Pocket Metal Locator - Arduino: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Av TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets på InstagramFölj mer av författaren:

Om: Galen på teknik och de möjligheter den kan medföra. Jag älskar utmaningen att bygga unika saker. Mitt mål är att göra tekniken rolig, relevant för vardagen och hjälpa människor att lyckas bygga coola … Mer om TechKiwiGadgets »

Denna coola lilla Pocket Metal Locator är tillräckligt känslig för att identifiera små spikar och spår i trä och tillräckligt kompakt för att passa in i besvärliga utrymmen, vilket gör den bekväm att bära och använda för metallplacering.

Enheten har fyra oberoende sökspolar och färg -LED -indikatorer som gör det enkelt att snabbt täcka ett större sökområde samtidigt som det exakt kan identifiera målet.

Den här snygga lilla enheten är självkalibrerande med en knappoperation, laddningsbar via en USB-port och använder färg-lysdioder, ljud och vibrationer för att indikera målstyrka.

Ingår i den instruerbara är alla design, test, kod och 3D -filer som krävs för att bygga på egen hand. Jag hoppas att du tycker om att bygga och använda detta lika mycket som jag har !!

Steg 1: Materiallista och hur det fungerar

1. Hur det fungerar

Pocket Metal Locator använder fyra oberoende pulsinduktionssökspolar som drivs av en Arduino Pro Mini. Varje sökspole består av en separat TX- och RX -spole där en puls induceras i TX -spolen som skapar ett elektromagnetiskt fält runt RX -spolen. Det växlande fältet inducerar en spänning i RX -spolen som detekteras och förstärks innan signalens pulsbredd läses av Arduino.

En utjämningsalgoritm i Arduino -koden används för att ta bort brus från giltiga pulser vilket gör den mycket stabil.

En kalibreringsalgoritm i koden tar ett genomsnitt av avläsningar under en kort startperiod och anger en serie trösklar att jämföra signalen mot.

När ett metallföremål kommer inom räckhåll för det elektromagnetiska fältet störs fältet och en del av energin avleds från RX -spolen till "Eddie -strömmar" som bildas i målobjektet. Denna parasitiska effekt av målobjektet resulterar i att pulsbredden detekteras i RX -spolen minskar. I huvudsak mäter vi förlusten av kraft till målobjektet.

När pulsbredden som detekteras i RX -spolen sjunker under tröskeln tänds lysdioderna, summern ljuder och Haptic Feedback -motorn aktiveras - beroende på en förutbestämd storlek på målsignalen.

Kretsen för detta har utvecklats under det senaste året till en mycket stabil och pålitligt fungerande detektor. Spolens konfiguration och orientering har medvetet utformats för att maximera stabilitet och djupdetektering.

2. Materiallista

1. 3,7v 350mAh LiPo -batteristorlek: 38mm x 20mm x 7,5mm
2. TP4056 USB LiPo batteriladdare Datablad
3. 4.7K motstånd för att begränsa LiPo batteriladdningsström till under 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB till seriell modul för programmering av Mini Pro
6. LM339 Quad Differential Comparator Integrated Circuit
7. Vero Board - 2 bitar skurna till 20x9 hål och 34x9 (se bilden för korrekt orientering)
8. BC548 NPN Transistor x 4
9. 2N7000 MOSFET -omkopplare x 5
10. Piezo summer
11. Myntvibrationsmotor för Haptisk feedback
12. WS2812 RGB LED -modul x 4
13. 1k motstånd x 4
14. 10k motstånd x 4
15. 47 Ohm motstånd x 4
16. 2,2K motstånd x 4
17. 150pf keramisk kondensator x 8
18. 0.18uF Polyesterkondensator x 4
19. Rulle med 0,3 mm emalj koppartråd (kommer normalt i rullar ca 25 g vikt)
20. PCB -monterad tryckknappsbrytare
21. Lim pistol
22. 10 mm borr
23. Handhållen borr
24. Etikettpistol eller klibbig tejp lämplig för märkning av 16 separata trådar Anslutningstråd
25. Tillgång till en 3D -skrivare

3. Jämförelsedrift

Jag har haft ett antal frågor om hur LM339 fungerar så jag tänkte ge en mer tydlig förklaring.

