Bộ định vị kim loại bỏ túi - Arduino: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Bởi TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets trên Instagram

Giới thiệu: Phát cuồng về công nghệ và những khả năng nó có thể mang lại. Tôi thích thử thách xây dựng những thứ độc đáo. Mục tiêu của tôi là làm cho công nghệ trở nên thú vị, phù hợp với cuộc sống hàng ngày và giúp mọi người thành công trong việc xây dựng những thứ thú vị… Thông tin thêm về TechKiwiGadgets »

Thiết bị định vị kim loại bỏ túi nhỏ xinh này đủ nhạy để xác định đinh và đinh nhỏ bằng gỗ và đủ nhỏ gọn để phù hợp với những không gian khó xử, giúp thuận tiện khi mang theo và sử dụng để định vị kim loại.

Thiết bị có bốn cuộn dây tìm kiếm độc lập và đèn chỉ báo LED màu giúp dễ dàng bao quát khu vực tìm kiếm lớn hơn một cách nhanh chóng đồng thời có thể xác định chính xác mục tiêu.

Thiết bị nhỏ gọn này có khả năng tự hiệu chỉnh bằng một thao tác nút, có thể sạc lại thông qua cổng USB và sử dụng đèn LED màu, âm thanh và độ rung để chỉ ra cường độ mục tiêu.

Bao gồm trong tài liệu hướng dẫn là tất cả các thiết kế, thử nghiệm, mã và tệp 3D cần thiết để bạn tự xây dựng. Tôi hy vọng bạn thích xây dựng và sử dụng nó nhiều như tôi có !!

Bước 1: Danh sách vật liệu và cách thức hoạt động

1. Cách thức hoạt động

Bộ định vị kim loại bỏ túi sử dụng bốn cuộn dây tìm kiếm cảm ứng xung độc lập được cung cấp bởi Arduino Pro Mini. Mỗi cuộn dây Tìm kiếm được tạo thành từ một cuộn TX và RX riêng biệt, nơi một xung được cảm ứng vào cuộn TX, tạo ra một trường điện từ xung quanh cuộn RX. Trường thay đổi tạo ra một điện áp vào cuộn RX được phát hiện và khuếch đại trước khi độ rộng xung của tín hiệu được đọc bởi Arduino.

Một thuật toán làm mịn trong mã Arduino được sử dụng để loại bỏ nhiễu khỏi các xung hợp lệ, làm cho nó rất ổn định.

Thuật toán hiệu chuẩn trong mã lấy trung bình các số đọc trong một thời gian ngắn khởi động và đặt một loạt các ngưỡng để so sánh tín hiệu với.

Khi một vật thể kim loại nằm trong phạm vi của trường điện từ, trường bị gián đoạn và một phần năng lượng được chuyển hướng từ cuộn dây RX thành "dòng điện Eddie" hình thành trong vật thể mục tiêu. Hiệu ứng ký sinh này của đối tượng mục tiêu dẫn đến độ rộng xung được phát hiện trong cuộn dây RX giảm xuống. Về cơ bản, chúng tôi đang đo mức độ mất điện vào đối tượng mục tiêu.

Khi độ rộng xung được phát hiện trong cuộn RX giảm xuống dưới ngưỡng thì đèn LED sáng, còi sẽ phát ra và kích hoạt động cơ Haptic Feedback - phụ thuộc vào kích thước được xác định trước của tín hiệu mục tiêu.

Mạch cho điều này đã phát triển trong năm qua thành một máy dò hoạt động rất ổn định và đáng tin cậy. Cấu hình và định hướng cuộn dây đã được thiết kế có chủ ý để tối đa hóa độ ổn định và khả năng phát hiện độ sâu.

