Detektor Logam Ramah Lingkungan - Arduino: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Deteksi Logam sangat menyenangkan. Salah satu tantangannya adalah mampu mempersempit tempat penggalian yang tepat untuk memperkecil ukuran lubang yang tertinggal.

Detektor logam unik ini memiliki empat kumparan pencarian, layar sentuh berwarna untuk mengidentifikasi dan menentukan lokasi temuan Anda.

Menggabungkan kalibrasi otomatis, paket daya isi ulang USB, dengan empat mode layar, frekuensi, dan penyesuaian lebar pulsa berbeda yang memungkinkan Anda menyesuaikan cara pencarian.

Setelah Anda menentukan harta karun itu, satu lubang di tengah di atas setiap gulungan memungkinkan Anda menggunakan tusuk sate kayu untuk mendorong ke dalam tanah sehingga Anda dapat mulai menggali sumbat kecil dari tanah untuk mengurangi kerusakan lingkungan.

Setiap kumparan dapat mendeteksi koin dan cincin pada kedalaman 7-10cm sehingga sangat ideal untuk mencari koin dan cincin yang hilang di sekitar taman dan pantai.

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

Terima Kasih Banyak - Jika Anda menekan tombol suara di sudut kanan atas untuk kompetisi "Tantangan Penemuan" dan "Jelajahi Sains"!!!

terimakasih banyak, TechKiwi

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

Langkah 1: Ilmu di Balik Deteksi Logam

Desain Deteksi Logam

Ada beberapa variasi desain Metal Detector. Jenis detektor logam khusus ini adalah detektor Induksi Pulsa yang menggunakan koil pengirim dan penerima terpisah.

Arduino menghasilkan pulsa yang diterapkan ke Transmit Coil untuk waktu yang sangat singkat (4uS) melalui transistor. Arus dari pulsa ini menyebabkan medan magnet tiba-tiba terbentuk di sekitar koil, medan yang mengembang dan runtuh menginduksi tegangan ke Kumparan Penerima. Sinyal yang diterima ini diperkuat oleh transistor penerima dan kemudian diubah menjadi pulsa digital bersih oleh Voltage Comparator dan pada gilirannya disampel oleh pin Digital Input pada Arduino. Arduino diprogram untuk mengukur lebar pulsa dari pulsa yang diterima.

Dalam desain ini, lebar pulsa yang diterima ditentukan oleh induktansi kumparan penerima dan kapasitor. Tanpa objek dalam jangkauan, lebar pulsa dasar berukuran sekitar 5000 uS. Ketika benda logam asing masuk ke dalam jangkauan medan magnet yang meluas dan runtuh, ini menyebabkan sebagian energi diinduksi ke dalam objek dalam bentuk arus eddy. (Induksi elektromagnetik)

Hasil akhirnya adalah lebar pulsa yang diterima berkurang, perbedaan lebar pulsa ini diukur oleh Arduino dan ditampilkan pada layar TFT dalam berbagai format.

Opsi Tampilan 1: Posisi Target di bawah Kepala Detektor

Niat saya adalah menggunakan 4 kumparan untuk melakukan triangulasi posisi target di bawah kepala detektor. Sifat non-linear dari kumparan pencarian membuat ini menantang namun-g.webp

Opsi Tampilan 2: Tampilkan Jejak Sinyal untuk Setiap Kumparan Pencarian

Ini memungkinkan Anda untuk melacak di mana objek target berada di bawah kepala dengan menggambar jejak kekuatan sinyal independen di layar untuk setiap koil pencarian. Ini berguna untuk menentukan apakah Anda memiliki dua target yang berdekatan di bawah kepala detektor dan kekuatan relatifnya.

Penggunaan Praktis

Pendekatan ini memungkinkan Anda menggunakan tampilan pertama untuk mengidentifikasi target dan tampilan kedua untuk mengarahkannya ke beberapa milimeter seperti yang ditunjukkan dalam klip video.

