Энгийн Arduino металл илрүүлэгч: 8 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

*** Илүү энгийн шинэ хувилбарыг оруулсан болно: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Метал илрүүлэх нь таныг гадаа гаргаж, шинэ газруудыг нээж, сонирхолтой зүйлийг олж авах сайхан цаг юм. Ялангуяа аюултай объект, археологийн дурсгал, эдийн засгийн болон сэтгэл санааны үнэ цэнэтэй объект олдсон тохиолдолд хэрхэн яаж ажиллах талаар орон нутгийн дүрэм журмаа шалгаарай.

DIY металл илрүүлэгчдэд зориулсан заавар нь хангалттай боловч энэ жор нь тодорхой онцлог шинж чанартай бөгөөд энэ нь Arduino микроконтроллероос гадна маш цөөн тооны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг шаарддаг: нийтлэг конденсатор, резистор, диод нь цөмийг бүрдүүлдэг бөгөөд ойролцоогоор 20 -оос дээш хайлтын ороомогтой байдаг. цахилгаан дамжуулагч кабелийн ороомог. LED, чанга яригч ба/эсвэл чихэвчийг хайлтын ороомгийн ойролцоо металл байгаа эсэхийг дохио болгон нэмж өгдөг. Нэмэлт давуу тал нь бүгд 5В хүчээр ажилладаг бөгөөд нийт 2000 мАч хүчин чадалтай USB хүч хангалттай бөгөөд олон цаг үргэлжлэх болно.

Дохиоллыг тайлбарлах, детектор ямар материал, хэлбэрт мэдрэмтгий болохыг ойлгох нь физикийг ойлгоход үнэхээр тусалдаг. Дүрмээр бол детектор нь ороомгийн радиус хүртэлх зай эсвэл гүн дэх объектуудад мэдрэмтгий байдаг. Энэ нь ороомгийн хавтгайд гүйдэл гүйх боломжтой объектуудад хамгийн мэдрэмтгий байдаг бөгөөд хариу нь тухайн объект дахь одоогийн гогцооны талбайтай тохирч байх болно. Тиймээс ороомгийн хавтгайд байрладаг металл диск нь ороомогтой перпендикуляр ижил металл дискнээс хамаагүй хүчтэй хариу өгөх болно. Объектын жин тийм ч чухал биш юм. Ороомог хавтгайд чиглэсэн нимгэн хөнгөн цагаан тугалган цаас нь хүнд металл боолтоос хамаагүй хүчтэй хариу өгөх болно.

Алхам 1: Ажлын зарчим

Цахилгаан ороомогоор урсаж эхлэхэд соронзон орон бий болно. Фарадейгийн индукцийн хуулийн дагуу соронзон орон өөрчлөгдөхөд соронзон орны өөрчлөлтийг эсэргүүцэх цахилгаан орон бий болно. Тиймээс ороомог дээр гүйдлийн өсөлтийг эсэргүүцэх хүчдэл үүснэ. Энэ эффектийг өөрөө индукц гэж нэрлэдэг бөгөөд индуктив байдлын нэгж нь Генри бөгөөд 1 Генри ороомог нь гүйдэл нь секундэд 1 амперээр өөрчлөгдөхөд 1В-ийн потенциалын зөрүүг үүсгэдэг. N ороомог ба R радиустай ороомгийн индуктив чанар нь ойролцоогоор 5µH x N^2 x R, метрээр R байна.

Ороомогтой ойролцоо металл зүйл байгаа нь түүний индуктив чанарыг өөрчлөх болно. Металлын төрлөөс хамаарч индуктив чанарыг нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулах боломжтой. Ороомог орчмын зэс, хөнгөн цагаан гэх мэт соронзон бус металууд нь индукцийг бууруулдаг, учир нь соронзон орон өөрчлөгдөх нь орон нутгийн соронзон орны эрчмийг бууруулдаг объект дахь эргэлтийн гүйдлийг өдөөдөг. Ороомогтой ойролцоо төмөр гэх мэт ферромагнет материалууд нь индукцийн соронзон орон нь гадаад соронзон оронтой уялддаг тул индуктив чанарыг нэмэгдүүлдэг.

