Arduino'daki darbe metal dedektörüm. Ayırıcılı basit metal dedektörlerinden biri “Megatron Arduino'daki darbeli metal dedektörüm - FoxyPI projesi

Bilgiler yalnızca eğitim amaçlı sağlanmaktadır.
Site yöneticisi, verilen bilgilerin kullanılmasının olası sonuçlarından sorumlu değildir.

Ücret arduino darbeli metal dedektöründe kullanılabilir ( Darbe İndüksiyonlu Metal Dedektörü (PI)) hem puls üreteci olarak hem de sonuçların işlenmesi ve görüntülenmesi için.

Analog darbeli metal dedektörünün çalışma prensipleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Arduino'daki darbeli metal dedektörüm - FoxyPI projesi

sürüm 1 (FoxyPI v1) (eski)
Ne var ne yok: ilk versiyon.
GNU Genel Kamu Lisansı v3.0, mevcut Github https://github.com/Dreamy16101976/foxyPIv1 deposunda.

Prototip test videosu: https://youtu.be/VWCA6jYK5tY

sürüm 2 (FoxyPI v2) (eski)

Ne var ne yok:

• "hareketli ortalama" algoritması kullanılarak analiz edilen bobin darbe süresinin ortalaması eklendi ( hareketli ortalama, M.A.);
• Menüyü kullanarak darbelerin süresini, aralarındaki aralıkları, gecikme süresini ve hareketli ortalama penceresinin genişliğini yapılandırmanın yanı sıra ayarları kaydetme yeteneği eklendi EEPROM;
• bobin darbe süresi değiştiğinde sinyal tonunda bir değişiklik eklendi;
• metal dedektörünün dinamik çalışma modu eklendi;
• sürücü değiştirildi MOSFET;
• “+5 V” ve “+12 V” anahtarları birleştirilmiştir ve serbest anahtar arka ışığı kontrol etmek için kullanılır LCD-ekran;
• Sinyal gücünü belirtmek için LED'ler eklendi.

Taslak kaynak kodu lisansı:tescilli .

Altıgen-dosya donanım yazılımı FoxyPI(sürüm 2.11) için - .
Nasıl flaş yapılır altıgen- panoya dosya arduino, Tanımladım.

Saha testi ve arama(26/03/2016) - https://youtu.be/Xk4X6O1646M
Prototip testi(4.01.2016) - https://youtu.be/ikJbqUCbyvw

Metal dedektör devresi (versiyon 2):

sürüm 3 (FoxyPI v3)

Ne var ne yok:

• Sinyal seviyesini belirlemek için, önceki versiyonda olduğu gibi bir karşılaştırıcı değil, bir ADC kullanılır. arduino;
• iki arama modu - dinamik ve statik (düğmeye uzun basarak modlar arasında geçiş yapma);
• kararlılığı artırmak için sinyal entegrasyonu kullanılır;
• entegratör ve yüksek geçiş filtresinin emülasyonu gerçekleştirilir;
• menü öğeleri değişti;
• düğmeyi açarken basılı tutmak ayarlar menüsüne girmenizi sağlar;
• düğmeye basıldığında dengeleme başlatılır/durdurulur;
• Dört yerine iki seviyeli sesli ve görsel gösterge kullanılır.

Bu versiyonda hedef ayrımı yoktur.

Metal dedektör devresi (versiyon 3):

• bir karşılaştırıcının kullanımıyla ilişkili unsurlar hariçtir - R5, R6;
• Op-amp'in kazancını artırmak için direnç değeri değiştirildi R3 320 kOhm'da (220 kOhm ve 100 kOhm nominal değerlerine sahip iki dirençten oluşur);
• Mikrodenetleyici güç kaynağı devresi değiştirildi.

Bir metal dedektör devresinde birbirinden izole iki "ülke" - analog (zemin simgesi) ve dijital (muhafaza simgesi).

Taslak kaynak kodu lisansı : tescilli.

Altıgen-dosya donanım yazılımı FoxyPI -

Elf-dosya donanım yazılımı FoxyPI(16.04.2019 tarihli sürüm 3.3, mevcut ilk cihaz yazılımı sürüm 3.3) -

Nasıl flaş yapılır altıgen- panoya dosya arduino, Tanımladım.

Dinamik modda "hava" testlerinin videosu (04/07/2019, sürüm 3.2) - https://youtu.be/HzIiA9ws0Ak
Dinamik modda “hava” ve “yer altı” testlerinin videosu (04/11/2019, sürüm 3.3) - https://youtu.be/GwRvhjCmOE4
Statik modda "hava" testlerinin videosu (04/13/2019, sürüm 3.3) - https://youtu.be/1ulevNWBZ9A

Elektronik ünitenin görünümü:


yukarıdan bak:
1 - LCD-ekran
2 - LED
3 - piezodinamik
4 - kontrol düğmesi
5 - LCD ekran arka ışık anahtarı
6 - güç anahtarı
7 - Sinyal gücünü gösteren LED'ler

Metal dedektörü üç parçaya demonte olarak taşınır - elektronik ve saplı, çubuklu, telli makaralı güç üniteleri:

Monte edilmiş metal dedektörünün görünümü:

Metal dedektörünün çalıştırılması

Metal dedektörünü açma ve başlatma

Metal dedektörünün gücünü açtığınızda (anahtar 6), ilk önce geri sayım başlar:

Menü öğeleri arasında gezinmek için düğmeye (4) kısa basılması gerekir (yeşil LED yanar) ve bir menü öğesi seçmek için düğmeye (4) uzun basılması gerekir (kırmızı LED yanar) :

Seçilen menü öğesinin parametre değerleri arasında geçiş yapmak için düğmeye (4) kısa basılması gerekir (yeşil LED yanar) ve bir parametre değeri seçmek için düğmeye (4) uzun basılması gerekir (kırmızı LED yanar):

Menüden çıkmak için " seçeneğini seçin ÇIKIŞ":

Geri sayım tamamlandıktan sonra, ekranda (1) cihaz adını ve yazılım sürüm numarasını ("FoxyPI v3.x") içeren bir mesaj görüntülenir, bir logo görüntülenir ve piezo hoparlörden değişen tonda bir ses sinyali duyulur ( 3), farklı sinyal seviyelerine karşılık gelen ve yanıp sönen LED'lerin eşlik ettiği:

Metal dedektörü kullanarak hedefleri tespit etmek

Daha sonra herhangi bir menü girişi seçilmezse geçerli cihaz ayarları görüntülenir:

L - darbe süresi (μs, biz)
R - darbe tekrarlama hızı (darbe/sn, pps)
BEN - entegratör katsayısı
F - filtre katsayısı
S - ses (açık/kapalı, AÇIK /KAPALI )

Daha sonra dengeleme yapılır ( sıfırlama) statik modda:

Metal dedektörü iki modda çalışır:

• statik mod (statik/hareketsiz mod) (varsayılan) - sinyal seviyesi dikkate alınır, bobinin sürekli hareket etmesini gerektirmez (hedefin konumunu netleştirmek için kullanılabilir ( nokta belirleme) ve ana arama modu olarak);
• dinamik mod(dinamik/hareket modu) - sinyal değişikliklerinin dinamikleri dikkate alınır; arama işlemi sırasında bobinin taşınmak yer yüzeyinin üstünde

Dengeleme yaparken tavsiye edilir taşınmak bobin (arama sırasındaki eylemlere benzer - bu özellikle dinamik modda dengeleme yaparken önemlidir). Otomatik dengeleme gerekli temiz bir toprak alanı üzerinde(hedefin üzerinde değil) ve mineral içermez. Toprağın darbeli metal dedektörü üzerindeki girişim etkisi hakkında bilgi edinebilirsiniz.

Hareket etmeye çalışmak önemlidir ( süpürmek) bobin dünya yüzeyine paraleldir, aksi takdirde Dünya'nın manyetik alanının etkisinden dolayı bobin üzerinde bir miktar voltaj indüklenecektir ( EFE -dünya alanı etkisi), bu da yanlış sinyallere neden olabilir: bobini yalnızca zeminin üzerinde hareket ettirirken bile:

Arama bobini yanlış hareket ettirilirse, içinden geçen manyetik akı $\Phi$ değişir:

Bu, manyetik akının aşağıdaki ifadeyle belirlenmesiyle açıklanmaktadır:
$\Phi = (B\, S\, sin\, \alpha)$, burada $B$ Dünyanın manyetik alanının indüksiyonudur, $S$ bobinin kesit alanıdır, $\alpha $, bobinin düzlemi ile Dünya'nın manyetik alanının alan çizgilerinin yönü arasındaki açıdır.
Yukarıdaki şekilde bobinin ilk konumunda manyetik akı sıfırdır ve hareket ederken sıfırdan farklı bir değer alır. Bobin boyunca manyetik akıdaki bir değişiklik nedeniyle, elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, içinde alınan sinyali bozan bir EMF indüklenir.

