איתור מתכת Pocket - Arduino: 8 שלבים (עם תמונות)

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

מאת TechKiwiGadgets TechKiwi גאדג'טים באינסטגרם עקוב אחר המחבר:

אודות: מטורף על הטכנולוגיה והאפשרויות שהיא יכולה להביא. אני אוהב את האתגר של בניית דברים ייחודיים. המטרה שלי היא להפוך את הטכנולוגיה למהנה, רלוונטית לחיי היומיום ולעזור לאנשים להצליח לבנות מגניב … עוד אודות TechKiwiGadgets »

איתור המתכת הקטן והמגניב הזה רגיש מספיק לזהות מסמרים וחבטות בעץ וקומפקטי מספיק כדי להתאים לחללים מביכים, מה שהופך אותו נוח לנשיאה ושימוש לאיתור מתכות.

ליחידה ארבעה סלילי חיפוש עצמאיים ומחווני LED צבעוניים המקלים על כיסוי שטח חיפוש גדול יותר במהירות תוך יכולת זיהוי מדויק של המטרה.

המכשיר הקטן והמסודר הזה מכייל את עצמו עם הפעלת כפתור אחד, נטען באמצעות יציאת USB ומשתמש בנורות LED צבעוניות, צליל ורטט כדי להצביע על חוזק המטרה.

כלול במדריך כל העיצובים, הבדיקות, הקוד וקובצי התלת -ממד הנדרשים לבנייה בעצמך. אני מקווה שתיהנו לבנות ולהשתמש בזה ככל שיש לי !!

שלב 1: רשימת חומרים וכיצד היא פועלת

1. איך זה עובד

איתור המתכת Pocket משתמש בארבעה סלילי חיפוש אינדוקציה של דופק עצמאים המופעלים על ידי Arduino Pro Mini. כל סליל חיפוש מורכב מסליל נפרד של TX ו- RX שבו דופק נגרם לתוך סליל TX היוצר שדה אלקטרומגנטי סביב סליל ה- RX. השדה המשתנה גורם למתח לתוך סליל ה- RX אשר מזוהה ומוגבר לפני קריאת רוחב הדופק של האות על ידי הארדואינו.

אלגוריתם החלקה בקוד הארדואינו משמש להסרת רעש מפעימות תקפות מה שהופך אותו ליציב מאוד.

אלגוריתם כיול בקוד לוקח ממוצע קריאות לאורך תקופת הפעלה קצרה וקובע סדרת ספים להשוות את האות נגדה.

כאשר אובייקט מתכת נכנס לטווח השדה האלקטרומגנטי השדה מופרע וחלק מהאנרגיה מופנית מסליל ה- RX ל"זרמי אדי "הנוצרים באובייקט המטרה. השפעה טפילית זו של אובייקט המטרה גורמת לרוחב הדופק המתגלה בהפחתת סליל ה- RX. בעיקרו של דבר אנו מודדים את אובדן הכוח אל אובייקט המטרה.

כאשר רוחב הדופק המזוהה בסליל ה- RX יורד מתחת לסף, אז נוריות ה- LED נדלקות, הזמזם מושמע ומנוע המשוב Haptic מופעל - תלוי בגודל קבוע מראש של אות המטרה.

המעגל לכך התפתח בשנה האחרונה לגלאי יציב מאוד ובעל אמין. תצורת הסליל והתמצאותו תוכננו בכוונה כדי למקסם את יציבות וזיהוי העומק.

2. רשימת חומרים

1. 3.7v 350mAh LiPo גודל סוללה: 38mm x 20mm x 7.5mm
2. מטען סוללות TP4056 USB LiPo גיליון נתונים
3. נגד 4.7K להגבלת זרם הטעינה של סוללת LiPo עד מתחת 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB למודול סידורי לתכנות ה- Mini Pro
6. מעגל משולב LM339 מרובע דיפרנציאלי
7. לוח Vero - 2 חלקים חתוכים ל 20 x 9 חורים ו 34 x 9 (ראו תמונה לכיוון הנכון)
8. טרנזיסטור NPN BC548 x 4
9. מתג MOSFET 2N7000 x 5
10. זמזום פיזו
11. מנוע רטט מטבעות למשוב Haptic
12. מודול LED WS2812 RGB x 4
13. הנגד 1k x 4
14. הנגד 10k x 4
15. Resistor 47 Ohm x 4
16. 2.2K הנגד x 4
17. קבל קרמיקה 150pf x 8
18. 0.18uF קבלים פוליאסטר x 4
19. גליל חוט נחושת אמייל 0.3 מ"מ (בדרך כלל מגיע בגלילים כ -25 גרם משקל)
20. מתג לחצן לחיצה רכוב PCB
21. אקדח דבק חם
22. מקדח 10 מ"מ
23. מקדחה כף יד
24. תווית אקדח או סרט דביק המתאים לסמן 16 חוטים נפרדים
25. גישה למדפסת תלת מימד

3. פעולת המשווה

היו לי מספר שאלות בנוגע להפעלה של ה- LM339 ולכן חשבתי לתת הסבר ברור יותר.

