Localitzador de butxaca de metall - Arduino: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Per TechKiwiGadgets TechKiwiGadgets a Instagram Segueix més de l’autor:

Quant a: Boig per la tecnologia i les possibilitats que pot aportar. M’encanta el repte de construir coses úniques. El meu objectiu és fer que la tecnologia sigui divertida, rellevant per a la vida quotidiana i ajudar a la gent a tenir èxit en la construcció de coses fresques … Més sobre TechKiwiGadgets »

Aquest petit localitzador de metall de butxaca és prou sensible per identificar les petites ungles i pinces de fusta i prou compacte per encabir-lo en espais incòmodes, cosa que el fa còmode de transportar i utilitzar per a la localització de metalls.

La unitat té quatre bobines de cerca independents i indicadors LED de color que faciliten la cobertura ràpida d’una àrea de cerca més gran, alhora que es pot identificar amb precisió l’objectiu.

Aquest petit dispositiu, senzill i autocalibrable, funciona amb un sol botó, es recarrega mitjançant un port USB i utilitza LEDs de color, so i vibracions per indicar la intensitat de l’objectiu.

Tots els dissenys, proves, codis i fitxers 3D necessaris per construir pel vostre compte s’inclouen a la instrucció. Espero que us agradi construir i fer servir això tant com a mi !!

Pas 1: llista de materials i com funciona

1. Com funciona

El localitzador de butxaca utilitza quatre bobines independents de cerca d’inducció de pols alimentades per un Arduino Pro Mini. Cada bobina de cerca es compon d'una bobina TX i RX separada on s'indueix un pols a la bobina TX que crea un camp electromagnètic al voltant de la bobina RX. El camp canviant indueix un voltatge a la bobina RX que es detecta i amplifica abans que l'Arduino llegeixi l'amplada del pols del senyal.

Un algorisme de suavització del codi Arduino s’utilitza per eliminar el soroll de les pulsacions vàlides, cosa que el fa molt estable.

Un algorisme de calibratge al codi pren una mitjana de lectures durant un curt període d’inici i estableix una sèrie de llindars per comparar el senyal.

Quan un objecte metàl·lic es troba dins del camp electromagnètic, el camp es veu interromput i part de l'energia es desvia des de la bobina RX cap als "corrents Eddie" que es formen a l'objecte objectiu. Aquest efecte paràsit de l'objecte objectiu dóna com a resultat l'amplada del pols detectada a la bobina RX. Essencialment estem mesurant la pèrdua d'energia de l'objecte objectiu.

Quan l’amplada de pols detectada a la bobina RX cau per sota del llindar, els LED s’encenen, s’activa el brunzidor i s’activa el motor Haptic Feedback, en funció d’una mida predeterminada del senyal objectiu.

El circuit per a això ha evolucionat durant l'últim any fins a convertir-se en un detector molt estable i de rendiment fiable. La configuració i l'orientació de la bobina han estat dissenyades deliberadament per maximitzar l'estabilitat i la detecció de profunditat.

2. Llista de materials

1. Mida de la bateria LiPo de 3,7 v 350 mAh: 38 mm x 20 mm x 7,5 mm
2. Carregador de bateria USB LiPo TP4056 Full de dades
3. Resistència de 4,7 K per limitar el corrent de càrrega de la bateria LiPo per sota de 300 mA
4. Arduino Pro Mini
5. Mòdul FTDI USB a sèrie per programar el Mini Pro
6. Circuit integrat comparador diferencial LM339 Quad
7. Tauler Vero: 2 peces tallades a 20x9 forats i 34x9 (vegeu la foto per a una orientació correcta)
8. BC548 Transistor NPN x 4
9. Commutador MOSFET 2N7000 x 5
10. Piezo Buzzer
11. Motor de vibració de la moneda per a comentaris haptics
12. Mòdul LED WS2812 RGB x 4
13. 1k resistència x 4
14. Resistència de 10 k x 4
15. Resistència de 47 Ohm x 4
16. Resistència 2.2K x 4
17. Condensador de ceràmica de 150 pf x 8
18. Condensador de polièster 0,18 uF x 4
19. Rotllo de filferro de coure esmaltat de 0,3 mm (normalment es fa en rotlles aproximadament 25 g de pes)
20. Interruptor de polsador muntat en PCB
21. Pistola de cola calenta
22. Broca de 10 mm
23. Trepant de mà
24. Etiqueta de pistola o cinta adhesiva adequada per etiquetar 16 cables separats
25. Accés a una impressora 3D

3. Operació del comparador

He tingut diverses preguntes sobre el funcionament del LM339, així que vaig pensar que donaria una explicació més clara.