Bobinin hatalı hareketi sinyal seviyesini 4000...5000 artırır ve bobinin yatay konumdan dikey konuma kuvvetli hareketi 15000...20000 artırır.

Otomatik dengeleme işlemi sırasında, analiz edilen sinyalin optimum başlangıç ​​gecikmesi ve süresi ayarlanır ve "sıfır" seviyesi güncellenirken sinyalin dinamikleri (dinamik modda) veya sinyal seviyesi (statik modda) değerlendirilir. kısa bir ses sinyali eşlik eder. Güncelleme durdurulduğunda (4) tuşuna basılarak dengeleme durdurulabilir. Ayrıca çalışma sırasında (4) tuşuna basarak dengelemeyi başlatabilir/durdurabilirsiniz. Otomatik dengeleme tamamlandıktan sonra kısa bir ses sinyali verilir ve “sıfır” değeri (geleneksel birimlerde maksimum) görüntülenir.

Bundan sonra metal dedektörünün ana çalışma döngüsü başlar ve mevcut mod ekranda görüntülenir ( MOD ) dedektörün çalışması, SIFIR - dengeleme sırasında belirlenen “sıfır” seviyesinin değeri (statik mod için tipik değerler 120 000 - 125 000 , darbe süresi 150 ila 250 μs arasında değiştiğinde biraz değişir) ve RX - analiz edilen sinyalin başlangıç ​​ve bitiş noktaları (aralık) (tipik değerler - 16...43, , darbe süresi 150 ila 250 μs arasında değiştiğinde, hafifçe değişirler) 150 μs'lik bir darbe süresi için) (modlar arasında geçiş, düğmeye (4) uzun basılarak gerçekleştirilir):

Sorun belirtileri(sıfır seviye/aralık)

• bobinde kopma - 12250 / 3...4 veya 23000 / 2...4
• endüktif olmayan bobin (10 Ohm dirençle değiştirme) - 23000 / 0...2 veya 1...3

Başlangıçtaki “sıfır” seviyelerin yayılmasına bir örnek:

111289	111701	111762	111819	112029
111907	112067	111871	111827	111625

Metal bir “hedef” nesne algılandığında, değişen tonlarda bir ses sinyali duyulur ve yeşil LED (2) ile yeşil veya kırmızı LED'ler (7) yanar. Görsel-işitsel gösterimin doğası, kaydedilen kaydın dinamiğine (dinamik modda) veya seviyesine (statik modda) göre değişir. RX-dürtü:

LED'ler	Statik mod	Dinamik mod
	hedef yok	hedef yok
	zayıf sinyal seviyesi	sinyal seviyesi düşer
	ortalama sinyal seviyesi	sinyal seviyesi artar
	güçlü sinyal seviyesi	-

Yakında çalışan elektronik cihazlar metal dedektörünün çalışmasını etkileyebilir:

gelen müdahale LCD-TV (bir metreye kadar mesafeden hissedilir):

CFL'lerden kaynaklanan girişim (lambanın yanında hissedildi):

Ağa bağlı bir transformatörün manyetik alanından kaynaklanan girişim, kendisini bir tril şeklinde gösterir - çok sık yapılan işlemler:

Çalışma sırasında cihaz, çalışan televizyonlardan, bilgisayarlardan, güç transformatörlerinden, CFL'lerden uzakta bulunmalıdır!

Metal dedektörünün kurulması

Açtığınızda geri sayım başlayana kadar düğmeyi (4) basılı tutarsanız, metal dedektörünün ayarlarını değiştirmenizi sağlayan bir menüye girersiniz.

Menü yapısı (varsayılan ayarlar vurgulanmıştır):

• NABIZ UZUNLUĞU- darbe uzunluğu (100/ 150 /200/250 bize)
• DARBE FREKANSI- darbe tekrarlama oranı (10/20/30/40/50/60/70/ 80 /90/100 sayfa)
• ENTEGRATÖR K- entegratör katsayısı (5/ 10 /20/30/40/50)
• FİLTRE K- filtre katsayısı (10/20/30/40/50/60/70/ 80 /90/100/110/120/130/140/150/160/170/180 /190/200)
• SES- ses ( AÇIK/KAPALI)
• ÇIKIŞ- menüden çık

Düğmeye (4) kısa basıldığında bir sonraki menü öğesine, uzun basıldığında ise seçilen ayarın değerlerine geçilir.
Kısa basıldığında bir sonraki olası değere geçilir ve uzun basıldığında mevcut değer kaydedilir ve menünün en üst düzeyine (ayarlar listesine) gidilir.

Seçimden sonra ÇIKIŞ menüden çıkar ve ayarları kaydeder. EEPROM.

Metal dedektörü testi

Montaj sırasında metal dedektörünü test etmek için yükleyebilirsiniz. arduino Firmware'i test edin (sürüm 3 için):

Altıgen-dosya donanım yazılımını test et FoxyPI -

Elf-dosya donanım yazılımını test et FoxyPI(24.04.2019 tarihli versiyon 3.T) -

Test modunda, metal dedektörü açıldıktan sonra arama bobininde 150 μs süreli bir akım darbesi üretir ve ardından alınan sinyali kaydedip ekranda görüntüler. Düğmeye basıldığında yeni bir darbe üretilir, vb.

Sinyal örnekleri:
1 - hedefsiz, 2 - hedefli:

Metal dedektörü testleri

Temizlenmiş bir toprak alanda metal dedektörü testleri yapıyorum:

Hedefler

Test için çeşitli hedefler kullanılır:


1 - sabit sürücüden alüminyum plaka (kalınlık 1,3 mm, dış çap 3,75 inç, delik çapı 1 inç)
2 - Bakır nikel kaplı bakırdan yapılmış 5 rublelik Rus parası (çapı 25 mm, ağırlığı 6,45 gram)
3 - altın yüzük

Hedef tespit aralıkları "havada":

İki plaka (hedef 1) üst üste yerleştirildiğinde tespit aralığının artması ilginçtir. azalıyor!

Akü voltajı azaldıkça algılama aralığı belirgin şekilde azalır:

Yabancı metal dedektörlerinde, Birleşik Krallık'taki 10 penilik madeni para genellikle test hedefi olarak kullanılır - 10p Daha önce (Ocak 2012'ye kadar) bakır-nikel alaşımından (%75 bakır, %25 nikel) yapılmış olan 24,5 mm çapında:

Böyle bir madalyonun bir benzeri, ABD'nin 25 sentlik madeni parasıdır. - 25 ABD senti ( BİZ. çeyrek) çap 24,26 mm kalınlık 1,75 mm ağırlık 5,67 gram:

Çeşitli metal dedektörleri için bu tür madeni paraların beyan edilen tespit derinliği ( maks. ABD çeyreği için derinlik):
Altay Hazine Arayıcısı 2 hobi metal dedektörü- 15cm;
Prestij Metal Dedektörü- 16 cm;
Supereye S3000 Metal Dedektörü- 18 cm;
EE Hazine Avcısı- 20 santimetre.

Statik modda büyük hedeflerin tespit aralıkları:

Toz demirden yapılmış ürünler ve birçok ferrit parçası (1) metal dedektörü tarafından tespit edilmez, ancak bazı ferrit ürünleri (2) bobinin içinde, sarımdan birkaç cm uzaklıkta tespit edilir:

Ferrit mıknatıs bobinin içinde hızla hareket ettiğinde yanlış alarmlar meydana gelir:

Bahçede yapılan ilk aramanın sonucu FoxyPI v3.3 (21.04.2019):

Bahçede yapılan ikinci aramanın sonucu FoxyPI v3.3 (27.04.2019):

Ve burada daha fazla buluntu var, ancak elektrolitik saflaştırmadan sonra (bununla ilgili daha fazlası aşağıda):

Bazı ilginç buluntular hakkında bilgi edinebilirsiniz.

Buluntuları pastan temizlemek

Bulunan buluntular genellikle bir pas tabakasıyla (demir oksit Fe 2 O 3) kaplıdır.
Buluntulardaki pası temizlemek için çeşitli yöntemler kullanılabilir:

kimyasal yöntem- pası kolayca çıkarılabilir (gevşek) bir duruma dönüştüren bir kimyasalın kullanılması:

• oksalik asit;
• Ortofosforik asit.

elektrolitik yöntem - en etkilisi, arkeoloji dahil olmak üzere kir ve korozyon ürünlerini gidermek için kullanılır:

İki temizleme modu mümkündür - anodik(temizlenen nesne bir anottur, temizlik oksijen kabarcıkları ile gerçekleştirilir) ve katot(temizlenen nesne katottur ve temizleme etkisi, anodik işlem sırasında oksijenin iki katı kadar salınan hidrojen kabarcıkları tarafından sağlanır - benzer bir işlem hidrojen üretmek için kullanılır)

Aşağıda kullandığım katodik temizleme yöntemini anlatacağım.

