גלאי אינדוקציה מבוסס דופק Arduino - LC -Trap: 3 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

כשחיפשתי רעיונות נוספים לגלאי מתכת פשוט אינדוקציה של Ardino Pulse Induction עם מתח אספקה אחד בלבד, נתקלתי בדף הבית של Teemo:

www.digiwood.ee/8-electronic-projects/2-metal-detector-circuit

הוא יצר גלאי אינדוקציית דופק פשוט על פי עקרון LC-Trap. מעגלים דומים פורסמו כאן ב- Instructable by TechKiwiGadgets. פרט לכך שמעגל ה- Teemo משתמש במשווים הפנימיים של מיקרו -בקר PIC, ולכן הוא זקוק לרכיבים חיצוניים פחות

אז אתגרתי להשתמש בארדואינו במקום בקר PIC עבור סכמטי זה ותראה כמה רחוק אני יכול להגיע.

שלב 1: סכמטי

סכמטי הארדואינו קצת יותר מסובך מכיוון שהארדואינו אינו מאפשר לנתב אות אנלוגי פנימי לקלט המשווה. זה מוסיף שני רכיבים למפריד מתח פשוט. זה מוביל לעיצוב עם 12 רכיבים חיצוניים (משאיר את הרמקול ואת ה- 16x2 LCD), לעומת 9 של עיצוב Flip Coil.

עקרון העבודה של הסכימה מוסבר היטב באתר האינטרנט של Teemo. בעיקרון הסליל מופעל ולאחר מכן כבוי. לאחר כיבוי, הסליל והקבל במקביל ייצרו תנודה לחה. התדירות והתפרקות התנודה מושפעת ממתכת בקרבת הסליל. לפרטים נוספים על המעגל עיין בדף של Teemo או של TechKiwi כאן ב- Instructables.

כמו בגלאי אינדוקציית הדופק של סליל סליל, אני משתמש במשווה הפנימי ובאפשרות להפעיל הפרעה כדי לרכוש את האות מהסליל.

במקרה זה אקבל מספר הפרעות מכיוון שהמתח מתנדנד סביב מתח ההתייחסות המוגדר במשווה. בסוף התנודה, המתח בסליל יתייצב סביב 5V, אך לא בדיוק. בחרתי במחלק מתח עם 200 אוהם ו 10k אוהם כדי להשיג מתח של כ -4.9 וולט

כדי להפחית את מורכבות הסכימות השתמשתי ב- D4 ו- D5 כדי לספק GND (עבור הנגד 10k) ו- 5V (עבור הנגד 220 אוהם). הסיכות מוגדרות בעת הפעלת הגלאי.

בגרסה זו, הוספתי חיבור רמקול באמצעות הערכת רב הטון המבוקרת על עוצמת הקול כפי שמתואר בסעיף כיצד לתכנת גלאי מתכות מבוסס ארדואינו. זה מאפשר לבדל את המאפיינים של המטרה, כמו גם לקבל תחושה של עוצמת האות. ניתן לחבר את הרמקול לכותרת ה -5 פינים הנוספת. שלושת הפינים הנותרים בכותרת ישמשו ללחצני לחיצה (למימוש).

שלב 2: תכנות

כעת, כשהמעגל מתוכנן ואב הטיפוס בנוי, הגיע הזמן למצוא גישה מתאימה לאיתור מתכות.

1. ספירת פולסים

ספירת פולסים של התנודה עד שהיא מתפוררת במלואה היא רעיון אחד.

אם יש מתכת ליד הסליל כמות התנודה יורדת. במקרה זה יש להגדיר את מתח ההתייחסות של המשווה לרמה שהדופק האחרון בקושי נמדד עדיין. כך שאם יתגלה משהו, הדופק הזה נעלם מיד. זה היה קצת בעייתי.

כל גל התנודה יוצר שתי הפרעות. אחת תוך כדי ירידה ואחת חזרה למעלה. כדי להגדיר את מתח הייחוס בדיוק עד לגב התנודה, הזמן בין הירידה לעלייה צריך להיות קצר ככל האפשר (ראו תמונה). למרבה הצער כאן התקורה של הסביבה Arduino יוצרת בעיות.

כל טריגר של ההפרעה קורא לקוד זה:

ISR (ANALOG_COMP_vect) {

Toggle1 = Toggle0 // שמור ערך אחרון Toggle0 = TCNT1; // קבל ערך חדש}

הקוד הזה לוקח קצת זמן (אם אני זוכר נכון, בערך 78 מחזורי הוראה המכשפה היא בערך 5 מיקרו שניות @ 16MHz). לכן המרחק המינימלי הניתן לזיהוי בין שני פולסים הוא בדיוק הזמן שבו לוקח לקוד זה, אם הזמן בין שני טריגרים מתקצר (ראו תמונה), הוא לא יזוהה, מכיוון שהקוד מבוצע במלואו לפני זיהוי הפרעה שנייה.

זה מוביל לאובדן רגישות. יחד עם זאת, שמתי לב, כי שיכוך התנודות רגיש מאוד לכל השפעה חיצונית, ובכך מקשה מעט על הגישה הזו.

