Pocket Metal Locator - Arduino: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Oleh TechKiwiGadgetsTechKiwiGadgets di InstagramIkuti Selengkapnya oleh penulis:

Tentang: Tergila-gila pada teknologi dan kemungkinan yang dapat ditimbulkannya. Saya suka tantangan membangun hal-hal yang unik. Tujuan saya adalah menjadikan teknologi menyenangkan, relevan dengan kehidupan sehari-hari, dan membantu orang-orang sukses dalam membangun… Selengkapnya Tentang TechKiwiGadgets »

Pocket Metal Locator kecil yang keren ini cukup sensitif untuk mengidentifikasi paku kecil dan paku payung di kayu dan cukup kompak untuk masuk ke ruang yang canggung sehingga nyaman untuk dibawa dan digunakan untuk mencari logam.

Unit ini memiliki empat koil pencarian independen dan indikator LED warna sehingga memudahkan untuk mencakup area pencarian yang lebih besar dengan cepat sekaligus dapat mengidentifikasi target secara akurat.

Perangkat kecil yang rapi ini mengkalibrasi sendiri dengan operasi satu tombol, dapat diisi ulang melalui port USB dan menggunakan LED warna, suara, dan getaran untuk menunjukkan kekuatan target.

Termasuk dalam instruksi adalah semua desain, pengujian, kode, dan file 3D yang diperlukan untuk dibuat sendiri. Saya harap Anda menikmati membangun dan menggunakan ini sebanyak yang saya miliki!!

Langkah 1: Daftar Bahan dan Cara Kerjanya

1. Bagaimana cara kerjanya?

Pocket Metal Locator menggunakan empat Kumparan Pencarian Induksi Pulsa independen yang ditenagai oleh Arduino Pro Mini. Setiap Search Coil terdiri dari kumparan TX dan RX terpisah di mana pulsa diinduksi ke dalam kumparan TX yang menciptakan medan elektromagnetik di sekitar kumparan RX. Medan yang berubah menginduksi tegangan ke kumparan RX yang dideteksi dan diperkuat sebelum lebar pulsa sinyal dibaca oleh Arduino.

Algoritma smoothing dalam kode Arduino digunakan untuk menghilangkan noise dari pulsa yang valid sehingga membuatnya sangat stabil.

Algoritme kalibrasi dalam kode mengambil rata-rata pembacaan selama periode awal yang singkat dan menetapkan serangkaian ambang batas untuk membandingkan sinyal.

Ketika benda logam berada dalam jangkauan medan elektromagnetik, medannya terganggu dan sebagian energi dialihkan dari kumparan RX ke "arus Eddie" yang terbentuk di objek target. Efek parasit dari objek target ini menghasilkan lebar pulsa yang terdeteksi pada koil RX yang berkurang. Intinya kita mengukur hilangnya daya ke objek target.

Ketika lebar pulsa yang terdeteksi di kumparan RX turun di bawah ambang batas maka LED menyala, bel berbunyi dan motor Umpan Balik Haptic dipicu - tergantung pada ukuran sinyal target yang telah ditentukan.

Sirkuit untuk ini telah berkembang selama setahun terakhir menjadi detektor yang sangat stabil dan berkinerja andal. Konfigurasi dan orientasi kumparan sengaja dirancang untuk memaksimalkan stabilitas dan deteksi kedalaman.

2. Daftar Bahan

1. Baterai LiPo 3.7v 350mAh Ukuran: 38mm x 20mm x 7,5mm
2. Lembar Data Pengisi Daya Baterai LiPo USB TP4056
3. Resistor 4.7K untuk membatasi arus pengisian baterai LiPo di bawah 300mA
4. Arduino Pro Mini
5. FTDI USB ke Modul Serial untuk Pemrograman Mini Pro
6. Sirkuit Terpadu Komparator Diferensial Quad LM339
7. Papan Vero - 2 buah dipotong menjadi lubang 20x9 dan 34x9 (lihat foto untuk orientasi yang benar)
8. BC548 NPN Transistor x 4
9. Saklar MOSFET 2N7000 x 5
10. Piezo Buzzer
11. Motor Getaran Koin untuk Umpan Balik Haptic
12. Modul LED RGB WS2812 x 4
13. 1k Resistor x 4
14. Resistor 10k x 4
15. 47 Ohm Resistor x 4
16. 2.2K Resistor x 4
17. Kapasitor Keramik 150pf x 8
18. 0.18uF Kapasitor poliester x 4
19. Gulungan Kawat Tembaga Enamel 0.3mm (biasanya dalam gulungan kira-kira Berat 25g)
20. Sakelar Tombol Dorong yang Dipasang PCB
21. Pistol lem panas
22. Mata Bor 10mm
23. Bor Genggam
24. Label Gun atau Sticky Tape cocok untuk memberi label 16 kabel terpisah Kawat pengait
25. Akses ke Printer 3D

3. Operasi Komparator

Saya memiliki beberapa pertanyaan tentang pengoperasian LM339 jadi saya pikir saya akan memberikan penjelasan yang lebih jelas.