2. Danh sách vật liệu

1. Kích thước pin LiPo 3.7v 350mAh: 38mm x 20mm x 7,5mm
2. TP4056 Bộ sạc pin LiPo USB
3. Điện trở 4,7K để giới hạn dòng sạc pin LiPo dưới 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB to Serial Module để lập trình Mini Pro
6. Mạch tích hợp bộ so sánh vi sai Quad LM339
7. Vero Board - 2 miếng được cắt theo lỗ 20x9 và 34x9 (xem ảnh để biết hướng chính xác)
8. Bóng bán dẫn NPN BC548 x 4
9. Công tắc MOSFET 2N7000 x 5
10. Piezo Buzzer
11. Động cơ rung đồng xu cho phản hồi xúc giác
12. Mô-đun LED RGB WS2812 x 4
13. Điện trở 1k x 4
14. Điện trở 10k x 4
15. Điện trở 47 Ohm x 4
16. Điện trở 2,2K x 4
17. Tụ gốm 150pf x 8
18. Tụ điện Polyester 0,18uF x 4
19. Cuộn dây đồng tráng men 0,3mm (thường có dạng cuộn Trọng lượng khoảng 25g)
20. Công tắc nút nhấn gắn trên PCB
21. Súng bắn keo nóng
22. Mũi khoan 10mm
23. Máy khoan cầm tay
24. Súng dán nhãn hoặc Băng dính thích hợp để dán nhãn 16 dây riêng biệt Dây móc
25. Truy cập vào Máy in 3D

3. Hoạt động so sánh

Tôi đã có một số câu hỏi về hoạt động của LM339 vì vậy tôi nghĩ rằng tôi sẽ giải thích rõ ràng hơn.

LM339 chỉ hoạt động như một bộ so sánh điện áp, so sánh điện áp chênh lệch giữa chân dương và chân âm và xuất ra trở kháng logic thấp hoặc cao (logic cao với pullup) dựa trên cực vi phân đầu vào.

Trong mạch này, đầu vào tích cực của bộ so sánh được kết nối với đường Vcc và một điện trở kéo lên Vcc được áp dụng cho đầu ra của bộ so sánh. Trong cấu hình này, trên thực tế, điện áp đầu ra của bộ so sánh vẫn ở mức cao, cho đến khi điện áp đầu vào trên đầu vào âm vượt quá 3,5v

Hoạt động có thể được giải thích từ Bảng dữ liệu LM339 trong đó phác thảo "dải điện áp đầu vào" nằm trong khoảng từ 0 V đến Vsup-1,5 V

Khi cả IN– và IN + đều nằm trong phạm vi chế độ chung, nếu IN– thấp hơn IN + và điện áp bù, đầu ra có trở kháng cao và bóng bán dẫn đầu ra không dẫn

Khi IN– cao hơn chế độ chung và IN + ở trong chế độ chung, đầu ra thấp và bóng bán dẫn đầu ra là dòng điện chìm. Liên kết đến Bảng dữ liệu và giải thích bên dưới

Bước 2: In vỏ máy

Vỏ máy in 3D được thực hiện bằng 5 bản in riêng biệt. Kích thước và tệp 3D có thể được tìm thấy tại đây trên Thingiverse. Thiết kế tập trung vào việc làm cho thiết bị dễ cầm trong khi đảm bảo các cuộn dây tìm kiếm ở gần khu vực được tìm kiếm.

Cẩn thận in vỏ hộp và loại bỏ nhựa thừa. Điều quan trọng là phải thực hiện bước này ngay bây giờ để các thành phần điện tử có thể được căn chỉnh trong trường hợp trước khi kết nối và kiểm tra lần cuối.

Tôi đã gửi kèm một bức ảnh về nhiều thiết kế vỏ máy khác nhau mà tôi đã thử nghiệm trước khi quyết định thiết kế cuối cùng nhỏ gọn hơn và dễ cầm hơn.

Bước 3: Xây dựng và gắn kết các cuộn dây tìm kiếm

Lấy cuộn dây đã in và quấn 25 vòng dây đồng vào mỗi chúng. Đảm bảo bạn để lại 20cm dây đồng phụ tốt để kết nối với thiết bị chính.

Sử dụng các lỗ được in trong các bộ rèn để tạo ra luồng gió và hướng nhất quán của các cuộn dây cho từng loại trước đây. Khi bạn làm điều này, hãy lật ngược thiết bị trước và dần dần dán thiết bị trước vào bộ phận cơ sở.