2. מדידת התדר

דרך נוספת לזהות מתכת היא מדידת תדירות התנודה. יש לזה יתרון גדול בהשוואה למדידת שיכוך התנודה שכן שינוי התדר מאפשר אפליה של המתכת. במקרה שיש חומר ברזלי ליד הסליל, התדירות תאט, במקרה שיש מתכת יקרה ליד הסליל, התדירות תגדל.

הדרך הקלה ביותר למדוד את התדירות היא למדוד את כמות הפולסים לאחר שהסלילים מתחילים להתנדנד. פרק הזמן שבין ההתחלה לדופק האחרון חלקי הכמות הכוללת של הפולסים הנמדדים הוא התדירות. לרוע המזל התנודות האחרונות לא די סימטריות. מכיוון שנוכחות המתכת משפיעה גם על ריקבון התנודה התנודות האחרונות אפילו לא סימטריות יותר, קשה לקרוא את הקריאות. בתמונה זה מופע עם המעבר 1 עד 1 'ו- 2 עד 2'.

לכן דרך טובה יותר היא להשתמש בכמה פולסים קודמים למדידת התדר. במהלך הבדיקה, מעניין שגיליתי שכמה פולסים פולסים רגישים יותר מאחרים. אי שם בשני שליש מהתנודות זו נקודה טובה לרכוש את הנתונים.

עיבוד הנתונים

הקוד הראשוני מבוסס על הלולאה () הקוראת לפונקציית דופק () לביצוע תזמון הסליל. למרות שהתוצאות לא היו רעות, היה לי דחף לשפר את התזמון. לשם כך יצרתי קוד מבוסס טיימר במלואו, המוביל לאופן התכנות הנפרד כיצד לתכנת גלאי מתכות מבוסס ארדואינו. מדריך זה מסביר בפירוט את העיתוי, פתיחת ה- LCD וכו '

1. ה- LCD

הגישה הראשונה הייתה למדוד 10 פולסים ולאחר מכן להציג את הערכים על ה- LCD. מכיוון שגיליתי שהעברת הנתונים של I2C הייתה איטית מדי, החלפתי לקוד לעדכון תו אחד בלבד לדופק.

2. גישת ערך מינימלי

כדי לשפר את יציבות הקריאות כתבתי שגרת פלט סדרתית כדי לקבל תחושה טובה יותר של הנתונים הנמדדים. שם התברר שלמרות שרוב הקריאות היו יציבות במידה מסוימת, חלקן לא! חלק מהקריאות של דופק התנודה ה"אותו "היו כה רחוקות זו מזו, עד שזה ירוס כל גישה לנתח שינוי בתדר.

כדי לפצות על כך, יצרתי "גבול" שבתוכו ניתן לסמוך על הערך. I. ה. כאשר ערכים היו רחוקים יותר מ -35 מחזורי טיימר 1 מהערך הצפוי, התעלמו מערכים אלה (הסבר בפירוט במדריך "כיצד לתכנת גלאי מתכות מבוסס -ארדואינו")

גישה זו התבררה כיציבה מאוד.

3. המתח

העיצוב המקורי של Teemo מופעל מתחת ל -5 וולט. מכיוון שההנחות שלי היו "יותר וולט = יותר הספק = יותר רגישות" הפעלתי את היחידה בהתחלה עם 12V. זה גרם לחימום של MOSFET. לאחר מכן חימום זה גרם להיסחפות כללית של הערכים הנמדדים, מה שהוביל לאיזון מחדש תכוף של הגלאי. על ידי הפחתת המתח ל- 5V ניתן למזער את ייצור החום של ה- MOSFET לרמה שבה כמעט לא נצפו סחיפות של הקריאות. זה הפך את המעגל לפשוט עוד יותר, מכיוון שכבר לא היה צורך בווסת המתח המשולב של הארדואינו.

עבור MOSFET בחרתי בתחילה ב- IRL540. MOSFET זה תואם ברמה לוגית, אך יש לו דירוג מתח מרבי של 100V. קיוויתי שהביצועים הטובים יותר ישתנו ל- IRL640 עם דירוגי 200V. לרוע המזל התוצאות היו זהות. אז או IRL540 או IRL640 יעשו את העבודה.

שלב 3: תוצאות סופיות

היתרון של הגלאי הוא בכך שהוא מבדיל בין חומר יקר ובין ברזלי. החיסרון הוא שהרגישות עם סכמטי פשוט זה אינה כל כך טובה. כדי להשוות את הביצועים השתמשתי באותם הפניות כמו לגלאי Flip-Coil. כנראה טוב לכמה נקודות, אך סביר להניח שמאכזב לחיפוש אמיתי.

כאן העיצוב המקורי עם בקר ה- PIC עשוי להיות רגיש יותר מכיוון שהוא פועל על 32 מגה -הרץ במקום 16 מגה -הרץ של המספק רזולוציה גבוהה יותר לאיתור שינויים בתדר.

התוצאות הושגו באמצעות סליל עם 48 סיבובים @ 100 מ מ.

כמו תמיד, פתוח למשוב