Simpleng Arduino Metal Detector: 8 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

*** Ang isang bagong bersyon ay nai-post na mas simple: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Ang pagtuklas ng metal ay isang mahusay na past-time na magpapalabas sa iyo sa labas, tumuklas ng mga bagong lugar at baka makahanap ng isang bagay na kawili-wili. Suriin ang iyong mga lokal na regulasyon sa kung paano kumilos sa kaso ng isang panghuli na hanapin, sa partikular sa kaso ng mga mapanganib na bagay, mga arkeolohiko na labi o mga bagay na may makabuluhang pang-ekonomiya o pang-emosyonal na halaga.

Ang mga tagubilin para sa mga DIY metal detector ay marami, ngunit ang resipe na ito ay partikular sa kahulugan na nangangailangan ito ng napakakaunting mga sangkap bilang karagdagan sa isang Arduino microcontroller: isang karaniwang capacitor, risistor at diode ang bumubuo ng core, kasama ang isang coil ng paghahanap na binubuo ng circa 20 paikot-ikot na elektrikal na nagsasagawa ng cable. Ang LED's, isang speaker at / o headphone ay idinagdag para sa pagbibigay senyas ng pagkakaroon ng metal na malapit sa search coil. Ang isang karagdagang kalamangan ay ang lahat ay maaaring pinalakas mula sa isang solong 5V lakas, kung saan ang isang karaniwang 2000mAh USB power ay sapat at tatagal ng maraming oras.

Upang mabigyang kahulugan ang mga signal at upang maunawaan kung anong mga materyales at hugis ang sensitibo sa detektor, nakakatulong talaga itong maunawaan ang pisika. Bilang isang patakaran ng hinlalaki, ang detektor ay sensitibo sa mga bagay sa isang distansya o lalim hanggang sa radius ng likaw. Ito ay pinaka-sensitibo sa mga bagay kung saan ang isang kasalukuyang maaaring dumaloy sa eroplano ng likaw, at ang tugon ay tumutugma sa lugar ng kasalukuyang loop sa bagay na iyon. Sa gayon ang isang metal disc sa eroplano ng likaw ay magbibigay ng isang mas malakas na tugon kaysa sa parehong metal disc na patayo sa likid. Ang bigat ng bagay ay hindi mahalaga. Ang isang manipis na piraso ng aluminyo foil na nakatuon sa eroplano ng isang likaw ay magbibigay ng isang mas malakas na tugon kaysa sa isang mabibigat na bolt ng metal.

Hakbang 1: Prinsipyo sa Paggawa

Kapag nagsimulang dumaloy ang kuryente sa pamamagitan ng isang coil, bumubuo ito ng isang magnetic field. Ayon sa batas ng induction ng Faraday, ang isang pagbabago ng magnetic field ay magreresulta sa isang electric field na sumasalungat sa pagbabago sa magnetic field. Kaya, isang boltahe ay bubuo sa kabuuan ng coil na sumasalungat sa pagtaas sa kasalukuyang. Ang epektong ito ay tinatawag na self-inductance, at ang unit ng inductance ay Henry, kung saan ang isang coil ng 1 Henry ay bubuo ng isang potensyal na pagkakaiba ng 1V kapag ang kasalukuyang pagbabago ng 1 Ampere bawat segundo. Ang inductance ng isang coil na may N windings at isang radius R ay tinatayang 5µH x N ^ 2 x R, na may R sa metro.

Ang pagkakaroon ng isang metal na bagay na malapit sa isang coil ay magbabago ng inductance nito. Nakasalalay sa uri ng metal, ang inductance ay maaaring tumaas o makakabawas. Ang mga di-magnetikong metal tulad ng tanso at aluminyo na malapit sa isang likid ay nagbabawas ng inductance, dahil ang isang pagbabago ng magnetic field ay mag-uudyok ng mga eddy currents sa bagay na nagbabawas ng tindi ng lokal na magnetic field. Ang mga Ferromagnetic material, tulad ng iron, malapit sa isang coil ay nagdaragdag ng inductance nito sapagkat ang mga sapilitan na magnetic field ay umaayon sa panlabas na magnetic field.

Ang pagsukat ng inductance ng isang coil ay maaaring ihayag ang pagkakaroon ng mga metal sa malapit. Sa pamamagitan ng isang Arduino, isang kapasitor, isang diode at isang risistor posible na sukatin ang inductance ng isang coil: ginagawa ang bahagi ng coil ng isang high-pass LR filter at pinapakain ito ng isang block-wave, ang mga maiikling spike ay malilikha sa bawat paglipat Ang haba ng pulso ng mga spike na ito ay proporsyonal sa inductance ng coil. Sa katunayan, ang oras ng katangian ng isang LR filter ay tau = L / R. Para sa isang likid ng 20 windings at isang diameter ng 10 cm, L ~ 5µH x 20 ^ 2 x 0.05 = 100µH. Upang maprotektahan ang Arduino mula sa overcurrent, ang minimum na paglaban ay 200Ohm. Sa gayon inaasahan namin ang mga pulso na may haba na halos 0.5 microsecond. Mahirap itong sukatin nang direkta nang may mataas na katumpakan, na ibinigay na ang dalas ng orasan ng Arduino ay 16MHz.