ה- LM339 פועל אך ורק כמשווה מתח, משווה את המתח ההפרש בין הסיכות החיוביות לשליליות ומוציא עכבה לוגית נמוכה או גבוהה (לוגיקה גבוהה עם pullup) המבוססת על הקוטביות הדיפרנציאלית של הכניסה.

במעגל זה, הקלט החיובי של המשווה מחובר לקו ה- Vcc ונגד משיכה ל- Vcc מוחל על פלט ההשוואה. בתצורה זו, בפועל, מתח המוצא של המשווה נשאר גבוה, עד שמתח הכניסה בכניסה השלילית עולה על 3.5v

ניתן להסביר את הפעולה מתוך גליון הנתונים LM339 המתאר את "טווח מתח הכניסה" הנמצא בין 0 V ל- Vsup-1.5 V

כאשר הן IN– והן IN+ הן בטווח המצב הנפוץ, אם IN– נמוך מ- IN+ והמתח הקיזוז, הפלט הוא עכבה גבוהה והטרנזיסטור הפלט אינו מוליך

כאשר IN– גבוה מהמצב הרגיל ו- IN+ נמצא במצב משותף, הפלט נמוך והטרנזיסטור של הפלט שוקע. קישור לגיליון הנתונים וההסבר למטה

שלב 2: הדפס את המארז

המארז המודפס בתלת מימד נעשה באמצעות 5 הדפסים נפרדים. את הממדים וקבצי התלת -ממד ניתן למצוא כאן ב- Thingiverse. העיצוב התמקד בכך שהאחיזה של המכשיר תהיה קלה תוך הקפדה על סלילי החיפוש הקרובים לאזור החיפוש.

הדפס בזהירות את המארז והסר עודף פלסטיק. חשוב לבצע שלב זה כעת על מנת שניתן יהיה ליישר את הרכיבים האלקטרוניים במקרה לפני החיבור הסופי והבדיקה.

כללתי תמונה של מספר עיצובים שונים שבדקתי לפני שהתיישבתי על העיצוב הסופי שהיה קומפקטי יותר ונעים לארגונומי לאחיזה.

שלב 3: בנה והתקן את סלילי החיפוש

קח את יוצרי הסלילים המודפסים וסובב 25 סיבובים של חוט נחושת על כל אחד מהם. הקפד להשאיר 20 ס מ טוב של חוט נחושת נוסף לחיבור ליחידה הראשית.

השתמש בחורים המודפסים ביוצרים על מנת לאפשר רוח עקבית והתמצאות של סלילים לכל אחד מהראשונים. תוך כדי פעולה זו, הפוך את הראש הפוך והדבק בהדרגה את הראשון ליחידת הבסיס.

עקוב אחר מכלול הצילומים כפי שסופק, והתוצאה היא 8 סלילים המותקנים במכלול הסלילים כאשר כל החוטים מכוונים בעקביות וארוכים מספיק כדי להתחבר ליחידת הלוח הראשית במארז העליון.

השתמש בשני אבני מנחת החוט שיש להן חורים לכל סליל שבסיס המודפס כדי לעקוב אחר כל סליל ספציפי.

הנחתי את חוטי הסלילים הפנימיים לאורך החלק העליון והסלילים החיצוניים לאורך החלק התחתון של בלוק החוט, כך שאוכל לעקוב אחר כל סליל ספציפי אשר מקל על החיבור ללוח הראשי.

שלב 4: בנה את המעגל

ליחידה ארבעה מעגלי מפתח לבנייה עצמאית - לוח נהגים, לוח ראשי, מכלול LED וספק כוח נטען. בשלב זה נבנה את לוח הנהגים והלוח הראשי.

1. לוח נהגים

השתמש בסכין מלאכה כדי לחתוך פיסת לוח Vero לאורך החורים 22x11 והתוצאה היא חתיכת לוח Vero עם 20x9 חורים המכוונים לפי התמונה הכלולה. עדיף להבקיע את החורים משני צידי הלוח מספר פעמים ואז להעיף בעדינות את הלוח העודף. בדוק שהלוח יושב בבסיס המארז עם מספיק מרווח משני הצדדים.

בעזרת התמונות ומקדח 10 מ מ ביד, שברו בזהירות את החבטות המוצגות בתחתית לוח הוורו. עקוב אחר תרשים המעגל ופריסת התמונות של הרכיבים כדי להרכיב את לוח המעגלים היזהר כדי לוודא שאין מסלולים קצרים.