Langkah 2: Kumpulkan Bahan

Bill of material

1. Arduino Mega 2560 (Item 1, 2 dan 3 dapat dibeli sebagai satu paket pesanan)
2. Layar Sentuh LCD TFT 3.2" (Saya telah menyertakan kode untuk 3 variasi yang didukung)
3. TFT 3.2 Inci Mega Perisai
4. Transistor BC548 x 8
5. 0.047uf Greencap Kapasitor x 4 (50v)
6. 0.1uf Greencap Kapasitor x 1 (50v)
7. 1k Resistor x 4
8. 47 Resistor x 4
9. Resistor 10k x 4
10. Resistor 1M x 4
11. 2.2k Resistor x 4
12. Saklar Rocker Mini SPST
13. Sirkuit Terpadu LM339 Quad Diferensial Komparator
14. Dioda Sinyal IN4148 x 4
15. Kawat TembagaSpool Diameter 0.3mm x 2
16. Kabel Penyaringan Dua Inti - Diameter 4.0mm - panjang 5M
17. Bank Daya Isi Ulang USB 4400mHa
18. Piezo Buzzer
19. Papan Vero 80x100mm
20. Kotak Plastik Tinggi minimal 100mm, Kedalaman 55mm, Lebar 160mm
21. Pengikat kabel
22. Kayu MDF Tebal 6-8mm - potongan persegi 23cm x 23cm x 2
23. Kabel ekstensi USB mikro 10cm
24. Kabel colokan USB-A cocok untuk dipotong hingga panjang 10cm
25. Titik Jack Audio Headphone - Stereo
26. Berbagai kepala detektor spacer kayu dan plastik
27. Pegangan Sapu Pel Cepat dengan sambungan yang dapat disesuaikan (hanya gerakan satu sumbu - lihat foto)
28. Satu lembar Kertas A3
29. Lem stik
30. Pemotong Jig Saw Elektik
31. A4 Sheet Cardboard ketebalan 3mm untuk membuat bekas koil untuk koil TX dan Rx
32. Lakban
33. Pistol lem panas
34. lem listrik
35. 10 Pin Header Arduino tambahan
36. Pin Terminal PCB x 20
37. Lem Epoxy Dua Bagian - waktu pengeringan 5 menit
38. Pisau Kerajinan
39. 5mm Tabung Plastik panjang 30mm x 4 (Saya menggunakan tabung sistem penyiraman taman dari toko perangkat keras)
40. Sealer tahan air MDF (Pastikan tidak mengandung logam)
41. Saluran Listrik Fleksibel 60cm - Abu-abu - Diameter 25mm

Langkah 3: Bangun Kepala Detektor

1. Membangun Majelis Kepala

Catatan: Saya memilih untuk membuat pengaturan pemasangan yang agak rumit untuk 8 gulungan kawat tembaga yang digunakan di kepala detektor. Ini melibatkan pemotongan serangkaian lubang dari dua lapisan MDF seperti yang dapat dilihat pada foto di atas. Sekarang saya telah menyelesaikan unit yang saya sarankan hanya menggunakan satu potong lingkaran berdiameter 23 cm dan menempelkan gulungan ke lapisan tunggal MDF ini dengan lem panas. Ini mengurangi waktu pembuatan dan juga berarti kepala lebih ringan.

Mulailah dengan mencetak stensil yang disediakan ke selembar kertas A3 dan kemudian rekatkan ini ke papan MDF untuk memberi Anda panduan untuk memposisikan gulungan.

Menggunakan Gergaji Jig Listrik dengan hati-hati potong lingkaran berdiameter 23cm dari MDF.

2. Menggulung Gulungan

Gunakan karton untuk membuat dua silinder panjang 10cm yang disatukan dengan Lakban. Diameter Kumparan Pemancar harus 7cm dan Kumparan Penerima 4cm.

Tempatkan kumparan kawat tembaga pada paku sehingga dapat berputar dengan bebas. Tempelkan awal kawat tembaga pada silinder karton menggunakan lakban. Wind 40 berputar dengan kuat ke silinder dan kemudian menggunakan selotip untuk mengikat ujungnya.

Gunakan Lem Panas untuk mengikat gulungan bersama-sama pada setidaknya 8 titik di sekitar keliling gulungan. Setelah dingin, gunakan jari Anda untuk melepaskan koil, lalu kencangkan ke kerangka kepala Detektor Logam menggunakan Lem Panas. Bor dua lubang melalui MDF di sebelah koil dan lewati ujung koil ke sisi atas Kepala Detektor Logam.

Ulangi latihan ini untuk membuat dan memasang 4 x Receive Coils dan 4 Transmit coils. Setelah selesai harus ada 8 pasang kabel yang menonjol melalui bagian atas kepala detektor logam.

3. Pasang kabel berpelindung

Potong kabel inti kembar berpelindung 5M menjadi 8 panjang. Lepaskan dan solder inti kembar ke setiap koil pengirim dan penerima meninggalkan pelindung terputus di ujung Kepala Detektor kabel.

Uji koil dan sambungan kabel di ujung lain setiap kabel menggunakan Ohm Meter. Setiap kumparan akan mendaftarkan beberapa Ohm dan harus konsisten untuk semua kumparan Terima dan Kirim masing-masing.