Sa halip, ang tumataas na pulso ay maaaring magamit upang singilin ang isang kapasitor, na maaaring basahin kasama ng Arduino analog sa digital convert (ADC). Ang inaasahang singil mula sa isang 0.5 microsecond pulso na 25mA ay 12.5nC, na magbibigay ng 1.25V sa isang 10nF capacitor. Ang pagbagsak ng boltahe sa diode ay magbabawas dito. Kung ang pulso ay paulit-ulit nang maraming beses, ang singil sa kapasitor ay tumataas sa ~ 2V. Maaari itong basahin kasama ng Arduino ADC gamit ang analogRead (). Ang capacitor ay maaaring mabilis na mapalabas sa pamamagitan ng pagbabago ng readout pin sa output at itakda ito sa 0V para sa ilang mga microsecond. Ang buong pagsukat ay tumatagal ng halos 200 microseconds, 100 para sa pagsingil at pag-reset ng capacitor at 100 para sa ADC conversion. Ang katumpakan ay maaaring lubos na mapahusay sa pamamagitan ng pag-ulit ng pagsukat at pag-average ng resulta: ang pagkuha ng average ng 256 na pagsukat ay tumatagal ng 50ms at nagpapabuti ng katumpakan sa pamamagitan ng isang kadahilanan 16. Nakamit ng 10-bit ADC ang katumpakan ng isang 14-bit ADC sa ganitong paraan.

Ang pagsukat na nakuha ay lubos na hindi linya sa inductance ng coil at samakatuwid ay hindi angkop upang masukat ang ganap na halaga ng inductance. Gayunpaman, para sa pagtuklas ng metal interesado lamang kami sa maliliit na kamag-anak na pagbabago ng coil inductance dahil sa pagkakaroon ng mga kalapit na metal, at para sa pamamaraang iyon ay perpektong angkop.

Ang pagkakalibrate ng pagsukat ay maaaring awtomatikong magawa sa software. Kung maaaring ipalagay na ang karamihan sa oras ay walang metal na malapit sa likid, ang isang paglihis mula sa average ay isang senyas na ang metal ay malapit sa likid. Ang paggamit ng iba't ibang mga kulay o iba't ibang mga tono ay nagbibigay-daan upang makilala ang pagitan ng isang biglaang pagtaas o isang biglaang pagbawas sa inductance.

Hakbang 2: Kinakailangan na Mga Sangkap

Electronic core:

Arduino UNO R3 + prototype Shielde O Arduino Nano na may 5x7cm prototype board

10nF capacitor

Maliit na signal diode, hal. 1N4148

220-ohm risistor

Para sa kapangyarihan:

USB power bank na may cable

Para sa visual na output:

2 LEDs ng magkakaibang kulay hal. asul at berde

2 220Ohm resistors upang limitahan ang mga alon

Para sa output ng tunog:

Passive buzzer

Ang mikropono upang huwag paganahin ang tunog

Para sa output ng earphone:

Konektor ng earphone

1kOhm risistor

Mga Earphone

Upang madaling ikonekta / idiskonekta ang search coil:

2-pin na terminal ng tornilyo

Para sa search coil:

~ 5 metro ng manipis na electric cable

Istraktura upang hawakan ang coil. Dapat maging matigas ngunit hindi kailangang paikot.

Para sa istraktura:

1meter stick, hal. Kahoy, plastik o selfie stick.

Hakbang 3: Ang Search Coil

Para sa coil ng paghahanap, sinugatan ko ~ 4m ng maiiwan tayo wire sa paligid ng isang karton na silindro na may diameter na 9 cm, na nagreresulta sa humigit-kumulang na 18 paikot-ikot. Ang uri ng cable ay hindi nauugnay, hangga't ang ohmic na paglaban ay hindi bababa sa sampung beses na mas maliit kaysa sa halaga ng R sa RL filter, kaya siguraduhing manatili sa ibaba 20 Ohms. Sinukat ko ang 1 Ohm, kaya't ligtas iyon. Ang pagkuha lamang ng isang kalahating tapos na 10m na roll ng hookup wire ay gumagana din!

Hakbang 4: Isang Bersyon ng Prototype

Dahil sa maliit na bilang ng mga panlabas na sangkap, perpektong posible na magkasya sa circuitry sa maliit na breadboard ng isang prototype na kalasag. Gayunpaman, ang pangwakas na resulta ay medyo malaki at hindi masyadong matatag. Mas mahusay na gumamit ng isang Arduino nano at solder ito gamit ang labis na mga bahagi sa isang 5x7cm prototype board, (tingnan ang susunod na hakbang)

2 Mga pin ng Arduino lamang ang ginagamit para sa aktwal na pagtuklas ng metal, isa para sa pagbibigay ng mga pulso sa LR filter at isa para sa pagbabasa ng boltahe sa capacitor. Maaaring gawin ang Pulsing mula sa anumang output pin ngunit ang readout ay dapat gawin sa isa sa mga analog pin na A0-A5. 3 pang mga pin ang ginagamit para sa 2 LEDs at para sa output ng tunog.