שים את הלוח הזה בצד לבדיקה מאוחר יותר.

2. דירקטוריון ראשי

השתמש בסכין מלאכה כדי לחתוך פיסת לוח Vero לאורך החורים 36x11 והתוצאה היא חתיכת לוח Vero עם חורים 34x9 המכוונים לפי התמונה הכלולה. עדיף להבקיע את החורים משני צידי הלוח מספר פעמים ואז להעיף בעדינות את הלוח העודף. בדוק שהלוח יושב בבסיס המארז עם מספיק מרווח משני הצדדים.

בעזרת התמונות ובמקדח 10 מ מ ביד, שברו בזהירות את החבטות המוצגות בתחתית לוח הוורו.

עקוב אחר תרשים המעגלים ופריסת הצילומים של Arduino ו- LM339 IC ורכיבים אחרים כדי להרכיב את לוח המעגלים היזהר על מנת לוודא שאין מסלולים קצרים.

שים את הלוח הזה בצד לבדיקה מאוחר יותר.

שלב 5: הוסף מחווני LED

השתמשתי בנוריות WS2182 בעלות IC מובנה המאפשר להתייחס אליהן על ידי הארדואינו באמצעות שלושה חוטים נפרדים אולם מגוון רחב של צבעים ובהירות ניתן ליצור על ידי שליחת פקודה לנורית. הדבר מתבצע באמצעות ספרייה מיוחדת שהועמסה ל- IDE של Arduino המכוסה בחלק הבדיקות.

1. הרכבת הלדים במכסה מארז הסלילים

מקם בזהירות את ארבעת הלדים כך שהם מכוונים נכון כך שחיבורי VCC ו- GND מיושרים והם יושבים במרכז החורים.

השתמש בדבק חם כדי להדק את הלדים למקומם.

2. חיווט הלדים

הפשיטו בזהירות ומיקמו שלושה אורכים של 25 ס מ של חוט חיבור ליבה אחת על פני מגעי הנורות.

הלחם אותם למקומם וודא שחוט הנתונים המרכזי מחובר לאנשי IN ו- OUT לפי התמונה.

3. בדיקת יישור מקרה

בדוק שהמכסה של המארז ישאר סמוך למארז הסלילים ולאחר מכן השתמש בדבק חם כדי להחזיק את החוטים במקומם בקצה הבסיס של המכסה.

שים את זה בצד לבדיקה מאוחר יותר.

שלב 6: הרכבת ובדיקת היחידה

1. הכנה להרכבה

לפני ההרכבה נבדוק כל לוח בהדרגה כדי להקל על פתרון הבעיות.

ה- Arduino Pro Mini דורש לוח סידורי USB על מנת לתכנת אותו על ידי המחשב האישי שלך. זה מאפשר ללוח להיות קטן יותר בגודלו מכיוון שאין בו ממשק טורי. כדי לתכנת לוחות אלה יהיה עליך להשקיע בקבלת אחד כפי שמתואר ברשימת החלקים.

לפני טעינת קוד Arduino תצטרך להוסיף את הספרייה "FastLED.h" כספרייה להנעת נוריות WS2182. סדרה של עקבות אוסצילוסקופ ניתנה לפתרון בעיות אם יש בעיות.

יש גם צילום מסך של פלט הנתונים הטוריים של IDE באמצעות הפונקציה Graph Plot המציגה את פלט רוחב הדופק של כל אחד מהערוצים וכן את ערך הסף. זה שימושי במהלך הבדיקה מכיוון שאתה יכול לראות אם כל ערוץ מתפקד לרמות רגישות דומות.

צירפתי שני עותקים של הקוד. לאחד יש הזרמת נתונים טוריים לבדיקה למטרות פתרון בעיות.

הערה: אל תחבר את יחידת סוללת LiPo עד לשלב האחרון, שכן קיצון זה בטעות במהלך ההרכבה עלול לגרום להתחממות יתר של המכשיר ואף להצתתו.

2. בדוק את הלוח הראשי

לפני חיבור הלוח הראשי לכל דבר מומלץ לחבר את הכבל הטורי Arduino ולוודא שהקוד נטען.

זה פשוט יבדוק שיש לך את Arduino מחובר פיזית כראוי וכי ה- IDE והספריות נטענות. טען את הקוד דרך ה- IDE שאמור לטעון ללא שגיאות ולכל עשן לא צריך לצאת מכל רכיב !!

3. חבר את לוח הנהגים

עקוב אחר תרשים המעגלים כדי לחבר את לוח הנהגים ללוח הראשי ולמקם פיזית את היחידה במקרה כדי להבטיח פריטים מתאימים בתוך המתחם. זהו מקרה של ניסוי וטעייה ודורש התמדה.