Plastik veya cam (korozyona dayanıklı) bir kap doldurulur:
%2 (diğer kaynaklara göre %5 - 10) sulu alkali - kostik soda çözeltisi NaOH;
sulu bir soda külü çözeltisi Na2C03(Üç litre suya 1 yemek kaşığı, ancak daha doymuş bir çözelti kullanıyorum):

Bir elektrot (anot), paslanmaz çelik, sac, alüminyum veya pirinç dahil olmak üzere çelikten yapılmış bir plakadır; bazen karbon elektrotlar da kullanılır. Paslanmaz çelik kullanıyorum:

Not.
Paslanmaz çelik anot toksik maddeler açığa çıkarır, pirinç katotta bakır salınımını teşvik eder ve alüminyum anot hızla aşınır.

Anot ve katot çözeltiye indirilir, güç kaynağının “+” ucu anoda, “-” ucu temizlenecek parçaya bağlanır (Temizlenecek öğeyi bakır tel ile sarıyorum). Suyun elektroliz süreci, gaz kabarcıklarının salınması ve pas pullarının oluşmasıyla birlikte başlar (katotta - temizlenen nesne - pası yok eden hidrojen kabarcıkları salınır: 4H 2 0 + 4e - = 4OH + 2H 2 ).

Katodik temizleme sırasındaki reaksiyonun alternatif bir açıklaması da vardır:
4H + + 4e - = 2H 2 (ancak bu durumda yeterli sayıda hidrojen iyonunun oluşması için asidik bir ortam gereklidir).

İşlem sırasında anotun yakınında pas birikmeye başlar:

İşlemin sonunda kabın tamamı pas parçacıklarıyla dolar:

Pas, elektroliz işlemi sırasında anotu kaplar:

Bir çözeltiye batırılan turnusol kağıdı alkali ortama reaksiyonu gösterir:

Temizleme işlemi tamamlandıktan sonra temizlenen parça, metal bir fırça ile temizlenen gevşek bir kirlilik tabakasıyla kaplanır:

Elektrolitik temizlemeden sonra bulgu şöyle görünür:

Osilogramlar

Bir laboratuvar tezgahını dijital osiloskop olarak kullanarak bir dizi osilogram aldım:

laboratuvar standı -

arama bobini voltajı -

Metal dedektör cihazı

Tasarım

Halter

Metal dedektör çubuğu için 25 mm çapında ve 1,6 mm et kalınlığında PVC boru kullandım ( PN16):

Kaldıraç

Metal dedektörünün kolu, elektronik ünitenin ve güç kaynağının monte edildiği boruya bir sıkıştırma bağlantısı kullanılarak bağlanır:

Elektronik ünite

Metal dedektörünün elektronik ünitesi için muhafaza olarak bir bağlantı kutusu kullandım. Tyco koruma derecesine sahip IP55(su ve tozdan) 30 mm çapında on girişli PVC'den yapılmıştır.

Elektronik ünitenin içinin görünümü:

Elektronik ünite PVC boruya aşağıdaki şekilde sabitlenir: sen Naylon bağlarla sabitlenen şekilli tutucular:

güç ünitesi

Pilleri yerleştirmek için bir dağıtım kutusu kullanıyorum. Güç kaynağı kullanılarak PVC boruya sabitlenir sen naylon bağlarla sabitlenen şekilli tutucular.

Elektronik

Mikrodenetleyici
Bir tahta kullanıyorum Arduino Nano3.0.

Versiyon 3 8-bit tabanlıdır AVR mikrodenetleyici ATmega328P(32 kBayt Flaş, 2 kByte SRAM, 1 kByte EEPROM, 3 zamanlayıcı) (2. versiyon - açık ATmega168) ve " harfi P"belirtir" picoPower".

Arduino pinleri:

çözüm arduino	randevu
D08	bobin puls üreteci sinyal çıkışı
D13	LED çıkışı
D11	piezo hoparlör bağlamak için çıkış
A00	ADC girişi - arama bobininden sınırlı ve güçlendirilmiş sinyal için
A01	Yeşil LED'i bağlamak için çıkış
A02	kırmızı LED'i bağlamak için çıkış
D02	düğme bağlantı girişi
REF	ADC için referans voltaj girişi

Arduino kaynakları:

Eşleştirmek için USB- tahtamdaki bağlantı noktası arduino dönüştürücü çip kullanılır CH340G.

Güç kaynakları

Mikrodenetleyici güç kaynağı

Yemek için arduino Seri bağlı iki lityum iyon pil kullanıyorum UltraFire ZX 18650 kapasite her biri 4200 mAh:

Böyle tam şarjlı bir akünün açık devre voltajı 4,21 V'dir ve 1 dakikalık çalışmadan sonra 10 Ohm yükte 3,61 V'dir.

Böyle bir pilin nominal voltajı 7,4 V'tur.

7,4V akü voltajı, karta güç sağlamak için 5V'a dönüştürülür arduino kullanarak integral stabilizatör 78L05(şemada belirtilmiştir) VR1):

Güç kaynağı

Güç bölümünün güç kaynağı olarak 10 boyutlu alkalin pil kullanıyorum. A.A. (LR6).

Kullandığım pillerden bazılarını derecelendirdim:

Pil Türü	Yüksüz voltaj, V	Gerilim yük altında (1 dakikalık çalışmadan sonra), V
Camelion Plus Alkali 1	...	... (10 ohm)
	...	... (10 ohm)
Duracell Duralock (Alkalin) 2	1,54	1,47 (10 ohm)
Ermak (alkali)	1,62	1,43 (10 ohm)
Maksimum Enerji Verici (Alkali) 3	1,62	1,51 (10 ohm)
Enerji(alkali)	1,62	1,48 (10 ohm)

1 - nominal kapasite 2700 mAh'dir (25 mA akımla 0,8 V'a kadar sürekli deşarjla)
2 - teknoloji 10 yıla kadar depolama sırasında şarjı korumanıza olanak tanır,
Pillerde " yazısı var ":

1 - piller Duracell, teknoloji kullanılarak üretilmiştir
2 - normal piller Duracell
3 - üreticiye göre:
nominal iç direnç ( Nominal IR) - 150...300 mOhm;
kapasitans ve deşarj akımı diyagramı:

Boyut pilleri barındırmak için A.A. 10 hücreli pil bölmesi kullanıyorum:

Böyle bir pilin nominal voltajı 15 V'tur.

Bobin L2 Arama bobini akım darbelerinin neden olduğu paraziti azaltmak için tasarlanmıştır. Diyot VD3 Arama bobini endüktansında meydana gelen negatif voltaj dalgalanmalarında aküyü bypass eder ve ters akü polaritesine karşı koruma sağlar. Kapasitör C1 büyük kapasiteli bir enerji depolama cihazıdır - bobinde akım darbelerinin üretilmesinde önemli bir rol oynar.

Güç kaynaklarını bağlamak için elektronik ünite muhafazasının yan tarafındaki dört pimli konnektörü kullanın:

1 - "+" piller 15 V
2 - "-" pil 15 V
3 - "-" pil 7,4 V
4 - "+" pil 7,4 V

Bobin

Bobin parametreleri

Ortalama çapı $D$ = 25 cm (ortalama yarıçap $R$ = 12,5 cm) ve bobin bölümü yarıçapı $a$ = 0,29 cm olan bir arama bobini, $w$ = 27 tur emaye bakır içerir (direnç $\ rho $ = 0,0175 Ohm mm2 /m) çapı $d$ = 0,7 mm olan teller (tel yarıçapı $r$ = 0,35 mm, tel kesit alanı $S$ = 0,385 mm2):

Tahmini bobin direnci $R = (\rho ((\pi D w) \over (S))$ = 0,964 Ohm idi ve ölçülen değer $R$ = 1,3 Ohm idi:

Böyle bir bobinin endüktansını hesaplamak için çeşitli formüller vardır.

yaklaşık formül:

$L = ((w^2)((\mu)_0)R[(ln(((8R) \over a)))-2])$ ,

burada $a$ bobin bölümünün yarıçapıdır.

Bu formül kitapta verilmiştir [ FW Grover, Endüktans Hesaplamaları: Çalışma Formülleri ve Tablolar, New York: Dover, 1946].

Benim makaram için:
$L$ = 440 uH .

daha doğru formül:

$L = (((\mu)_0) \over (4 \pi)) (w^2) D \Phi $, burada $\Phi$ yardımcı bir katsayıdır:
$\Phi = (2 \pi [((1 + (((\gamma)^2) \üzerinde 2))) (ln ((4 \üzerinde \gamma)))) - 1,75 + (((\gamma ) ^ 2) \over 6) ] ) $, burada $\gamma = (a \over D)$, $a$ bobin bölümünün yarıçapıdır

Bu formül eklentide kullanılır çoklu döngü program için Bobin32(http://coil32.net/multi-winding-round-loop.html) dairesel kesitli çok turlu yuvarlak bir bobinin endüktansını hesaplamak için (eng. yuvarlak kesitli çok sarımlı yuvarlak döngü).