Ороомог ороомгийн индукцийг хэмжих нь ойролцоох металлыг илрүүлж чадна. Arduino, конденсатор, диод ба резистор ашиглан ороомгийн индуктив чанарыг хэмжих боломжтой: ороомогыг өндөр дамжуулах LR шүүлтүүрийн нэг хэсэг болгож, үүнийг блок долгионоор тэжээхэд богино долгион үүснэ. шилжилт. Эдгээр үсрэлтийн импульсийн урт нь ороомгийн индукцтэй пропорциональ байна. Үнэн хэрэгтээ LR шүүлтүүрийн онцлог шинж чанар нь tau = L/R юм. 20 ороомог, 10 см диаметртэй ороомгийн хувьд L ~ 5µH x 20^2 x 0.05 = 100µH. Arduino -ийг хэт гүйдлээс хамгаалахын тулд хамгийн бага эсэргүүцэл нь 200 Ом байна. Тиймээс бид ойролцоогоор 0.5 микросекундын урттай импульс хүлээж байна. Arduino -ийн цагийн давтамж нь 16 МГц тул тэдгээрийг өндөр нарийвчлалтайгаар хэмжихэд хэцүү байдаг.

Үүний оронд өсөн нэмэгдэж буй импульсийг конденсаторыг цэнэглэхэд ашиглаж болох бөгөөд үүнийг Arduino аналог ашиглан тоон хөрвүүлэлт (ADC) болгон уншиж болно. 25 мА -ийн 0.5 микрекундын импульсээс хүлээгдэж буй цэнэг нь 12.5nC бөгөөд энэ нь 10nF конденсатор дээр 1.25 В хүчдэл өгөх болно. Диод дээрх хүчдэлийн уналт нь үүнийг багасгах болно. Хэрэв импульс хэд хэдэн удаа давтагдвал конденсаторын цэнэг ~ 2В хүртэл нэмэгддэг. Үүнийг analogRead () ашиглан Arduino ADC ашиглан уншиж болно. Конденсаторыг унтрах зүүг гаралт болгож 0V болгож хэдэн микрекундээр хэмжихэд конденсаторыг хурдан цэнэглэх боломжтой бөгөөд бүх хэмжилт нь ойролцоогоор 200 микросекунд, 100 нь конденсаторыг цэнэглэх, дахин тохируулах, 100 нь ADC хувиргахад шаардагдана. Хэмжилтийг давтаж, үр дүнг дундажлах замаар нарийвчлалыг ихээхэн нэмэгдүүлэх боломжтой: 256 хэмжилтийг дунджаар хийхэд 50ms шаардагддаг бөгөөд нарийвчлалыг 16 дахин нэмэгдүүлдэг. 10 битийн ADC нь 14 битийн ADC-ийн нарийвчлалыг энэ аргаар олж авдаг.

Энэхүү хэмжилт нь ороомгийн индукцтэй маш шугаман бус бөгөөд индукцийн үнэмлэхүй утгыг хэмжихэд тохиромжгүй юм. Гэсэн хэдий ч метал илрүүлэхийн тулд бид ойролцоох метал байгаа тул ороомгийн индукцийн бага зэрэг харьцангуй өөрчлөлтийг сонирхож байгаа бөгөөд энэ арга нь маш тохиромжтой юм.

Хэмжлийн шалгалт тохируулгыг програм хангамж дээр автоматаар хийж болно. Хэрэв ихэнхдээ ороомгийн ойролцоо металл байдаггүй гэж таамаглаж болох юм бол дундажаас хазайх нь металл ороомог руу ойртсон гэсэн дохио юм. Янз бүрийн өнгө, өөр өөр аялгуу ашиглах нь индуктив байдлын огцом өсөлт эсвэл огцом бууралтыг ялгах боломжийг олгодог.