El LM339 funciona únicament com a comparador de voltatge, comparant el voltatge diferencial entre els pins positius i negatius i produint una impedància lògica baixa o alta (lògica alta amb pullup) basada en la polaritat diferencial d’entrada.

En aquest circuit, l'entrada positiva del comparador està connectada a la línia Vcc i s'aplica una resistència de tracció a Vcc a la sortida del comparador. En aquesta configuració, a la pràctica, el voltatge de sortida del comparador es manté elevat, fins que el voltatge d’entrada de l’entrada negativa supera els 3,5 v

L'operació es pot explicar a partir del full de dades LM339 que descriu el "rang de tensió d'entrada" entre 0 V i Vsup-1,5 V

Quan tant IN– com IN + es troben dins del rang de mode comú, si IN– és inferior a IN + i la tensió de desplaçament, la sortida té una impedància elevada i el transistor de sortida no condueix

Quan IN– és superior al mode comú i IN + es troba dins del mode comú, la sortida és baixa i el transistor de sortida s’enfonsa corrent. Enllaç al full de dades i explicació a continuació

Pas 2: imprimiu la funda

La caixa impresa en 3D es va fer mitjançant 5 impressions separades. Les dimensions i els fitxers 3D es poden trobar aquí a Thingiverse. El disseny es va centrar en fer que el dispositiu fos fàcil de mantenir mentre es garantia que les bobines de cerca estiguessin tan a prop de la zona que s’està cercant.

Imprimiu amb cura la caixa i traieu l’excés de plàstic. És important fer aquest pas ara perquè els components electrònics es puguin alinear en el cas abans de connectar-los i provar-los.

Vaig incloure una imatge de diversos dissenys de caixes diferents que vaig provar abans de decidir-me pel disseny final, que era més compacte i ergonòmicament agradable de mantenir.

Pas 3: Creeu i munteu les bobines de cerca

Agafeu els formadors de bobina impresos i enroleu 25 voltes de fil de coure sobre cadascun d’ells. Assegureu-vos de deixar uns 20 cm de filferro de coure addicionals per connectar-lo a la unitat principal.

Utilitzeu els forats impresos als formadors per permetre un vent i una orientació consistents de les bobines per a cada antiga. En fer això, capgireu el primer i enganxeu-ne progressivament a la unitat base.

Seguiu el muntatge fotogràfic tal com es proporciona, el resultat serà de 8 bobines muntades al conjunt de bobines amb tots els cables orientats constantment i prou llargs per connectar-se a la unitat de placa principal del recinte superior.

Utilitzeu els dos blocs de guia de filferro que tenen forats per a cada bobina de la base impresa per fer un seguiment de cada bobina específica.

Vaig col·locar els cables de les bobines interiors al llarg de la part superior i les bobines exteriors al llarg de la part inferior del bloc de filferro per poder fer un seguiment de cada bobina específica, cosa que facilita la connexió a la placa principal.

Pas 4: Construeix el circuit

La unitat té quatre circuits clau per construir de forma independent: placa del controlador, placa principal, conjunt LED i font d'alimentació recarregable. En aquest pas, crearem la placa principal i la placa principal.

1. Tauler del conductor

Utilitzeu un ganivet artesanal per tallar un tros de tauler Vero al llarg dels forats de 22x11, resultant un tros de tauler Vero amb forats de 20x9 orientats segons la imatge inclosa. El millor és marcar a través dels forats dels dos costats del tauler diverses vegades i, a continuació, treure suaument l'excés de tauler. Comproveu que el tauler estigui situat a la base del recinte amb prou joc a banda i banda.

Utilitzant les fotos i una broca de 10 mm a mà, trenqueu amb cura les puntes que es mostren a la part inferior del tauler Vero. Seguiu el diagrama del circuit i la disposició fotogràfica dels components per muntar la placa de circuit tenint cura de garantir que no hi hagi pistes en curtcircuit.