LM339 beroperasi semata-mata sebagai pembanding tegangan, membandingkan tegangan diferensial antara pin positif dan negatif dan mengeluarkan logika impedansi rendah atau tinggi (logika tinggi dengan pullup) berdasarkan polaritas diferensial input.

Dalam rangkaian ini, input positif komparator dihubungkan ke saluran Vcc dan resistor pull-up ke Vcc diterapkan ke output komparator. Dalam konfigurasi ini, dalam praktiknya, tegangan output komparator tetap tinggi, hingga tegangan input pada input negatif melebihi 3.5v.

Operasi dapat dijelaskan dari Lembar Data LM339 yang menguraikan "rentang tegangan input" antara 0 V hingga Vsup-1,5 V

Ketika IN– dan IN+ keduanya berada dalam rentang mode umum, jika IN– lebih rendah dari IN+ dan tegangan offset, keluarannya adalah impedansi tinggi dan transistor keluaran tidak konduksi.

Ketika IN– lebih tinggi dari mode umum dan IN+ dalam mode umum, output rendah dan transistor output tenggelam saat ini. Tautan ke Lembar Data dan penjelasan di bawah ini

Langkah 2: Cetak Kasing

Kasing cetak 3D dilakukan dengan menggunakan 5 cetakan terpisah. Dimensi dan file 3D dapat ditemukan di sini di Thingiverse. Desainnya dipusatkan untuk membuat perangkat mudah dipegang sambil memastikan koil pencarian sedekat mungkin dengan area yang dicari.

Cetak casing dengan hati-hati dan buang sisa plastik. Penting untuk melakukan langkah ini sekarang sehingga komponen elektronik dapat disejajarkan dalam casing sebelum pemasangan dan pengujian akhir.

Saya menyertakan gambar beberapa desain casing berbeda yang saya uji sebelum menentukan desain akhir yang lebih ringkas dan ergonomis untuk dipegang.

Langkah 3: Bangun dan Pasang Search Coils

Ambil pembentuk kumparan yang dicetak dan gulung 25 putaran kawat tembaga ke masing-masing. Pastikan Anda meninggalkan 20 cm kawat tembaga ekstra yang bagus untuk dihubungkan ke unit utama.

Gunakan lubang yang dicetak di pembentuk untuk memungkinkan angin yang konsisten dan orientasi gulungan untuk masing-masing pembentuk. Saat Anda melakukan ini, balikkan yang pertama dan rekatkan secara bertahap ke unit dasar.

Ikuti rakitan foto seperti yang disediakan, hasilnya adalah 8 kumparan dipasang di rakitan kumparan dengan semua kabel berorientasi secara konsisten, dan cukup lama untuk terhubung ke unit papan utama di penutup atas.

Gunakan dua blok pemandu kawat yang memiliki lubang untuk setiap koil sebagai alas tercetak untuk melacak setiap koil tertentu.

Saya menempatkan kabel untuk Kumparan Dalam di sepanjang bagian atas dan gulungan luar di sepanjang bagian bawah blok kawat sehingga saya dapat melacak setiap kumparan tertentu yang membuatnya lebih mudah untuk menghubungkan ke papan utama.

Langkah 4: Bangun Sirkuit

Unit ini memiliki empat sirkuit utama untuk dibangun secara independen - Papan Pengemudi, Papan Utama, rakitan LED, dan Catu Daya Isi Ulang. Pada langkah ini, kita akan membangun Driver Board dan Main Board.

1. Papan Pengemudi

Gunakan pisau kerajinan untuk memotong sepotong Papan Vero sepanjang lubang 22x11 hasilnya menjadi sepotong Papan Vero dengan orientasi lubang 20x9 sesuai gambar yang disertakan. Yang terbaik adalah mencetak gol melintasi lubang di kedua sisi papan beberapa kali lalu dengan lembut lepaskan papan berlebih. Periksa apakah papan berada di dasar enklosur dengan jarak yang cukup di kedua sisi.

Dengan menggunakan foto dan mata bor 10mm dengan tangan dengan hati-hati patahkan paku payung yang ditunjukkan di bagian bawah Papan Vero. Ikuti Diagram sirkuit dan tata letak foto komponen untuk merakit papan sirkuit dengan hati-hati untuk memastikan tidak ada trek korsleting.

