גלאי מתכות ידידותי לסביבה - ארדואינו: 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

איתור מתכות הוא כיף גדול. אחד האתגרים הוא היכולת לצמצם את מקום החפירה המדויק כדי למזער את גודל החור שנותר מאחור.

לגלאי המתכות הייחודי הזה יש ארבעה סלילי חיפוש, מסך מגע צבעוני לזהות ולמצוא את המיקום של הממצא שלכם.

כולל כיול אוטומטי, ערכת כוח נטענת USB, עם ארבעה מצבי מסך שונים, תדר והתאמת רוחב הדופק המאפשרת לך להתאים אישית את אופן החיפוש שלך.

לאחר שזיהית את האוצר, חור אחד שבמרכזו מעל כל סליל מאפשר לך להיעזר בשיפוד עץ כדי לדחוף אותו לאדמה, כך שתוכל להתחיל לחפור תקע קטן מהאדמה המפחית את הנזק לסביבה.

כל סליל יכול לאתר זיהוי מטבעות וטבעות בעומק של 7-10 ס מ ולכן הוא אידיאלי לחיפוש מטבעות וטבעות שאבדו ברחבי פארקים וחופים.

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

תודה גדולה - אם לחצת על כפתור ההצבעה בפינה הימנית העליונה לתחרויות "אתגר ההמצאה" ו"חקירת המדע "!!!

הרבה תודות, TechKiwi

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

שלב 1: המדע מאחורי איתור מתכות

עיצוב גילוי מתכות

ישנן מספר וריאציות של עיצובים של גלאי מתכות. סוג מסוים של גלאי מתכות הוא גלאי אינדוקציית דופק המשתמש בסלילי שידור וקבלה נפרדים.

הארדואינו מייצר דופק המופעל על סליל השידור לפרק זמן קצר מאוד (4uS) באמצעות טרנזיסטור. זרם זה מהדופק גורם לשדה מגנטי פתאומי להיווצר סביב הסליל, השדה המתרחב והקורס גורם למתח לסליל הקבלה. האות המתקבל הזה מוגבר על ידי הטרנזיסטור המקבל ואז הופך לדופק דיגיטלי נקי על ידי משווה מתח ובסיומו נדגם על ידי סיכת כניסה דיגיטלית על הארדואינו. הארדואינו מתוכנת למדוד את רוחב הדופק של הדופק שהתקבל.

בעיצוב זה, רוחב הדופק שהתקבל נקבע על פי השראות סליל הקבלה וקבל. ללא אובייקטים בטווח, רוחב הדופק הבסיסי מודד כ- 5000 uS. כאשר חפצי מתכת זרים נכנסים לטווח השדה המגנטי המתרחב והקורס זה גורם לחלק מהאנרגיה להיגרם לאובייקט בצורה של זרמי מערבולת. (השראות אלקטרומגנטית)

התוצאה נטו היא שרוחב הדופק המתקבל מצטמצם, הבדל זה ברוחב הדופק נמדד על ידי ה- Arduino ומוצג על צג TFT בפורמטים שונים.

אפשרות תצוגה 1: מיקום המטרה מתחת לראש הגלאי

הכוונה שלי הייתה להשתמש בארבעת הסלילים כדי לשבש את מיקום המטרה מתחת לראש הגלאי. האופי הלא ליניארי של סלילי החיפוש הפך אתגר זה אולם ה--g.webp

אפשרות תצוגה 2: הצג עקבות אותות לכל סליל חיפוש

זה מאפשר לך לעקוב אחר היכן אובייקט המטרה נמצא מתחת לראש על ידי ציור עקבות עצמאיים של עוצמת האות על המסך עבור כל סליל חיפוש. זה שימושי כדי לקבוע אם יש לך שתי מטרות קרובות זו לזו מתחת לראש הגלאי והחוזק היחסי.