Setelah diuji gunakan hot glue gun untuk mengikat 8 kabel ke bagian tengah Kepala Detektor siap untuk memasang pegangan dan finishing kepala.

Saran saya adalah mengupas dan melapisi masing-masing inti kabel berpelindung di ujung yang lain sebagai persiapan untuk pengujian di masa mendatang. Pasang kabel pembumian ke setiap pelindung kabel karena ini akan dihubungkan ke pembumian di unit utama. Ini menghentikan interferensi antara setiap kabel.

Gunakan Multimeter untuk mengidentifikasi koil yang mana dan tempelkan label lengket sehingga dapat diidentifikasi dengan mudah untuk perakitan di masa mendatang.

Langkah 4: Merakit Sirkuit untuk Pengujian

1. Perakitan Papan tempat memotong roti

Rekomendasi saya adalah menggunakan papan tempat memotong roti untuk terlebih dahulu mengatur dan menguji sirkuit sebelum melakukan ke Vero Board dan enklosur. Ini memberi Anda kesempatan untuk mengadaptasi nilai komponen atau memodifikasi kode jika diperlukan untuk sensitivitas dan stabilitas. Kumparan pengirim dan penerima perlu disambungkan sehingga dililitkan ke arah yang sama dan ini lebih mudah untuk diuji pada papan tempat memotong roti sebelum memberi label pada kabel untuk koneksi selanjutnya ke Papan Vero.

Rakit komponen sesuai diagram sirkuit dan pasang Detektor Head Coils menggunakan kabel hookup.

Sambungan ke Arduino paling baik dibuat menggunakan kawat pengait papan roti yang disolder ke pelindung TFT. Untuk koneksi pin Digital dan Analog saya menambahkan Pin Header yang memungkinkan saya untuk menghindari penyolderan langsung ke Papan Arduino. (Lihat gambar)

2. Perpustakaan IDE

Ini perlu diunduh dan ditambahkan ke IDE (Integrated Development Environment) yang berjalan di komputer Anda, yang digunakan untuk menulis dan mengunggah kode komputer ke papan fisik. UTFT.h dan URtouch.h terletak di file zip di bawah

Kredit untuk UTFT.h dan URtouch.h masuk ke Rinky-Dink Electronics Saya telah menyertakan file zip ini karena tampaknya situs web sumber sedang tidak aktif.

3. Pengujian

Saya telah menyertakan program uji untuk menangani pengaturan awal sehingga Anda dapat menangani masalah orientasi koil. Muat kode uji ke dalam Arduino IDE dan unggah ke Mega. Jika semuanya berfungsi, Anda akan melihat layar pengujian seperti di atas. Setiap kumparan harus menghasilkan nilai keadaan tunak kira-kira 4600uS di setiap kuadran. Jika ini tidak terjadi, balikkan polaritas belitan pada koil TX atau RX dan uji lagi. Jika ini tidak berhasil maka saya sarankan Anda memeriksa setiap koil satu per satu dan bekerja kembali melalui sirkuit untuk memecahkan masalah. Jika Anda sudah memiliki 2 atau 3 yang berfungsi, bandingkan dengan koil/sirkuit yang tidak berfungsi.

Catatan: Pengujian lebih lanjut telah mengungkapkan bahwa kapasitor 0,047uf pada rangkaian RX mempengaruhi semua sensitivitas. Saran saya adalah begitu Anda memiliki sirkuit yang berfungsi pada papan tempat memotong roti, coba tingkatkan nilai ini dan uji dengan koin karena saya telah menemukan bahwa ini dapat meningkatkan sensitivitas.

Ini tidak wajib namun jika Anda memiliki osiloskop, Anda juga dapat mengamati Pulsa TX dan Pulsa RX untuk memastikan kumparan terhubung dengan benar. Lihat komentar di gambar untuk mengkonfirmasi ini.

CATATAN: Saya telah menyertakan dokumen PDF di bagian ini dengan jejak osiloskop untuk setiap tahap rangkaian untuk membantu memecahkan masalah apa pun

Langkah 5: Bangun Sirkuit dan Kandang

Setelah unit telah diuji untuk kepuasan Anda, Anda dapat mengambil langkah berikutnya dan membangun papan sirkuit dan penutup.

1. Siapkan Kandang

Tata letak komponen utama dan posisikan dalam kasus Anda untuk menentukan bagaimana semuanya akan cocok. Potong Papan Vero untuk mengakomodasi komponen, namun, pastikan Anda dapat masuk ke bagian bawah enklosur. Hati-hati dengan Paket Daya Isi Ulang karena ini bisa sangat besar.