LM339 fungerar enbart som en spänningskomparator, jämför differentialspänningen mellan de positiva och negativa stiften och matar ut en logisk låg eller hög impedans (logisk hög med pullup) baserat på ingångsdifferentialpolariteten.

I denna krets är komparatorns positiva ingång ansluten till Vcc-ledningen och ett uppdragningsmotstånd till Vcc appliceras på komparatorutgången. I denna konfiguration förblir i praktiken komparatorns utspänning hög tills ingångsspänningen på den negativa ingången överstiger 3,5v

Funktionen kan förklaras från LM339-databladet som beskriver "ingångsspänningsområdet" mellan 0 V och Vsup-1,5 V

När både IN– och IN+ båda ligger inom det gemensamma lägesintervallet, om IN– är lägre än IN+ och offset-spänningen, är utgången hög impedans och utgångstransistorn leder inte

När IN– är högre än vanligt läge och IN+ är inom vanligt läge är utgången låg och utgångstransistorn sjunker ström. Länk till datablad och förklaring nedan

Steg 2: Skriv ut fodralet

Det 3D -tryckta fodralet gjordes med 5 separata utskrifter. Dimensionerna och 3D -filerna finns här på Thingiverse. Designen var centrerad på att göra enheten lätt att hålla samtidigt som den säkerställer att sökrullarna var så nära det område som man söker.

Skriv försiktigt ut fodralet och ta bort överflödig plast. Det är viktigt att göra det här steget nu så att de elektroniska komponenterna kan justeras i fodralet innan slutlig anslutning och testning.

Jag inkluderade en bild av flera olika fodral som jag testade innan jag bestämde mig för den slutliga designen som var mer kompakt och ergonomiskt tilltalande att hålla.

Steg 3: Bygg och montera sökspolarna

Ta de tryckta spiralformarna och linda 25 varv koppartråd på var och en av dem. Se till att du lämnar en bra 20 cm extra koppartråd för anslutning till huvudenheten.

Använd hålen som är tryckta i formarna för att möjliggöra en jämn vind och orientering av spolar för varje formare. När du gör detta vänder du det förstnämnda upp och ner och successivt limmar det förra i basenheten.

Följ bildmonteringen enligt anvisningarna. Resultatet blir 8 spolar monterade i spoleenheten med alla trådar konsekvent orienterade och tillräckligt långa för att ansluta till huvudenheten i det övre höljet.

Använd de två trådstyrblocken som har hål för varje spole, den tryckta basen för att hålla reda på varje specifik spole.

Jag placerade trådarna för de inre spolarna längs toppen och de yttre spolarna längs botten av trådblocket så att jag kunde hålla reda på varje specifik spole vilket gör det enklare att ansluta till huvudkortet.

Steg 4: Bygg kretsen

Enheten har fyra nyckelkretsar för att bygga självständigt - förarkort, huvudkort, LED -montering och uppladdningsbar strömförsörjning. I detta steg kommer vi att bygga Driver Board och Main Board.

1. Driver Board

Använd en hantverkskniv för att skära en bit Vero Board längs hålen 22x11, resultatet blir en bit Vero Board med 20x9 hål orienterade enligt den medföljande bilden. Det är bäst att göra mål över hålen på båda sidor av brädet flera gånger och sedan försiktigt ta bort det överflödiga brädet. Kontrollera att brädan sitter i basen av höljet med tillräckligt med utrymme på vardera sidan.

Använd fotona och en 10 mm borr för hand för att bryta försiktigt de drag som visas på undersidan av Vero -kortet. Följ kretsdiagrammet och fotolayouten för komponenter för att montera kretskortet, var noga med att se till att det inte finns kortslutna spår.

