მარტივი Arduino ლითონის დეტექტორი: 8 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

*** გამოქვეყნდა ახალი ვერსია, რომელიც კიდევ უფრო მარტივია: https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

ლითონის გამოვლენა არის დიდი დრო, რომელიც გადის გარეთ, აღმოაჩენთ ახალ ადგილებს და შესაძლოა აღმოაჩენთ რაიმე საინტერესოს. შეამოწმეთ თქვენი ადგილობრივი რეგულაციები, თუ როგორ მოიქცეთ საბოლოო აღმოჩენის შემთხვევაში, კერძოდ საშიში ობიექტების, არქეოლოგიური რელიქვიების ან მნიშვნელოვანი ეკონომიკური ან ემოციური ღირებულების ობიექტების შემთხვევაში.

ინსტრუქციები წვრილმანი ლითონის დეტექტორებისთვის საკმაოდ ბევრია, მაგრამ ეს რეცეპტი განსაკუთრებულია იმ თვალსაზრისით, რომ მას არდუინოს მიკროკონტროლერის გარდა ძალიან ცოტა კომპონენტი სჭირდება: საერთო კონდენსატორი, რეზისტორი და დიოდი ქმნის ბირთვს, საძიებო კოჭასთან ერთად, რომელიც დაახლოებით 20 -ისგან შედგება. ელექტრული გამტარ კაბელის გრაგნილები. LED- ები, დინამიკი და/ან ყურსასმენი შემდეგ ემატება საძიებო ხვეულის მახლობლად ლითონის არსებობის სიგნალს. დამატებითი უპირატესობა ის არის, რომ ყველა შეიძლება იკვებებოდეს ერთი 5 ვ სიმძლავრით, რისთვისაც საერთო 2000mAh USB ენერგია საკმარისია და გაგრძელდება მრავალი საათი.

სიგნალების ინტერპრეტაციისთვის და იმის გასაგებად, თუ რა მასალისა და ფორმის მგრძნობიარეა დეტექტორი, ეს ნამდვილად გვეხმარება ფიზიკის გაგებაში. როგორც წესი, დეტექტორი მგრძნობიარეა ობიექტების მიმართ მანძილზე ან სიღრმეზე კოჭის რადიუსამდე. ის ყველაზე მგრძნობიარეა იმ ობიექტების მიმართ, რომლებშიც დენი შეიძლება შემოდიოდეს კოჭის სიბრტყეში და პასუხი შეესაბამება ამ ობიექტში მიმდინარე მარყუჟის არეალს. ამრიგად, ლითონის დისკი კოჭის სიბრტყეზე გაცილებით ძლიერ პასუხს მოგცემთ, ვიდრე იგივე ლითონის დისკი კოჭაზე პერპენდიკულარულად. ობიექტის წონას დიდი მნიშვნელობა არ აქვს. თხელი ნაჭერი ალუმინის კილიტა, რომელიც ორიენტირებულია კოჭის სიბრტყეზე, გაცილებით ძლიერ პასუხს მოგცემთ, ვიდრე მძიმე ლითონის ჭანჭიკი.

ნაბიჯი 1: მუშაობის პრინციპი

როდესაც ელექტროენერგია იწყებს ნაკადს, ის ქმნის მაგნიტურ ველს. ფარადეის ინდუქციის კანონის თანახმად, მაგნიტური ველის შეცვლა გამოიწვევს ელექტრულ ველს, რომელიც ეწინააღმდეგება მაგნიტური ველის ცვლილებას. ამრიგად, ძაბვა შეიქმნება კოჭაზე, რომელიც ეწინააღმდეგება დენის ზრდას. ამ ეფექტს ეწოდება თვითინდუქცია და ინდუქციურობის ერთეული არის ჰენრი, სადაც 1 ჰენრის გრაგნილი ავითარებს 1V პოტენციურ სხვაობას, როდესაც დენი იცვლება 1 ამპერით წამში. კოჭის ინდუქცია N გრაგნილით და რადიუსი R არის დაახლოებით 5µH x N^2 x R, R მეტრით.

ლითონის ობიექტის არსებობა კოჭის მახლობლად შეცვლის მის ინდუქციურობას. ლითონის ტიპებიდან გამომდინარე, ინდუქციურობა შეიძლება გაიზარდოს ან შემცირდეს. არა მაგნიტური ლითონები, როგორიცაა სპილენძი და ალუმინი კოჭის მახლობლად, ამცირებენ ინდუქციურობას, რადგან ცვალებადი მაგნიტური ველი გამოიწვევს ობიექტში მორევის დენებს, რომლებიც ამცირებენ ადგილობრივი მაგნიტური ველის ინტენსივობას. ფერომაგნიტური მასალები, როგორიცაა რკინა, კოჭის მახლობლად ზრდის მის ინდუქციურობას, რადგან გამოწვეული მაგნიტური ველები ემთხვევა გარე მაგნიტურ ველს.

