Çevre Dostu Metal Dedektörü - Arduino: 8 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Metal Algılama çok eğlencelidir. Zorluklardan biri, geride kalan deliğin boyutunu en aza indirmek için kazılacak tam yeri daraltabilmektir.

Bu benzersiz metal dedektörü, dört arama başlığına ve bulduğunuz yerin yerini belirlemeye yarayan renkli bir dokunmatik ekrana sahiptir.

Otomatik kalibrasyon, USB şarj edilebilir güç paketi, dört farklı ekran modu, frekans ve arama şeklinizi özelleştirmenizi sağlayan darbe genişliği ayarı içerir.

Hazineyi tam olarak belirledikten sonra, her bir bobinin üzerinde ortalanmış tek bir delik, toprağa itmek için tahta bir şiş kullanmanıza olanak tanır, böylece çevreye zararı azaltan yerden küçük bir tapa kazmaya başlayabilirsiniz.

Her bobin 7-10 cm derinlikte madeni paraları ve halkaları tam olarak tespit edebilir, bu nedenle parklar ve plajlar çevresinde kayıp madeni paraları ve halkaları aramak için idealdir.

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

Büyük Bir Teşekkür - Eğer "İcat Mücadelesi" ve "Bilimi Keşfet" yarışmaları için sağ üst köşedeki oylama düğmesine bastıysanız!!!

çok teşekkürler, TechKiwi

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

Adım 1: Metal Algılamanın Arkasındaki Bilim

Metal Algılama Tasarımı

Metal Dedektör tasarımlarının birden fazla varyasyonu vardır. Bu özel tip metal dedektörü, ayrı gönderme ve alma bobinleri kullanan bir Darbe İndüksiyon dedektörüdür.

Arduino, bir transistör aracılığıyla çok kısa bir süre (4uS) için İletim Bobine uygulanan bir darbe üretir. Darbeden gelen bu akım, bobin etrafında ani bir manyetik alanın oluşmasına neden olur, genişleyen ve çöken alan, Alma Bobini'ne bir voltaj indükler. Alınan bu sinyal alıcı transistör tarafından yükseltilir ve daha sonra bir Voltaj Karşılaştırıcı tarafından temiz bir dijital darbeye dönüştürülür ve ardından Arduino'daki bir Dijital Giriş pimi tarafından örneklenir. Arduino, alınan darbenin darbe genişliğini ölçmek için programlanmıştır.

Bu tasarımda, alınan darbe genişliği, alıcı bobin endüktansı ve bir kapasitör tarafından belirlenir. Menzil içinde hiçbir nesne olmadığında, temel darbe genişliği yaklaşık 5000 uS'dir. Yabancı metal nesneler genişleyen ve çöken manyetik alanın menziline girdiğinde bu, enerjinin bir kısmının girdap akımları şeklinde nesneye indüklenmesine neden olur. (Elektromanyetik indüksiyon)

Net sonuç, alınan darbe genişliğinin azalmasıdır, darbe genişliğindeki bu fark Arduino tarafından ölçülür ve TFT ekranında çeşitli formatlarda görüntülenir.

Ekran Seçeneği 1: Hedefin Dedektör Başlığı Altındaki Konumu

Niyetim, dedektör kafasının altındaki hedefin konumunu üçgenlemek için 4 bobini kullanmaktı. Arama bobinlerinin doğrusal olmayan doğası bunu zorlaştırdı, ancak yukarıdaki animasyonlu GIF, sonuçların, hedefin başın altındaki göreceli konumunu ve sinyalin gücünü göstermek için yeterince yararlı olduğunu gösteriyor.

Görüntüleme Seçeneği 2: Her Arama Başlığı İçin Sinyal İzini Göster

Bu, her arama başlığı için ekranda bağımsız bir sinyal gücü izi çizerek hedef nesnenin kafanın altında nerede olduğunu takip etmenizi sağlar. Bu, dedektör başlığının altında birbirine yakın iki hedefiniz olup olmadığını ve göreli gücü belirlemek için kullanışlıdır.