Lägg den här tavlan åt sidan för att testa senare.

2. Huvudstyrelsen

Använd en hantverkskniv för att skära en bit Vero Board längs hålen 36x11. Resultatet blir en bit Vero Board med 34x9 hål orienterade enligt den medföljande bilden. Det är bäst att göra mål över hålen på båda sidor av brädet flera gånger och sedan försiktigt ta bort det överflödiga brädet. Kontrollera att brädan sitter i basen av höljet med tillräckligt med utrymme på vardera sidan.

Använd fotona och en 10 mm borr för hand för att bryta försiktigt de drag som visas på undersidan av Vero -kortet.

Följ kretsdiagrammet och fotolayouten för Arduino och LM339 IC och andra komponenter för att montera kretskortet, var noga med att se till att det inte finns korta spår.

Lägg den här tavlan åt sidan för att testa senare.

Steg 5: Lägg till LED -indikatorer

Jag har använt WS2182 lysdioder som har en inbyggd IC som gör att de kan adresseras av Arduino med hjälp av tre separata trådar, men ett brett spektrum av färger och ljusstyrkor kan skapas genom att skicka ett kommando till lysdioden. Detta görs genom ett speciellt bibliotek laddat i Arduino IDE som täcks i testavsnittet.

1. Montering av lysdioderna i locket

Placera försiktigt de fyra lysdioderna så att de är riktade korrekt så att VCC- och GND -anslutningarna är i linje och de sitter i mitten av hålen.

Använd Hot Lim för att fästa lysdioderna på plats.

2. Anslutning av lysdioderna

Dra försiktigt bort och placera tre 25 cm längder med en enda kärntråd över kontakterna på lysdioderna.

Löd dessa på plats och se till att mittdatatråden är ansluten till IN- och UT -kontakter enligt bilden.

3. Kontroll av fallet

Kontrollera att locket på fodralet ligger i linje med spolhöljet och använd sedan Hot Lim för att hålla trådarna på plats vid lockets bottenände.

Lägg detta åt sidan för att testa senare.

Steg 6: Montera och testa enheten

1. Förberedelse för montering

Innan vi monterar testar vi varje bräda successivt för att göra det lättare att felsöka problem.

Arduino Pro Mini kräver ett USB -seriekort för att kunna programmeras av din dator. Detta gör att kortet kan vara mindre i storlek eftersom det inte har ett seriellt gränssnitt på det. För att programmera dessa brädor måste du investera i att skaffa en sådan som beskrivs i dellistan.

Innan du laddar Arduino -koden måste du lägga till biblioteket "FastLED.h" som ett bibliotek för att driva WS2182 -lysdioderna. En serie oscilloskopspår har tillhandahållits för felsökning om det finns problem.

Det finns också en skärmdump av IDE -seriell datautmatning med hjälp av Graph Plot -funktionen som visar pulsbreddsutmatningen för var och en av kanalerna samt tröskelvärdet. Detta är användbart under testning eftersom du kan se om varje kanal presterar till liknande känslighetsnivåer.

Jag har inkluderat två kopior av koden. En har testseriell dataströmning för felsökningsändamål.

OBSERVERA: Anslut inte LiPo -batterienheten förrän i det sista steget eftersom oavsiktlig kortslutning av detta under montering kan orsaka överhettning eller till och med fatta eld.

2. Testa huvudkortet

Innan du ansluter huvudkortet till något är det lämpligt att ansluta Arduino seriekabel och kontrollera att koden laddas.

Detta kommer helt enkelt att testa att du har Arduino fysiskt ansluten korrekt och att IDE och bibliotek laddas. Ladda koden genom IDE som ska laddas utan fel och ingen rök ska komma ut från några komponenter !!

3. Anslut förarkortet

Följ kretsschemat för att ansluta förarkortet till huvudkortet och placera enheten fysiskt i fodralet för att säkerställa att föremål passar in i höljet. Detta är ett försök och fel och kräver uthållighet.

