Máy dò kim loại thân thiện với môi trường - Arduino: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Dò tìm kim loại rất thú vị. Một trong những thách thức là có thể thu hẹp vị trí chính xác để đào để giảm thiểu kích thước của cái hố bị bỏ lại.

Máy dò kim loại độc đáo này có bốn cuộn dây tìm kiếm, một màn hình cảm ứng màu để xác định và xác định chính xác vị trí tìm thấy của bạn.

Tích hợp hiệu chuẩn tự động, bộ nguồn sạc USB, với bốn chế độ màn hình khác nhau, điều chỉnh tần số và độ rộng xung cho phép bạn tùy chỉnh cách bạn tìm kiếm.

Khi bạn đã xác định chính xác kho báu, một lỗ duy nhất ở giữa mỗi cuộn dây cho phép bạn sử dụng một xiên gỗ để đẩy vào trái đất để bạn có thể bắt đầu đào một phích cắm nhỏ từ mặt đất để giảm thiệt hại cho môi trường.

Mỗi cuộn dây có thể xác định chính xác đồng xu và vòng ở độ sâu 7-10cm, vì vậy rất lý tưởng để tìm kiếm đồng xu và vòng bị thất lạc xung quanh công viên và bãi biển.

**********************************

A Big Thankyou - Nếu bạn nhấn nút bình chọn ở góc trên cùng bên phải cho cuộc thi "Thử thách phát minh" và "Khám phá khoa học" !!!

cảm ơn nhiều, TechKiwi

**********************************

Bước 1: Khoa học đằng sau việc phát hiện kim loại

Thiết kế phát hiện kim loại

Có nhiều biến thể của thiết kế Máy dò kim loại. Loại máy dò kim loại đặc biệt này là máy dò Cảm ứng xung sử dụng các cuộn dây truyền và nhận riêng biệt.

Arduino tạo ra một xung được áp dụng cho Cuộn dây truyền trong một khoảng thời gian rất ngắn (4uS) thông qua một bóng bán dẫn. Dòng điện từ xung này gây ra một từ trường đột ngột hình thành xung quanh cuộn dây, từ trường mở rộng và đóng lại tạo ra một điện áp vào cuộn dây nhận. Tín hiệu nhận được này được khuếch đại bởi bóng bán dẫn nhận và sau đó được biến thành xung kỹ thuật số sạch bởi Bộ so sánh điện áp và lần lượt được lấy mẫu bởi chân Đầu vào kỹ thuật số trên Arduino. Arduino được lập trình để đo độ rộng xung của xung nhận được.

Trong thiết kế này, độ rộng xung nhận được được xác định bởi độ tự cảm của cuộn dây nhận và một tụ điện. Không có đối tượng nào trong phạm vi, độ rộng xung cơ sở đo được khoảng 5000 uS. Khi các vật thể kim loại lạ nằm trong phạm vi của từ trường mở rộng và đóng lại, điều này gây ra một phần năng lượng được cảm ứng vào vật thể dưới dạng dòng điện xoáy. (Cảm ứng điện từ)

Kết quả thực là độ rộng xung nhận được giảm xuống, sự khác biệt về độ rộng xung này được Arduino đo và hiển thị trên màn hình TFT ở nhiều định dạng khác nhau.

Tùy chọn hiển thị 1: Vị trí của mục tiêu trong đầu dò

Ý định của tôi là sử dụng 4 cuộn dây để xác định vị trí của mục tiêu dưới đầu dò. Bản chất phi tuyến tính của các cuộn dây tìm kiếm khiến điều này trở nên khó khăn, tuy nhiên,-g.webp

Tùy chọn hiển thị 2: Hiển thị dấu vết tín hiệu cho mỗi cuộn dây tìm kiếm

Điều này cho phép bạn theo dõi vị trí của đối tượng mục tiêu bằng cách vẽ một dấu vết cường độ tín hiệu độc lập trên màn hình cho mỗi cuộn dây tìm kiếm. Điều này rất hữu ích để xác định xem bạn có hai mục tiêu gần nhau dưới đầu dò hay không và cường độ tương đối.

