Kigunduzi Rahisi cha Chuma cha Arduino: Hatua 8 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:48

*** Toleo jipya limechapishwa ambalo ni rahisi zaidi: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Kugundua chuma ni wakati mzuri wa zamani ambao unakufanya nje, gundua maeneo mapya na labda upate kitu cha kupendeza. Angalia kanuni zako za eneo lako juu ya jinsi ya kutenda ikiwa utapata utaftaji haswa, ikiwa kuna vitu vyenye hatari, mabaki ya akiolojia au vitu vyenye thamani kubwa ya kiuchumi au ya kihemko.

Maagizo ya vichunguzi vya chuma vya DIY ni mengi, lakini kichocheo hiki ni maalum kwa maana kwamba inahitaji vifaa vichache sana kwa kuongeza mdhibiti mdogo wa Arduino: capacitor ya kawaida, kontena na diode huunda msingi, pamoja na coil ya utaftaji ambayo ina circa 20 vilima vya kebo inayofanya umeme. LED's, spika na / au kichwa cha kichwa huongezwa kwa kuashiria uwepo wa chuma karibu na koili ya utaftaji. Faida ya ziada ni kwamba zote zinaweza kuwezeshwa kutoka kwa nguvu moja ya 5V, ambayo nguvu ya kawaida ya 2000mAh USB inatosha na itadumu masaa mengi.

Ili kutafsiri ishara na kuelewa ni vifaa gani na maumbo gani kipelelezi ni nyeti, inasaidia kuelewa fizikia. Kama sheria ya kidole gumba, kigunduzi ni nyeti kwa vitu kwa mbali au kina hadi kwenye radius ya coil. Ni nyeti zaidi kwa vitu ambavyo sasa inaweza kutiririka kwenye ndege ya coil, na majibu yatalingana na eneo la kitanzi cha sasa kwenye kitu hicho. Kwa hivyo diski ya chuma katika ndege ya coil itatoa majibu yenye nguvu zaidi kuliko diski ile ile ya chuma inayofanana kwa coil. Uzito wa kitu haijalishi sana. Kipande nyembamba cha karatasi ya alumini iliyoelekezwa kwenye ndege ya coil itatoa jibu kali zaidi kuliko bolt ya chuma nzito.

Hatua ya 1: Kanuni ya Kufanya kazi

Wakati umeme unapoanza kupita kupitia coil, huunda uwanja wa sumaku. Kulingana na sheria ya Faraday ya kuingiza, uwanja unaobadilika wa sumaku utasababisha uwanja wa umeme ambao unapinga mabadiliko ya uwanja wa sumaku. Kwa hivyo, voltage itaendeleza kwa coil ambayo inapinga kuongezeka kwa sasa. Athari hii inaitwa kujisimamisha mwenyewe, na kitengo cha inductance ni Henry, ambapo coil ya 1 Henry inakua tofauti inayowezekana ya 1V wakati mabadiliko ya sasa na 1 Ampere kwa sekunde. Uingizaji wa coil na N vilima na radius R ni takriban 5µH x N ^ 2 x R, na R kwa mita.

Uwepo wa kitu cha metali karibu na coil itabadilisha inductance yake. Kulingana na aina ya chuma, inductance inaweza kuongezeka au kupungua. Vyuma visivyo vya sumaku kama vile shaba na aluminium karibu na coil hupunguza inductance, kwa sababu uwanja unaobadilika wa sumaku utasababisha mikondo ya eddy kwenye kitu ambacho hupunguza nguvu ya uwanja wa sumaku. Vifaa vya ferromagnetic, kama vile chuma, karibu na coil huongeza upunguzaji wake kwa sababu sehemu za sumaku zinazosawazishwa zinalingana na uwanja wa sumaku wa nje.

Upimaji wa upunguzaji wa coil unaweza kufunua uwepo wa metali karibu. Na Arduino, capacitor, diode na kontena inawezekana kupima ushawishi wa coil: kutengeneza sehemu ya kichungi cha chujio cha juu cha LR na kulisha hii na wimbi-la kuzuia, spikes fupi zitaundwa kila wakati mpito. Urefu wa kunde wa spikes hizi ni sawa na induction ya coil. Kwa kweli, wakati wa kichungi cha LR ni tau = L / R. Kwa coil ya vilima 20 na kipenyo cha cm 10, L ~ 5µH x 20 ^ 2 x 0.05 = 100µH. Ili kulinda Arduino kutokana na kupita kiasi, upinzani mdogo ni 200Ohm. Kwa hivyo tunatarajia kunde zilizo na urefu wa karibu microsecond 0.5. Hizi ni ngumu kupima moja kwa moja na usahihi wa hali ya juu, ikizingatiwa kuwa masafa ya saa ya Arduino ni 16MHz.