Sisihkan papan ini untuk pengujian nanti.

2. Papan Utama

Gunakan pisau kerajinan untuk memotong sepotong Papan Vero sepanjang lubang 36x11 hasilnya menjadi sepotong Papan Vero dengan orientasi lubang 34x9 sesuai gambar yang disertakan. Yang terbaik adalah mencetak gol melintasi lubang di kedua sisi papan beberapa kali lalu dengan lembut lepaskan papan berlebih. Periksa apakah papan berada di dasar enklosur dengan jarak yang cukup di kedua sisi.

Dengan menggunakan foto dan mata bor 10mm dengan tangan dengan hati-hati patahkan paku payung yang ditunjukkan di bagian bawah Papan Vero.

Ikuti Diagram sirkuit dan tata letak foto IC Arduino dan LM339 dan komponen lainnya untuk merakit papan sirkuit dengan hati-hati untuk memastikan tidak ada trek korsleting.

Sisihkan papan ini untuk pengujian nanti.

Langkah 5: Tambahkan Indikator LED

Saya telah menggunakan LED WS2182 yang memiliki IC built-in yang memungkinkan mereka untuk ditangani oleh Arduino menggunakan tiga kabel terpisah namun berbagai warna dan kecerahan warna dapat dibuat dengan mengirimkan perintah ke LED. Ini dilakukan melalui perpustakaan khusus yang dimuat ke Arduino IDE yang tercakup dalam bagian pengujian.

1. Memasang LED di Tutup Kandang Coil

Posisikan keempat LED dengan hati-hati agar diarahkan dengan benar sehingga sambungan VCC dan GND sejajar dan berada di tengah lubang.

Gunakan Lem Panas untuk mengencangkan LED ke posisinya.

2. Menghubungkan LED

Lepaskan dengan hati-hati dan posisikan tiga kabel penghubung inti tunggal sepanjang 25cm di seluruh kontak LED.

Solder ini ke tempatnya dan pastikan kabel data pusat terhubung dengan kontak IN dan OUT sesuai foto.

3. Pemeriksaan Penjajaran Kasus

Periksa apakah tutup casing akan rata dengan Coil Enclosure, lalu gunakan Lem Panas untuk menahan kabel pada tempatnya di ujung dasar tutupnya.

Sisihkan ini untuk pengujian nanti.

Langkah 6: Merakit dan Menguji Unit

1. Mempersiapkan Perakitan

Sebelum merakit, kami akan menguji setiap papan secara progresif untuk mempermudah pemecahan masalah.

Arduino Pro Mini membutuhkan papan serial USB agar dapat diprogram oleh PC Anda. Hal ini memungkinkan papan menjadi lebih kecil dalam ukuran karena tidak memiliki antarmuka serial di atasnya. Untuk memprogram papan ini, Anda perlu berinvestasi untuk mendapatkannya seperti yang diuraikan dalam daftar bagian.

Sebelum memuat kode Arduino, Anda perlu menambahkan Pustaka "FastLED.h" sebagai pustaka untuk menggerakkan LED WS2182. Serangkaian Jejak Oscilloscope telah disediakan untuk pemecahan masalah jika ada masalah.

Ada juga tangkapan layar dari keluaran data serial IDE menggunakan fungsi Graph Plot yang menunjukkan keluaran lebar pulsa dari masing-masing saluran serta nilai ambang batas. Ini berguna selama pengujian karena Anda dapat melihat apakah setiap saluran berkinerja pada tingkat sensitivitas yang sama.

Saya telah menyertakan dua salinan kode. Satu telah menguji streaming data serial untuk tujuan pemecahan masalah.

CATATAN: Jangan hubungkan unit Baterai LiPo sampai langkah terakhir karena korsleting ini secara tidak sengaja selama perakitan dapat menyebabkan unit menjadi terlalu panas atau bahkan terbakar.

2. Uji Papan Utama

Sebelum menghubungkan papan utama ke apa pun, disarankan untuk memasang Kabel Serial Arduino dan memverifikasi bahwa kode dimuat.

Ini hanya akan menguji bahwa Anda memiliki Arduino secara fisik terhubung dengan benar dan bahwa IDE dan pustaka dimuat. Muat kode melalui IDE yang seharusnya dimuat tanpa kesalahan dan tidak ada asap yang keluar dari komponen apa pun!!

3. Hubungkan Papan Pengemudi

Ikuti diagram sirkuit untuk menghubungkan Papan Pengemudi ke Papan Utama dan posisikan unit secara fisik di dalam kotak untuk memastikan barang-barang pas di dalam enklosur. Ini adalah kasus trial and error dan membutuhkan ketekunan.

