Pocket Metal Locator - Arduino: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Autor: TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets na InstagramieObserwuj Więcej autora:

O: Zwariowany na punkcie technologii i możliwości, jakie może ona przynieść. Uwielbiam wyzwania polegające na budowaniu wyjątkowych rzeczy. Moim celem jest, aby technologia była zabawna, odpowiednia w codziennym życiu i pomagała ludziom odnosić sukcesy w budowaniu fajnych… Więcej o TechKiwiGadgets »

Ten fajny mały lokalizator kieszonkowego metalu jest wystarczająco czuły, aby zidentyfikować małe gwoździe i pinezki w drewnie i wystarczająco kompaktowy, aby zmieścić się w niewygodnych przestrzeniach, dzięki czemu jest wygodny do przenoszenia i używania do lokalizowania metalu.

Urządzenie ma cztery niezależne cewki wyszukiwania i kolorowe wskaźniki LED, co ułatwia szybkie pokrycie większego obszaru wyszukiwania, jednocześnie umożliwiając dokładne zidentyfikowanie celu.

To zgrabne małe urządzenie jest samokalibrujące się za pomocą jednego przycisku, ładowane przez port USB i wykorzystuje kolorowe diody LED, dźwięk i wibracje, aby wskazać siłę celu.

W instrukcji znajdują się wszystkie projekty, testy, kod i pliki 3D wymagane do samodzielnego budowania. Mam nadzieję, że spodoba ci się budowanie i używanie tego tak bardzo, jak ja!

Krok 1: Lista materiałów i sposób jej działania

1. Jak to działa?

Pocket Metal Locator wykorzystuje cztery niezależne cewki wyszukiwania indukcyjnego impulsowego zasilane przez Arduino Pro Mini. Każda cewka wyszukiwania składa się z oddzielnej cewki TX i RX, w której impuls jest indukowany w cewce TX, która wytwarza pole elektromagnetyczne wokół cewki RX. Zmieniające się pole indukuje napięcie w cewce RX, które jest wykrywane i wzmacniane przed odczytaniem szerokości impulsu sygnału przez Arduino.

Algorytm wygładzania w kodzie Arduino służy do usuwania szumu z prawidłowych impulsów, dzięki czemu jest bardzo stabilny.

Algorytm kalibracji w kodzie pobiera średnią odczytów z krótkiego okresu uruchamiania i ustawia szereg progów do porównania sygnału.

Kiedy metalowy obiekt znajdzie się w zasięgu pola elektromagnetycznego, pole zostaje zakłócone, a część energii jest kierowana z cewki RX do „prądów wirowych”, które tworzą się w obiekcie docelowym. Ten pasożytniczy efekt obiektu docelowego powoduje zmniejszenie szerokości impulsu wykrytego w cewce RX. Zasadniczo mierzymy utratę mocy w docelowym obiekcie.

Gdy szerokość impulsu wykrytego w cewce RX spadnie poniżej wartości progowej, zapalą się diody LED, włączy się brzęczyk i uruchomi się silnik Haptic Feedback – w zależności od wcześniej określonego rozmiaru sygnału docelowego.

Obwód do tego ewoluował w ciągu ostatniego roku w bardzo stabilny i niezawodny detektor. Konfiguracja i orientacja cewki zostały celowo zaprojektowane, aby zmaksymalizować stabilność i wykrywanie głębokości.

2. Lista materiałów

1. Rozmiar baterii LiPo 3.7v 350mAh: 38mm x 20mm x 7.5mm
2. Ładowarka USB LiPo TP4056Karta katalogowa
3. Rezystor 4,7K ograniczający prąd ładowania akumulatora LiPo poniżej 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. Moduł FTDI USB na szeregowy do programowania Mini Pro
6. LM339 Poczwórny układ scalony komparatora różnicowego
7. Vero Board - 2 kawałki wycięte na otwory 20x9 i 34x9 (patrz zdjęcie dla prawidłowej orientacji)
8. Tranzystor BC548 NPN x 4
9. Przełącznik MOSFET 2N7000 x 5
10. Brzęczyk piezoelektryczny
11. Silnik wibracyjny monety do dotykowego sprzężenia zwrotnego
12. Moduł LED RGB WS2812 x 4
13. Rezystor 1k x 4
14. Rezystor 10k x 4
15. Rezystor 47 Ohm x 4
16. Rezystor 2.2K x 4
17. Kondensator ceramiczny 150pf x 8
18. Kondensator poliestrowy 0,18 uF x 4
19. Rolka drutu miedzianego emaliowanego 0,3 mm (zwykle w rolkach o wadze około 25 g)
20. Przełącznik przyciskowy montowany na płytce drukowanej
21. Pistolet na gorący klej
22. Wiertło 10mm
23. Wiertarka ręczna
24. Pistolet do etykiet lub taśma klejąca odpowiednia do etykietowania 16 oddzielnych przewodów Przewód przyłączeniowy
25. Dostęp do drukarki 3D

3. Działanie komparatora

Miałem wiele pytań dotyczących działania LM339, więc pomyślałem, że podam jaśniejsze wyjaśnienie.