Badala yake, pigo linaloinuka linaweza kutumiwa kuchaji capacitor, ambayo inaweza kusomwa nje na Analog ya Arduino kwenda kwa waongofu wa dijiti (ADC). Malipo yanayotarajiwa kutoka kwa mapigo ya microsecond 0.5 ya 25mA ni 12.5nC, ambayo itatoa 1.25V kwenye capacitor ya 10nF. Kushuka kwa voltage juu ya diode itapunguza hii. Ikiwa mapigo yanarudiwa mara kadhaa, malipo kwenye capacitor hupanda hadi ~ 2V. Hii inaweza kusomwa na Arduino ADC ukitumia AnalogRead (). Capacitor inaweza kutolewa haraka kwa kubadilisha pini ya kusoma na kuitoa na kuiweka kwa 0V kwa mikrofoni chache. Upimaji wote unachukua karibu microseconds 200, 100 kwa kuchaji na kuweka upya kwa capacitor na 100 kwa ubadilishaji wa ADC. Usahihi unaweza kuboreshwa sana kwa kurudia kipimo na wastani wa matokeo: kuchukua wastani wa vipimo 256 huchukua 50ms na inaboresha usahihi na sababu ya 16. ADC ya 10-bit inafikia usahihi wa ADC ya 14-bit kwa njia hii.

Kipimo hiki kilichopatikana sio cha kawaida na uingizaji wa coil na kwa hivyo haifai kupima thamani kamili ya inductance. Walakini, kwa kugundua chuma tunavutiwa tu na mabadiliko madogo ya jamaa ya induction ya coil kwa sababu ya uwepo wa metali zilizo karibu, na kwa kuwa njia hii inafaa kabisa.

Ulinganishaji wa kipimo unaweza kufanywa kiatomati katika programu. Ikiwa mtu anaweza kudhani kuwa wakati mwingi hakuna chuma karibu na coil, kupotoka kutoka kwa wastani ni ishara kwamba chuma kimekuja karibu na coil. Kutumia rangi tofauti au tani tofauti huruhusu kubagua kati ya kuongezeka ghafla au kupungua kwa ghafla kwa inductance.

Hatua ya 2: Vipengele vinavyohitajika

Kiini cha elektroniki:

Ngao ya mfano ya Arduino UNO R3 + AU Arduino Nano na bodi ya mfano ya 5x7cm

10nF capacitor

Diode ya ishara ndogo, k.m. 1N4148

Kuzuia 220-ohm

Kwa nguvu:

Benki ya umeme ya USB na kebo

Kwa pato la kuona:

LED 2 za rangi tofauti k.v. bluu na kijani

Vipinga vya 2 220Ohm kupunguza mikondo

Kwa pato la sauti:

Buzzer ya kupita

Microswitch kulemaza sauti

Kwa pato la sauti:

Kontakt earphone

1kOhm kupinga

Vifaa vya sauti

Ili kuunganisha / kukata kwa urahisi coil ya utaftaji:

2-siri screw screw

Kwa coil ya utaftaji:

~ 5 mita za kebo nyembamba ya umeme

Muundo wa kushikilia coil. Lazima iwe ngumu lakini haiitaji kuwa ya duara.

Kwa muundo:

Fimbo ya mita 1, mfano kuni, plastiki au fimbo ya selfie.

Hatua ya 3: Coil ya Utafutaji

Kwa coil ya utaftaji, nilijeruhi ~ 4m ya waya iliyokwama karibu na silinda ya kadibodi yenye kipenyo cha 9 cm, na kusababisha takriban vilima 18. Aina ya kebo haina maana, maadamu upinzani wa ohmic ni mdogo mara kumi kuliko thamani ya R kwenye kichungi cha RL, kwa hivyo hakikisha kukaa chini ya 20 Ohms. Nilipima 1 Ohm, kwa hivyo hiyo ni salama. Kuchukua tu roll iliyokwisha kumaliza 10m ya waya wa hookup pia inafanya kazi!

Hatua ya 4: Toleo la Mfano

Kwa kuzingatia idadi ndogo ya vifaa vya nje, inawezekana kabisa kutoshea mzunguko kwenye ubao mdogo wa mkate wa mfano. Walakini, matokeo ya mwisho ni mengi na sio nguvu sana. Bora ni kutumia nano ya Arduino na kuiunganisha na vifaa vya ziada kwenye bodi ya mfano ya 5x7cm, (angalia hatua inayofuata)

Pini 2 tu za Arduino hutumiwa kwa kugundua chuma halisi, moja kwa kutoa kunde kwenye kichungi cha LR na moja ya kusoma voltage kwenye capacitor. Kusukuma kunaweza kufanywa kutoka kwa pini yoyote ya pato lakini usomaji lazima ufanyike na moja ya pini za analog A0-A5. Pini 3 zaidi hutumiwa kwa LED 2 na kwa pato la sauti.