Pratik Kullanımlar

Bu yaklaşım, video klipte gösterildiği gibi bir hedefi belirlemek için ilk görünümü ve onu birkaç milimetreye sabitlemek için ikinci görünümü kullanmanızı sağlar.

Adım 2: Malzemeleri Toplayın

Malzeme Listesi

1. Arduino Mega 2560 (1, 2 ve 3 numaralı ürünler tek bir paket halinde satın alınabilir)
2. 3.2" TFT LCD Dokunmatik Ekran (Desteklenen 3 varyasyon için kod ekledim)
3. TFT 3.2 İnç Mega Kalkan
4. Transistör BC548 x 8
5. 0.047uf Greencap Kondansatör x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap Kondansatör x 1 (50v)
7. 1k Direnç x 4
8. 47 Direnç x 4
9. 10k Direnç x 4
10. 1M Direnç x 4
11. 2.2k Direnç x 4
12. SPST Mini Basmalı Anahtar
13. Entegre Devre LM339 Dörtlü Diferansiyel Karşılaştırıcı
14. Sinyal Diyotları IN4148 x 4
15. Bakır Tel Makarası 0.3mm Çap x 2
16. İki Çekirdekli Ekranlı Kablo - 4.0mm Çap - 5M uzunluk
17. USB Şarj Edilebilir Güç Bankası 4400mHa
18. Piezo Zil
19. Vero Kurulu 80x100mm
20. Plastik Kasa minimum 100mm Yükseklik, 55mm Derinlik, 160mm Genişlik
21. Kablo bağları
22. MDF Ahşap 6-8mm Kalınlık - 23cm x 23cm kare parçalar x 2
23. Mikro USB uzatma kablosu 10cm
24. 10 cm uzunluğa kadar kesilmeye uygun USB-A fiş kablosu
25. Kulaklık Ses Jakı Noktası - Stereo
26. Çeşitli ahşap ve plastik ayırıcılar dedektör kafası
27. Ayarlanabilir eklemli Speed Mop Süpürge sapı (yalnızca bir eksen hareketi - fotoğraflara bakın)
28. Tek parça A3 Kağıt
29. Yapıştırıcı
30. Elektrikli Dekupaj Testere kesici
31. TX ve Rx bobinleri için bir bobin oluşturucu oluşturmak için 3 mm kalınlığında A4 Yaprak Karton
32. Koli Bandı
33. Sıcak yapıştırıcı tabancası
34. Elektrikli Tutkal
35. 10 ek Arduino Başlık Pimi
36. PCB Terminal Pimleri x 20
37. İki Parçalı Epoksi Yapıştırıcı - 5 dakika kuruma süresi
38. zanaat Bıçağı
39. 5mm Plastik Boru uzunluğu 30mm x 4 (Hırdavatçıdan bahçe sulama sistemi hortumu kullandım)
40. MDF Su Geçirmez kapatıcı (Metal içermediğinden emin olun)
41. 60cm Esnek Elektrik Borusu - Gri - 25mm Çap

3. Adım: Dedektör Kafasını Oluşturun

1. Kafa Montajının Oluşturulması

Not: Dedektör kafasında kullanılan 8 bakır tel bobin için oldukça karmaşık bir montaj düzenlemesi yapmayı seçtim. Bu, yukarıdaki fotoğraflarda görülebileceği gibi, iki MDF katmanından bir dizi delik kesmeyi içeriyordu. Şimdi 23 cm çapında tek bir kesik daire kullanarak ve bobinleri bu tek kat MDF'ye sıcak tutkalla tutturarak önerdiğim üniteyi tamamladım. Bu, yapım süresini azaltır ve ayrıca kafanın daha hafif olduğu anlamına gelir.

Sağlanan şablonu bir A3 kağıda yazdırarak başlayın ve ardından bobinleri konumlandırmak için bir kılavuz sağlamak için bunu MDF panosuna yapıştırın.

Elektrikli Dekupaj Testere kullanarak MDF'den 23 cm çapında bir daireyi dikkatlice kesin.