Narito ang resipe:

1. Sa breadboard, ikonekta ang resistor ng 220Ohm, ang diode at ang 10nF capacitor sa serye, na may negatibong terminal ng diode (ang itim na linya) patungo sa capacitor.
2. Ikonekta ang A0 sa risistor (ang dulo ay hindi konektado sa diode)
3. Ikonekta ang A1 kung saan ang cross-point ng diode at ang capacitor
4. Ikonekta ang di-konektadong terminal ng capacitor sa lupa
5. Ikonekta ang isang dulo ng likaw sa resistor-diode cross-point
6. Ikonekta ang iba pang dulo ng likaw sa lupa
7. Ikonekta ang isang LED kasama ang positibong terminal nito upang i-pin ang D12 at ang negatibong terminal nito sa pamamagitan ng isang resistor na 220Ohm sa lupa
8. Ikonekta ang iba pang LED sa positibong terminal nito upang i-pin ang D11 at ang negatibong terminal nito sa pamamagitan ng isang resistor na 220Ohm sa lupa
9. Bilang pagpipilian, ikonekta ang isang passive buzzer headphone o speaker sa pagitan ng pin 10 at ground. Ang isang kapasitor o risistor ay maaaring idagdag sa serye upang mabawasan ang dami

Yun lang!

Hakbang 5: Isang Na-solder na Bersyon

Upang dalhin ang metal detector sa labas, kakailanganin itong maghinang. Ang isang pangkaraniwang 7x5 cm prototype board na komportable ay umaangkop sa isang Arduino nano at lahat ng kinakailangang mga sangkap. Gumamit ng parehong mga iskema tulad ng sa nakaraang hakbang. Natagpuan ko na kapaki-pakinabang upang magdagdag ng isang switch sa serye gamit ang buzzer upang patayin ang tunog kapag hindi kinakailangan. Pinapayagan ng isang terminal ng tornilyo na subukan ang iba't ibang mga coil nang hindi kinakailangang maghinang. Ang lahat ay pinalakas sa pamamagitan ng 5V na ibinigay sa (mini- o micro-USB) port ng Arduino Nano.

Hakbang 6: Ang Software

Ang Arduino sketch na ginamit ay nakakabit dito. I-upload at patakbuhin ito. Gumamit ako ng Arduino 1.6.12 IDE. Inirerekumenda na patakbuhin ito ng debug = totoo sa simula, upang maiayos ang bilang ng mga pulso bawat pagsukat. Pinakamahusay na magkaroon ng isang pagbabasa ng ADC sa pagitan ng 200 at 300. Taasan o bawasan ang bilang ng mga pulso kung sakaling ang iyong coil ay nagbibigay ng iba't ibang pagbasa.

Gumagawa ang sketch ng ilang uri ng pag-calibrate sa sarili. Ito ay sapat na upang iwanan ang coil tahimik na malayo sa mga metal upang gawin itong tahimik. Sundin ang mabagal na pag-anod sa inductance, ngunit ang biglaang malalaking pagbabago ay hindi makakaapekto sa pangmatagalang average.

Hakbang 7: Pag-mount Ito sa isang Stick

Dahil hindi mo nais na gawin ang iyong mga pangangaso ng kayamanan na gumagapang sa sahig, ang tatlong board, coil at baterya ay dapat na mai-mount sa dulo ng isang stick. Ang isang selfie-stick ay perpekto para dito, dahil ito ay magaan, madaling matunaw at madaling iakma. Ang aking 5000mAh powerbank ay nangyari na magkasya sa selfie stick. Ang board ay maaaring mai-attach sa mga kurbatang kurbatang o elastics at ang coil ay maaaring maging katulad sa alinman sa baterya o stick.

Hakbang 8: Paano Ito Magagamit

Upang maitaguyod ang sanggunian, sapat na iwanan ang coil ~ 5s mula sa mga metal. Pagkatapos, kapag ang likaw ay malapit sa isang metal, ang berde o asul na LED ay magsisimulang kumikislap at ang mga beep ay gagawin sa buzzer at / o mga headphone. Ang mga blue flashes at low-pitch beep ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mga di-ferromagnetic na metal. Ang mga berdeng flash at high-pitch beep ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mga ferromagnetic metal. Mag-ingat na kapag ang likaw ay itinatago ng higit sa 5 segundo malapit sa metal, aabutin ito sa pagbabasa bilang isang sanggunian, at simulang beep kapag ang detektor ay kinuha ang layo mula sa metal. Matapos ang ilang segundo ng pag-beep sa hangin, tatahimik ulit ito. Ang dalas ng mga flashes at beep ay nagpapahiwatig ng lakas ng signal. Maligayang pangangaso!