שימושים מעשיים

גישה זו מאפשרת לך להשתמש בתצוגה הראשונה לזיהוי מטרה ובתצוגה השנייה כדי להצביע על כמה מילימטרים כפי שמוצג בסרטון הווידיאו.

שלב 2: אסוף את החומרים

שטר חומרים

1. Arduino Mega 2560 (ניתן לרכוש פריטים 1, 2 ו -3 כהזמנה מצורפת אחת)
2. מסך מגע TFT LCD בגודל 3.2 אינץ '(כללתי קוד עבור 3 וריאציות נתמכות)
3. מגן מגה TFT 3.2 אינץ '
4. טרנזיסטור BC548 x 8
5. 0.047uf קבל Greencap x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap קבל x 1 (50v)
7. הנגד 1k x 4
8. 47 נגד x 4
9. הנגד 10k x 4
10. הנגד 1M x 4
11. 2.2k הנגד x 4
12. מתג מיני רוקר SPST
13. מעגל דיפרנציאלי משולב LM339
14. דיודות אות IN4148 x 4
15. קוטר WireSpool קוטר 0.3 מ"מ x 2
16. כבל עם שני ליבות - קוטר 4.0 מ"מ - אורך 5 מ '
17. נטענת USB Powerbank 4400mHa
18. זמזום פיזו
19. לוח Vero 80x100 מ"מ
20. מארז פלסטיק מינימום 100 מ"מ גובה, 55 מ"מ עומק, 160 מ"מ רוחב
21. קשרי כבל
22. עובי MDF 6-8 מ"מ - 23 ס"מ על 23 ס"מ חתיכות מרובעות x 2
23. כבל הארכה מיקרו USB 10 ס"מ
24. כבל תקע USB-A מתאים לחיתוך באורך 10 ס"מ
25. אוזניות נקודת שמע לאוזניות - סטריאו
26. ראש גלאי מפרידי עץ ומפלסטיק שונים
27. ידית מטאטא Speed Mop עם מפרק מתכוונן (תנועה בציר אחד בלבד - ראו תמונות)
28. חתיכה אחת של נייר A3
29. דבק סטיק
30. חותך מסור ג'יג אלקטיים
31. עובי קרטון A4 בעובי 3 מ"מ ליצירת סליל לשעבר לסלילי TX ו- Rx
32. סרט דביק
33. אקדח דבק חם
34. דבק חשמלי
35. 10 סיכות כותרת נוספות של Arduino
36. סיכות מסוף PCB x 20
37. דבק אפוקסי דו -חלק - 5 דקות ייבוש
38. סכין יצירה
39. 5 מ"מ צינור פלסטיק באורך 30 מ"מ על 4 (השתמשתי בצינורות מערכת השקיה לגינה מחנות חומרי בניין)
40. אוטם עמיד למים MDF (ודא שאינו מכיל מתכת)
41. צינור חשמלי גמיש 60 ס"מ - אפור - קוטר 25 מ"מ

שלב 3: בנה את ראש הגלאי

1. בניית מכלול ראש

הערה: בחרתי לבנות מערך הרכבה מורכב למדי עבור 8 סלילי חוטי הנחושת המשמשים את ראש הגלאי. הדבר כלל כריתת חורים משתי שכבות MDF כפי שניתן לראות בתצלומים למעלה. עכשיו השלמתי את היחידה שאני ממליץ להשתמש רק בעיגול חיתוך אחד בקוטר 23 ס מ ולחבר את הסלילים לשכבה אחת של MDF בעזרת דבק חם. זה מקצר את זמן הבנייה וגם אומר שהראש קל יותר.

התחל על ידי הדפסת השבלונה המסופקת על פיסת נייר A3 ולאחר מכן הדבק אותה על לוח MDF בכדי לספק לך מדריך למיקום הסלילים.

בעזרת מסור ג'יג חשמלי גזרו בזהירות עיגול בקוטר 23 ס מ מה MDF.