Benim makaram için:
$\gamma$ = 0,0116;
$\Phi$ = 25,7;
$L$ = 468 uH .

integral formülü:

$L = ((\mu)_0) (w^2) (\pi) R ((\int_0^(1-(a \over R))) B_(rel)((\rho)) (\rho) \, (d(\rho)) ) $,

burada $B_(rel)((\rho)) = ( (1 \over \pi) (\int_0^(\pi)) ((1 - ((\rho) cos (\phi) )) \over (( (1+((\rho)^2)-2(\rho)cos(\phi))))^(3 \over 2))) \, d(\phi)) )$ - düzleminde bağıl manyetik indüksiyon bobinin merkezindeki indüksiyonla karşılaştırıldığında R$ üzerindeki $(\rho) \ uzaklığında bobin, $a$ bobinin kesit yarıçapıdır

Bobinin manyetik alanı

Akım $I$, bobin ekseni üzerinde, bobin düzleminden $z$ uzaklıkta bulunan bir noktada böyle bir bobinden aktığında, gücü iyi bilinen ifadeyle belirlenen bir manyetik alan yaratılır:

$H = (w (I \üzerinde 2) ((R^2) \üzerinde (((R^2 + z^2))^(3 \üzerinde 2))))$

Bir pilin iç direncini 0,3 Ohm, emk'yi 1,45 V alırsak, on pil için toplam emf $E$ 14,5 V olacak ve direnç dikkate alınarak devrenin toplam direnci $R$ olacaktır. Arama bobininin 1 Ohm'u 4 Ohm olacaktır. Bobinin endüktansını 450 μH'ye eşit alarak, 150 μs'ye eşit $T$ darbe süresi için bobindeki akımın $(E \over R) (1 - e^(-) değerine ulaşacağını buluyoruz. (T R)\over L)) = 2,7 A$.

Bobin tasarımı

Bobini korumak için, elektrik kabloları için kesilmiş oluklu bir hortum (genellikle gri) kullanabilirsiniz:

İçine bir bobin yerleştirilir ve ardından yalıtım bandıyla bir arada tutulur. Bobin, sıcakta eriyen yapıştırıcı ve naylon bağlar kullanılarak montaj kutusuna sabitlenir.
Bobin, dişli kısmı 26 mm çapında bir polipropilen boruya vidalanan, bir naylon bağ ve sıcak tutkal kullanılarak kurulum kutusunun kapağına sabitlenen bir sıkıştırma bağlantısı kullanılarak çubuğa sabitlenir:

Bobini bağlamak için kasanın yan tarafındaki iki pimli konnektörü kullanın:

Jeneratör
Darbe çıkışı için dijital çıkış kullanıyorum D08"çıkış" olarak ayarlayarak (dijital çıkış D08çıktıyla eşleşiyor PB0 mikrodenetleyici ATmega) .
İşleri hızlandırmak için komutu kullanmıyorum dijitalYazma ve yaklaşık olarak daha hızlı olan bağlantı noktasına doğrudan kayıt 10 kere!

Arduino dijital pinleri ile ATmega port pinleri arasındaki yazışma

dijital çıkış arduino	bağlantı noktası pimi ATmega
D00	PD0
D01	PD1
D02	PD2
D03	PD3
D04	PD4
D05	PD5
D06	PD6
D07	PD7
D08	PB0
D09	PB1
D10	PB2
D11	PB3
D12	PB4
D13	PB5

Jeneratörün zamanlama parametreleri cihaz açıldığında ayarlar menüsünden ayarlanır.

Güç bölümü

Gerilim olduğundan MOSFET-e kapatıldığında keskin bir şekilde artar (bobin endüktansı nedeniyle), ardından transistör çığ arıza moduna geçebilir (“ çığ dökümü").Bu durum, drenaj kaynağı voltajı $V_(DS)$'da ise meydana gelir. MOSFET-e arıza voltajını $V_(DS (BR))$ aşıyor.
Modern transistörler için bu modda çalışma standarttır (şu şekilde işaretlenir: " Tekrarlayan Çığ Derecelendirmesi" veya " %100 AVALANS TEST EDİLDİ"). Bu durumda, transistörün maksimum tekrarlayan çığ akımı $I_(AR)$ ve maksimum tekrarlayan çığ kırılma enerjisi $E_(AR)$ gibi çığ özelliklerini hesaba katmak önemlidir.
Kapatmadan önce bobindeki maksimum akımın $I_(AR)$ değerini aşmaması ve bobinde depolanan maksimum enerjinin $E_(AR)$ değerini aşmaması gerekir. Bobinin manyetik alanının enerjisi $(E_M) = (((L (I^2)) \over (2))$ olarak tanımlanır (örneğin, endüktansı $L$ = olan bir bobin için) 700 μH akım ile $I$ = 3 A enerji 3,2 mJ olacaktır).

Bazılarının parametreleri MOSFET:

İsim	$V_(DS (BR))$, V	$I_(AR)$, A	$E_(AR)$, mJ
IRF540	100	28	15
IRF740	400	10	13
IRF840	500	8	13
FQP12N60C	600	12	22,5

kullanırım MOSFET IRF840 uygun özelliklere sahip:

Tsokolevka IRF840:

G- deklanşör, D- stoklamak, S- kaynak

Transistörün çığ gibi bozulması sırasında sönümlü bobin akımı drenaj-kaynak bölümünden geçer MOSFET-a - düşük dirence sahip olan ve akımın daha yavaş zayıflamasına yol açan güç pili”.

MOSFET sürücüsü

Kontrol MOSFET bir optokuplör kullanılarak gerçekleştirilir PC817C(3...4 μs hıza sahiptir, 50 mA çıkış akımına ve kapalı durumda 35 V'a kadar gerilime dayanır) ve ayrı bir transistör devresi:

Pin yapısı PC817:

Pin yapısı BC547/BC557:

C- koleksiyoncu, B- temel, e- yayıcı

Benzer bir sürücü http://radiohlam.ru/raznoe/driver_polevikov.htm makalesinde anlatılmaktadır.

Böyle bir sürücünün özelliklerini inceledim (optosürücü LED'ine 470 Ohm'luk bir direnç aracılığıyla 5 V voltaj uygulandığında):
“açık” durumdaki mevcut tüketim ( MOSFET açık) çok küçük, "kapalı" ( MOSFET kapalı) - besleme voltajı 7'den 15 V'a çıktıkça 5,8'den 12 mA'ya değişir; Sürücü çıkış voltajı 12,15 / 1,83 V (açık/kapalı) ve 13 V besleme voltajıdır.

Dedektör

Darbeli metal dedektörünün çalışması elektromanyetik indüksiyon prensibine dayanmaktadır - Elektromanyetik Darbe İndüksiyonu (EMI).

Metal dedektörümün dedektör şeması:

$L1$ arama bobininden gelen sinyal, $R2$ akım sınırlama direnci aracılığıyla $VD1$ diyotlarına beslenir ve arka arkaya paralel modda bağlanır. $VD2$, sinyal değerini ~ 1 V ile sınırlandırır. Bu sınırlama gözle görülür bir hata yaratmaz, çünkü “hedefi” tespit etmek için sinyalin “kuyruğu” önemlidir, voltajın bir voltun küçük kesirleri olduğu ( milivolta kadar) - modellemeyle onaylandı:

Güvenilir algılama için bu kadar zayıf bir sinyalin güçlendirilmesi gerekiyor; bunun için $OP1$ işlemsel yükselteç kullandım LM358N, geleneksel ters çevirmeyen amplifikatör devresine göre bağlanır. Kazanç, $1+ (R3 \over R4)$ ifadesiyle, elemanların belirtilen değerleri ile belirlenir. 570 .

Op amp'in özelliği LMx58 tek kutuplu güç kaynağı olasılığıdır ( tek tedarik) - örneğin aksine, LM318, LF356, LF357 negatif voltaj kaynağına gerek yoktur.
Tsokolevka LM358N (N -V DIP-vücut):

Op-amp çıkışındaki sinyal türü:

Arama bobininden gelen sinyali işlemek için yerleşik bir mikro denetleyici kullanıyorum ATmega analogtan dijitale dönüştürücü.

ADC'nin referans girişine VREF referans voltajı uygulanır sen referanssın, referans kaynağından alınan 1,235 V'a eşit LM385Z-1.2(ADC çalışma modu kullanılır HARİCİ).
Tsokolevka LM385Z:

ADC'nin sinyal girişine ADC Girişi arama bobininden gelen operasyonel amplifikatörle güçlendirilmiş sinyal voltajı, diyotlarla sınırlandırılarak sağlanır VD1 Ve VD2. ADC, bobinden gelen sinyali bir sayı dizisi olarak örnekler ( hızlı zaman sinyali) 0 (minimum seviye, 0 V)...1023 (maksimum seviye) değerleriyle ref).