LM339 działa wyłącznie jako komparator napięcia, porównując napięcie różnicowe między pinami dodatnimi i ujemnymi i wyprowadzając niską lub wysoką impedancję logiczną (logiczna wysoka z podciąganiem) w oparciu o polaryzację różnicową wejścia.

W tym obwodzie dodatnie wejście komparatora jest podłączone do linii Vcc, a rezystor podciągający do Vcc jest przykładany do wyjścia komparatora. W tej konfiguracji w praktyce napięcie wyjściowe komparatora pozostaje wysokie, dopóki napięcie wejściowe na wejściu ujemnym nie przekroczy 3,5V

Działanie można wyjaśnić na podstawie karty danych LM339, która określa „zakres napięcia wejściowego” od 0 V do Vsup-1,5 V

Gdy zarówno IN–, jak i IN+ znajdują się w zakresie współbieżności, jeżeli IN– jest mniejsze niż IN+ i napięcie niezrównoważenia, wyjście ma wysoką impedancję, a tranzystor wyjściowy nie przewodzi

Gdy IN– jest wyższe niż w trybie wspólnym, a IN+ jest w trybie wspólnym, wyjście jest niskie, a tranzystor wyjściowy ma prąd opadający. Link do karty danych i wyjaśnienia poniżej

Krok 2: Wydrukuj obudowę

Sprawa wydrukowana w 3D została wykonana przy użyciu 5 oddzielnych wydruków. Wymiary i pliki 3D można znaleźć tutaj na Thingiverse. Projekt koncentrował się na tym, aby urządzenie było łatwe do trzymania przy jednoczesnym zapewnieniu, że cewki wyszukiwania znajdują się jak najbliżej przeszukiwanego obszaru.

Ostrożnie wydrukuj obudowę i usuń nadmiar plastiku. Ważne jest, aby wykonać ten krok teraz, aby elementy elektroniczne mogły zostać wyrównane w obudowie przed ostatecznym podłączeniem i testowaniem.

Dołączyłem zdjęcie wielu różnych projektów obudów, które przetestowałem, zanim zdecydowałem się na ostateczny projekt, który był bardziej kompaktowy i ergonomiczny.

Krok 3: Zbuduj i zamontuj cewki wyszukiwania

Weź wydrukowane kształtowniki cewek i nawiń na każdy z nich 25 zwojów drutu miedzianego. Upewnij się, że zostawiłeś dobre 20 cm dodatkowego drutu miedzianego do podłączenia do jednostki głównej.

Użyj otworów wydrukowanych na wzornikach, aby umożliwić równomierne nawijanie i orientację zwojów dla każdego wzornika. Gdy to zrobisz, odwróć poprzednią część do góry nogami i stopniowo przyklej ją do jednostki podstawowej.

Postępuj zgodnie z dostarczonym zespołem fotograficznym, w wyniku czego w zespole cewki zamontowano 8 cewek ze wszystkimi przewodami ułożonymi konsekwentnie i wystarczająco długimi, aby połączyć się z płytą główną w górnej obudowie.

Użyj dwóch bloków prowadzących drut, które mają otwory dla każdej cewki w wydrukowanej podstawie, aby śledzić każdą konkretną cewkę.

Przewody do cewek wewnętrznych umieściłem na górze, a cewki zewnętrzne na dole bloku drutu, aby móc śledzić każdą konkretną cewkę, co ułatwia podłączenie do płyty głównej.

Krok 4: Zbuduj obwód

Urządzenie posiada cztery kluczowe obwody do samodzielnej budowy - płytkę sterowniczą, płytkę główną, zespół diod LED oraz zasilacz ładowalny. W tym kroku zbudujemy tablicę sterowników i tablicę główną.

1. Tablica kierowcy

Użyj noża rzemieślniczego, aby wyciąć kawałek płyty Vero wzdłuż otworów 22x11, wynikiem czego będzie kawałek płyty Vero z otworami 20x9 zorientowanymi zgodnie z załączonym zdjęciem. Najlepiej kilkakrotnie naciąć otwory po obu stronach deski, a następnie delikatnie oderwać nadmiar deski. Sprawdź, czy płyta znajduje się w podstawie obudowy z wystarczającym odstępem po obu stronach.

Używając zdjęć i wiertła 10 mm ręcznie, ostrożnie złam pinezki pokazane na spodzie deski Vero. Postępuj zgodnie ze schematem obwodów i układem zdjęć komponentów, aby zmontować płytkę drukowaną, uważając, aby nie było zwartych ścieżek.