2. סיבוב הסלילים

השתמש בקרטון ליצירת שני גלילים באורך 10 ס"מ המחוברים יחד עם סרט דביק. קוטר סלילי השידור צריך להיות 7 ס"מ וסלילי הקבלה 4 ס"מ.

הנח את סליל חוט הנחושת על ספייק כך שהוא יכול להסתובב בחופשיות. חבר את תחילת חוט הנחושת על גליל הקרטון באמצעות סרט דביק. הרוח 40 מסתובבת בחוזקה על הגליל ולאחר מכן השתמש בסרט דביק כדי לקשור את הקצה.

השתמש ב- Hot Glue כדי להדק את הסלילים יחד על לפחות 8 נקודות סביב היקף הסלילים. כאשר התקרר, השתמש באצבעותיך כדי להקל על הסליל ולאחר מכן להדק אותו לתבנית ראש גלאי המתכות באמצעות דבק חם. לקדוח שני חורים דרך ה- MDF שליד הסליל ולהעביר את קצות הסליל אל הצד העליון של ראש גלאי המתכות.

חזור על תרגיל זה כדי לבנות ולהרכיב 4 x קבלת סלילים ו -4 סלילי שידור. בסיום אמורים להיות 8 זוגות חוטים הבולטים בחלק העליון של ראש גלאי המתכות.

3. חבר את הכבלים המוגנים

חותכים את אורך 5 מ 'של כבל הליבה התאומה המוגנת ל -8 אורכים. הפשיטו והלחמו את הליבה התאומה לכל סליל שידור וקבלה והשאירו את המגן מנותק בקצה ראש הגלאי של הכבל.

בדוק את הסלילים וחיבורי הכבלים בקצה השני של כל כבל באמצעות מד אוהם. כל סליל ירשום כמה אוהם וצריך להיות עקבי לכל סלילי הקבלה והשידור בהתאמה.

לאחר הבדיקה השתמש באקדח הדבק החם כדי להדק את 8 הכבלים למרכז ראש הגלאי מוכן לחיבור הידית ולסיום הראש.

עצתי היא להפשיט ולהדביק כל אחת מליבות הכבלים המוגנות בקצה השני לקראת הבדיקה העתידית. חבר כל חוט ארץ לכל מגן כבל מכיוון שהוא יחובר לאדמה ביחידה הראשית. זה עוצר הפרעות בין כל כבל.

השתמש במודד כדי לזהות איזה סליל הוא והצמיד תוויות דביקות כך שניתן יהיה לזהות אותן בקלות להרכבה עתידית.

שלב 4: הרכבת מעגל לבדיקה

1. מכלול לוח

ההמלצה שלי היא להשתמש בלוח לחם כדי להגדיר ולבדוק את המעגל לפני שתתחייב ללוח Vero ולמארז. זה נותן לך את ההזדמנות להתאים את ערכי הרכיבים או לשנות את הקוד במידת הצורך לרגישות ויציבות. יש לחבר את סלילי השידור והקבלה כך שהם פצועים באותו כיוון וקל יותר לבדוק על לוח לחם לפני סימון החוטים לחיבור עתידי ללוח Vero.

הרכיב את הרכיבים לפי תרשים המעגל והצמד את סלילי ראש הגלאי באמצעות חוט חיבור.

החיבורים לארדואינו מבוצעים בצורה הטובה ביותר באמצעות חוט קרש לחם המולחם למגן TFT. עבור חיבורי פינים דיגיטליים ואנלוגיים הוספתי סיכת כותרת שאפשרה לי להימנע מהלחמה ישירות ללוח Arduino. (לראות תמונה)

2. ספריות IDE

אלה יש להוריד ולהוסיף ל IDE (Integrated Development Development) הפועל במחשב שלך, המשמש לכתיבת והעלאת קוד מחשב ללוח הפיזי. UTFT.h ו- URtouch.h ממוקמים בקובץ zip למטה

קרדיט ל- UTFT.h ו- URtouch.h מגיע ל- Rinky-Dink Electronics צירפתי את קבצי ה- zip האלה כפי שנראה כי מקור המקור למטה.

