Pocket Metal Locator - Arduino - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Door TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets op InstagramVolg meer van de auteur:

Over: Gek op technologie en de mogelijkheden die het met zich mee kan brengen. Ik hou van de uitdaging om unieke dingen te bouwen. Mijn doel is om technologie leuk en relevant te maken voor het dagelijks leven en mensen te helpen slagen in het bouwen van coole … Meer over TechKiwiGadgets »

Deze coole kleine metalen zakzoeker is gevoelig genoeg om kleine spijkers en spijkers in hout te identificeren en compact genoeg om in lastige ruimtes te passen, waardoor hij gemakkelijk te dragen en te gebruiken is voor het lokaliseren van metaal.

Het apparaat heeft vier onafhankelijke zoekspoelen en gekleurde LED-indicatoren waardoor het gemakkelijk is om snel een groter zoekgebied te bestrijken terwijl het doel nauwkeurig kan worden geïdentificeerd.

Dit handige kleine apparaat kalibreert zichzelf met één knop, oplaadbaar via een USB-poort en maakt gebruik van kleuren-LED's, geluid en trillingen om de sterkte van het doelwit aan te geven.

Inbegrepen in de instructable zijn alle ontwerpen, testen, code en 3D-bestanden die nodig zijn om zelf te bouwen. Ik hoop dat je net zoveel plezier beleeft aan het bouwen en gebruiken als ik!

Stap 1: Materialenlijst en hoe het werkt

1. Hoe het werkt

De Pocket Metal Locator maakt gebruik van vier onafhankelijke pulsinductiezoekspoelen die worden aangedreven door een Arduino Pro Mini. Elke zoekspoel bestaat uit een afzonderlijke TX- en RX-spoel waarbij een puls in de TX-spoel wordt geïnduceerd die een elektromagnetisch veld rond de RX-spoel creëert. Het veranderende veld induceert een spanning in de RX-spoel die wordt gedetecteerd en versterkt voordat de pulsbreedte van het signaal door de Arduino wordt gelezen.

Een afvlakkingsalgoritme in de Arduino-code wordt gebruikt om ruis uit geldige pulsen te verwijderen, waardoor het zeer stabiel is.

Een kalibratie-algoritme in de code neemt een gemiddelde van de metingen over een korte opstartperiode en stelt een reeks drempels in om het signaal mee te vergelijken.

Wanneer een metalen voorwerp binnen het bereik van het elektromagnetische veld komt, wordt het veld verstoord en wordt een deel van de energie van de RX-spoel afgeleid in "Eddie-stromen" die zich in het doelobject vormen. Dit parasitaire effect van het doelobject resulteert in een vermindering van de pulsbreedte die in de RX-spoel wordt gedetecteerd. In wezen meten we het verlies van kracht in het doelobject.

Wanneer de in de RX-spoel gedetecteerde pulsbreedte onder de drempel daalt, gaan de LED's branden, klinkt de zoemer en wordt de Haptic Feedback-motor geactiveerd - afhankelijk van een vooraf bepaalde grootte van het doelsignaal.

De schakeling hiervoor is het afgelopen jaar geëvolueerd tot een zeer stabiele en betrouwbaar presterende detector. De spoelconfiguratie en oriëntatie zijn bewust ontworpen om de stabiliteit en dieptedetectie te maximaliseren.

2. Materialenlijst

1. 3.7v 350mAh LiPo-batterijformaat: 38 mm x 20 mm x 7,5 mm
2. TP4056 USB LiPo-batterijladerGegevensblad
3. 4.7K-weerstand om de laadstroom van de LiPo-batterij te beperken tot minder dan 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB naar seriële module voor het programmeren van de Mini Pro
6. LM339 Quad Differentiële Comparator Geïntegreerd Circuit
7. Vero Board - 2 stuks gesneden tot 20x9 gaten en 34x9 (zie foto voor juiste oriëntatie)
8. BC548 NPN-transistor x 4
9. 2N7000 MOSFET-schakelaar x 5"
10. Piëzo-zoemer
11. Munttrillingsmotor voor haptische feedback
12. WS2812 RGB LED-module x 4"
13. 1k Weerstand x 4
14. 10k Weerstand x 4
15. 47 Ohm Weerstand x 4
16. 2.2K Weerstand x 4
17. 150 pf keramische condensator x 8"
18. 0.18uF polyester condensator x 4
19. Rol van 0,3 mm emaille koperdraad (normaal verkrijgbaar in rollen van ongeveer 25 g gewicht)
20. Op PCB gemonteerde drukknopschakelaar
21. Heet lijmpistool
22. 10 mm boor:
23. Handboormachine
24. Label Gun of plakband geschikt om 16 afzonderlijke draden te labelen Aansluitdraad
25. Toegang tot een 3D-printer

3. Vergelijkingsbewerking

Ik heb een aantal vragen gehad over de werking van de LM339 dus ik dacht ik geef een wat duidelijkere uitleg.