Sử dụng thực tế

Cách tiếp cận này cho phép bạn sử dụng chế độ xem thứ nhất để xác định mục tiêu và chế độ xem thứ hai để hướng mục tiêu vào một vài milimet như trong video clip.

Bước 2: Thu thập vật liệu

Hóa đơn nguyên vật liệu

1. Arduino Mega 2560 (Có thể mua các mặt hàng 1, 2 và 3 dưới dạng một đơn hàng đi kèm)
2. Màn hình cảm ứng LCD 3.2 "TFT (Đã bao gồm mã cho 3 biến thể được hỗ trợ)
3. TFT 3.2 inch Mega Shield
4. Bóng bán dẫn BC548 x 8
5. Tụ điện Greencap 0,047uf x 4 (50v)
6. Tụ điện Greencap 0,1uf x 1 (50v)
7. Điện trở 1k x 4
8. 47 Điện trở x 4
9. Điện trở 10k x 4
10. Điện trở 1M x 4
11. Điện trở 2,2k x 4
12. SPST Mini Rocker Switch
13. Bộ vi mạch tích hợp LM339 Quad Differential so sánh
14. Điốt tín hiệu IN4148 x 4
15. Dây đồng Đường kính 0.3mm x 2
16. Cáp sàng lọc hai lõi - Đường kính 4.0mm - Chiều dài 5M
17. Ngân hàng điện có thể sạc lại USB 4400mHa
18. Piezo Buzzer
19. Bảng Vero 80x100mm
20. Vỏ nhựa Chiều cao tối thiểu 100mm, Chiều sâu 55mm, Chiều rộng 160mm
21. Ties cáp
22. Gỗ MDF Độ dày 6-8mm - miếng vuông 23cm x 23cm x 2
23. Cáp mở rộng Micro USB 10cm
24. Cáp cắm USB-A thích hợp để cắt xuống chiều dài 10cm
25. Điểm giắc cắm âm thanh tai nghe - Âm thanh nổi
26. Đầu dò miếng đệm bằng gỗ và nhựa khác nhau
27. Cán chổi Speed Lau có khớp điều chỉnh (chỉ chuyển động một trục - xem ảnh)
28. Một mảnh giấy A3
29. Keo dán
30. Máy cắt Electic Jig Saw
31. Giấy bìa cứng A4 độ dày 3mm để tạo cuộn dây trước đây cho cuộn dây TX và Rx
32. Duct Tape
33. Súng bắn keo nóng
34. Keo điện
35. 10 Ghim tiêu đề Arduino bổ sung
36. Chân thiết bị đầu cuối PCB x 20
37. Keo Epoxy TwoPart - Thời gian khô 5 phút
38. Con dao thủ công
39. Chiều dài ống nhựa 5mm 30mm x 4 (Tôi đã sử dụng ống hệ thống tưới vườn từ cửa hàng đồ kim khí)
40. Chất bịt kín chống thấm MDF (Đảm bảo không chứa kim loại)
41. Ống dẫn điện linh hoạt 60cm - Xám - Đường kính 25mm

Bước 3: Xây dựng đầu dò

1. Xây dựng Head Assembly

Lưu ý: Tôi đã chọn cách bố trí lắp đặt khá phức tạp cho 8 cuộn dây đồng được sử dụng trong đầu dò. Điều này liên quan đến việc cắt một loạt các lỗ từ hai lớp MDF như có thể thấy trong các bức ảnh ở trên. Bây giờ tôi đã hoàn thành đơn vị mà tôi khuyên bạn nên sử dụng chỉ một hình tròn được cắt ra có đường kính 23 cm và gắn các cuộn dây vào một lớp MDF này bằng keo nóng. Điều này làm giảm thời gian xây dựng và cũng có nghĩa là đầu nhẹ hơn.

Bắt đầu bằng cách in ra giấy nến được cung cấp trên một mảnh giấy A3 và sau đó dán giấy này lên bảng MDF để cung cấp cho bạn hướng dẫn định vị các cuộn dây.

Sử dụng Lưỡi cưa điện cẩn thận cắt một hình tròn có đường kính 23cm từ tấm MDF.

2. Quấn cuộn dây

Sử dụng bìa cứng để tạo hai hình trụ dài 10cm được giữ với nhau bằng Duct Tape. Đường kính của cuộn dây truyền cần phải là 7cm và cuộn dây nhận là 4cm.