3. בדיקה

צירפתי תוכנית בדיקה לטיפול בהגדרה הראשונית, כך שתוכל להתמודד עם בעיות כיוון סלילים. טען את קוד הבדיקה ב- Arduino IDE והעלה למגה. אם הכל עובד אתה אמור לראות את מסך הבדיקה כמפורט לעיל. כל סליל צריך לייצר ערך מצב יציב של כ 4600uS בכל רבע. אם זה לא המצב הפוך את הקוטביות של הפיתולים בסליל TX או RX ובדוק שוב. אם זה לא עובד אז אני מציע שתבדוק כל סליל בנפרד ותחזור דרך המעגל כדי לפתור בעיות. אם יש לך כבר 2 או 3 עובדים השווה אותם לסלילים/מעגלים שאינם פועלים.

הערה: בדיקות נוספות חשפו כי קבלים 0.047uf במעגל RX משפיעים על כל הרגישות. העצה שלי היא ברגע שהמעגל עובד על לוח לחם, נסה להגדיל ערך זה ולבדוק בעזרת מטבע מכיוון שגיליתי שזה יכול לשפר את הרגישות.

זה לא חובה אולם אם יש לך אוסצילוסקופ תוכל גם לצפות ב- TX Pulse ו- RX Pulse כדי לוודא שהסלילים מחוברים כראוי. עיין בתגובות בתמונות כדי לאשר זאת.

הערה: כללתי מסמך PDF בחלק זה עם עקבות אוסצילוסקופ לכל שלב במעגל כדי לסייע בפתרון בעיות

שלב 5: בנה את המעגל והמארז

לאחר שהיחידה נבדקה לשביעות רצונך תוכל לעשות את הצעד הבא ולבנות את המעגל והמארז.

1. הכינו את המארז

התווה את הרכיבים העיקריים והנח אותם במקרה שלך כדי לקבוע כיצד הכל יתאים. חותכים את לוח Vero כך שיתאים לרכיבים, אולם וודא שאתה יכול להיכנס לתחתית המארז. היזהר עם ערכת החשמל הנטענת מכיוון שהן עשויות להיות די מגושמות.

חורים לקדוח כדי להתאים את הכניסה האחורית של כבלי הראש, מתג ההפעלה, יציאת USB חיצונית, יציאת תכנות Arduino ושקע שמע לאוזניות סטריאו.

בנוסף למקדח זה 4 חורי הרכבה במרכז הצד הקדמי של המקרה בו תהיה הידית, חורים אלה צריכים להיות מסוגלים להעביר דרכם כבל בשלבים עתידיים.

2. הרכיבו לוח Vero

עקוב אחר תרשים המעגלים והתמונה למעלה כדי למקם את הרכיבים בלוח הוורו.

השתמשתי בסיכות מסוף PCB כדי לאפשר חיבור קל של כבלי סליל הראש למחשב הלוח. הר את זמזם הפיצו על הלוח יחד עם ה- IC והטרנזיסטורים. ניסיתי להשאיר את רכיבי ה- TX, RX מיושרים משמאל לימין והבטחתי שכל החיבורים לסלילים חיצוניים נמצאים בקצה אחד של הבורו Vero. (ראו את הפריסה בתמונות)

3. חבר את כבלי הסליל

בנה מחזיק כבלים עבור הכבלים המוגנים הנכנסים מתוך MDF כפי שמוצג בתמונות. זה מורכב מ 8 חורים שנקדחו לתוך MDF כדי לאפשר לכבלים לשבת מיושרים לסיכות מסוף PCB. כאשר אתה מחבר כל סליל כדאי לבדוק את המעגל בהדרגה כדי להבטיח את כיוון הסליל הנכון.