De LM339 werkt uitsluitend als een spanningsvergelijker, vergelijkt de differentiële spanning tussen de positieve en negatieve pinnen en voert een logische lage of hoge impedantie uit (logisch hoog met pullup) op basis van de differentiële ingangspolariteit.

In dit circuit is de positieve ingang van de comparator verbonden met de Vcc-lijn en wordt een pull-up-weerstand naar Vcc toegepast op de comparatoruitgang. In deze configuratie blijft in de praktijk de uitgangsspanning van de comparator hoog, totdat de ingangsspanning op de negatieve ingang 3,5v overschrijdt

De werking kan worden uitgelegd aan de hand van het LM339-gegevensblad dat het "ingangsspanningsbereik" schetst tussen 0 V en Vsup-1,5 V

Wanneer zowel IN– als IN+ beide binnen het common-mode bereik zijn, als IN– lager is dan IN+ en de offsetspanning, heeft de uitgang een hoge impedantie en is de uitgangstransistor niet geleidend

Wanneer IN– hoger is dan de gewone modus en IN+ zich in de gewone modus bevindt, is de uitvoer laag en daalt de uitgangstransistor. Link naar gegevensblad en uitleg hieronder

Stap 2: Druk de zaak af

De 3D-geprinte behuizing is gemaakt met behulp van 5 afzonderlijke prints. De afmetingen en 3D-bestanden vindt u hier op Thingiverse. Het ontwerp was erop gericht het apparaat gemakkelijk vast te houden en ervoor te zorgen dat de zoekspoelen zo dicht mogelijk bij het te doorzoeken gebied waren.

Print de behuizing zorgvuldig uit en verwijder overtollig plastic. Het is belangrijk om deze stap nu uit te voeren, zodat de elektronische componenten in de behuizing kunnen worden uitgelijnd voordat ze definitief worden aangesloten en getest.

Ik heb een foto toegevoegd van meerdere verschillende behuizingsontwerpen die ik heb getest voordat ik besloot tot het uiteindelijke ontwerp dat compacter en ergonomisch prettiger was om vast te houden.

Stap 3: Bouw en monteer de zoekspoelen

Neem de bedrukte spoelvormers en wind er 25 windingen koperdraad op. Zorg ervoor dat u een goede 20 cm extra koperdraad overlaat voor aansluiting op de hoofdeenheid.

Gebruik de gaten die in de mallen zijn afgedrukt om een consistente wind en oriëntatie van de spoelen voor elke mal mogelijk te maken. Terwijl u dit doet, draait u de eerste ondersteboven en lijmt u de eerste geleidelijk in de basiseenheid.

Volg de fotomontage zoals voorzien, het resultaat is 8 spoelen die in de spoelconstructie zijn gemonteerd met alle draden consistent georiënteerd en lang genoeg om verbinding te maken met de hoofdkaarteenheid in de bovenste behuizing.

Gebruik de twee draadgeleidingsblokken die gaten hebben voor elke spoel en de bedrukte basis om elke specifieke spoel bij te houden.

Ik plaatste de draden voor de binnenste spoelen langs de bovenkant en de buitenste spoelen langs de onderkant van het draadblok, zodat ik elke specifieke spoel kon volgen, wat het gemakkelijker maakt om verbinding te maken met het moederbord.

Stap 4: Bouw het circuit

Het apparaat heeft vier belangrijke circuits om onafhankelijk te bouwen - Driver Board, Main Board, LED-assemblage en oplaadbare voeding. In deze stap bouwen we het Driver Board en Main Board.

1. Bestuurdersbord

Gebruik een knutselmes om een stuk Vero Board langs de gaten 22x11 te snijden, het resultaat is een stuk Vero Board met 20x9 gaten, georiënteerd volgens de bijgevoegde afbeelding. Het is het beste om meerdere keren over de gaten aan beide zijden van het bord te kerven en vervolgens het overtollige bord voorzichtig af te breken. Controleer of het bord in de basis van de behuizing zit met voldoende speling aan beide zijden.

Gebruik de foto's en een boor van 10 mm met de hand om voorzichtig de spijkers op de onderkant van het Vero-bord te breken. Volg het schakelschema en de fotolay-out van componenten om de printplaat te monteren en zorg ervoor dat er geen kortgesloten tracks zijn.