טען את הקוד דרך ה- IDE שאמור לטעון ללא שגיאות ולכל עשן לא צריך לצאת מכל רכיב !!

4. חבר את הסלילים עקוב אחר תרשים המעגלים כדי לחבר את הסלילים ללוח הראשי ולמקם פיזית את היחידה בתיק כדי להבטיח פריטים מתאימים כראוי. וודא בזהירות שהסלילים מיושרים עם כניסות לוח הנהגים והלוח הראשי לפי תרשים המעגל.

כאשר קוד הבדיקה טעון היציאה הטורית תציג את רוחב הדופק בסליל הקבלה איפשהו בין 5000 - 7000uS. ניתן לראות זאת גם באמצעות ה- plotter IDE Graph.

זה יאפשר לך לפתור בעיות בכל אחד מהערוצים ולראות גם את ההשפעה של העברת מטבע ליד סליל החיפוש שאמור להפחית את רוחב הדופק ככל שהמטרה מתקרבת לסליל החיפוש.

אם יש לך אוסצילוסקופ תוכל גם לבדוק את צורות הגל בשלבים שונים של המעגל כדי לאבחן בעיות.

ברגע שכל הערוצים מתפקדים לפי המיקום הצפוי החוטים כך שמארז המארז יתכנס וייסגר כראוי.

5. חבר את הלדים

קח בזהירות את שלושת החוטים מנורות ה- Coil Enclosure וחבר אותם ללוח הראשי. טען את הקוד וודא שהנוריות פועלות כראוי. השתמש בדבק כדי להדק את מכסה מארז הסליל למקומו.

שלב 7: חיבור הסוללה הנטענת

הערה:

1. אל תחבר את יחידת סוללת LiPo עד לשלב האחרון, שכן קיצון זה בטעות במהלך ההרכבה עלול לגרום להתחממות יתר של המכשיר ואף להצתתו.

2. בעת הטיפול בסוללה ובמטען וודא שאתה מקפיד לא לקצר את חיבורי הסוללה.

3. סוללות LiPo לא שונות מהטענות אחרות וטעינה של זרם יתר יכולה להיות מסוכנת, לכן הקפד להגדיר את מעגל הטעינה כראוי.

4. אין לחבר את הכבל הטורי Arduino ליחידה כאשר לחצן ההפעלה נלחץ אחרת הסוללה עלולה להינזק.

1. שנה את הגבול הנוכחי של המטען

איתור המתכת Pocket משתמש בסוללת LiPo הניתנת לטעון באמצעות מטען מיקרו USB. לוח מטען ה- USB LiPo Batt TP4056 משתנה לראשונה עם נגד 4.7K כדי להגביל את זרם הטעינה מתחת ל- 300mA. ניתן למצוא כאן הוראות כיצד ניתן לבצע זאת.

זה דורש ממך להסיר את הנגד הקיים המורכב על פני השטח ולהחליף אותו בנגד כפי שמוצג בתמונה. לאחר שהגיע למקום, הגן על כל תנועה לא מתוכננת של הנגד בעזרת אקדח דבק חם.

לפני התחברות ללוח הראשי, בדוק שהמטען פועל כראוי על ידי חיבור מטען לטלפון סלולרי עם יציאת מיקרו USB. נורית הטעינה האדומה אמורה להידלק בעת עבודה תקינה.

2. התקן את מתג ההפעלה של לחצן הלחיצה

ודא שלחצן הלחיצה מותקן במיקום הנכון כך שיבצבץ במרכז מכסה המתחם ואז הלחם את לחצן הדחיפה במקומו. התקן חוטים בין מתג כפתור הפלט למטען וקו ה- VCC בארדואינו לפי תרשים המעגלים.

כאשר מותקן כראוי לחיצה על המתג תפעיל את היחידה.

תקן את הסוללה במקומה באמצעות דבק חם וודא ששקע ה- Micro USB מיושר לחור במכסה המארז כך שניתן יהיה לטעון אותו.

שלב 8: בדיקה ותפעול סופי

1. הרכבה פיזית

השלב האחרון הוא לסדר מחדש את החוטים בזהירות, כך שהתיק ייסגר כראוי. השתמש בדבק חם כדי להדק את לוח האם למכסה ולאחר מכן סגור את המכסה למקומו.

2. הפעלת היחידה

היחידה פועלת באמצעות כיול לאחר לחיצה ממושכת על לחצן ההפעלה. כל נוריות ה- LED יהבהבו כאשר היחידה מוכנה לשימוש. החזק את לחצן הלחיצה למטה בעת החיפוש. נוריות הלדים משתנות מכחול-ירוק, אדום, סגול על סמך חוזק אובייקט המטרה. המשוב ההפטי מתרחש כאשר נוריות LED הופכות לסגולות.

אתה לא מוכן ללכת ולהשתמש ביישומים מעשיים !!