4. בדוק את היחידה

חבר את ערכת החשמל USB, מתג ההפעלה, שקע טלפון השמע והנח את כל החיווט והכבלים כדי להבטיח התאמה הדוקה למארז. השתמש בדבק חם כדי להחזיק פריטים במקומם כדי להבטיח שאין שום דבר שיכול לשקשק מסביב. בהתאם לשלב הקודם, טען את קוד הבדיקה וודא שכל הסלילים פועלים כצפוי.

בדוק שחבילת ה- USB נטענת כראוי כאשר היא מחוברת חיצונית. ודא שיש מספיק מרווח לחיבור כבל ה- Arduino IDE.

5. חותכים את תפוח המסך

מקם את המסך במרכז התיבה וסמן את הקצוות של צג ה- LCD בלוח הקדמי מוכן לחיתוך צמצם. בעזרת סכין מלאכה וסרגל מתכת הבקיעו בזהירות את מכסה המארז וחתכו את הצמצם.

לאחר שיוף והגשה כדי לעצב את המכסה בזהירות תוך הקפדה על כל הרכיבים, הלוחות, החיווט והמסך מוחזקים במקומם בעזרת מרווחים ודבק חם.

7. בנה מגן שמש

מצאתי מארז שחור ישן שהצלחתי לחתוך לצורה ולהשתמש בו כמגן שמש כפי שמוצג בתמונות למעלה. הדבק את זה על הלוח הקדמי בעזרת אפוקסי שני חלקים של 5 דקות.

שלב 6: חבר את הידית ואת המארז לראש הגלאי

כעת, לאחר שהגלאי האלקטרוניקה והראש בנויים כל שנותר הוא להשלים את הרכבת היחידה בצורה מאובטחת.

1. חבר את הראש לידית

שנה את מפרק הידית כדי לאפשר לך להצמיד אותו לראש באמצעות שני ברגים. באופן אידיאלי, אתה רוצה למזער את כמות המתכת ליד הסלילים, לכן השתמש בברגי עץ קטנים והרבה דבק אפוקסי בן 2 דקות לחלק להדבקת הראש. ראה תמונות למעלה.

2. חיווט ראש שרוך

שימוש בקשרי כבלים מתחרים בזהירות את החיווט על ידי הוספת כל 10 סנטימטר כבל לאורך החיווט המוגן. הקפד לוודא שתמצא את המיקום הטוב ביותר למארז, כך שקל לראות את המסך, להגיע לבקרות ולחבר אוזניות/תקעים.

3. חבר את האלקטרוניקה לידית

בנה בלוק הרכבה של 45 מעלות מ- MDF כדי לאפשר לך לחבר את המארז בזווית כלומר כאשר אתה גורף את הגלאי על פני הקרקע אתה יכול לראות את תצוגת TFT בקלות. ראו את התמונה למעלה.

חבר את מארז האלקטרוניקה לידית עם קשרי כבלים העוברים דרך בלוק ההרכבה ואל תוך המקרה דרך חורי ההרכבה שנקדחו בעבר.

4. סיים את ראש הגלאי

יש לתקן את סלילי ראש הגלאי ללא תנועה בחיווט ולכן זהו זמן טוב להשתמש בדבק חם כדי להדק את כל הסלילים במקום היטב.

ראש הגלאי צריך גם להיות עמיד למים ולכן חשוב לרסס את ה- MDF באיטום שקוף (וודא כי החותם אינו מכיל מתכת מסיבות ברורות).

מקדחים חורים של 5 מ"מ במרכז כל סליל ומעבירים צינורות פלסטיק בגודל 5 מ"מ על 30 מ"מ כדי לאפשר לך לדחוף שיפודי עץ לאדמה שמתחת לאחר שהצמדת למטרה. השתמש באקדח דבק חם כדי לנעול למקומו.