Odłóż tę płytkę na bok do późniejszego testowania.

2. Zarząd Główny

Użyj noża rzemieślniczego, aby wyciąć kawałek płyty Vero wzdłuż otworów 36x11, wynikiem czego będzie kawałek płyty Vero z otworami 34x9 zorientowanymi zgodnie z załączonym zdjęciem. Najlepiej kilkakrotnie naciąć otwory po obu stronach deski, a następnie delikatnie oderwać nadmiar deski. Sprawdź, czy płyta znajduje się w podstawie obudowy z wystarczającym odstępem po obu stronach.

Używając zdjęć i wiertła 10 mm ręcznie, ostrożnie złam pinezki pokazane na spodzie deski Vero.

Postępuj zgodnie ze schematem obwodu i układem zdjęć Arduino i LM339 IC oraz innych komponentów, aby zmontować płytkę drukowaną, uważając, aby nie było zwartych ścieżek.

Odłóż tę płytkę na bok do późniejszego testowania.

Krok 5: Dodaj wskaźniki LED

Użyłem diod LED WS2182, które mają wbudowany układ scalony, który umożliwia ich adresowanie przez Arduino za pomocą trzech oddzielnych przewodów, jednak można uzyskać szeroką gamę kolorów i jasności kolorów, wysyłając polecenie do diody LED. Odbywa się to za pomocą specjalnej biblioteki załadowanej do Arduino IDE opisanej w sekcji testowej.

1. Montaż diod LED w pokrywie obudowy cewki

Ostrożnie ustaw cztery diody LED tak, aby były odpowiednio zorientowane, aby połączenia VCC i GND były wyrównane i znajdowały się na środku otworów.

Użyj gorącego kleju, aby przymocować diody LED na swoim miejscu.

2. Okablowanie diod LED

Ostrożnie zdejmij i umieść trzy odcinki 25 cm jednożyłowego przewodu łączącego w poprzek styków diod LED.

Przylutuj je na miejscu i upewnij się, że centralny przewód danych jest połączony ze stykami IN i OUT, jak na zdjęciu.

3. Sprawdzenie wyrównania koperty

Sprawdź, czy pokrywa obudowy będzie przylegać do obudowy cewki, a następnie użyj gorącego kleju, aby przytrzymać przewody na miejscu na końcu pokrywy.

Odłóż to na bok do testowania później.

Krok 6: Montaż i testowanie urządzenia

1. Przygotowanie do montażu

Przed montażem będziemy stopniowo testować każdą płytę, aby ułatwić rozwiązywanie problemów.

Arduino Pro Mini wymaga karty szeregowej USB do zaprogramowania przez komputer. Dzięki temu płyta może być mniejsza, ponieważ nie ma na niej interfejsu szeregowego. Aby zaprogramować te tablice, będziesz musiał zainwestować w uzyskanie jednego, jak przedstawiono na liście części.

Przed załadowaniem kodu Arduino należy dodać bibliotekę „FastLED.h” jako bibliotekę do obsługi diod LED WS2182. Dostarczono serię śladów oscyloskopowych do rozwiązywania problemów, jeśli wystąpią problemy.

Dostępny jest również zrzut ekranu wyjścia danych szeregowych IDE przy użyciu funkcji wykresu wykresu, która pokazuje wyjście szerokości impulsu każdego z kanałów, a także wartość progową. Jest to przydatne podczas testowania, ponieważ można sprawdzić, czy każdy kanał działa z podobnymi poziomami czułości.

Dołączyłem dwie kopie kodu. Jeden z nich testuje strumieniowe przesyłanie danych szeregowych w celu rozwiązywania problemów.

UWAGA: Nie podłączaj baterii LiPo do ostatniego kroku, ponieważ przypadkowe zwarcie podczas montażu może spowodować przegrzanie lub nawet zapalenie się jednostki.

2. Przetestuj płytę główną

Przed podłączeniem płyty głównej do czegokolwiek zaleca się podłączenie kabla szeregowego Arduino i sprawdzenie, czy kod się ładuje.

To po prostu sprawdzi, czy Arduino jest fizycznie prawidłowo podłączone i czy IDE i biblioteki są załadowane. Załaduj kod przez IDE, które powinno załadować się bez błędów i żaden dym nie powinien wydobywać się z żadnych komponentów!

3. Podłącz tablicę sterowniczą

Postępuj zgodnie ze schematem obwodu, aby podłączyć płytę sterowniczą do płyty głównej i fizycznie umieścić urządzenie w obudowie, aby upewnić się, że elementy mieszczą się w obudowie. Jest to przypadek prób i błędów i wymaga wytrwałości.

Załaduj kod przez IDE, które powinno załadować się bez błędów i żaden dym nie powinien wydobywać się z żadnych komponentów!