2. Bobinlerin Sarılması

Koli Bandı ile bir arada tutulan iki adet 10 cm uzunluğunda silindir oluşturmak için kartonu kullanın. İletim Bobinlerinin çapı 7 cm ve Alıcı Bobinlerin 4 cm olması gerekir.

Bakır tel bobini, serbestçe dönebilmesi için bir sivri uç üzerine yerleştirin. Bakır telin başlangıcını koli bandı kullanarak karton silindire tutturun. Wind 40, silindirin üzerine sıkıca döner ve ardından ucu bağlamak için Koli bandı kullanın.

Bobinleri, bobinlerin çevresinde en az 8 noktada birbirine tutturmak için Hot Glue kullanın. Soğuduktan sonra, bobini çıkarmak için parmaklarınızı kullanın ve ardından Hot Glue kullanarak Metal Dedektör kafası şablonuna sabitleyin. Bobinin yanındaki MDF'den iki delik açın ve bobinin uçlarını Metal Dedektör Kafasının üst tarafına geçirin.

4 x Alma Bobini ve 4 İletim bobini oluşturmak ve monte etmek için bu alıştırmayı tekrarlayın. Bittiğinde, metal dedektör kafasının üstünden çıkıntı yapan 8 çift tel olmalıdır.

3. Ekranlı kabloları bağlayın

5M uzunluğundaki blendajlı çift damarlı kabloyu 8 uzunluğa kesin. Kablonun Dedektör Başlığı ucunda blendajı bağlantısız bırakarak her bir verici ve alıcı bobine ikiz çekirdeği soyun ve lehimleyin.

Bir Ohm Metre kullanarak her bir kablonun diğer ucundaki bobinleri ve kablo bağlantılarını test edin. Her bobin birkaç Ohm kaydeder ve sırasıyla tüm Alma ve İletim bobinleri için tutarlı olmalıdır.

Test edildikten sonra, tutamağı takmaya ve kafayı tamamlamaya hazır olarak 8 kabloyu Dedektör Kafasının ortasına tutturmak için sıcak tutkal tabancasını kullanın.

Tavsiyem, gelecekteki testler için hazırlık olarak diğer uçtaki korumalı kablo damarlarının her birini sıyırıp kalaylamaktır. Ana ünitedeki toprağa bağlanacağından, her bir kablo blendajına bir topraklama kablosu takın. Bu, her kablo arasındaki girişimi durdurur.

Hangi bobinin hangisi olduğunu belirlemek için bir Multimetre kullanın ve gelecekteki montaj için kolayca tanımlanabilmeleri için yapışkan etiketler ekleyin.

Adım 4: Test için Devreyi Birleştirin

1. Breadboard Montajı

Benim tavsiyem, Vero Board'u ve bir muhafazayı taahhüt etmeden önce devreyi kurmak ve test etmek için bir breadboard kullanmaktır. Bu size, hassasiyet ve kararlılık için gerekirse bileşen değerlerini uyarlama veya kodu değiştirme fırsatı verir. Gönderme ve alma bobinlerinin aynı yönde sarılmaları için bağlanması gerekir ve bu, ileride Vero Board'a bağlantı için kabloları etiketlemeden önce bir devre tahtası üzerinde test etmek daha kolaydır.

Bileşenleri devre şemasına göre birleştirin ve Dedektör Kafası Bobinlerini bağlantı teli kullanarak bağlayın.

Arduino'ya bağlantılar en iyi şekilde, TFT kalkanına lehimlenmiş breadboard kancalı tel kullanılarak yapılır. Dijital ve Analog pin bağlantıları için, doğrudan Arduino Board'a lehimlemeyi önlememi sağlayan bir Header Pin ekledim. (Resmi görmek)

2. IDE Kitaplıkları

Bunların indirilmesi ve bilgisayarınızda çalışan, bilgisayar kodunu fiziksel karta yazmak ve yüklemek için kullanılan IDE'ye (Entegre Geliştirme Ortamı) eklenmesi gerekir. UTFT.h ve URtouch.h aşağıdaki zip dosyasında bulunur

UTFT.h ve URtouch.h için kredi Rinky-Dink Electronics'e gidiyor Kaynak Web sitesi çalışmıyor gibi göründüğü için bu zip dosyalarını ekledim.

