaget

Rediger håndtaget, så du kan fastgøre dette til hovedet ved hjælp af to skruer. Ideelt set vil du minimere mængden af metal i nærheden af spolerne, så brug små træskruer og en masse 5 minutters 2 -delt epoxylim til at fastgøre til hovedet. Se billederne ovenfor.

2. Snøring af hovedledninger

Brug kabelbindere omhyggeligt at snøre ledningerne ved at tilføje et kabelbinder hver 10 cm langs de afskærmede ledninger. Sørg for, at du finder den bedste position til sagen, så det er let at se skærmen, nå kontrolknapperne og vedhæfte hovedtelefoner/stik.

3. Fastgør elektronikken til håndtaget

Byg en monteringsblok på 45 grader fra MDF, så du kan fastgøre kassen i en vinkel, hvilket betyder, at når du fejer detektoren hen over jorden, kan du let se TFT -displayet. Se billedet ovenfor.

Fastgør elektronikhuset til håndtaget med kabelbindere, der løber gennem monteringsblokken og ind i huset gennem de tidligere borede monteringshuller.

4. Afslut detektorhovedet

Detektorhovedspolerne skal fastgøres uden bevægelse i ledningerne, så det er et godt tidspunkt at bruge Hot Lim til at fastgøre alle spolerne grundigt.

Detektorhovedet skal også være vandtæt, så det er vigtigt at sprøjte MDF'en med en klar forsegler (sørg for at tætningsmaskinen ikke indeholder metal af indlysende årsager).

Bor 5 mm huller i midten af hver spole og før 5 mm x 30 mm plastrør igennem, så du kan skubbe træspyd ned i jorden herunder, når du har spidset et mål. Brug en varm limpistol til at låse på plads.

Jeg dækkede derefter toppen af hovedet med en plastikplade og bunden med et tykt plastbogdæksel, mens jeg afsluttede kanten med fleksibelt elektrisk rørrør og Hot Limet på plads.

Trin 7: Slutmontering og test

1. Opladning

Placer en standard mobiltelefonoplader i Micro USB -porten, og sørg for, at enheden er tilstrækkeligt opladet.

2. Upload kode

Brug Arduino IDE til at uploade den vedlagte kode.

3. Lydløs knap

Enheden er som standard deaktiveret ved opstart. Dette markeret med en rød lydløs knap i bunden af skærmen. For at aktivere lyd skal du trykke på denne knap, og knappen skal blive grøn og betegne lyd aktiveret.

Når den ikke er slået fra, vil den interne summer og det eksterne lydtelefonstik producere lyd.

4. Kalibrering

Kalibrering returnerer sporet til bunden af skærmen under tærskellinjerne. Når apparatet tændes første gang, kalibreres det automatisk. Enheden er bemærkelsesværdig stabil, men hvis der er behov for omkalibrering, kan dette gøres ved at trykke på kalibreringsknappen på skærmen, som kalibreres igen på mindre end et sekund.

5. tærskler

Hvis signalet på et hvilket som helst spor overstiger tærskellinjen (den stiplede linje på skærmen), og lydløs -knappen er slukket, vil der blive udsendt et lydsignal.

Disse tærskler kan justeres op og ned ved at trykke på skærmen over eller under hver sporlinje.

6. Justering af PW og DLY

Varigheden af pulsen til spolen og forsinkelsen mellem impulser kan justeres via berøringsdisplayet. Dette er virkelig på plads til at eksperimentere med, så forskellige miljøer og skatte kan testes for de bedste resultater.

7. Displaytyper

Der er 4 forskellige displaytyper

Displayindstilling 1: Målets position under detektorhoved Min hensigt var at bruge de 4 spoler til at triangulere målets position under detektorhovedet. Søgespolernes ikke -lineære karakter gjorde dette udfordrende, men den animerede-g.webp

Visningsmulighed 2: Vis signalspor for hver søgespole Dette giver dig mulighed for at spore, hvor målobjektet er under hovedet, ved at tegne et uafhængigt signalstyrkespor på skærmen for hver søgespole. Dette er nyttigt for at afgøre, om du har to mål tæt sammen under detektorhovedet og den relative styrke.

Display Mulighed 3: Samme som mulighed 2, men med en tykkere linje gør det lettere at se.

Skærmindstilling 4: Samme som mulighed 2 tegner dog over 5 skærme, før sporing slettes. God til at fange signaler, der er svage.

Jeg tester marken i løbet af de næste par uger, så jeg vil offentliggøre eventuelle skattefund.

Nu skal du have det sjovt og finde nogle skatte !!

Trin 8: Epilog: Spolevariationer

Der har været mange gode, interessante spørgsmål og forslag om spolekonfigurationer. I udviklingen af denne instruerbare var der talrige eksperimenter med forskellige spolekonfigurationer, der er værd at nævne.

Billederne ovenfor viser nogle af de spoler, jeg forsøgte inden jeg satte mig på det nuværende design. Send mig en besked hvis du har yderligere spørgsmål.

Over til dig for at eksperimentere videre!

Første pris i opfindelsesudfordringen 2017

Første pris i Explore Science Contest 2017