Leg dit bord opzij om later te testen.

2. Moederbord

Gebruik een knutselmes om een stuk Vero Board langs de gaten 36x11 te snijden, het resultaat is een stuk Vero Board met 34x9 gaten, georiënteerd volgens de bijgevoegde afbeelding. Het is het beste om meerdere keren over de gaten aan beide zijden van het bord te kerven en vervolgens het overtollige bord voorzichtig af te breken. Controleer of het bord in de basis van de behuizing zit met voldoende speling aan beide zijden.

Gebruik de foto's en een boor van 10 mm met de hand om voorzichtig de spijkers op de onderkant van het Vero-bord te breken.

Volg het schakelschema en de fotolay-out van de Arduino en LM339 IC en andere componenten om de printplaat te monteren en zorg ervoor dat er geen kortgesloten tracks zijn.

Leg dit bord opzij om later te testen.

Stap 5: LED-indicatoren toevoegen

Ik heb WS2182-LED's gebruikt die een ingebouwd IC hebben waardoor ze door de Arduino kunnen worden geadresseerd met behulp van drie afzonderlijke draden, maar een breed scala aan kleuren en helderheidskleuren kan worden gecreëerd door een opdracht naar de LED te sturen. Dit wordt gedaan door middel van een speciale bibliotheek die in de Arduino IDE is geladen en die in de testsectie wordt behandeld.

1. Montage van de LED's in het deksel van de spoelbehuizing

Plaats de vier LED's voorzichtig zodat ze correct zijn georiënteerd, zodat de VCC- en GND-verbindingen zijn uitgelijnd en ze in het midden van de gaten zitten.

Gebruik Hot Glue om de LED's op hun plaats te bevestigen.

2. Bedrading van de LED's

Strip en plaats drie stukken enkeladerige aansluitdraad van 25 cm voorzichtig over de contacten van de LED's.

Soldeer deze op hun plaats en zorg ervoor dat de centrale datadraad is aangesloten met IN- en OUT-contacten zoals op de foto.

3. Controle van de uitlijning van de behuizing

Controleer of het deksel van de behuizing gelijk ligt met de spoelbehuizing en gebruik vervolgens Hot Glue om de draden op hun plaats te houden aan de onderkant van het deksel.

Leg dit apart om later te testen.

Stap 6: Het apparaat in elkaar zetten en testen

1. Voorbereiding voor montage

Voordat we ze in elkaar zetten, zullen we elk bord geleidelijk testen om het gemakkelijker te maken om problemen op te lossen.

De Arduino Pro Mini heeft een USB-seriële kaart nodig om door uw pc te kunnen worden geprogrammeerd. Hierdoor kan het bord kleiner zijn omdat het geen seriële interface heeft. Om deze boards te programmeren, moet u investeren in het verkrijgen van een zoals beschreven in de onderdelenlijst.

Voordat u de Arduino-code laadt, moet u de bibliotheek "FastLED.h" toevoegen als een bibliotheek om de WS2182-LED's aan te sturen. Er is een reeks oscilloscoopsporen meegeleverd voor het oplossen van problemen als er problemen zijn.

Er is ook een screenshot van de seriële IDE-gegevensuitvoer met behulp van de Graph Plot-functie die de pulsbreedte-uitvoer van elk van de kanalen en de drempelwaarde toont. Dit is handig tijdens het testen, omdat u kunt zien of elk kanaal op vergelijkbare gevoeligheidsniveaus presteert.

Ik heb twee exemplaren van de code bijgevoegd. Men heeft test seriële datastreaming voor het oplossen van problemen.

OPMERKING: Sluit de LiPo-batterijeenheid niet aan tot de allerlaatste stap, omdat het per ongeluk kortsluiten tijdens de montage ertoe kan leiden dat het apparaat oververhit raakt of zelfs vlam vat.

2. Test het moederbord

Voordat u het moederbord ergens op aansluit, is het raadzaam om de Arduino seriële kabel aan te sluiten en te controleren of de code wordt geladen.

Dit zal eenvoudigweg testen of de Arduino fysiek correct is aangesloten en dat de IDE en bibliotheken zijn geladen. Laad de code via de IDE die zonder fouten moet worden geladen en er mag geen rook uit de componenten komen!!

3. Sluit de bestuurderskaart aan

Volg het schakelschema om de driverkaart op de hoofdkaart aan te sluiten en plaats de unit fysiek in de behuizing om ervoor te zorgen dat de items in de behuizing passen. Dit is een kwestie van vallen en opstaan en vereist doorzettingsvermogen.

Laad de code via de IDE die zonder fouten moet worden geladen en er mag geen rook uit de componenten komen!!