Thực hiện theo cụm ảnh như được cung cấp, kết quả là 8 cuộn dây được gắn trong cụm cuộn dây với tất cả các dây được định hướng nhất quán và đủ dài để kết nối với đơn vị bảng mạch chính trong vỏ máy phía trên.

Sử dụng hai khối dẫn hướng dây có lỗ cho mỗi cuộn dây, đế in để theo dõi từng cuộn dây cụ thể.

Tôi đã đặt dây cho các cuộn dây bên trong dọc theo phía trên và các cuộn dây bên ngoài dọc theo phần dưới cùng của khối dây để tôi có thể theo dõi từng cuộn dây cụ thể giúp kết nối với bảng mạch chính dễ dàng hơn.

Bước 4: Xây dựng mạch

Thiết bị có bốn mạch chính để xây dựng độc lập - Bảng điều khiển, Bảng mạch chính, cụm đèn LED và Nguồn điện có thể sạc lại. Trong bước này, chúng ta sẽ xây dựng Bảng điều khiển và Bảng chính.

1. Ban điều khiển

Sử dụng một con dao thủ công để cắt một miếng Bảng Vero dọc theo các lỗ 22x11, kết quả là một miếng Bảng Vero với các lỗ 20x9 được định hướng theo hình ảnh bao gồm. Tốt nhất bạn nên ghi bàn qua các lỗ trên cả hai mặt của bảng nhiều lần sau đó nhẹ nhàng gỡ tấm ván thừa ra. Kiểm tra để đảm bảo rằng bảng nằm trong đế của hộp có đủ khoảng trống ở hai bên.

Sử dụng các bức ảnh và Mũi khoan 10mm bằng tay cẩn thận bẻ các chốt hiển thị ở dưới cùng của Vero Board. Thực hiện theo sơ đồ mạch và bố trí hình ảnh của các thành phần để lắp ráp bảng mạch một cách cẩn thận để đảm bảo không bị chập mạch.

Đặt bảng này sang một bên để thử nghiệm sau.

2. Ban chính

Sử dụng một con dao thủ công để cắt một miếng Bảng Vero dọc theo các lỗ 36x11, kết quả là một miếng Bảng Vero với các lỗ 34x9 được định hướng như trong hình bao gồm. Tốt nhất bạn nên ghi bàn qua các lỗ trên cả hai mặt của bảng nhiều lần sau đó nhẹ nhàng gỡ tấm ván thừa ra. Kiểm tra để đảm bảo rằng bảng nằm trong đế của hộp có đủ khoảng trống ở hai bên.

Sử dụng các bức ảnh và Mũi khoan 10mm bằng tay cẩn thận bẻ các chốt hiển thị ở dưới cùng của Vero Board.

Thực hiện theo Sơ đồ mạch và bố cục hình ảnh của IC Arduino và LM339 và các thành phần khác để lắp ráp bảng mạch một cách cẩn thận để đảm bảo không bị chập mạch.

Đặt bảng này sang một bên để thử nghiệm sau.

Bước 5: Thêm chỉ báo LED

Tôi đã sử dụng đèn LED WS2182 có một vi mạch tích hợp cho phép Arduino định địa chỉ chúng bằng cách sử dụng ba dây riêng biệt, tuy nhiên có thể tạo ra một loạt các màu sắc và độ sáng màu bằng cách gửi lệnh đến đèn LED. Điều này được thực hiện thông qua một thư viện đặc biệt được tải vào Arduino IDE được đề cập trong phần thử nghiệm.

1. Gắn các đèn LED vào Nắp cuộn dây

Cẩn thận định vị bốn đèn LED để chúng được định hướng chính xác để các kết nối VCC và GND được căn chỉnh và chúng nằm ở trung tâm của các lỗ.

Sử dụng Keo nóng để gắn chặt các đèn LED vào vị trí.

2. Đấu dây cho đèn LED

Cẩn thận dải và định vị ba chiều dài 25cm của dây nối lõi đơn trên các điểm tiếp xúc của đèn LED.

Hàn những thứ này vào vị trí và đảm bảo dây dữ liệu trung tâm được kết nối với các tiếp điểm IN và OUT như trong ảnh.