Đặt suốt chỉ dây đồng trên một mũi nhọn để nó có thể quay tự do. Dùng băng keo dán phần đầu của dây đồng lên hình trụ bằng bìa cứng. Wind 40 quay chặt vào hình trụ rồi dùng Duct tape để buộc phần cuối.

Sử dụng Keo nóng để gắn chặt các cuộn dây lại với nhau trên ít nhất 8 điểm xung quanh chu vi của các cuộn dây. Khi đã nguội, hãy dùng ngón tay của bạn để dễ dàng tháo cuộn dây ra và sau đó gắn chặt nó vào mẫu đầu Máy dò kim loại bằng cách sử dụng Keo nóng. Khoan hai lỗ qua tấm MDF bên cạnh cuộn dây và luồn các đầu của cuộn dây tới mặt trên của Đầu dò kim loại.

Lặp lại bài tập này để xây dựng và gắn 4 cuộn dây Nhận và 4 cuộn dây Truyền. Khi hoàn thành cần có 8 cặp dây nhô ra qua đỉnh của đầu dò kim loại.

3. Gắn các dây cáp được bảo vệ

Cắt chiều dài 5M của cáp lõi đôi được bảo vệ thành 8 chiều dài. Tách và hàn lõi đôi vào mỗi cuộn dây truyền và nhận, để lại lá chắn bị ngắt kết nối ở đầu Đầu dò của cáp.

Kiểm tra các cuộn dây và kết nối cáp ở đầu kia của mỗi cáp bằng Ohm Meter. Mỗi cuộn dây sẽ đăng ký một vài Ohms và phải nhất quán cho tất cả các cuộn dây Nhận và Phát tương ứng.

Sau khi kiểm tra, sử dụng súng bắn keo nóng để gắn chặt 8 sợi cáp vào tâm của Đầu dò sẵn sàng để gắn tay cầm và hoàn thiện đầu.

Lời khuyên của tôi là hãy tách và thiếc từng lõi cáp được che chắn ở đầu kia để chuẩn bị cho thử nghiệm trong tương lai. Gắn dây nối đất vào mỗi tấm chắn cáp vì dây này sẽ được kết nối với đất trong thiết bị chính. Điều này ngăn chặn sự can thiệp giữa mỗi cáp.

Sử dụng Đồng hồ vạn năng để xác định cuộn dây nào và gắn nhãn dính để có thể dễ dàng xác định chúng để lắp ráp trong tương lai.

Bước 4: Lắp ráp mạch để kiểm tra

1. Lắp ráp bảng mạch

Khuyến nghị của tôi là sử dụng một breadboard để thiết lập và kiểm tra mạch trước tiên trước khi cam kết với Vero Board và một vỏ bọc. Điều này mang lại cho bạn cơ hội để điều chỉnh các giá trị thành phần hoặc sửa đổi mã nếu được yêu cầu về độ nhạy và độ ổn định. Các cuộn dây truyền và nhận cần được kết nối để chúng được quấn theo cùng một hướng và điều này dễ dàng hơn để kiểm tra trên breadboard trước khi dán nhãn cho các dây để kết nối trong tương lai với Vero Board.

Lắp ráp các thành phần theo sơ đồ mạch và gắn các cuộn dây của đầu dò bằng dây móc.

Các kết nối với Arduino được thực hiện tốt nhất bằng cách sử dụng dây nối bảng mạch bánh mì được hàn vào lá chắn TFT. Đối với các kết nối chân Digital và Analogue, tôi đã thêm một Header Pin cho phép tôi tránh hàn trực tiếp vào Bo mạch Arduino. (Xem hình)

2. Thư viện IDE

Chúng cần được tải xuống và thêm vào IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chạy trên máy tính của bạn, được sử dụng để viết và tải mã máy tính lên bo mạch vật lý. UTFT.h và URtouch.h nằm trong tệp zip bên dưới

Tín dụng cho UTFT.h và URtouch.h được chuyển đến Rinky-Dink Electronics Tôi đã bao gồm các tệp zip này khi có vẻ như trang web nguồn bị lỗi.