Bobinin yakınında bir hedefin varlığı şu şekilde ortaya çıkar:
(1023 - ADC aşırı yüküne karşılık gelen sinyal seviyesi)

• nokta ofseti A Sağ;
• artan aralık A-B;
• eğrinin yukarı doğru kayması.

Bu sinyal grafiğini yukarıdakiyle karşılaştırın:

Bir hedefin varlığını belirlemek için toplam ( yavaş zaman sinyali) bir zaman “penceresinde” birbirinden eşit aralıklarla yerleştirilmiş belirli sayıda örneklenmiş sinyal seviyesi ( değerlendirme penceresi). Bu durumda dengeleme sırasında belirlenen başlangıç ​​noktasından daha önce bulunan değerler dikkate alınmaz (artırmak için) duyarlılık).


Daha sonra ortaya çıkan toplam değerlerin sırası entegre edilir (entegratör yazılımda taklit edilir). Filtre parametresi, entegratör zaman sabiti başına darbe sayısına eşit olan $K$ katsayısıdır.
Entegratör çıkışındaki sinyal seviyesi, metal dedektörünün statik çalışma modunda analiz edilir.

Metal dedektörü dinamik modda çalışırken, entegrasyon sonuçları ayrıca yüksek geçişli bir filtreden geçer ( Yüksek geçiren filtre, HPF), yazılımda taklit edilir. Filtre parametresi, darbe tekrarlama frekansının filtre kesme frekansından kaç kat daha büyük olduğunu gösteren $K$ katsayısıdır.
Filtrenin çıkışı, değişimin dinamiklerini karakterize eden bir sinyal üretir. RX-sinyal.

Çıkış sinyali eşiği (dengeleme sırasında belirlenen "sıfır" seviyesi) aştığında, bir tetikleyici etkinleştirilir - hedefin tespit edildiği kabul edilir ve görsel-işitsel bir gösterge uygulanır.

Ses göstergesi

Ses göstergesi için otonom bir yangın dedektörünün piezoelektrik elemanını kullanıyorum. Piezoelektrik elemanın ses seviyesi çok tuhaf bir şekilde sinyalin frekansına bağlıdır. Ses seviyesinin arttığı 900 (en zayıf sinyal) - 1000 - 1100 (en güçlü sinyal) frekans kümesini bulmayı başardım. Kartın 11 numaralı pinine bağlı piezoelektrik elemanın sesini kontrol etmek için Arduino zamanlayıcı 2'yi kullanıyorum.

Sessiz mod (yalnızca LED göstergesi), cihaz açıldığında ayarlar menüsünden etkinleştirilebilir.

Görsel gösterge

Endikasyon için kullanıyorum LCD- cep telefonundan görüntüleme :

Bu telefonun ekranı 84×48 çözünürlüğe sahip monokromdur:


Ekran denetleyicisi - Philips PCD8544.
Ekran bağlantısı:

Ekran çıkışı	Çözüm arduino	Pin atamasını göster
RST	D10	ekran denetleyicisi sıfırlama
CE (veya CS)	D09	Ekran denetleyicisine veri girişine izin verilmesi
DC	D05	giriş modu - veriler/komutlar
Din	D04	otobüs verileri SPI
CLK (veya SCLK)	D03	otobüs komutları SPI
VCC	*	besleme gerilimi (2,7 ... 3,3 V)
B.L.	**	arka ışık
GND	GND	"Toprak"

İki görüntüleme seçeneği vardır LCD 5110- mavi (tam olarak kullandığım şey bu) veya kırmızı textolite ile:

* kontrolör besleme voltajı -
mavi - kesinlikle 3,3 V(çıkışa bağlanabilir 3V3 arduino)
kırmızı- bazılarına göre denenmemiş Bilgilere göre 5 V'luk bir besleme voltajına dayanabiliyor (pimlerden beslenebiliyor) 5V veya 3V3 Arduino)
** arka ışık besleme voltajı -
mavi- arka ışık pimi 3,3 veya 5 V voltajla beslenebilir
kırmızı- toprak arka ışık pinine (?) bağlı

Böyle bir ekranın sorunu, LCD panelin bir konektör aracılığıyla baskılı devre kartıyla güvenilmez temasıdır. ZEBRAörneğin paneli panele bastıran bir iletkenin tavsiye edildiği gibi lehimlenmesiyle ortadan kaldırılabilir:

Bu sorun düzeltilmezse ekranın kararmasına ve yeniden başlatma gerektirmesine neden olur.

Böyle bir ekranla çalışmak için arduino Kütüphaneyi kullanıyorum Adafruit-PCD8544 itibaren Adafruit Endüstrisi.

Anahtar (5) ekranın arka ışığını kontrol eder. Ortam aydınlatmasının iyi olduğu durumlarda, gözle görülür güç tükettiği için ekranın arka ışığı kullanılmayabilir.

Hedef ayrımcılığı

Girdap akımları, “hedefte” elektrik direncinin varlığı nedeniyle zayıflar. Bu bozulma $i = k H_0 (e^( (-t) \over \tau))$ üstel yasasıyla tanımlanır. $k$ katsayısı “hedefin” şekli ve boyutuna göre belirlenir. Girdap akımlarının akış süresini belirleyen $\tau = (L G) = (L \over R)$ zaman sabiti, hedef malzemenin $G$ (veya $R$ direncinin) elektriksel iletkenliği tarafından belirlenir. ve endüktansı $L$.
Tabloda çeşitli malzemelerin altına göre göreceli elektrik iletkenliğini verdim:

Girdap akımları, elektriksel iletkenliği ölçerek malzemelerin özelliklerini incelemek için kullanılır çünkü malzemeler, bileşimlerine ve üretim yöntemine bağlı olarak benzersiz iletkenlik değerlerine sahiptir. Kimyasal olarak saf bakırın 20 ºC sıcaklıktaki iletkenlik değeri standart olarak kullanılmaktadır - standart Uluslararası Tavlanmış Bakır Standardı (IACS) - direnç 1,7241x10 -8 Ohm·m veya 5,8001x10 7 S/m (%100) IACS). Örneğin demir, bakırın iletkenliğinin %18'ine eşit bir iletkenlik değerine sahiptir.

Belirtildiği gibi (örneğin, bir araştırmacının makalesinde) Reg Sniff) Altın veya ince folyodan yapılmış hedeflerin sabit bir süresi çok kısadır ve demir, bakır veya gümüşten yapılmış hedeflerin aksine içlerindeki girdap akımları hızla azalır.

Başlangıçtaki manyetik alan kuvveti $H_0$, bobindeki başlangıç ​​akımı tarafından belirlenir ve $1 \over (h^3)$ kübik yasasına göre bobinden uzaklaştıkça azalır. Bobinin ekseni boyunca, merkezinden $z$ uzaklıkta, mevcut $I_0$ tarafından oluşturulan manyetik alan kuvvetinin $H_0$ büyüklüğü şu ifadeyle belirlenir: $(H_0) = ( (w (R) ^2) (I_0)) \over (2 ( (((R^2)+(z^2)))^(3 \over 2)) ) ) )$.

Eddy akımları, arama bobininde üstel olarak azalan (aynı zaman sabiti $\tau$ ile) voltajı indükleyen kendi azalan manyetik alanını yaratır. Hedef bobinden uzaklaştıkça $1 \(h^6)$ mesafesinin altıncı kuvveti arttıkça bu voltajın büyüklüğü azalır. Bu, metal dedektörü tarafından kaydedilen arama bobini üzerindeki voltaj darbesinin uzamasına yol açar.

Hedefleri ayırt etmek (farklı türleri seçmek) için sinyal eğrisinin (arama bobini boyunca voltaj) ek analizi yapılabilir.Eğrinin başlangıcındaki eğimi, örneğin beş aralıkla ayrılan örnek değerlerin $K = ((x_t) \over (x_(t+(\Delta)t)))$ oranıyla tahmin edilebilir ( $(\Delta)t=5$) . Bu durumda zaman sabiti şu ifadeyle belirlenir: $(\tau) = (((\Delta)t) \over (ln K))$

Girdap akımlarını incelemek için elektromanyetik süreçleri modellemeye yönelik yazılım paketleri kullanılabilir. Bir örnek, COMSOL Multiphysics paketindeki girdap akımlarını kullanan bir elektromanyetik frenin simülasyonudur (açıklama - https://www.comsol.com/blogs/simulated-eddy-current-brakes/):

Darbeli metal dedektörleri için etkili ayrımcılık olasılığı konusunda olumsuz görüşler vardır.