3. Kiểm tra căn chỉnh trường hợp

Kiểm tra để chắc chắn rằng nắp của hộp sẽ nằm ngang bằng với Vỏ cuộn dây, sau đó sử dụng Keo nóng để giữ dây ở vị trí cuối cơ sở của nắp.

Đặt điều này sang một bên để thử nghiệm sau.

Bước 6: Lắp ráp và kiểm tra thiết bị

1. Chuẩn bị cho hội

Trước khi lắp ráp, chúng tôi sẽ kiểm tra dần dần từng bo mạch để giúp khắc phục sự cố dễ dàng hơn.

Arduino Pro Mini yêu cầu bảng nối tiếp USB để được PC của bạn lập trình. Điều này cho phép bo mạch có kích thước nhỏ hơn vì nó không có giao diện nối tiếp trên đó. Để lập trình các bảng này, bạn sẽ cần đầu tư vào việc mua một bảng như đã nêu trong danh sách bộ phận.

Trước khi tải mã Arduino, bạn sẽ cần thêm Thư viện "FastLED.h" làm thư viện để điều khiển đèn LED WS2182. Một loạt Dấu vết Oscilloscope đã được cung cấp để khắc phục sự cố nếu có vấn đề.

Ngoài ra còn có một ảnh chụp màn hình của đầu ra dữ liệu nối tiếp IDE bằng cách sử dụng chức năng Biểu đồ cho thấy đầu ra độ rộng xung của mỗi kênh cũng như giá trị ngưỡng. Điều này rất hữu ích trong quá trình thử nghiệm vì bạn có thể xem liệu mỗi kênh có hoạt động với các mức độ nhạy tương tự hay không.

Tôi đã bao gồm hai bản sao của mã. Một có kiểm tra luồng dữ liệu nối tiếp cho các mục đích khắc phục sự cố.

LƯU Ý: Không kết nối bộ phận Pin LiPo cho đến bước cuối cùng vì vô tình làm ngắn bộ phận này trong quá trình lắp ráp có thể khiến thiết bị quá nóng hoặc thậm chí bắt lửa.

2. Kiểm tra Bo mạch chính

Trước khi kết nối bo mạch chính với bất kỳ thứ gì, bạn nên gắn Cáp nối tiếp Arduino và xác minh rằng mã tải.

Điều này sẽ chỉ đơn giản là kiểm tra xem bạn có cắm Arduino về mặt vật lý một cách chính xác hay không và IDE và các thư viện đã được tải chưa. Tải mã thông qua IDE sẽ tải không có lỗi và không có khói bay ra từ bất kỳ thành phần nào !!

3. Kết nối Bảng điều khiển

Thực hiện theo sơ đồ mạch điện để kết nối Bảng mạch điều khiển với Bảng mạch chính và định vị vật lý của thiết bị trong hộp để đảm bảo các vật dụng vừa với vỏ máy. Đây là một trường hợp thử và sai và đòi hỏi sự kiên trì.

Tải mã thông qua IDE sẽ tải không có lỗi và không có khói bay ra từ bất kỳ thành phần nào !!

4. Kết nối các cuộn dây Thực hiện theo sơ đồ mạch điện để kết nối các cuộn dây với Bo mạch chính và định vị vật lý của thiết bị trong hộp để đảm bảo các vật dụng được lắp vừa vặn. Cẩn thận đảm bảo các cuộn dây được căn chỉnh với đầu vào của Bảng điều khiển và Bảng mạch chính theo sơ đồ mạch.

Với mã kiểm tra được nạp, cổng nối tiếp sẽ hiển thị độ rộng xung trên cuộn nhận ở đâu đó trong khoảng 5000 - 7000uS. Điều này cũng có thể được xem bằng cách sử dụng Máy vẽ đồ thị IDE.

Điều này sẽ cho phép bạn khắc phục sự cố từng kênh và cũng có thể thấy hiệu ứng của việc di chuyển một đồng xu gần cuộn tìm kiếm, điều này sẽ làm giảm độ rộng xung khi mục tiêu đến gần cuộn tìm kiếm hơn.