3. Test

Bobin yönlendirme sorunlarıyla başa çıkabilmeniz için ilk kurulumu halletmek için bir test programı ekledim. Test kodunu Arduino IDE'ye yükleyin ve Mega'ya yükleyin. Her şey çalışıyorsa yukarıdaki gibi test ekranını görmelisiniz. Her bobin, her çeyrekte yaklaşık 4600uS'lik bir sabit durum değeri üretmelidir. Durum böyle değilse, TX veya RX bobinindeki sargıların polaritesini ters çevirin ve tekrar test edin. Bu işe yaramazsa, her bobini ayrı ayrı kontrol etmenizi ve sorunu gidermek için devre boyunca tekrar çalışmanızı öneririm. Zaten 2 veya 3 çalışmanız varsa, bunları çalışmayan bobinler/devrelerle karşılaştırın.

Not: Daha fazla test, RX devresindeki 0.047uf kapasitörlerin tüm hassasiyet üzerinde etkili olduğunu ortaya koymuştur. Benim tavsiyem, devreyi bir breadboard üzerinde çalıştırdıktan sonra, bu değeri artırmayı ve bir madeni para ile test etmeyi deneyin, çünkü bunun hassasiyeti artırabileceğini buldum.

Zorunlu değildir, ancak osiloskopunuz varsa, bobinlerin doğru bağlandığından emin olmak için TX Pulse ve RX Pulse'u da gözlemleyebilirsiniz. Bunu doğrulamak için resimlerdeki yorumlara bakın.

NOT: Herhangi bir sorunu gidermeye yardımcı olması için bu bölüme devrenin her aşaması için osiloskop izlerini içeren bir PDF belgesi ekledim

Adım 5: Devreyi ve Muhafazayı Oluşturun

Ünite sizi tatmin edecek şekilde test edildikten sonra bir sonraki adımı atabilir ve devre kartını ve muhafazayı oluşturabilirsiniz.

1. Muhafazayı Hazırlayın

Her şeyin nasıl uyacağını belirlemek için ana bileşenleri düzenleyin ve durumunuza yerleştirin. Bileşenleri yerleştirmek için Vero Board'u kesin, ancak muhafazanın altına sığabildiğinizden emin olun. Bunlar oldukça hacimli olabileceğinden, Şarj Edilebilir Güç Paketine dikkat edin.

Kafa kablolarının, güç anahtarının, Harici USB bağlantı noktasının, Arduino Programlama Bağlantı Noktasının ve stereo kulaklık ses jakının arka girişini yerleştirmek için delikler açın.

Bu deliciye ek olarak, kasanın ön tarafının ortasına sapın olacağı 4 montaj deliği, bu deliklerin ilerideki adımlarda içinden bir kablo bağı geçirebilmesi gerekir.

2. Vero Board'u birleştirin

Bileşenleri Vero Kartına yerleştirmek için Devre Şemasını ve yukarıdaki resmi izleyin.

Başlık bobin kablolarının PCB'ye kolay bağlanmasını sağlamak için PCB Terminal Pimlerini kullandım. Piezo Buzzer'ı IC ve transistörlerle birlikte PCB'ye monte edin. TX, RX bileşenlerini soldan sağa hizalı tutmaya çalıştım ve harici bobinlere olan tüm bağlantıların Vero Boar'ın bir ucunda olmasını sağladım. (fotoğraflardaki düzeni görün)

3. Bobin Kablolarını Takın

MDF'den gelen blendajlı kablolar için resimlerde gösterildiği gibi bir kablo tutucu oluşturun. Bu, kabloların PCB Terminal Pinlerine hizalı oturmasını sağlamak için MDF'ye açılan 8 delikten oluşur. Her bobini takarken, doğru bobin yönünü sağlamak için devreyi aşamalı olarak test etmek gerekir.