3. Thử nghiệm

Tôi đã bao gồm một chương trình thử nghiệm để xử lý thiết lập ban đầu để bạn có thể giải quyết các vấn đề về hướng cuộn dây. Tải mã kiểm tra vào Arduino IDE và tải lên Mega. Nếu mọi thứ đều hoạt động, bạn sẽ thấy màn hình kiểm tra như trên. Mỗi cuộn dây phải tạo ra giá trị trạng thái ổn định khoảng 4600uS trong mỗi góc phần tư. Nếu không đúng như vậy, hãy đảo ngược cực tính của các cuộn dây trên cuộn TX hoặc RX và thử nghiệm lại. Nếu điều này không hiệu quả thì tôi khuyên bạn nên kiểm tra từng cuộn dây riêng lẻ và làm việc trở lại thông qua mạch để khắc phục sự cố. Nếu bạn đã có 2 hoặc 3 hoạt động, hãy so sánh chúng với các cuộn dây / mạch không hoạt động.

Lưu ý: Thử nghiệm thêm đã cho thấy rằng các tụ điện 0,047uf trên mạch RX ảnh hưởng đến tất cả độ nhạy. Lời khuyên của tôi là khi bạn có mạch hoạt động trên breadboard, hãy thử tăng giá trị này và thử nghiệm với một đồng xu vì tôi thấy rằng điều này có thể cải thiện độ nhạy.

Tuy nhiên, không bắt buộc nếu bạn có máy hiện sóng, bạn cũng có thể quan sát Xung TX và Xung RX để đảm bảo các cuộn dây được kết nối chính xác. Xem các bình luận trong hình ảnh để xác nhận điều này.

LƯU Ý: Tôi đã bao gồm một tài liệu PDF trong phần này với các dấu vết của máy hiện sóng cho từng giai đoạn của mạch để giúp khắc phục mọi sự cố

Bước 5: Xây dựng mạch và vỏ

Khi thiết bị đã được kiểm tra sự hài lòng của bạn, bạn có thể thực hiện bước tiếp theo và xây dựng bảng mạch và vỏ bọc.

1. Chuẩn bị Bao vây

Bố trí các thành phần chính và định vị chúng trong trường hợp của bạn để xác định mọi thứ sẽ phù hợp như thế nào. Tuy nhiên, hãy cắt Bảng mạch Vero để chứa các thành phần, đảm bảo bạn có thể vừa với phần dưới cùng của vỏ máy. Hãy cẩn thận với Bộ nguồn có thể sạc lại vì chúng có thể khá cồng kềnh.

Khoan lỗ để chứa đầu vào phía sau của cáp đầu, công tắc nguồn, cổng USB ngoài, Cổng lập trình Arduino và giắc cắm âm thanh tai nghe stereo.

Ngoài việc khoan 4 lỗ lắp ở trung tâm mặt trước của hộp, nơi có tay cầm, Các lỗ này cần có thể luồn dây buộc cáp qua chúng trong các bước sau này.

2. Lắp ráp bảng Vero

Làm theo Sơ đồ mạch và hình trên để định vị các thành phần trên Bảng mạch Vero.

Tôi đã sử dụng các Chân đầu cuối PCB để cho phép kết nối dễ dàng các cáp cuộn đầu với PCB. Gắn Piezo Buzzer trên PCB cùng với IC và bóng bán dẫn. Tôi đã cố gắng giữ cho các thành phần TX, RX được căn chỉnh từ trái sang phải và đảm bảo rằng tất cả các kết nối với cuộn dây bên ngoài đều ở một đầu của Vero Boar. (xem bố cục trong ảnh)

3. Gắn cáp cuộn dây

Xây dựng một giá đỡ cáp cho các cáp đi vào được bảo vệ bằng MDF như trong hình. Điều này bao gồm 8 lỗ được khoan vào MDF để cho phép các dây cáp nằm thẳng hàng với các Chân đầu cuối PCB. Khi bạn gắn mỗi cuộn dây, nó sẽ trả tiền để kiểm tra mạch dần dần để đảm bảo hướng cuộn dây chính xác.