לאחר מכן כיסיתי את החלק העליון של הראש בצלחת פלסטיק ואת החלק התחתון בכריכת ספר פלסטיק עבה תוך סיום הקצה עם חיתוך צינורות חשמל גמישים והדבקה חמה למקומו.

שלב 7: הרכבה סופית ובדיקה

1. טעינה

הכנס מטען סלולרי רגיל ליציאת ה- Micro USB וודא שהיחידה טעונה כראוי.

2. העלה קוד

השתמש ב- IDE של Arduino כדי להעלות את הקוד המצורף.

3. לחצן השתקה

היחידה כברירת מחדל מושבתת בעת הפעלה. זה מסומן על ידי כפתור השתקה אדום ב- LHS התחתון של המסך. כדי לאפשר צליל לחץ על לחצן זה והכפתור צריך להיות ירוק המציין את הצליל מופעל.

כשהוא לא מושתק, הבאזר הפנימי ושקע טלפון השמע החיצוני יפיקו צליל.

4. כיול

כיול מחזיר את העקבות לתחתית המסך מתחת לקווי הסף. כאשר היא מופעלת לראשונה המכשיר יכייל אוטומטית. היחידה יציבה להפליא אולם אם יש צורך בכיול מחדש ניתן לעשות זאת על ידי נגיעה בכפתור הכיול במסך שיכייל מחדש תוך פחות משנייה.

5. מגבלות

אם האות על עקבות כלשהן חורג מקו הסף (הקו המקווקו על המסך) ולחצן השתקה כבוי אז יופק אות שמע.

ניתן לכוונן את הספים האלה למעלה ולמטה על ידי נגיעה במסך מעל או מתחת לכל שורת עקבות.

6. התאמה של PW ו- DLY

ניתן להתאים את משך הדופק לסליל ואת העיכוב בין הפולסים באמצעות צג המגע. זה באמת במקום להתנסות בו כדי שניתן יהיה לבדוק סביבות ואוצרות שונים לתוצאות הטובות ביותר.

7. סוגי תצוגה

ישנם 4 סוגי תצוגה שונים

אפשרות תצוגה 1: מיקום המטרה מתחת לראש הגלאי הכוונה שלי הייתה להשתמש בארבעת הסלילים כדי למשולש את מיקום המטרה מתחת לראש הגלאי. האופי הלא ליניארי של סלילי החיפוש הפך אתגר זה אולם אולם ה--g.webp

אפשרות תצוגה 2: הצג עקבות אותות עבור כל סליל חיפוש פעולה זו מאפשרת לך לעקוב אחר היכן אובייקט המטרה נמצא מתחת לראש על ידי ציור עקבות עצמאיים של עוצמת האות על המסך עבור כל סליל חיפוש. זה שימושי כדי לקבוע אם יש לך שתי מטרות קרובות זו לזו מתחת לראש הגלאי והחוזק היחסי.

אפשרות תצוגה 3: זהה לאפשרות 2, עם זאת, עם קו עבה יותר מקל על הצפייה.

אפשרות תצוגה 4: אולם כמו אפשרות 2, מציירת מעל 5 מסכים לפני מחיקת עקבות. טוב ללכידת אותות קלושים.

אני בוחן שדות במהלך השבועות הקרובים ולכן אפרסם כל ממצא אוצר.

עכשיו לך תיהנה ותמצא אוצר !!

שלב 8: אפילוג: וריאציות סליל

היו הרבה שאלות והצעות טובות ומעניינות לגבי תצורות סלילים. בפיתוח תוכנית ההוראה הזו, היו ניסויים רבים עם תצורות סלילים שונות שראוי להזכיר.

התמונות למעלה מראות כמה מהסלילים שניסיתי לפני שהתיישבתי על העיצוב הנוכחי. אם יש לך שאלות נוספות שלח לי הודעה.

ניגש אליך להתנסות נוספת!

פרס ראשון באתגר ההמצאה 2017

פרס ראשון בתחרות חקר המדע 2017