Deixeu de costat aquest tauler per provar-lo més endavant.

2. Junta principal

Utilitzeu un ganivet artesanal per tallar un tros de tauler Vero al llarg dels forats 36x11, resultant un tros de tauler Vero amb 34 forats orientats segons la imatge inclosa. El millor és marcar a través dels forats dels dos costats del tauler diverses vegades i, a continuació, treure suaument l'excés de tauler. Comproveu que el tauler estigui situat a la base del recinte amb prou joc a banda i banda.

Utilitzant les fotos i una broca de 10 mm a mà, trenqueu amb cura les puntes que es mostren a la part inferior del tauler Vero.

Seguiu el diagrama del circuit i la disposició fotogràfica de l'Arduino i del LM339 IC i d'altres components per muntar la placa de circuit tenint cura de garantir que no hi hagi pistes en curtcircuit.

Deixeu de costat aquest tauler per provar-lo més endavant.

Pas 5: afegiu indicadors LED

He utilitzat LEDs WS2182 que tenen un CI integrat que permet que Arduino els pugui abordar mitjançant tres cables separats, però es pot crear una àmplia gamma de colors i brillantors enviant una ordre al LED. Això es fa a través d'una biblioteca especial carregada a l'IDE Arduino que es troba a la secció de proves.

1. Muntatge dels LEDs a la tapa del recinte de la bobina

Col·loqueu amb cura els quatre LED perquè s’orientin correctament de manera que les connexions VCC i GND estiguin alineades i quedin assegudes al centre dels forats.

Utilitzeu Hot Glue per fixar els LEDs a la seva posició.

2. Cablatge dels LED

Retireu i col·loqueu amb cura tres fils de 25 cm de longitud d’un cable de connexió d’un sol nucli a través dels contactes dels LED.

Soldeu-los al lloc i assegureu-vos que el cable central de dades està connectat amb els contactes IN i OUT segons la foto.

3. Comprovació d'alineació de casos

Comproveu que la tapa de la caixa estigui a l’alçada del recinte de la bobina i, a continuació, utilitzeu Hot Glue per mantenir els cables al seu lloc a l’extrem base de la tapa.

Deixeu-ho de banda per provar-ho més endavant.

Pas 6: Muntatge i prova de la unitat

1. Preparació per al muntatge

Abans de muntar, provarem cada tauler progressivament per facilitar la resolució de problemes.

L'Arduino Pro Mini requereix una targeta sèrie USB per tal de ser programat pel vostre PC. Això permet que el tauler tingui una mida més petita ja que no té una interfície sèrie. Per programar aquests taulers, haureu d’invertir a aconseguir-ne un tal com s’indica a la llista de peces.

Abans de carregar el codi Arduino, haureu d'afegir la biblioteca "FastLED.h" com a biblioteca per conduir els LED WS2182. S'han proporcionat una sèrie de traços d'oscil·loscopi per solucionar problemes si hi ha problemes.

També hi ha una captura de pantalla de la sortida de dades serials IDE mitjançant la funció Graph Plot que mostra la sortida d’amplada de pols de cadascun dels canals així com el valor llindar. Això és útil durant les proves, ja que podeu veure si cada canal té un nivell de sensibilitat similar.

He inclòs dues còpies del codi. Un té proves de transmissió de dades en sèrie amb finalitats de resolució de problemes.

NOTA: No connecteu la unitat de la bateria LiPo fins al darrer pas, ja que un curtcircuit accidental durant el muntatge pot provocar un escalfament o fins i tot un foc de la unitat.

2. Proveu la placa principal

Abans de connectar la placa principal a qualsevol cosa, és recomanable connectar el cable sèrie Arduino i verificar que el codi es carrega.

Simplement es comprovarà que Arduino està connectat físicament correctament i que l'IDE i les biblioteques estan carregades. Carregueu el codi a través de l'IDE, que hauria de carregar-se sense errors i no hauria de sortir fum de cap component.

3. Connecteu la placa del controlador

Seguiu l'esquema del circuit per connectar la placa del controlador a la placa principal i col·loqueu físicament la unitat a la caixa per assegurar-vos que els elements encaixin dins del recinte. Es tracta d’un cas de prova i error i que requereix persistència.

Carregueu el codi a través de l'IDE, que hauria de carregar-se sense errors i no hauria de sortir fum de cap component.