Ladda koden genom IDE som ska laddas utan fel och ingen rök ska komma ut från några komponenter !!

4. Anslut spolarna Följ kretsschemat för att ansluta spolarna till huvudkortet och placera enheten fysiskt i fodralet för att säkerställa att föremålen sitter korrekt. Se noga till att spolarna är i linje med ingångarna på förarkortet och huvudkortet enligt kretsschemat.

Med testkoden laddad kommer den seriella porten att visa pulsbredden på mottagningsspolen någonstans mellan 5000 - 7000uS. Detta kan också ses med hjälp av IDE Graph Plotter.

Detta gör att du kan felsöka var och en av kanalerna och också se effekten av att flytta ett mynt nära sökspolen, vilket bör minska pulsbredden när målet närmar sig sökspolen.

Om du har ett oscilloskop kan du också kontrollera vågformerna i olika stadier av kretsen för att diagnostisera problem.

När alla kanaler fungerar enligt förväntad position, så att kablarna så att höljet hölje monteras och stängs korrekt.

5. Anslut lysdioderna

Ta försiktigt de tre ledningarna från lysdioderna för spolkapsling och anslut dem till huvudkortet. Ladda koden och kontrollera att lysdioderna fungerar korrekt. Använd lim för att fästa locket på spolhöljet på plats.

Steg 7: Anslutning av det uppladdningsbara batteriet

NOTERA:

1. Anslut inte LiPo -batterienheten förrän i det allra sista steget eftersom oavsiktlig kortslutning av detta under montering kan orsaka att enheten överhettas eller till och med fattar eld.

2. När du hanterar batteriet och laddaren, se till att du inte är för kort.

3. LiPo -batterier är till skillnad från andra laddningsbara och överströmsladdning kan vara farlig, så se till att du konfigurerar laddningskretsen korrekt.

4. Anslut inte Arduino seriekabel till enheten när strömbrytaren är intryckt annars kan batteriet skadas.

1. Ändra laddarens strömgräns

Pocket Metal Locator använder ett LiPo -batteri som kan laddas med en Micro USB -telefonladdare. TP4056 USB LiPo Batt Charger Board modifierades först med 4,7K motstånd för att begränsa laddströmmen till under 300mA. Anvisningar om hur detta kan göras hittar du här.

Detta kräver att du tar bort det befintliga ytmonterade motståndet och ersätter det med ett motstånd enligt bilden. När den väl är på plats skyddar du alla oplanerade rörelser av motståndet med en varm limpistol.

Innan du ansluter till huvudkortet, testa att laddaren fungerar korrekt genom att ansluta en mobiltelefonladdare med en Micro USB -port. Den röda laddningslampan ska tändas när den fungerar korrekt.

2. Installera tryckknappens strömbrytare

Se till att tryckknappen är monterad i rätt läge så att den sticker ut genom mitten av kapslingslocket och sedan löd tryckknappen på plats. Installera ledningar mellan tryckknappsbrytaren och laddarens utgång och VCC -ledningen på Arduino enligt kretsschemat.

När den är korrekt installerad trycker du på strömbrytaren för att aktivera enheten.

Fixera batteriet på plats med varmt lim och se till att Micro USB -uttaget är riktat mot hålet i locket så att det kan laddas.

Steg 8: Slutprovning och drift

1. Fysisk sammansättning

Det sista steget är att ordna om trådarna noggrant så att höljet stängs korrekt. Använd varmt lim för att fästa moderkortet i locket och stäng sedan locket på plats.

2. Användning av enheten

Enheten fungerar genom att kalibrera efter att ha tryckt och hållt på strömbrytaren. Alla lysdioder blinkar när enheten är klar att användas. Håll tryckknappen nere medan du söker. Lysdioderna ändras från blå-grön, röd, lila baserat på målobjektets styrka. Den haptiska återkopplingen uppstår när lysdioderna blir lila.

Du är inte redo att använda för praktiska tillämpningar !!