გრაგნილის ინდუქციურობის გაზომვამ შეიძლება გამოავლინოს ახლომდებარე ლითონების არსებობა. არდუინოსთან, კონდენსატორთან, დიოდთან და რეზისტორთან ერთად შესაძლებელია კოჭის ინდუქციურობის გაზომვა: მაღალხარისხიანი LR ფილტრის კოჭის ნაწილად ქცევა და ბლოკ-ტალღით კვება გარდამავალი. ამ ნაპერწკლების პულსის სიგრძე პროპორციულია კოჭის ინდუქციურობისა. სინამდვილეში, LR ფილტრის დამახასიათებელი დროა tau = L/R. 20 გრაგნილით და 10 სმ დიამეტრით, L ~ 5µH x 20^2 x 0.05 = 100µH. არდუინოს ზედმეტი დენისგან დასაცავად, მინიმალური წინააღმდეგობაა 200 Ohm. ამრიგად, ჩვენ ველით იმპულსებს, რომელთა სიგრძეა დაახლოებით 0,5 მიკრო წამი. ეს ძნელია გავზომოთ პირდაპირ მაღალი სიზუსტით, იმის გათვალისწინებით, რომ Arduino– ს საათის სიხშირეა 16 MHz.

სამაგიეროდ, ამომავალი პულსი შეიძლება გამოყენებულ იქნას კონდენსატორის დასატენად, რომლის წაკითხვა შესაძლებელია Arduino– ს ანალოგური ციფრული გარდაქმნით (ADC). 25mA– ს 0.5 მიკროწამიანი პულსიდან მოსალოდნელი მუხტი არის 12.5nC, რაც 10 nF კონდენსატორზე მისცემს 1.25 ვ. ძაბვის ვარდნა დიოდზე შეამცირებს ამას. თუ პულსი რამდენჯერმე მეორდება, კონდენსატორზე მუხტი იზრდება ~ 2 ვ -მდე. ამის წაკითხვა შესაძლებელია Arduino ADC– ით analogRead– ის გამოყენებით (). კონდენსატორი შეიძლება სწრაფად განმუხტული იყოს გამომავალი წაკითხვის კვანძის შეცვლით და მისი დაყენებით 0V რამოდენიმე მიკროწამით. მთელი გაზომვა დაახლოებით 200 მიკროწამს იღებს, 100 კონდენსატორის დატენვისა და გადატვირთვისთვის და 100 ADC კონვერტაციისთვის. სიზუსტე შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს გაზომვის გამეორებით და შედეგის საშუალო მაჩვენებლით: საშუალოდ 256 გაზომვისთვის საჭიროა 50ms და აუმჯობესებს სიზუსტეს ფაქტორით 16. 10-ბიტიანი ADC ამ გზით აღწევს 14-ბიტიანი ADC სიზუსტეს.

მიღებული ეს გაზომვა ძალზე არაწრფივია კოჭის ინდუქციურობით და ამიტომ არ არის შესაფერისი ინდუქციურობის აბსოლუტური მნიშვნელობის გასაზომად. თუმცა, ლითონის გამოვლენისთვის ჩვენ მხოლოდ დაინტერესებული ვართ კოჭის ინდუქციის მცირე შეფარდებითი ცვლილებებით ახლომდებარე ლითონების არსებობის გამო და ამისათვის ეს მეთოდი შესანიშნავად არის შესაფერისი.

გაზომვის დაკალიბრება შესაძლებელია ავტომატურად პროგრამულ უზრუნველყოფაში. თუ შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ უმეტეს დროს კოჭის მახლობლად არ არის ლითონი, საშუალოდან გადახრა არის სიგნალი იმისა, რომ ლითონი ახლოს არის კოჭასთან. სხვადასხვა ფერის ან განსხვავებული ტონის გამოყენება საშუალებას გაძლევთ განასხვავოთ ინდუქციურობის უეცარი ზრდა ან შემცირება.