4. Kiểm tra Đơn vị

Kết nối Bộ nguồn USB, Công tắc nguồn, Giắc cắm điện thoại âm thanh và định vị tất cả các dây và cáp để đảm bảo vừa khít với vỏ máy. Sử dụng Keo nóng để giữ các vật dụng tại chỗ để đảm bảo không có vật gì có thể làm lung lay xung quanh. Theo bước trước, hãy tải mã kiểm tra và đảm bảo tất cả các cuộn dây đang hoạt động như mong đợi.

Kiểm tra xem Bộ nguồn USB có Sạc đúng cách không khi được kết nối bên ngoài. Đảm bảo có đủ khe hở để gắn cáp Arduino IDE.

5. Cắt bỏ hình dạng màn hình

Định vị màn hình ở giữa hộp và đánh dấu các cạnh của màn hình LCD trên bảng điều khiển phía trước để sẵn sàng cắt khẩu độ. Sử dụng một con dao thủ công và một thước kim loại cẩn thận điểm nắp hộp và cắt khẩu.

Sau khi đã được chà nhám và mài nhẵn để định hình vị trí nắp cẩn thận trong khi đảm bảo tất cả các thành phần, bo mạch, hệ thống dây điện và màn hình được giữ cố định bằng miếng đệm và keo nóng.

7. Xây dựng tấm che nắng

Tôi tìm thấy một vỏ bọc cũ màu đen mà tôi có thể cắt thành hình dạng và sử dụng làm tấm che nắng như trong các bức ảnh ở trên. Dán keo này lên mặt trước bằng epoxy hai phần trong 5 phút.

Bước 6: Gắn Tay cầm và Vỏ vào Đầu dò

Bây giờ Máy dò Điện tử và Đầu đã được chế tạo, tất cả những gì còn lại là hoàn thành việc lắp đặt thiết bị một cách an toàn.

1. Gắn đầu vào tay cầm

Sửa đổi khớp tay cầm để cho phép bạn gắn nó vào đầu bằng hai vít. Tốt nhất, bạn muốn giảm thiểu lượng kim loại gần các cuộn dây nên sử dụng vít gỗ nhỏ và nhiều keo epoxy 5 phút 2 phần để gắn chặt vào đầu. Xem ảnh trên.

2. Ren Up Head dây

Sử dụng Dây buộc cáp cẩn thận ren lên hệ thống dây điện bằng cách thêm một dây buộc cáp sau mỗi 10 cm dọc theo hệ thống dây điện được che chắn. Hãy cẩn thận để đảm bảo bạn tìm ra vị trí tốt nhất cho vỏ máy để có thể dễ dàng nhìn thấy màn hình, với các nút điều khiển và gắn tai nghe / phích cắm.

3. Gắn thiết bị điện tử vào tay cầm

Xây dựng một Khối gắn 45 độ từ MDF để cho phép bạn gắn Vỏ theo một góc có nghĩa là khi bạn quét máy dò trên mặt đất, bạn có thể nhìn thấy màn hình TFT một cách dễ dàng. Xem hình trên.

Gắn Vỏ thiết bị điện tử vào tay cầm bằng Dây cáp chạy qua khối lắp và vào vỏ qua các lỗ lắp đã được khoan trước đó.

4. Kết thúc đầu dò

Các cuộn dây của Đầu dò cần được cố định mà không bị xê dịch trong hệ thống dây điện, vì vậy đây là thời điểm thích hợp để sử dụng Keo nóng để gắn chặt tất cả các cuộn dây vào vị trí một cách triệt để.

Đầu dò cũng cần phải chống thấm nước vì vậy điều quan trọng là phải phun MDF với chất bịt kín (đảm bảo chất bịt kín không chứa kim loại vì những lý do rõ ràng).

Khoan các lỗ 5mm ở trung tâm của mỗi cuộn dây và luồn ống nhựa 5mm x 30mm qua để cho phép bạn đẩy xiên gỗ vào đất bên dưới khi bạn đã ghim vào một mục tiêu. Dùng súng bắn keo nóng để khóa vào vị trí.

Sau đó, tôi che phần trên của đầu bằng một tấm nhựa và phần dưới bằng một bìa sách nhựa dày trong khi hoàn thiện các cạnh bằng cách cắt ống ống dẫn điện mềm dẻo và Dán keo nóng vào đúng vị trí.