"Hedefi kazarak en güvenilir ayrımcı sizsiniz!" (http://www.gold-prospecting-wa.com) - "Bir hedefi kazarken en güvenilir ayrımcı sizsiniz".

Kitapta " " yazarlar Ahmet S. Türk, Köksal A. Hocaoğlu, Alexey A. Vertiy

Aşağıdaki ifadeler verilmektedir:

"Darbeli metal dedektörlerin en önemli dezavantajı farklı metal türleri arasında kolaylıkla ayrım yapamamasıdır. ... Tespit edilen metal nesnelerin boyutu ve derinliği farklıysa ve bilinmiyorsa, o zaman genel olarak imkansız metalin türünü belirleyin."

Ayrım yapma yeteneği olan darbeli bir metal dedektörüne örnek olarak (ferromanyetik ( DEMİR)/ferromanyetik olmayan ( N-DEMİRLİ) malzemeler), bir model verebilirsiniz PULSE YILDIZI II.
Böyle bir dedektörde ayrımcılığın özellikleri:

• yalnızca en az 10 cm çapındaki hedefler için mümkündür (farklı olarak) VLF/TR-küçük nesneleri bile ayırt etme yeteneğine sahip dedektörler);
• daha küçük nesneler ferromanyetik olarak görüntülenir;
• Ferromanyetik olmayan birkaç küçük nesne, büyük bir ferromanyetik nesne gibi görünür.

Darbeli metal dedektöründe ayrımcılık için sinir ağının kullanımına ilişkin Habré hakkındaki makalem - https://habr.com/ru/post/435884/

Proje üzerinde çalışmalar devam ediyor

Bir zamanlar kendi ellerimle farklı performans derecelerine sahip birkaç metal dedektörü yaptıktan sonra Arduino devresinin bu yönde nasıl çalıştığını incelemek istedim.

Bir metal dedektörünü kendi ellerinizle nasıl monte edeceğinize dair birkaç güzel örnek vardır. Ancak genellikle analog sinyali işlemek için çok fazla harici bileşene ihtiyaç duyarlar veya çıkış hassasiyeti oldukça zayıftır.

Darbeli metal dedektörleri düşündüğümüzde ana konu arama bobinine bağlı sinyallerdeki küçük voltaj değişikliklerinin nasıl tespit edileceğidir. Bu değişiklikler genellikle çok küçüktür. En belirgin yaklaşım ATmega328 analog girişlerini kullanmaktır. Ancak teknik özelliklere bakıldığında iki ana sorun var: çoğunlukla yavaşlar ve çözünürlük (çoğu durumda) düşük.

Öte yandan, mikro denetleyici tabanlı bir metal dedektörü 16 MHz'de çalışır ve oldukça iyi zamanlama yeteneklerine, yani saat frekansını kullanırken 0,0625 µs çözünürlüğe sahiptir. Dolayısıyla, okuma için bir analog giriş kullanmak yerine, küçük dinamik voltaj değişikliklerini algılamanın en basit yolu, sabit bir referans voltajında ​​zaman içinde voltaj düşüşündeki değişimi karşılaştırmaktır.

ATmega328 bu amaçla D6 ile D7 arasında uygun dahili karşılaştırıcı özelliklere sahiptir. Bu karşılaştırıcı, olayların doğru bir şekilde işlenmesine olanak tanıyan bir kesintiyi tetikleme yeteneğine sahiptir. Bunu millis() ve micos() gibi düzgün kodlanmış zamanlama rutinleriyle birlikte kullanan ve ATmega328'in çok daha yüksek çözünürlüklü dahili zamanlayıcısını kullanan Arduino, bu tür metal dedektörü için mükemmel bir temel oluşturur.

Kaynak kodundan bahsetmişken, iyi bir başlangıç, dahili karşılaştırıcıyı girişlerin polaritesini "döndürecek" şekilde programlamak ve değişikliklerin sıklığını değiştirmek için dahili sayacı mümkün olduğunca hızlı kullanmak olacaktır.

Arduino için son kod:

// Gerekli tüm ön değişkenlerin tanımlanması vb. ve kayıtların imzasız karakter saatini ayarlamaSelectBits = _BV(CS10); // ön ölçek yok, tam xtal void setup() ( pinMode(6,INPUT); // karşılaştırıcının + - bunları INPUT olarak ayarlayarak // yüksek empedanslı pinMode(7,INPUT); // - karşılaştırıcının - GİRİŞ olarak ayarlayarak, // yüksek empedanslı cli()'ye ayarlanırlar; // kesintileri durdurun TCCR1A = 0; // TCCR1A kaydının tamamını 0'a ayarlayın TCCR1B = 0; // TCCR1B için aynı TCNT1 = 0 ; // sayaç değerini 0 olarak başlat; TCCR1B |= watchSelectBits; // ön ölçekleyiciyi ayarlar ve saati başlatır TIMSK1 = _BV(TOIE1); // zamanlayıcı taşma kesme etkinleştirme bitini ayarlar sei(); //kesmelere izin ver ACSR = (0<< ACD) | // Analog Comparator: Enabled (0 << ACBG) | // Analog Comparator Bandgap Select: AIN0 is applied to the positive input (0 << ACO) | // Analog Comparator Output: Off (1 << ACI) | // Analog Comparator Interrupt Flag: Clear Pending Interrupt (1 << ACIE) | // Analog Comparator Interrupt: Enabled (0 << ACIC) | // Analog Comparator Input Capture: Disabled (0 << ACIS1 | 0 << ACIS0 // interrupt on output toggle // (0 << ACIS1 | 1 << ACIS0 // reserved // (1 << ACIS1 | 0 << ACIS0 // interrupt on falling output edge // (1 << ACIS1 | 1 << ACIS0 // interrupt on rising input edge ; } // this routine is called every time the comparator creates an interrupt ISR(ANALOG_COMP_vect) { oldSREG=SREG; cli(); timeStamp=TCNT1; SREG = oldSREG; } // this routine is called every time there is an overflow in internal counter ISR(TIMER1_OVF_vect){ timer1_overflow_count++; } // this routine is used to reset the timer to 0 void resetTimer(void){ oldSREG = SREG; cli(); // Disable interrupts TCNT1 = 0; //initialize counter value to 0 SREG = oldSREG; // Restore status register TCCR1B |= clockSelectBits; // sets prescaler and starts the clock timer1_overflow_count=0; // resets overflow counter }

Elbette bu fikir tamamen yeni değil. Bu kodun büyük kısmı farklı olabilir. TPIMD gibi diğer kaynakları aramayı deneyin.

Adım 1: Arduino İndüksiyon Dedektörü Fikri - Çevirme Bobini

Buradaki fikir, Arduino'yu tıpkı TPIMD gibi bir darbe indüksiyon dedektörü olarak kullanmaktır, çünkü bozunma eğrisi fikri çok iyi çalışıyor gibi görünmektedir. Darbeli indüksiyon dedektörlerinin sorunu, çalışmak için genellikle farklı voltajlara ihtiyaç duymalarıdır. Bobine güç sağlamak için bir voltaj ve bozulma eğrisini işlemek için ayrı bir voltaj. Bu iki voltaj kaynağı, darbeli indüksiyon dedektörlerinin yapım sürecini her zaman karmaşık hale getirir.

PI dedektöründeki bobin voltajı dikkate alınarak ortaya çıkan eğri iki farklı aşamaya ayrılabilir. İlk aşama, bobine güç veren ve manyetik bir alan (1) oluşturan darbenin kendisidir. İkinci aşama, bir voltaj zirvesiyle başlayan ve daha sonra hızla "güç yok" bobin voltajına(2) değişen bir voltaj düşüş eğrisidir.

Sorun, bobinin darbeden sonra polaritesini değiştirmesidir. Darbe pozitifse (ekteki şekilde Var 1.) azalma eğrisi negatiftir. Darbe negatif ise bozunum eğrisi pozitif olacaktır (Ekteki şekilde Var 2.).

Bu temel sorunu çözmek için bobinin darbeden sonra elektronik olarak "döndürülmesi" gerekir. Bu durumda darbe pozitif olabilir ve bozunma eğrisi de pozitif kalacaktır.

Bunun için bobinin darbeden sonra Vcc ve GND'den izole edilmesi gerekir. Bu noktada sadece snubber direncinden akım akmaktadır. Bu izole edilmiş bobin ve bastırıcı direnç sistemi herhangi bir referans voltajına "hedeflenebilir". Bu teorik olarak birleşik bir pozitif eğri yaratacaktır (çizimin alt kısmına bakın).

Bu pozitif eğri, bir karşılaştırıcı tarafından, azalma geriliminin referans gerilimini "geçtiği" zaman noktasını belirlemek için kullanılabilir. Hazinenin bobinin yakınında olması durumunda zayıflama eğrisi ve referans voltaj değişiminin zaman kesim noktası değişir. Bu değişiklik tespit edilebilir.