Bor lubang untuk mengakomodasi masuknya kembali kabel kepala, sakelar daya, port USB Eksternal, Port Pemrograman Arduino, dan jack audio headphone stereo.

Selain bor ini 4 lubang pemasangan di tengah sisi depan kasing di mana pegangan akan berada, Lubang-lubang ini harus dapat melewati pengikat kabel melaluinya di langkah-langkah selanjutnya.

2. Merakit Papan Vero

Ikuti Diagram Sirkuit dan gambar di atas untuk memposisikan komponen pada Papan Vero.

Saya menggunakan Pin Terminal PCB untuk memudahkan koneksi kabel koil kepala ke PCB. Pasang Piezo Buzzer pada PCB beserta IC dan transistornya. Saya mencoba untuk menjaga komponen TX, RX sejajar dari kiri ke kanan dan memastikan bahwa semua koneksi ke kumparan eksternal berada di salah satu ujung Vero Boar. (lihat layout di foto)

3. Pasang Kabel Coil

Buat dudukan kabel untuk kabel berpelindung yang masuk dari MDF seperti yang ditunjukkan pada gambar. Ini terdiri dari 8 lubang yang dibor ke MDF untuk memungkinkan kabel duduk sejajar dengan Pin Terminal PCB. Saat Anda memasang setiap koil, Anda perlu menguji sirkuit secara progresif untuk memastikan orientasi koil yang benar.

4. Uji Unit

Hubungkan USB Power Pack, Power Switch, Audio Phone Jack dan posisikan semua kabel dan kabel untuk memastikan pas di casing. Gunakan Lem Panas untuk menahan barang-barang di tempatnya untuk memastikan tidak ada benda yang bisa berderak. Sesuai langkah sebelumnya, muat kode uji dan pastikan semua kumparan bekerja seperti yang diharapkan.

Uji apakah Paket Daya USB Mengisi dengan benar saat terhubung secara eksternal. Pastikan ada cukup ruang untuk memasang kabel Arduino IDE.

5. Potong Tampilan Layar

Posisikan layar di tengah kotak dan tandai tepi layar LCD di panel depan siap untuk memotong bukaan. Menggunakan pisau kerajinan dan penggaris logam dengan hati-hati skor tutup kotak dan potong lubangnya.

Setelah diampelas dan diarsipkan untuk dibentuk dengan hati-hati, posisikan tutup sambil memastikan semua komponen, papan, kabel, dan layar ditahan di tempatnya dengan spacer dan lem panas.

7. Bangun Pelindung Matahari

Saya menemukan selungkup hitam tua yang dapat saya potong dan gunakan sebagai pelindung matahari seperti yang ditunjukkan pada foto di atas. Rekatkan ini ke panel depan menggunakan epoksi dua bagian 5 menit.

Langkah 6: Pasang Pegangan dan Kasing ke Kepala Detektor

Sekarang setelah Detektor Elektronik dan Kepala dibuat, yang tersisa hanyalah menyelesaikan pemasangan unit dengan aman.

1. Pasang Kepala ke Pegangan

Ubah sambungan pegangan untuk memungkinkan Anda memasangnya ke kepala menggunakan dua sekrup. Idealnya, Anda ingin meminimalkan jumlah logam di dekat kumparan jadi gunakan sekrup kayu kecil dan banyak lem epoksi 5 menit 2 bagian untuk diikat ke kepala. Lihat foto di atas.

2. Kabel Kepala Bertali

Menggunakan Pengikat Kabel dengan hati-hati mengikat kabel dengan menambahkan pengikat kabel setiap 10 cm di sepanjang kabel berpelindung. Berhati-hatilah untuk memastikan Anda mengatur posisi terbaik untuk kasing sehingga mudah untuk melihat layar, menjangkau kontrol, dan memasang headphone/colokan.

3. Pasang Elektronik ke Pegangan

Bangun Blok Pemasangan 45 Derajat dari MDF untuk memungkinkan Anda memasang Casing pada sudut yang berarti saat Anda menyapu detektor di tanah, Anda dapat melihat tampilan TFT dengan mudah. Lihat gambar di atas.

Pasang Kasing Elektronik ke pegangan dengan Pengikat Kabel yang mengalir melalui blok pemasangan dan ke dalam kasing melalui lubang pemasangan yang telah dibor sebelumnya.

4. Selesaikan Kepala Detektor

Kumparan Kepala Detektor harus diperbaiki tanpa gerakan di kabel jadi ini saat yang tepat untuk menggunakan Lem Panas untuk mengencangkan semua gulungan di tempatnya secara menyeluruh.