4. Sluit de spoelen aan Volg het schakelschema om de spoelen op het moederbord aan te sluiten en plaats het apparaat fysiek in de behuizing om ervoor te zorgen dat de items goed passen. Zorg ervoor dat de spoelen zijn uitgelijnd met de ingangen van de driverkaart en de hoofdkaart volgens het schakelschema.

Met de testcode geladen zal de seriële poort de pulsbreedte op de ontvangstspoel ergens tussen 5000 - 7000uS weergeven. Dit kan ook worden bekeken met behulp van de IDE Graph Plotter.

Dit stelt u in staat om problemen met elk van de kanalen op te lossen en ook het effect te zien van het verplaatsen van een munt in de buurt van de zoekspoel, wat de pulsbreedte zou moeten verminderen naarmate het doel dichter bij de zoekspoel komt.

Als u een oscilloscoop heeft, kunt u ook de golfvormen in verschillende stadia van het circuit controleren om problemen te diagnosticeren.

Zodra alle kanalen werken volgens de verwachte positie, plaatsen de draden zodat de behuizing goed wordt gemonteerd en gesloten.

5. Sluit de LED's aan

Neem voorzichtig de drie draden van de LED's van de spoelbehuizing en sluit ze aan op het moederbord. Laad de code en controleer of de LED's correct werken. Gebruik lijm om het deksel van de spoelbehuizing op zijn plaats te bevestigen.

Stap 7: De oplaadbare batterij aansluiten

OPMERKING:

1. Sluit de LiPo-batterijeenheid niet aan tot de allerlaatste stap, want als deze tijdens de montage per ongeluk wordt kortgesloten, kan de eenheid oververhit raken of zelfs vlam vatten.

2. Zorg er bij het hanteren van de batterij en oplader voor dat u de batterijaansluitingen niet kortsluit.

3. LiPo-batterijen zijn anders dan andere oplaadbare batterijen en opladen met overstroom kan gevaarlijk zijn, dus zorg ervoor dat u het oplaadcircuit correct configureert.

4. Sluit de Arduino seriële kabel niet aan op het apparaat wanneer de aan/uit-knop is ingedrukt, anders kan de batterij beschadigd raken.

1. Wijzig de stroomlimiet van de oplader:

De Pocket Metal Locator maakt gebruik van een LiPo-batterij die kan worden opgeladen met een Micro USB-telefoonoplader. De TP4056 USB LiPo Batt Charger Board is eerst gemodificeerd met een weerstand van 4,7K om de laadstroom te beperken tot minder dan 300mA. Aanwijzingen over hoe dit kan worden gedaan vindt u hier.

Hiervoor moet u de bestaande op het oppervlak gemonteerde weerstand verwijderen en vervangen door een weerstand zoals weergegeven op de foto. Eenmaal op zijn plaats beschermt u elke ongeplande beweging van de weerstand met een heet lijmpistool.

Voordat u verbinding maakt met het moederbord, moet u testen of de oplader correct werkt door een oplader voor mobiele telefoons met een micro-USB-poort aan te sluiten. Het rode oplaadlampje moet gaan branden als het correct werkt.

2. Installeer de drukknopschakelaar:

Zorg ervoor dat de drukknop in de juiste positie is gemonteerd, zodat deze door het midden van de behuizingsdeksel steekt en soldeer vervolgens de drukknop op zijn plaats. Installeer draden tussen de drukknopschakelaar en laderuitgang en de VCC-lijn op de Arduino volgens het schakelschema.

Indien correct geïnstalleerd, zal het indrukken van de schakelaar de unit activeren.

Bevestig de batterij op zijn plaats met behulp van hete lijm en zorg ervoor dat de micro-USB-aansluiting is uitgelijnd met het gat in het deksel van de behuizing, zodat deze kan worden opgeladen.

Stap 8: Laatste testen en bediening

1. Fysieke montage

De laatste stap is om de draden zorgvuldig te herschikken, zodat de behuizing correct sluit. Gebruik hete lijm om het moederbord in het deksel te bevestigen en sluit het deksel vervolgens op zijn plaats.

2. Het apparaat bedienen

Het apparaat werkt door te kalibreren nadat u de aan/uit-knop ingedrukt hebt gehouden. Alle LED's knipperen wanneer het apparaat klaar is voor gebruik. Houd de drukknop ingedrukt tijdens het zoeken. De LED's veranderen van blauw-groen, rood, paars op basis van de sterkte van het doelobject. De haptische feedback treedt op wanneer de LED's paars worden.

U bent nog niet klaar om te gaan gebruiken voor praktische toepassingen!!