Nếu bạn có máy hiện sóng, bạn cũng có thể kiểm tra các dạng sóng ở các giai đoạn khác nhau của mạch để chẩn đoán sự cố.

Khi tất cả các kênh đang hoạt động theo đúng vị trí dự kiến, các dây để vỏ hộp sẽ lắp ráp và đóng lại chính xác.

5. Kết nối các đèn LED

Cẩn thận lấy ba dây từ các đèn LED Vỏ cuộn dây và kết nối chúng với bảng mạch chính. Tải mã và xác minh các đèn LED đang hoạt động chính xác. Dùng keo để gắn chặt nắp hộp cuộn vào đúng vị trí.

Bước 7: Kết nối pin sạc

GHI CHÚ:

1. Không kết nối bộ phận Pin LiPo cho đến bước cuối cùng vì vô tình làm ngắn bộ phận này trong quá trình lắp ráp có thể khiến bộ phận này quá nóng hoặc thậm chí bốc cháy.

2. Khi xử lý pin và bộ sạc, hãy đảm bảo rằng bạn cẩn thận không làm đứt các kết nối của pin.

3. Pin LiPo không giống như các loại pin sạc khác và sạc quá dòng có thể gây nguy hiểm, vì vậy hãy đảm bảo bạn định cấu hình mạch sạc một cách chính xác.

4. Không kết nối Cáp nối tiếp Arduino với thiết bị khi nút nguồn bị tụt xuống, nếu không pin có thể bị hỏng.

1. Sửa đổi giới hạn dòng điện của bộ sạc

Thiết bị định vị kim loại bỏ túi sử dụng Pin LiPo có thể được sạc bằng bộ sạc điện thoại Micro USB. Bảng mạch sạc TP4056 USB LiPo Batt lần đầu tiên được sửa đổi với điện trở 4,7K để giới hạn dòng sạc dưới 300mA. Bạn có thể tìm thấy hướng dẫn về cách thực hiện điều này tại đây.

Điều này yêu cầu bạn phải tháo điện trở gắn trên bề mặt hiện có và thay thế bằng một điện trở như trong ảnh. Khi đã vào vị trí, hãy bảo vệ mọi chuyển động không có kế hoạch của điện trở bằng một số súng bắn keo nóng.

Trước khi kết nối với bo mạch chính, hãy kiểm tra bộ sạc hoạt động bình thường bằng cách kết nối bộ sạc điện thoại di động với cổng Micro USB. Đèn sạc màu đỏ sẽ sáng khi hoạt động bình thường.

2. Cài đặt Công tắc nguồn Nút nhấn

Đảm bảo Nút nhấn được gắn vào đúng vị trí sao cho nó nhô ra qua tâm của nắp hộp, sau đó hàn Nút nhấn vào đúng vị trí. Cài đặt dây giữa công tắc Nút nhấn và Đầu ra bộ sạc và đường VCC trên Arduino theo sơ đồ mạch.

Khi được cài đặt đúng cách, nhấn công tắc sẽ kích hoạt thiết bị.

Cố định Pin vào vị trí bằng keo nóng và đảm bảo rằng ổ cắm Micro USB được căn chỉnh với lỗ trên nắp hộp để có thể sạc.

Bước 8: Kiểm tra và vận hành lần cuối

1. Hội vật lý

Bước cuối cùng là sắp xếp lại các dây cẩn thận để vỏ máy đóng lại chính xác. Dùng keo nóng để gắn chặt mainboard vào nắp rồi đóng nắp vào vị trí.

2. Vận hành thiết bị

Thiết bị hoạt động bằng cách hiệu chỉnh sau khi nhấn và giữ nút nguồn. Tất cả các đèn LED sẽ nhấp nháy khi thiết bị sẵn sàng được sử dụng. Giữ nút nhấn xuống trong khi tìm kiếm. Các đèn LED thay đổi từ Xanh lam-Xanh lục, Đỏ, Tím dựa trên sức mạnh của đối tượng mục tiêu. Phản hồi xúc giác xảy ra khi đèn LED chuyển sang màu tím.

Bạn chưa sẵn sàng sử dụng cho các ứng dụng thực tế !!