4. Üniteyi Test Edin

USB Güç Paketini, Güç Anahtarını, Sesli Telefon Jakını bağlayın ve tüm kabloları ve kabloları çantaya tam oturacak şekilde yerleştirin. Çırpınabilecek hiçbir şey olmadığından emin olmak için öğeleri yerinde tutmak için Sıcak Tutkal kullanın. Önceki adıma göre, test kodunu yükleyin ve tüm bobinlerin beklendiği gibi çalıştığından emin olun.

Harici olarak bağlandığında USB Güç Paketinin doğru şekilde Şarj olup olmadığını test edin. Arduino IDE kablosunu takmak için yeterli boşluk olduğundan emin olun.

5. Ekran Görünümünü Kesin

Ekranı kutunun ortasına konumlandırın ve ön paneldeki LCD ekranın kenarlarını bir açıklığı kesmeye hazır olarak işaretleyin. Bir maket bıçağı ve metal bir cetvel kullanarak kasa kapağını dikkatlice çizin ve açıklığı kesin.

Tüm bileşenlerin, panoların, kabloların ve ekranın ara parçalar ve sıcak tutkalla yerinde tutulduğundan emin olarak, zımparalandıktan ve şekillendirilmek üzere dosyalandıktan sonra kapağı dikkatlice yerleştirin.

7. Güneşlik Yapın

Yukarıdaki fotoğraflarda gösterildiği gibi, şekillendirip güneşlik olarak kullanabileceğim eski bir siyah muhafaza buldum. Bunu 5dk iki parça epoksi kullanarak ön panele yapıştırın.

Adım 6: Sapı ve Muhafazayı Dedektör Kafasına Takın

Artık Dedektör Elektroniği ve Başlığı yapıldığına göre, geriye kalan tek şey ünitenin güvenli bir şekilde monte edilmesini tamamlamaktır.

1. Başlığı Sapa Takın

Bunu iki vida kullanarak başa tutturabilmeniz için tutamak eklemini değiştirin. İdeal olarak, bobinlerin yakınındaki metal miktarını en aza indirmek istersiniz, bu nedenle kafaya tutturmak için küçük ahşap vidalar ve 5 dakikalık 2 parça epoksi yapıştırıcı kullanın. Yukarıdaki fotoğraflara bakın.

2. Bağcıklı Kafa Kablolama

Kablo Bağlarının kullanılması, blendajlı kablolama boyunca her 10 cm'de bir kablo bağı ekleyerek kabloları dikkatlice bağlayın. Ekranı görmek, kontrollere ulaşmak ve kulaklık/fiş takmak için kasa için en iyi konumu belirlediğinizden emin olun.

3. Elektroniği Sapa Takın

Kasayı, dedektörü zeminde gezdirirken TFT ekranını kolayca görebileceğiniz bir açıyla takmanızı sağlamak için MDF'den 45 Derecelik bir Montaj Bloğu oluşturun. Yukarıdaki resme bakın.

Elektronik Kasayı, Kablo Bağları montaj bloğundan geçecek şekilde tutamağa ve önceden delinmiş montaj deliklerinden kasaya takın.

4. Dedektör Kafasını Bitirin

Dedektör Başlığı bobinlerinin kablolarda hareket olmadan sabitlenmesi gerekir, bu nedenle tüm bobinleri yerine tam olarak sabitlemek için Sıcak Tutkal kullanmak için iyi bir zaman.

Dedektör Kafasının da su geçirmez olması gerekir, bu nedenle MDF'ye şeffaf bir kapatıcı püskürtmek önemlidir (belirgin nedenlerden dolayı mühürleyicinin metal içermediğinden emin olun).

Her bir bobinin ortasına 5 mm'lik delikler açın ve bir hedefi işaretledikten sonra tahta şişleri aşağıdaki toprağa itebilmeniz için 5 mm x 30 mm'lik plastik boruyu içinden geçirin. Yerine kilitlemek için sıcak tutkal tabancası kullanın.

Daha sonra başın üstünü plastik bir plaka ile ve altını kalın bir plastik kitap kapağı ile kaplarken, kenarı esnek elektrik borusu boru kesimi ve Sıcak Yapıştırılmış ile yerine yerleştirdim.