Muat kode melalui IDE yang seharusnya dimuat tanpa kesalahan dan tidak ada asap yang keluar dari komponen apa pun!!

4. Hubungkan Kumparan Ikuti diagram sirkuit untuk menghubungkan Kumparan ke Papan Utama dan posisikan unit secara fisik di dalam kotak untuk memastikan item sesuai dengan benar. Hati-hati pastikan koil sejajar dengan input Driver Board dan Main Board sesuai diagram sirkuit.

Dengan kode uji yang dimuat, port serial akan menampilkan lebar pulsa pada koil penerima di suatu tempat antara 5000 - 7000uS. Ini juga dapat dilihat menggunakan IDE Graph Plotter.

Ini akan memungkinkan Anda untuk memecahkan masalah setiap saluran dan juga melihat efek memindahkan koin di dekat koil pencarian yang akan mengurangi lebar pulsa saat target semakin dekat ke koil pencarian.

Jika Anda memiliki osiloskop, Anda juga dapat memeriksa bentuk gelombang pada berbagai tahap rangkaian untuk mendiagnosis masalah.

Setelah semua saluran bekerja sesuai dengan posisi yang diharapkan, kabel-kabel itu akan dipasang dan penutup casing dapat ditutup dengan benar.

5. Hubungkan LED

Ambil tiga kabel dengan hati-hati dari LED Coil Enclosure dan sambungkan ke papan utama. Muat kode dan pastikan LED beroperasi dengan benar. Gunakan lem untuk mengencangkan tutup penutup koil pada tempatnya.

Langkah 7: Menghubungkan Baterai Isi Ulang

CATATAN:

1. Jangan hubungkan unit Baterai LiPo sampai langkah terakhir karena korsleting ini secara tidak sengaja selama perakitan dapat menyebabkan unit menjadi terlalu panas atau bahkan terbakar.

2. Saat menangani baterai dan pengisi daya, pastikan Anda berhati-hati agar sambungan baterai tidak terputus.

3. Baterai LiPo tidak seperti baterai isi ulang lainnya dan pengisian arus berlebih dapat berbahaya, jadi pastikan Anda mengonfigurasi rangkaian pengisian daya dengan benar.

4. Jangan sambungkan Kabel Serial Arduino ke unit saat tombol daya ditekan jika tidak, baterai bisa rusak.

1. Ubah Batas Arus Pengisi Daya

Pocket Metal Locator menggunakan Baterai LiPo yang dapat diisi menggunakan pengisi daya telepon Micro USB. TP4056 USB LiPo Batt Charger Board pertama kali dimodifikasi dengan resistor 4.7K untuk membatasi arus pengisian di bawah 300mA. Petunjuk tentang bagaimana hal ini dapat dilakukan dapat ditemukan di sini.

Ini mengharuskan Anda untuk melepas resistor yang terpasang di permukaan dan menggantinya dengan resistor seperti yang ditunjukkan pada foto. Setelah terpasang, lindungi setiap gerakan resistor yang tidak direncanakan dengan lem panas.

Sebelum disambungkan ke main board, test charger berfungsi dengan benar dengan menghubungkan charger handphone dengan port Micro USB. Lampu pengisian daya merah harus menyala saat bekerja dengan benar.

2. Pasang Sakelar Daya Tombol Tekan

Pastikan Tombol Tekan dipasang pada posisi yang benar sehingga menonjol melalui bagian tengah tutup enklosur, lalu solder Tombol Tekan pada tempatnya. Pasang kabel antara sakelar tombol Push dan Output Charger dan jalur VCC pada Arduino sesuai diagram sirkuit.

Saat dipasang dengan benar, menekan sakelar akan mengaktifkan unit.

Perbaiki Baterai pada posisinya menggunakan lem panas dan pastikan soket Micro USB sejajar dengan lubang pada tutup casing sehingga dapat diisi daya.

Langkah 8: Pengujian dan Operasi Akhir

1. Perakitan Fisik

Langkah terakhir adalah mengatur ulang kabel dengan hati-hati sehingga kasing akan menutup dengan benar. Gunakan lem panas untuk mengencangkan mainboard ke tutupnya dan kemudian tutup tutupnya ke posisinya.

2. Mengoperasikan Unit

Unit beroperasi dengan mengkalibrasi setelah menekan dan menahan tombol daya. Semua LED akan berkedip saat unit siap digunakan. Jauhkan tombol tekan saat mencari. LED berubah dari Biru-Hijau, Merah, Ungu berdasarkan kekuatan objek target. Umpan balik haptic terjadi ketika LED berubah menjadi ungu.

Anda tidak siap untuk pergi dan digunakan untuk aplikasi praktis!!