Hapa kuna kichocheo:

1. Kwenye ubao wa mkate, unganisha kontena la 220Ohm, diode na 10nF capacitor kwa safu, na terminal hasi ya diode (laini nyeusi) kuelekea capacitor.
2. Unganisha A0 kwa kontena (mwisho haujaunganishwa na diode)
3. Unganisha A1 na mahali pa msalaba wa diode na capacitor
4. Unganisha kituo kisichounganishwa cha capacitor chini
5. Unganisha mwisho mmoja wa coil kwenye hatua ya msalaba-diode
6. Unganisha mwisho mwingine wa coil chini
7. Unganisha LED moja na terminal yake nzuri kubandika D12 na kituo chake hasi kupitia kontena la 220Ohm ardhini
8. Unganisha LED nyingine na terminal yake nzuri kubandika D11 na kituo chake hasi kupitia kontena la 220Ohm ardhini
9. Kwa hiari, unganisha kichwa cha sauti cha buzzer au spika kati ya pini 10 na ardhi. Capacitor au kontena inaweza kuongezwa kwa safu ili kupunguza sauti

Ni hayo tu!

Hatua ya 5: Toleo la Soldered

Kuchukua detector ya chuma nje, itakuwa muhimu kuifunga. Bodi ya kawaida ya cm 7x5 ya starehe inafaa nano ya Arduino na vifaa vyote vinavyohitajika. Tumia skimu sawa na katika hatua ya awali. Nimeona ni muhimu kuongeza swichi katika safu na buzzer kuzima sauti wakati hauhitajiki. Terminal screw inaruhusu kujaribu coil tofauti bila ya kuwa na solder. Kila kitu kinatumiwa kupitia 5V iliyotolewa kwa bandari (mini- au ndogo-USB) ya Arduino Nano.

Hatua ya 6: Programu

Mchoro wa Arduino uliotumiwa umeambatanishwa hapa. Pakia na uiendeshe. Nilitumia Arduino 1.6.12 IDE. Inashauriwa kuikimbia na debug = kweli mwanzoni, ili kurekebisha idadi ya kunde kwa kila kipimo. Bora zaidi ni kuwa na kusoma kwa ADC kati ya 200 na 300. Ongeza au punguza idadi ya kunde ikiwa coil yako itatoa usomaji tofauti sana.

Mchoro hufanya aina fulani ya hesabu ya kibinafsi. Inatosha kuacha coil imetulia mbali na metali kuifanya iwe kimya. Upungufu wa polepole katika ushawishi utafuatwa, lakini mabadiliko makubwa ghafla hayataathiri wastani wa muda mrefu.

Hatua ya 7: Kuiweka kwenye Fimbo

Kwa kuwa hutaki kufanya uwindaji wako wa hazina ukitambaa juu ya sakafu, bodi tatu, coil na betri zinapaswa kuwekwa mwishoni mwa fimbo. Fimbo ya selfie ni bora kwa hii, kwani ni nyepesi, inaanguka na inaweza kubadilishwa. Benki yangu ya umeme ya 5000mAh ilitokea kutoshea kwenye fimbo ya selfie. Bodi inaweza kuambatanishwa na vifungo vya kebo au elastiki na coil vile vile inaweza kuwa kwa betri au fimbo.

Hatua ya 8: Jinsi ya Kuitumia

Kuanzisha rejeleo, inatosha kuondoka kwa coil ~ 5s mbali na metali. Halafu, wakati coil inapokaribia chuma, LED ya kijani au bluu itaanza kung'aa na beeps zitazalishwa kwenye buzzer na / au vichwa vya sauti. Kuangaza kwa hudhurungi na beeps za chini zinaonyesha uwepo wa metali zisizo za ferromagnetic. Kuangaza kwa kijani na beeps za juu zinaonyesha uwepo wa metali za ferromagnetic. Jihadharini kwamba coil inapowekwa kwa zaidi ya sekunde 5 karibu na chuma, itachukua usomaji huo kama rejeleo, na uanze kulia wakati detector inachukuliwa kutoka kwa chuma. Baada ya sekunde chache za kulia angani, itakaa kimya tena. Mzunguko wa kuangaza na beeps zinaonyesha nguvu ya ishara. Uwindaji wenye furaha!