ნაბიჯი 2: საჭირო კომპონენტები

ელექტრონული ბირთვი:

Arduino UNO R3 + პროტოტიპის ფარი ან Arduino Nano 5x7 სმ პროტოტიპის დაფით

10nF კონდენსატორი

მცირე სიგნალის დიოდი, მაგ. 1N4148

რეზისტორი 220 ohm

ძალაუფლებისთვის:

USB დენის ბანკი კაბელით

ვიზუალური გამოსავლისთვის:

სხვადასხვა ფერის 2 LED- ები მაგ. ლურჯი და მწვანე

2 220Ohm რეზისტორი დენების შეზღუდვის მიზნით

ხმის გამოსასვლელად:

პასიური ზუზუნი

მიკროსქვიზი ხმის გამორთვისთვის

ყურსასმენის გამომავალი:

ყურსასმენის კონექტორი

რეზისტორი 1 კმ

ყურსასმენი

საძიებო კოჭის ადვილად დასაკავშირებლად/გათიშვის მიზნით:

2 პინიანი ხრახნიანი ტერმინალი

საძიებო კოჭისთვის:

Meters 5 მეტრი თხელი ელექტრო კაბელი

სტრუქტურა კოჭის დასაჭერად. უნდა იყოს მკაცრი, მაგრამ არ უნდა იყოს წრიული.

სტრუქტურისთვის:

1 მეტრიანი ჯოხი, მაგალითად ხის, პლასტმასის ან სელფის ჯოხი.

ნაბიჯი 3: საძიებო კოჭა

საძიებო გრაგნილისთვის, მე მოვახერხე m 4 მ დახვეული მავთული მუყაოს ცილინდრის გარშემო 9 სმ დიამეტრით, რის შედეგადაც მივიღე დაახლოებით 18 გრაგნილი. კაბელის ტიპი შეუსაბამოა, სანამ ოჰმის წინააღმდეგობა მინიმუმ ათჯერ ნაკლებია RL ფილტრის R მნიშვნელობაზე, ასე რომ დარწმუნდით, რომ დარჩებით 20 Ohms– ზე დაბლა. მე გავზომე 1 Ohm, ასე რომ უსაფრთხოა. მხოლოდ ნახევრად მზა 10 მეტრიანი მავთულის აღება ასევე მუშაობს!

ნაბიჯი 4: პროტოტიპის ვერსია

გარე კომპონენტების მცირე რაოდენობის გათვალისწინებით, სავსებით შესაძლებელია სქემის მორგება პროტოტიპის ფარის პატარა პურის დაფაზე. თუმცა, საბოლოო შედეგი საკმაოდ მოცულობითია და არც ისე ძლიერი. უმჯობესია გამოიყენოთ Arduino ნანო და შეაერთეთ იგი დამატებითი კომპონენტებით 5x7 სმ პროტოტიპის დაფაზე, (იხილეთ შემდეგი ნაბიჯი)

ლითონის ფაქტობრივი გამოვლენისათვის გამოიყენება მხოლოდ 2 არდუინოს ქინძისთავები, ერთი LR ფილტრზე იმპულსების უზრუნველსაყოფად და ერთი კონდენსატორზე ძაბვის წასაკითხად. პულსირება შეიძლება გაკეთდეს ნებისმიერი გამომავალი პინიდან, მაგრამ წაკითხვა უნდა მოხდეს ერთ – ერთი ანალოგური ქინძისთავით A0-A5. კიდევ 3 ქინძისთავი გამოიყენება 2 LED- ისთვის და ხმის გამოსასვლელად.

აქ არის რეცეპტი:

1. პურის დაფაზე დააკავშირეთ 220Ohm რეზისტორი, დიოდი და 10nF კონდენსატორი სერიულად, დიოდის უარყოფითი ტერმინალით (შავი ხაზი) კონდენსატორისკენ.
2. შეაერთეთ A0 რეზისტორთან (ბოლო არ არის დაკავშირებული დიოდთან)
3. შეაერთეთ A1 იქ, სადაც არის დიოდისა და კონდენსატორის ჯვარი
4. შეაერთეთ კონდენსატორის დაუკავშირებელი ტერმინალი მიწასთან
5. შეაერთეთ კოჭის ერთი ბოლო რეზისტორ-დიოდის ჯვარედინ წერტილთან
6. შეაერთეთ კოჭის მეორე ბოლო მიწასთან
7. შეაერთეთ ერთი LED თავისი პოზიტიური ტერმინალით D12 და მისი უარყოფითი ტერმინალით 220 ოჰმიანი რეზისტორის საშუალებით მიწასთან
8. შეაერთეთ სხვა LED თავისი პოზიტიური ტერმინალით D11 და მისი უარყოფითი ტერმინალით 220 ოჰმიანი რეზისტორის საშუალებით მიწასთან
9. სურვილისამებრ, დააკავშირეთ პასიური ზუზერის ყურსასმენი ან დინამიკი პინ 10 – სა და მიწას შორის. კონდენსატორი ან რეზისტორი შეიძლება დაემატოს სერიას მოცულობის შესამცირებლად

Სულ ეს არის!