Алхам 2: Шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсгүүд

Цахим цөм:

Arduino UNO R3 + прототип бамбай эсвэл 5х7см хэмжээтэй прототип хавтантай Arduino Nano

10nF конденсатор

Жижиг дохионы диод, жишээ нь. 1N4148

220 Ом эсэргүүцэл

Эрчим хүчний хувьд:

USB кабель бүхий цахилгаан банк

Харааны гаралтын хувьд:

Өөр өөр өнгийн 2 LED, жишээ нь. хөх, ногоон

Гүйдлийг хязгаарлах 2 220 Ом эсэргүүцэл

Дууны гаралтын хувьд:

Идэвхгүй дуугаралт

Дууг идэвхгүй болгохын тулд микро шилжүүлэгч

Чихэвчний гаралтын хувьд:

Чихэвч холбогч

1 кОм эсэргүүцэл

Чихэвч

Хайлтын ороомог амархан холбох/салгахын тулд:

2 зүү шураг терминал

Хайлтын ороомгийн хувьд:

~ 5 метр нимгэн цахилгаан кабель

Ороомог барих бүтэц. Хатуу байх ёстой, гэхдээ дугуй хэлбэртэй байх шаардлагагүй.

Бүтцийн хувьд:

1 метр мод, жишээлбэл мод, хуванцар эсвэл селфи мод.

Алхам 3: Хайлтын ороомог

Хайлтын ороомгийн хувьд би 9см диаметртэй цаасан цилиндрийн эргэн тойронд ~ 4м утастай утас ороож, 18 орчим ороомог хийсэн. Кабелийн төрөл нь хамааралгүй, хэрэв ом эсэргүүцэл нь RL шүүлтүүр дэх R -ийн утгаас дор хаяж 10 дахин бага байвал 20 Ом -оос доош байх ёстой. Би 1 Ом хэмжсэн тул энэ нь аюулгүй юм. Зүгээр л хагас боловсруулсан 10м өнхрөх утсыг авах нь бас үр дүнтэй болно!

Алхам 4: Прототип хувилбар

Гадна талын цөөн тооны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харгалзан прототип бамбайны жижиг талхны самбар дээр хэлхээг байрлуулах нь төгс боломжтой юм. Гэсэн хэдий ч эцсийн үр дүн нь нэлээд том бөгөөд тийм ч бат бөх биш юм. Arduino нано ашиглаж, нэмэлт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг 5х7 см хэмжээтэй прототипийн самбар дээр гагнах нь дээр (дараагийн алхамыг үзнэ үү).

Металлын бодит илрүүлэлтэд зөвхөн 2 Arduino тээглүүр ашигладаг бөгөөд нэг нь LR шүүлтүүрт импульс өгөхөд, нөгөө нь конденсатор дээрх хүчдэлийг уншихад хэрэглэгддэг. Импульсийг ямар ч гаралтын зүүгээр хийх боломжтой боловч уншилтыг A0-A5 аналог тээглүүрийн аль нэгээр хийх ёстой. 2 LED болон дууны гаралтанд өөр 3 зүү ашигладаг.

Энд жор байна:

1. Талхны самбар дээр 220 Ом эсэргүүцэл, диод ба 10nF конденсаторыг цувралаар холбож диодын сөрөг терминалыг (хар шугам) конденсатор руу холбоно.
2. A0 -ийг резистортой холбоно уу (төгсгөл нь диодтой холбогдоогүй байна)
3. A1-ийг диод ба конденсаторын огтлолцсон цэг рүү холбоно уу
4. Конденсаторын холбоогүй терминалыг газардуул
5. Ороомогны нэг үзүүрийг резистор-диодын хөндлөн цэг рүү холбоно
6. Ороомогны нөгөө үзүүрийг газардуул
7. Нэг LED -ийг эерэг терминалтай нь D12 зүү ба сөрөг терминалыг 220 Ом эсэргүүцэлтэй холбож газардуул
8. Нөгөө LED -ийг эерэг терминалаар D11 зүү, сөрөг терминалыг 220 Ом эсэргүүцэлтэй холбож газардуул
9. Нэмэлт бол идэвхгүй дуугарах чихэвч эсвэл чанга яригчийг 10 -р зүү ба газрын хооронд холбоно уу. Эзлэхүүнийг багасгахын тулд конденсатор эсвэл резисторыг цувралаар нэмж болно

Тэгээд л болоо!