Kepala Detektor juga harus tahan air sehingga penting untuk menyemprot MDF dengan sealer bening (pastikan sealer tidak mengandung logam karena alasan yang jelas).

Bor lubang 5mm di tengah setiap gulungan dan lewati tabung plastik 5mm x 30mm untuk memungkinkan Anda mendorong tusuk sate kayu ke dalam tanah di bawah setelah Anda mengarahkan pin ke target. Gunakan pistol lem panas untuk mengunci posisinya.

Saya kemudian menutupi bagian atas kepala dengan pelat plastik dan bagian bawah dengan sampul buku plastik tebal sambil menyelesaikan tepi dengan potongan pipa saluran listrik fleksibel dan Hot Glued ke tempatnya.

Langkah 7: Perakitan dan Pengujian Akhir

1. Pengisian

Tempatkan pengisi daya ponsel standar ke dalam port Micro USB dan pastikan unit terisi daya dengan baik.

2. Unggah Kode

Gunakan Arduino IDE untuk mengunggah kode terlampir.

3. Tombol Bisu

Unit default untuk dimatikan pada power up. Ini dilambangkan dengan Tombol Bisu merah di LHS bawah layar. Untuk mengaktifkan suara, tekan tombol ini dan tombol tersebut harus berwarna hijau yang menunjukkan suara diaktifkan.

Saat tidak dibisukan, bel internal dan soket telepon audio eksternal akan menghasilkan suara.

4. Kalibrasi

Kalibrasi mengembalikan jejak ke bagian bawah layar di bawah garis ambang. Saat pertama kali dihidupkan, unit akan secara otomatis mengkalibrasi. Unit ini sangat stabil namun jika ada kebutuhan untuk kalibrasi ulang ini dapat dilakukan dengan menyentuh tombol kalibrasi pada layar yang akan mengkalibrasi ulang dalam waktu kurang dari satu detik.

5. Ambang Batas

Jika sinyal pada jejak apapun melebihi garis ambang (garis putus-putus pada layar) dan Tombol Mute dimatikan maka sinyal audio akan dihasilkan.

Ambang batas ini dapat disesuaikan ke atas dan ke bawah dengan menyentuh layar di atas atau di bawah setiap garis jejak.

6. Penyesuaian PW dan DLY

Durasi Pulsa ke kumparan dan penundaan antara pulsa dapat disesuaikan melalui layar sentuh. Ini benar-benar di tempat untuk bereksperimen dengan berbagai lingkungan dan harta dapat diuji untuk hasil terbaik.

7. Jenis Tampilan

Ada 4 jenis tampilan yang berbeda

Opsi Tampilan 1: Posisi Target di bawah Kepala Detektor Niat saya adalah menggunakan 4 gulungan untuk mengukur posisi target di bawah kepala detektor. Sifat koil pencarian yang nonlinier membuat ini menantang namun-g.webp

Opsi Tampilan 2: Tampilkan Jejak Sinyal untuk Setiap Kumparan Pencarian Ini memungkinkan Anda melacak di mana objek target berada di bawah kepala dengan menggambar jejak kekuatan sinyal independen di layar untuk setiap kumparan pencarian. Ini berguna untuk menentukan apakah Anda memiliki dua target yang berdekatan di bawah kepala detektor dan kekuatan relatifnya.

Tampilan Opsi 3: Sama seperti opsi 2, namun dengan garis yang lebih tebal membuatnya lebih mudah dilihat.

Tampilan Opsi 4: Sama seperti opsi 2, namun, menarik lebih dari 5 layar sebelum menghapus jejak. Bagus untuk menangkap sinyal yang redup.

Saya melakukan pengujian lapangan selama beberapa minggu ke depan, jadi saya akan menerbitkan temuan harta karun apa pun.

Sekarang pergilah bersenang-senang dan temukan harta karun!!

Langkah 8: Epilog: Variasi Coil

Ada banyak pertanyaan dan saran yang bagus dan menarik tentang konfigurasi koil. Dalam pengembangan instruksi ini, ada banyak eksperimen dengan berbagai konfigurasi kumparan yang layak disebut.

Gambar-gambar di atas menunjukkan beberapa kumparan yang saya coba sebelum menetapkan desain saat ini. Jika Anda memiliki pertanyaan lebih lanjut pesan saya.

Kepada Anda untuk bereksperimen lebih lanjut!

Hadiah Pertama di Invention Challenge 2017

Juara Pertama dalam Explore Science Contest 2017