ნაბიჯი 5: გამზადებული ვერსია

ლითონის დეტექტორის გარეთ გასაყვანად, საჭირო იქნება მისი შედუღება. საერთო 7x5 სმ ზომის პროტოტიპის დაფა კომფორტულად ერგება არდუინოს ნანოს და ყველა საჭირო კომპონენტს. გამოიყენეთ იგივე სქემები, როგორც წინა ეტაპზე. მე აღმოვაჩინე, რომ სასარგებლო იყო ზუმერის სერიაში ჩამრთველის დამატება ხმის გამორთვისას, როცა არ არის საჭირო. ხრახნიანი ტერმინალი საშუალებას გაძლევთ სცადოთ სხვადასხვა ხვეულები შედუღების გარეშე. ყველაფერი იკვებება 5 არტის საშუალებით, რომელიც მიეწოდება არდუინო ნანოს (მინი- ან მიკრო USB) პორტს.

ნაბიჯი 6: პროგრამული უზრუნველყოფა

აქ გამოყენებულია არდუინოს ესკიზი. ატვირთეთ და გაუშვით. მე გამოვიყენე Arduino 1.6.12 IDE. მიზანშეწონილია მისი გაშვება debug = true დასაწყისში, რათა გაზომოთ პულსის რაოდენობა გაზომვისას. უმჯობესია ADC- ის მაჩვენებელი იყოს 200 -დან 300 -მდე. გაზარდეთ ან შეამცირეთ პულსის რაოდენობა იმ შემთხვევაში, თუ თქვენი გრაგნილი მკვეთრად განსხვავებულ მაჩვენებლებს იძლევა.

ესკიზი აკეთებს ერთგვარ თვითკალიბრაციას. საკმარისია დატოვოთ კოჭა წყნარად ლითონებისაგან, რათა გაჩუმდეს. ინდუქტიურობაში ნელი მოძრაობები მოჰყვება, მაგრამ უეცარი დიდი ცვლილებები არ იმოქმედებს გრძელვადიან საშუალოზე.

ნაბიჯი 7: დააინსტალირეთ იგი ჯოხზე

ვინაიდან თქვენ არ გინდათ თქვენი საგანძურის ნადირობა იატაკზე დაცოცოთ, სამი დაფა, ხვეული და ბატარეა ჯოხის ბოლოზე უნდა იყოს დამონტაჟებული. სელფის ჯოხი იდეალურია ამისათვის, რადგან ის არის მსუბუქი, დასაკეცი და რეგულირებადი. ჩემი 5000mAh powerbank მოხვდა სელფის ჯოხზე. დაფა შეიძლება მიმაგრდეს საკაბელო კავშირებით ან ელასტიკებით, ხოლო კოჭა შეიძლება იყოს ბატარეაზე ან ჯოხზე.

ნაბიჯი 8: როგორ გამოვიყენოთ იგი

მითითების დასადგენად, საკმარისია, რომ კოჭა leave 5 წთ დაშორდეს ლითონებს. შემდეგ, როდესაც გრაგნილი ლითონთან მიახლოვდება, მწვანე ან ლურჯი LED დაიწყებს ციმციმს და სიგნალები გამოიცემა ზუზუნში და/ან ყურსასმენებში. ცისფერი ციმციმები და დაბალი ხმის სიგნალები მიუთითებს არა ფერომაგნიტური ლითონების არსებობაზე. მწვანე ციმციმები და მაღალი ხმის სიგნალები მიუთითებს ფერომაგნიტური ლითონების არსებობაზე. ფრთხილად იყავით, როდესაც გრაგნილი ლითონის მახლობლად 5 წამზე მეტხანს ინახება, ის მიიღებს ამ კითხვას, როგორც მითითებას და დაიწყებს სიგნალს, როდესაც დეტექტორი ამოიღება ლითონისგან. ჰაერში რამდენიმე წამიანი სიგნალის შემდეგ ის კვლავ ჩუმად იქნება. ციმციმებისა და სიგნალების სიხშირე მიუთითებს სიგნალის სიძლიერეზე. Ბედნიერი ნადირობა!