4. Podłącz cewki Postępuj zgodnie ze schematem obwodu, aby podłączyć cewki do płyty głównej i fizycznie umieść urządzenie w obudowie, aby upewnić się, że elementy są odpowiednio dopasowane. Ostrożnie upewnij się, że cewki są wyrównane z wejściami płyty sterownika i płyty głównej zgodnie ze schematem obwodu.

Po załadowaniu kodu testowego port szeregowy wyświetli szerokość impulsu na cewce odbiorczej gdzieś pomiędzy 5000 - 7000uS. Można to również wyświetlić za pomocą plotera wykresów IDE.

Umożliwi to rozwiązywanie problemów z każdym z kanałów, a także obserwowanie efektu przesuwania monety w pobliżu cewki wyszukiwania, co powinno zmniejszać szerokość impulsu, gdy cel zbliża się do cewki wyszukiwania.

Jeśli masz oscyloskop, możesz również sprawdzić przebiegi na różnych etapach obwodu, aby zdiagnozować problemy.

Gdy wszystkie kanały działają zgodnie z oczekiwanym położeniem, przewody tak, aby obudowa obudowy została prawidłowo złożona i zamknięta.

5. Podłącz diody LED

Ostrożnie weź trzy przewody z diod LED obudowy cewki i podłącz je do płyty głównej. Załaduj kod i sprawdź, czy diody LED działają prawidłowo. Użyj kleju, aby zamocować pokrywę obudowy cewki na swoim miejscu.

Krok 7: Podłączanie akumulatora

NOTATKA:

1. Nie podłączaj baterii LiPo do ostatniego kroku, ponieważ przypadkowe zwarcie podczas montażu może spowodować przegrzanie lub nawet zapalenie się jednostki.

2. Podczas pracy z akumulatorem i ładowarką należy uważać, aby nie zwierać połączeń akumulatora.

3. Akumulatory LiPo różnią się od innych akumulatorów, a ładowanie nadprądowe może być niebezpieczne, więc upewnij się, że prawidłowo skonfigurowałeś obwód ładowania.

4. Nie podłączaj kabla szeregowego Arduino do urządzenia, gdy przycisk zasilania jest wciśnięty, w przeciwnym razie bateria może zostać uszkodzona.

1. Zmodyfikuj limit prądu ładowarki

Pocket Metal Locator wykorzystuje akumulator LiPo, który można ładować za pomocą ładowarki telefonicznej Micro USB. Płytka ładująca TP4056 USB LiPo Batt została najpierw zmodyfikowana za pomocą rezystora 4,7K, aby ograniczyć prąd ładowania do 300mA. Wskazówki, jak to zrobić, można znaleźć tutaj.

Wymaga to usunięcia istniejącego rezystora montowanego powierzchniowo i zastąpienia go rezystorem, jak pokazano na zdjęciu. Po zamontowaniu chroń wszelkie nieplanowane ruchy rezystora za pomocą pistoletu do klejenia na gorąco.

Przed podłączeniem do płyty głównej sprawdź poprawność działania ładowarki podłączając ładowarkę do telefonu komórkowego z portem Micro USB. Czerwona lampka ładowania powinna się zaświecić, gdy działa prawidłowo.

2. Zainstaluj przyciskowy wyłącznik zasilania

Upewnij się, że przycisk jest zamontowany we właściwej pozycji, tak aby wystawał przez środek pokrywy obudowy, a następnie przylutuj przycisk na miejscu. Zainstaluj przewody między przełącznikiem przyciskowym i wyjściem ładowarki a linią VCC na Arduino zgodnie ze schematem obwodu.

Po prawidłowym zainstalowaniu, naciśnięcie przełącznika aktywuje urządzenie.

Zamocuj baterię na miejscu za pomocą gorącego kleju i upewnij się, że gniazdo Micro USB jest wyrównane z otworem w pokrywie obudowy, aby można było ją naładować.

Krok 8: Końcowe testowanie i działanie

1. Montaż fizyczny

Ostatnim krokiem jest ostrożne przełożenie przewodów, aby obudowa zamknęła się prawidłowo. Użyj gorącego kleju, aby przymocować płytę główną do pokrywy, a następnie zamknij pokrywę na miejscu.

2. Obsługa urządzenia

Urządzenie działa poprzez kalibrację po naciśnięciu i przytrzymaniu przycisku zasilania. Wszystkie diody LED będą migać, gdy urządzenie będzie gotowe do użycia. Trzymaj wciśnięty przycisk podczas wyszukiwania. Diody LED zmieniają się z niebiesko-zielonego, czerwonego, fioletowego w zależności od siły obiektu docelowego. Dotykowe sprzężenie zwrotne występuje, gdy diody LED zmieniają kolor na fioletowy.

Nie jesteś gotowy do użycia w praktycznych zastosowaniach!!