Biraz denemeden sonra aşağıdaki şemaya karar verdim:

Devre bir Arduino Nano modülünden oluşmaktadır. Bu modül, bobine (SV3'te) D10 aracılığıyla güç sağlayan iki MOSFET'i kontrol eder. D10'un sonundaki darbe bittiğinde her iki MOSFET de bobini 12V ve GND'den izole eder.

Bobinde depolanan enerji, direnç R2 (220 ohm) aracılığıyla serbest bırakılır. Aynı zamanda R1 direnci (560 ohm) bobinin ilk pozitif tarafını GND'ye bağlar. Bu, direnç R5 (330 ohm) üzerindeki negatif zayıflama eğrisini pozitif bir eğriye dönüştürür. Diyotlar Arduino'nun giriş pinini korur.

R7, yaklaşık 0,04 V'luk bir voltaj bölücüdür. Artık D7'deki azalma eğrisi, D6'daki 0,04'ten daha negatif hale gelir, kesinti tetiklenir ve darbenin bitiminden sonraki süre korunur.

Bobine yakın metal olması durumunda bozunma eğrisi daha uzun sürer ve darbenin sonu ile kesinti arasındaki süre artar.

Adım 2: Dedektör oluşturma (düzen)

Bir dedektör oluşturma süreci oldukça basittir. Bu, bir devre tahtası üzerinde (orijinal şemaya sadık kalarak) veya parçaları baskılı devre kartına lehimleyerek yapılabilir.

Arduino Nano kartı üzerinde bulunan D13 LED'i metal göstergesi olarak kullanılmaktadır.

Çalışan bir dedektör yapmanın en hızlı yolu devre tahtası kullanmaktır. Bazı kablolama yapılması gerekiyor, ancak bu ayrı bir küçük devre tahtası üzerinde yapılabilir. Arduino ve MOSFET'ler bazı kabloları gizlediğinden resimler bunu 3 aşamada göstermektedir. Test sırasında, hemen fark etmeden yanlışlıkla diyotları kapattım. Bu özellikle dedektörün davranışını etkilemedi. Onları PCB versiyonunda bıraktım.

Çizimler 0,96 OLED ekranın bağlantılarını göstermemektedir. Bu ekran şu şekilde bağlanır:

Vcc - 5V (Arduino pininde, güç kaynağında değil!)
GND - GND
SCL-A5
SDA-A4

Bu OLED ekran, ilk dedektör kalibrasyonu için gereklidir. Bu, Arduino'nun PIN6'sına doğru voltajın ayarlanmasıyla yapılır. Bu voltaj 0,04 V civarında olmalıdır. Ekran doğru voltajı ayarlamanıza yardımcı olur.

Prototip versiyonu oldukça iyi çalışıyor ancak muhtemelen saha kullanımına uygun değil.

Adım 3: PCB Tasarımı

Lehimlemeye gelince, çift taraflı üst düzey PCB'yi gerçekten sevmiyorum, bu yüzden devreyi tek taraflı olarak değiştirdim.

Aşağıdaki değişiklikler yapıldı:

1. Diyotlar hariç tutuldu.
2. MOSFET kontaklarına 10 ohm'luk direnç eklenmiştir.
3. D6'daki voltaj bölücü besleme voltajı, D8'deki yüksek seviyeli bir sinyal tarafından ayarlanır.
4. MOSFET'lerin sürücü pini değiştirildi.

Bu şekilde, evrensel bir PCB'ye lehimlenebilen tek taraflı bir PCB oluşturulabilir. Bu devreyi kullanarak 8-10 harici bileşene sahip çalışan bir PI dedektörü elde edeceksiniz (OLED ekranın ve/veya hoparlörün kullanılıp kullanılmadığına bağlı olarak).

Adım 4: Dedektörü kurun ve kullanın

Dedektör doğru oluşturulmuşsa ve program Arduino'da yazılmışsa, cihazı yapılandırmanın en kolay (tek olmasa da) yolu bir OLED ekran kullanmaktır. Ekran 5V, GND, A4, A5'e bağlıdır. Cihaz açıldıktan sonra ekranda “kalibrasyon” yazılmalıdır. Birkaç saniye sonra "kalibrasyon tamamlandı" yazmalı ve ekranda üç sayı görüntülenmelidir.

İlk sayı kalibrasyon sırasında belirlenen “referans değeridir”. İkinci değer son ölçülen değer, üçüncü değer ise son 32 ölçümün ortalamasıdır.

Bu üç değerin aşağı yukarı aynı olması gerekir (benim testlerimde 1000'e kadar). Ortalamanın az çok istikrarlı olması gerekir.

İlk kuruluma başlamak için bobinin yakınında metal olmamalıdır.

Şimdi voltaj bölücü (ayar direnci), sabit bir okumayı korurken alt iki değer maksimuma ayarlanacak şekilde ayarlanmalıdır. Ortalamanın tuhaf göstergeler vermeye başladığı kritik bir ortam vardır. Tekrar stabil değerler elde etmek için düzelticiyi çevirin.

Ekranın donması meydana gelebilir. Sadece sıfırlama düğmesine basın ve yeniden başlayın.

Benim konfigürasyonum için (bobin: 18 dönüş\20 cm) kararlı değer yaklaşık 630-650'dir. Kurulumdan sonra sıfırlama düğmesine basın, cihaz tekrar kalibre edilecek ve üç değerin tümü aynı aralıkta olacaktır. Metal şimdi bobinin yakınına getirilirse Arduino kartındaki (D13) LED yanmalıdır. Birlikte verilen hoparlör birkaç tıklama yapar (kaynak kodunda iyileştirmeler yapılabilir).

Yüksek beklentilerden kaçınmak için:

Dedektör bazı şeyleri tespit ediyor ancak çok basit ve sınırlı kalıyor.

Yetenekler hakkında bir fikir vermek için diğer bazı dedektörleri benimkiyle karşılaştırdım. Sonuçlar, 8 harici öğeye sahip bir dedektör için hala oldukça etkileyicidir ancak profesyonel ekipmanlarla aynı seviyede değildir.

Şemaya ve programa baktığımda, geliştirilecek çok yer olduğunu görüyorum. Direnç değerleri deneyime dayalı olarak seçildi, 250 ms'lik darbe süresi ve bobin parametreleri de rastgele seçildi.

Dosyalar

Adım 5: 16x2 Ekranı Bağlama

Test sırasında I2C OLED ekran kütüphanesinin çok fazla kaynak tükettiğini fark ettim ve bu nedenle I2C dönüştürücülü 16x2 ekran kullanmaya karar verdim.

Programı bazı kullanışlı özellikler ekleyerek LCD ekrana uyarladım. Ekranın ilk satırı artık olası göstergenin sinyal seviyesini gösterir. İkinci satır artık iki değeri gösteriyor. Birincisi mevcut sinyalin kalibrasyon değerine göre sapmasını gösterir. Bu değer "0" olmalıdır. Bu değer sürekli olarak negatif veya pozitif ise, dedektörün sıfırlama düğmesine basılarak kalibre edilmesi gerekir. Pozitif değerler bobinin yakınındaki metali gösterir.

İkinci değer, bozunma eğrisinin gerçek gecikme değerini gösterir. Bu değer genellikle çok ilgi çekici değildir ancak dedektörün ilk kurulumu için gereklidir.

Program artık birden fazla darbe süresini bir sırayla izlemenize olanak tanıyor (deney/performans iyileştirme için bir araç). Ancak herhangi bir gelişme elde edemedim, dolayısıyla varsayılan değer tek darbe genişliğine ayarlandı.

İlk dedektör kurulumu

Dedektörü ayarlarken ikinci satırın ikinci değeri önemlidir (birincisi göz ardı edilebilir). Başlangıçta değer "kararsız" olabilir (resme bakın). Değer sabit bir okumaya ulaşana kadar düzelticiyi çevirin. Daha sonra değeri maksimum kararlı değerine çıkarmak için döndürün. Yeniden kalibre etmek için sıfırlama düğmesine basın; dedektör kullanıma hazırdır.

Maksimum kararlı değeri ayarladıktan sonra demir dışı metallere karşı hassasiyetimi kaybettiğim izlenimini edindim. Bu nedenle, bunu düzeltmek için ayarları denemeye değer olabilir.

Makaralar

Darbeli metal dedektör devresinin daha ileri testleri için 3 bobin yaptım:

• 1 -> 18 tur/ 200 mm
• 2 -> 25 tur/100 mm
• 3 -> 48 dönüş/100 mm

İlginç bir şekilde, tüm bobinler neredeyse aynı performansla (havada 40-50 mm'de ruble para) oldukça iyi çalıştı. Bu çok subjektif bir gözlem olabilir.