Алхам 5: Гагнасан хувилбар

Металл илрүүлэгчийг гадагш гаргахын тулд гагнах шаардлагатай болно. 7х5 см хэмжээтэй энгийн загварын самбар нь Arduino нано болон шаардлагатай бүх эд ангиудад тохиромжтой. Өмнөх алхамтай ижил схемийг ашиглана уу. Шаардлагагүй үед дууг унтраахын тулд дуугаруулагчтай цувралаар унтраалга нэмэх нь надад ашигтай санагдсан. Шураг терминал нь янз бүрийн ороомогыг гагнахгүйгээр туршиж үзэх боломжийг олгодог. Бүх зүйл Arduino Nano-ийн (мини эсвэл микро USB) портод нийлүүлсэн 5V-ээр тэжээгддэг.

Алхам 6: Програм хангамж

Энд ашигласан Arduino ноорогыг хавсаргав. Байршуулж, ажиллуулна уу. Би Arduino 1.6.12 IDE ашиглаж байсан. Хэмжилт тутамд импульсийн тоог тааруулахын тулд үүнийг debug = true ашиглан эхлүүлэхийг зөвлөж байна. ADC заалтыг 200-300 хооронд авах нь хамгийн сайн арга юм. Таны ороомог өөр өөр уншилт өгөх тохиолдолд импульсийн тоог нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулах.

Ноорог нь ямар нэгэн байдлаар өөрийгөө шалгалт тохируулга хийдэг. Ороомогийг чимээгүй болгохын тулд металлаас хол байлгах нь хангалттай юм. Индуктив байдалд аажмаар шилжих өөрчлөлтүүдийг дагаж мөрдөх боловч гэнэтийн томоохон өөрчлөлтүүд урт хугацааны дундаж түвшинд нөлөөлөхгүй.

Алхам 7: Үүнийг зөөгч дээр бэхлэх

Та эрдэнэсийн ан хийх ажлыг шалан дээр мөлхөхийг хүсэхгүй байгаа тул гурван самбар, ороомог, батерейг модны үзүүр дээр суурилуулсан байх ёстой. Хөнгөн, эвхэгддэг, тохируулагддаг тул селфи мод нь үүнийг хийхэд тохиромжтой. Миний 5000 мАч чадалтай цахилгаан банк селфи модонд таарсан. Дараа нь самбарыг кабелийн уяагаар эсвэл уян налархайгаар холбож болох бөгөөд ороомог нь батерей эсвэл зөөгчтэй адил байж болно.

Алхам 8: Үүнийг хэрхэн ашиглах талаар

Лавлагаа тогтоохын тулд ороомогыг металлаас ~ 5 секундын зайтай орхиход хангалттай. Дараа нь ороомог метал руу ойртоход ногоон эсвэл цэнхэр өнгийн LED гэрэл анивчиж, дуугаралт ба/эсвэл чихэвчэнд дуу гарах болно. Цэнхэр анивчсан, нам дуу чимээ нь ферромагнит бус метал байгааг илтгэнэ. Ногоон анивчсан байдал, өндөр дуут дохио нь ферромагнет метал байгааг илтгэнэ. Ороомог металлын дэргэд 5 секундээс илүү хугацаанд хадгалагдахад уг заалтыг лавлагаа болгон авч, детекторыг металаас салгахад дуугарч эхлэх болно гэдгийг анхаарна уу. Хэдэн секундын дараа агаарт дуугарсны дараа дахин чимээгүй болно. Гялалзах болон дуут дохионы давтамж нь дохионы хүчийг илтгэнэ. Аз жаргалтай ан!