Bước 7: Lắp ráp và kiểm tra lần cuối

1. Sạc

Đặt bộ sạc điện thoại di động tiêu chuẩn vào cổng Micro USB và đảm bảo thiết bị được sạc đầy đủ.

2. Tải lên mã

Sử dụng Arduino IDE để tải lên mã kèm theo.

3. Nút tắt tiếng

Thiết bị mặc định bị tắt tiếng khi bật nguồn. Điều này được biểu thị bằng Nút tắt tiếng màu đỏ ở LHS dưới cùng của màn hình. Để bật âm thanh, hãy nhấn nút này và nút này sẽ chuyển sang màu xanh lục biểu thị âm thanh đã được bật.

Khi bỏ tắt tiếng, bộ rung bên trong và giắc cắm âm thanh bên ngoài của điện thoại sẽ tạo ra âm thanh.

4. Hiệu chuẩn

Hiệu chuẩn trả lại dấu vết về cuối màn hình bên dưới các đường ngưỡng. Khi bật lần đầu, thiết bị sẽ tự động hiệu chỉnh. Thiết bị này ổn định đáng kể, tuy nhiên nếu cần hiệu chuẩn lại, bạn có thể thực hiện điều này bằng cách chạm vào nút hiệu chỉnh trên màn hình, nút này sẽ hiệu chỉnh lại trong vòng chưa đầy một giây.

5. ngưỡng

Nếu tín hiệu trên bất kỳ dấu vết nào vượt quá đường ngưỡng (đường chấm trên màn hình) và Nút tắt tiếng bị tắt thì tín hiệu âm thanh sẽ được tạo ra.

Các ngưỡng này có thể được điều chỉnh lên và xuống bằng cách chạm vào màn hình phía trên hoặc bên dưới mỗi đường theo dõi.

6. Điều chỉnh PW và DLY

Có thể điều chỉnh khoảng thời gian của Xung đến cuộn dây và độ trễ giữa các xung thông qua màn hình cảm ứng.

7. Các loại màn hình

Có 4 kiểu hiển thị khác nhau

Tùy chọn hiển thị 1: Vị trí của mục tiêu dưới đầu dò Ý định của tôi là sử dụng 4 cuộn dây để xác định vị trí của mục tiêu dưới đầu dò. Bản chất phi tuyến tính của các cuộn dây tìm kiếm khiến điều này trở nên khó khăn, tuy nhiên,-g.webp

Tùy chọn hiển thị 2: Hiển thị dấu vết tín hiệu cho mỗi cuộn dây tìm kiếm Điều này cho phép bạn theo dõi vị trí của đối tượng mục tiêu dưới đầu bằng cách vẽ một dấu vết cường độ tín hiệu độc lập trên màn hình cho mỗi cuộn dây tìm kiếm. Điều này rất hữu ích để xác định xem bạn có hai mục tiêu gần nhau dưới đầu dò hay không và cường độ tương đối.

Tùy chọn hiển thị 3: Tương tự như tùy chọn 2, tuy nhiên, với đường kẻ dày hơn giúp dễ nhìn hơn.

Tùy chọn hiển thị 4: Tương tự như tùy chọn 2, tuy nhiên, vẽ trên 5 màn hình trước khi xóa dấu vết. Tốt để bắt tín hiệu mờ.

Tôi đang kiểm tra thực địa trong vài tuần tới nên sẽ công bố bất kỳ phát hiện kho báu nào.

Bây giờ đi vui chơi và tìm một số kho báu !!

Bước 8: Phần kết: Các biến thể cuộn dây

Đã có rất nhiều câu hỏi hay, thú vị và gợi ý về cấu hình cuộn dây. Trong quá trình phát triển hướng dẫn này, đã có rất nhiều thí nghiệm với các cấu hình cuộn dây khác nhau đáng được đề cập.

Những hình ảnh trên cho thấy một số cuộn dây tôi đã thử trước khi giải quyết thiết kế hiện tại. Nếu bạn có thêm câu hỏi, hãy nhắn tin cho tôi.

Để bạn thử nghiệm thêm!

Giải nhất Cuộc thi Sáng chế 2017

Giải Nhất Cuộc thi Khám phá Khoa học 2017