Zaten bilinen "Terminator Pro" cihazı temel alınarak geliştirildi. Başlıca avantajı, yüksek kaliteli ayrımcılığın yanı sıra düşük akım tüketimidir. Ayrıca cihazın montajı pahalı olmayacak ve her türlü toprakta çalışabilir.

İşte cihazın kısa özellikleri
Çalışma prensibine göre metal dedektörü aynı zamanda darbe dengelidir.
Çalışma frekansı 8-15 kHz'dir.

Ayrımcılık moduna gelince, iki tonlu ses oyunculuğunu kullanıyor. Demir tespit edildiğinde cihaz düşük ton sesi çıkarır, demir dışı metal tespit edildiğinde ise yüksek ton verir.

Cihaza 9-12V kaynaktan güç verilmektedir.

Ayrıca hassasiyeti ayarlama özelliği bulunmaktadır ve manuel zemin ayarı bulunmaktadır.

Şimdi asıl meseleye gelince, metal dedektörünün tespit derinliği hakkında. Cihaz, havada 35 cm mesafeden 25 mm çapındaki paraları tespit edebilme kapasitesine sahiptir. Altın bir yüzük 30 cm mesafeden yakalanabiliyor, cihaz yaklaşık 1 metre mesafeden kaskı algılıyor. Maksimum algılama derinliği 150 cm'dir, tüketime gelince, ses olmadan yaklaşık 35 mA'dır.

Montaj için malzemeler ve aletler:
- mini matkap (yazarın motordan ev yapımı bir matkap vardır);
- bobini sarmak için tel;
- dört çekirdekli korumalı kablo;
- lehimli havya;
- kasanın üretimi için malzemeler;
- baskılı devre kartı;
- gerekli tüm radyo bileşenleri ve bunların derecelendirmeleri diyagramın fotoğrafında görülebilir.

Metal dedektörü üretim süreci:

Adım bir. Pano imalatı
Tahta gravür ile yapılır. Daha sonra delikler açabilirsiniz, çapları 0,8 mm'dir. Bu amaçlar için yazar, matkap takılı küçük bir motor kullanıyor.

İkinci adım. Yönetim kurulu montajı
Montaj, atlama tellerinin lehimlenmesiyle başlamalıdır. Bundan sonra mikro devrelerin altına paneller yerleştirebilir ve diğer elemanları lehimleyebilirsiniz. Kaliteli montaj için kapasitörlerin kapasitansını ölçebilecek bir test cihazına sahip olmak çok önemlidir. Cihaz iki özdeş amplifikasyon kanalı kullandığından, bunların kazancı aynı değere mümkün olduğunca yakın olmalıdır, yani aynı olmalıdır. Aynı kademenin her iki kanalı da test cihazı tarafından ölçüldüğünde aynı okumalara sahip olmalıdır.

Zaten monte edilmiş devrenin fotoğrafta neye benzediğini görebilirsiniz. Yazar, pilin boşalma derecesini belirleyen bir ünite kurmadı.

Montajdan sonra kart bir test cihazı ile kontrol edilmelidir. Gücü buna bağlamanız ve stratejik açıdan önemli tüm giriş ve çıkışları kontrol etmeniz gerekir. Güç kaynağı her yerde şemadakiyle tamamen aynı olmalıdır.

Adım üç. Bobinin montajı
DD sensörü, tüm benzer dengeleyicilerle aynı prensibe göre monte edilir. Verici bobin TX harfleriyle, alıcı bobin ise RX harfleriyle gösterilir. Toplamda 30 tur teli ikiye katlamanız gerekiyor. Kullanılan tel 0,4 mm çapında emayedir. Hem alıcı hem de verici bobinler çift kablolardan oluşur ve çıkışta dört kablo oluşur. Daha sonra test cihazının sargıların kollarını belirlemesi ve bir kolun başlangıcını diğerinin ucuna bağlaması gerekir, bunun sonucunda bobinin orta terminali oluşturulur.

Bobini sardıktan sonra sabitlemek için iplikle iyice sarmanız ve ardından vernikle ıslatmanız gerekir. Vernik kuruduktan sonra bobinler elektrik bandı ile sarılır.

Daha sonra üstüne bir folyo ekranı yapılır, kısa devre dönüşünü önlemek için başlangıç ​​ve bitiş arasında yaklaşık 1 mm'lik bir boşluk bırakmanız gerekir.

Orta TX pini kart topraklamasına bağlanmalıdır, aksi halde jeneratör çalışmayacaktır. Ortalama RX çıkışına gelince, frekans ayarı için gereklidir. Rezonansı ayarladıktan sonra yalıtılması gerekir ve alıcı bobin normal, yani kurşunsuz hale gelir. Alıcı bobin ise verici bobin yerine bağlanır ve verici bobinden 100-150 Hz daha düşük bir değere ayarlanır. Her bobin ayrı ayrı yapılandırılmalıdır; ayarlama sırasında bobinin yakınında metal nesneler olmamalıdır.

Dengeyi sağlamak için bobinler fotoğrafta görüldüğü gibi kaydırılır. Denge 20-30 mV arasında olmalı ancak 100 mV'den fazla olmamalıdır.

Cihazın çalışma frekansları 7 kHz ile 20 kHz arasında değişmektedir. Frekans ne kadar düşük olursa cihaz o kadar derine iner, ancak düşük frekanslarda ayrım kötüleşir. Tersine, frekans ne kadar yüksek olursa, ayrım o kadar iyi olur, ancak tespit derinliği o kadar küçük olur. Altın ortalama 10-14 kHz'lik bir frekans olarak düşünülebilir.

Bobini bağlamak için dört çekirdekli korumalı tel kullanılır. ekran gövdeye bağlanır, iki kablo verici bobine ve iki kablo alıcı bobine gider.

Metal dedektörü, metalin kendisine dokunmadan, metal dedektörünün yakınında bulunan metalin varlığını tespit etmek için kullanılan bir cihazdır. Bu tür cihazlar, örneğin madenler, değerli metallerle dolu hazineler, antikalar ve diğer şeyler gibi yerdeki metal nesneleri aramak için yaygın olarak kullanılır. Metal dedektöründe kullanılan temassız algılama işlemi endüktif algılama yöntemi kullanılarak anlatılmaktadır. Temel kavram, metalin varlığının indüktörün (bobin) endüktansını değiştirebilmesidir. Böylece, metal dedektörünün elektronik doldurulması, incelenen yüzeyi araştıran ve bir hoparlör veya başka bir arayüz cihazı sayesinde kullanıcıyı yakındaki bir metal nesne hakkında bilgilendiren bobinin endüktansını basitçe belirler.

Resmi satış noktalarındaki metal dedektörleri istediğimiz kadar ucuz değil. Ancak günümüzde amatör radyo teknolojisinin gelişmesi sayesinde Arduino'yu kullanarak kendiniz metal dedektörü yapabilirsiniz.

Temel olarak Arduino'yu kullanarak basit bir endüktans ölçer, yani bir bobinin bilinmeyen endüktansını ölçmek için kullanılabilecek bir cihaz oluşturabilirsiniz. Bu projede kapasitör ve indüktörün paralel bağlandığı geleneksel bir rezonans devresi kullanılıyor. Bir LC devresinin doğal rezonans frekansı, bobinin yakınındaki metalin varlığına bağlı olarak değişir. Rezonans devresinden okumak için kabul edilebilir bir sinyal elde etmek için LM339 karşılaştırıcısı kullanılır. LC devresinden gelen salınım her zaman sinüs dalgası formunda olacağından, bu proje sinüs dalgasını kare dalga frekans darbelerine dönüştürmek için karşılaştırıcı tabanlı bir sıfır geçiş dedektörü kullanır, böylece Arduino kartı bu darbelerin periyodunu ölçebilir, ve elde edilen verilere göre cihazın yakınında metal bulunduğunun bildirilmesi süresi. Arduino IDE'de yerleşik olarak bulunan pulsIn() fonksiyonu sayesinde bir darbenin zaman periyodunu ölçebilirsiniz. Örneğin, darbe = darbeIn(11, YÜKSEK, 5000). Bu durumda fonksiyon, darbenin 11. satırda yüksek kaldığı süreyi döndürür. Üçüncü parametre isteğe bağlıdır; darbenin belirtilen satırda görünmeden önce bekleme süresini ayarlar.

Arduino tabanlı metal dedektör devresi aşağıda gösterilmiştir.

çift ​​darbe; void setup() ( pinMode(11,INPUT); pinMode(13,OUTPUT); pinMode(8,OUTPUT); ) void loop() ( digitalWrite(13,HIGH); gecikmeMicroseconds(5000); digitalWrite(13,LOW) ; gecikmeMicroseconds(100); darbe = darbeIn(11,YÜKSEK,5000); if(pulse > 920) ( tone(8, 1); gecikme(3000); noTone(8); ) )