4. Connecteu les bobines Seguiu el diagrama del circuit per connectar les bobines a la placa principal i col·loqueu físicament la unitat a la caixa per assegurar-vos que els elements encaixen adequadament. Assegureu-vos acuradament que les bobines estan alineades amb les entrades de la placa principal i la placa principal segons el diagrama del circuit.

Amb el codi de prova carregat, el port sèrie mostrarà l'amplada del pols a la bobina de recepció entre 5.000 i 7.000uS. També es pot visualitzar mitjançant el traçador gràfic IDE.

Això us permetrà solucionar problemes de cadascun dels canals i també veure l’efecte de moure una moneda a prop de la bobina de cerca, cosa que hauria de reduir l’amplada del pols a mesura que l’objectiu s’acosti a la bobina de cerca.

Si teniu un oscil·loscopi, també podeu comprovar les formes d'ona en diverses etapes del circuit per diagnosticar problemes.

Un cop tots els canals funcionin segons la posició esperada, els cables de manera que el recinte de la caixa es muntin i es tanquin correctament.

5. Connecteu els LED

Agafeu amb compte els tres cables dels LED de la bobina i connecteu-los a la placa principal. Carregueu el codi i verifiqueu que els LED funcionin correctament. Feu servir cola per subjectar la tapa del tancament de la bobina al seu lloc.

Pas 7: connectar la bateria recarregable

NOTA:

1. No connecteu la unitat de la bateria LiPo fins a l'últim pas, ja que un curtcircuit accidental durant el muntatge pot provocar un escalfament o fins i tot un foc de la unitat.

2. Quan manipuleu la bateria i el carregador, assegureu-vos de no cortocircuitar les connexions de la bateria.

3. Les bateries LiPo són diferents d’altres recarregables i la càrrega de sobrecorrent pot ser perillosa, així que assegureu-vos de configurar correctament el circuit de càrrega.

4. No connecteu el cable sèrie Arduino a la unitat quan el botó d'engegada estigui premut, ja que la bateria es podria danyar.

1. Modifiqueu el límit de corrent del carregador

El Pocket Metal Locator utilitza una bateria LiPo que es pot carregar mitjançant un carregador de telèfon Micro USB. La placa de carregador USB LiPo Batt TP4056 es modifica per primera vegada amb una resistència de 4,7 K per limitar el corrent de càrrega a menys de 300 mA. Aquí es pot trobar informació sobre com es pot fer.

Això requereix que traieu la resistència muntada a la superfície existent i que la substituïu per una resistència tal com es mostra a la foto. Un cop al lloc, protegiu qualsevol moviment no planificat de la resistència amb una pistola de cola calenta.

Abans de connectar-vos a la placa principal, proveu que el carregador funcioni correctament connectant un carregador de telèfon mòbil amb un port Micro USB. El llum vermell de càrrega s’ha d’encendre quan funciona correctament.

2. Instal·leu l’interruptor d’alimentació del polsador

Assegureu-vos que el polsador estigui muntat a la posició correcta de manera que sobresurt pel centre de la tapa de la carcassa i després soldeu el polsador al seu lloc. Instal·leu els cables entre l’interruptor del polsador i la sortida del carregador i la línia VCC de l’Arduino segons el diagrama del circuit.

Quan s’instal·li correctament prement l’interruptor, s’activarà la unitat.

Fixeu la bateria en posició amb cola calenta i assegureu-vos que la presa Micro USB estigui alineada al forat de la tapa de la caixa perquè es pugui carregar.

Pas 8: prova final i funcionament

1. Muntatge físic

L’últim pas és reordenar els cables amb compte perquè la caixa es tanqui correctament. Feu servir cola calenta per fixar la placa principal a la tapa i, a continuació, tanqueu-la a la seva posició.

2. Funcionament de la unitat

La unitat funciona calibrant-se després de prémer i mantenir premut el botó d'engegada. Tots els LED parpellejaran quan la unitat estigui llesta per utilitzar-la. Mantingueu premut el botó mentre cerqueu. Els LED canvien de blau-verd, vermell i porpra en funció de la força de l'objecte objectiu. La retroalimentació hàptica es produeix quan els LED es tornen morats.

No esteu preparats per utilitzar-los per a aplicacions pràctiques.