Adım 7: Son Montaj ve Test

1. Şarj

Mikro USB bağlantı noktasına standart bir cep telefonu şarj cihazı yerleştirin ve ünitenin yeterince şarj olduğundan emin olun.

2. Kodu Yükle

Ekteki kodu yüklemek için Arduino IDE'yi kullanın.

3. Sessiz Düğmesi

Ünite, güç açıldığında varsayılan olarak sessize alınır. Bu, ekranın alt LHS'sinde kırmızı bir Sessiz Düğmesi ile gösterilir. Sesi etkinleştirmek için bu düğmeye basın ve düğme, sesin etkin olduğunu belirten yeşile dönmelidir.

Sesi kapatıldığında, dahili sesli uyarı ve harici sesli telefon jakı ses üretecektir.

4. Kalibrasyon

Kalibrasyon, izi eşik çizgilerinin altına ekranın altına döndürür. Ünite ilk açıldığında otomatik olarak kalibre edilecektir. Ünite son derece stabildir, ancak yeniden kalibrasyona ihtiyaç duyulursa bu, ekrandaki kalibre düğmesine dokunarak bir saniyeden daha kısa sürede yeniden kalibre edilecek şekilde yapılabilir.

5. Eşikler

Herhangi bir iz üzerindeki sinyal eşik çizgisini (ekrandaki noktalı çizgi) aşarsa ve Sessiz Düğmesi kapalıysa, bir ses sinyali üretilecektir.

Bu eşikler, her bir iz çizgisinin üstündeki veya altındaki ekrana dokunularak yukarı ve aşağı ayarlanabilir.

6. PW ve DLY'nin Ayarlanması

Bobine Darbenin süresi ve darbeler arasındaki gecikme dokunmatik ekran aracılığıyla ayarlanabilir. Bu, en iyi sonuçlar için çeşitli ortamlar ve hazineler ile deney yapmak için gerçekten yerindedir.

7. Ekran Türleri

4 farklı ekran türü vardır

Görüntüleme Seçeneği 1: Dedektör Başlığı Altında Hedefin Konumu Niyetim, hedefin dedektör kafasının altındaki konumunu üçgenlemek için 4 bobini kullanmaktı. Arama bobinlerinin doğrusal olmayan doğası bunu zorlaştırdı, ancak yukarıdaki animasyonlu GIF, sonuçların, hedefin başın altındaki göreceli konumunu ve sinyalin gücünü göstermek için yeterince yararlı olduğunu gösteriyor.

Görüntüleme Seçeneği 2: Her Arama Başlığı İçin Sinyal İzi Göster Bu, her arama bobini için ekranda bağımsız bir sinyal gücü izi çizerek hedef nesnenin baş altında nerede olduğunu izlemenizi sağlar. Bu, dedektör başlığının altında birbirine yakın iki hedefiniz olup olmadığını ve göreli gücü belirlemek için kullanışlıdır.

Görüntüleme Seçeneği 3: Seçenek 2 ile aynıdır, ancak daha kalın bir çizgi ile görmeyi kolaylaştırır.

Seçenek 4'ü Görüntüle: Seçenek 2 ile aynıdır, ancak izi silmeden önce 5'ten fazla ekran çizer. Soluk sinyalleri yakalamak için iyi.

Önümüzdeki birkaç hafta boyunca saha testi yapıyorum, bu yüzden herhangi bir hazine bulgusunu yayınlayacağım.

Şimdi git biraz eğlen ve biraz hazine bul!!

8. Adım: Son Söz: Bobin Varyasyonları

Bobin konfigürasyonları hakkında birçok güzel, ilginç soru ve öneri geldi. Bu talimatın geliştirilmesinde, bahsetmeye değer çeşitli bobin konfigürasyonları ile çok sayıda deney yapıldı.

Yukarıdaki resimler, mevcut tasarıma yerleşmeden önce denediğim bazı bobinleri göstermektedir. Başka sorularınız varsa bana mesaj atın.

Daha fazla denemek için size!

Buluş Yarışmasında 2017 Birincilik Ödülü

2017 Bilimi Keşfet Yarışmasında Birincilik Ödülü