Металлодетектор на базе Arduino

В этом проекте мы создадим крутой уникальный металлоискатель с 5 отдельными поисковыми катушками, которые загораются при обнаружении металла. Поисковая катушка, расположенная ближе всего к металлу, загорится ярче, помогая определить местонахождение спрятанного сокровища!

Необходимые материалы

Изначальной целью этого проекта было желание поэкспериментировать, исследуя возможгости нескольких поисковых катушек и использовать свет, а не звук для индикации обнаружения. Ну и конечно удачно разместить все это в симпатичном корпусе металлодетектора.

Сердце данного металлодетектора - Arduino Nano Atmega328, которая используется для измерения ширины импульса сигнала, проходящего через каждую поисковую катушку. Arduino генерирует прямоугольный импульс, который подается в цепь LC Tank, которая производит затухающий синусоидальный сигнал с частотой, определяемой резонансной частотой L&C. Этот сигнал очищается через компаратор напряжения LM339, который фактически производит серию импульсов, которые подаются на цифровой входной вывод Arduino. Чтобы измерить длительность ширины импульса, используется функция pulseIn. После долгой возни, анализа и тюнинга, удалось таки получить стабильный результат, усредняя несколько образцов на каждой катушке. Когда металл находится рядом с катушкой, индуктивность катушки изменяется, что приводит к изменению резонансной частоты LC-контура и, следовательно, ширины импульса. Если происходит изменение ширины импульса по сравнению с базовым значением, то непосредственно над катушкой загорается светодиод.

Для проекта вам понадобятся:

  • ЮArduino Nano ATmega328
  • LM339 Quad Voltage Comparator x 2
  • Veroboard 50 мм x 80 мм
  • Резисторы 1 кОм x 5
  • Резисторы 100 Ом x 5
  • Сигнальный диод IN4148 x 5
  • Конденсатор 0,1 мкФ x 5
  • Керамический конденсатор 330 пф x 5 (установлен на для повышения стабильности)
  • Резистор 10K x 1
  • Светодиодная лента 3 В с присоединенным резистором 150 Ом x 5
  • Подходящая ручка для швабры с пластиковым гибким шарниром
  • Древесина МДФ толщиной 6мм, 2 штуки 22см х 23см
  • Медный провод 0,26 мм длиной примерно 25 м
  • Мячи для пинг-понга x 3
  • Пластиковый лист A4 синего цвета
  • Двухкомпонентный клей на основе эпоксидной смолы
  • Одножильный экранированный кабель 2-3 мм длиной около 30 см

Разработываем основу и катушки

  • Создайте гексагональный картонный шаблон из картона, нарисовав круг диаметром 80 мм и разделив круг на 8 равных сегментов.
  • Используйте шестиугольную форму, чтобы создать форму поисковой катушки на листе бумаги, как показано на схеме.
  • Скопируйте форму на доску МДФ и с помощью лобзика вырежьте общую форму в двух экземплярах.
  • Возьмите одну из полученных форм из МДФ и с помощью фрезы диаметром 50 мм просверлите 5 отверстий в центре каждого шестиугольника.
  • Используя эпоксидный клей, скрепите два листа вместе, как показано на схеме. В результате увас должно получится 5 отверстий для крепления поисковых катушек.
  • Намотайте 5 катушек из медной проволоки по 40 витков вокруг 40-мм цилиндра.
  • Используйте горячий клей, чтобы склеить обмотки вместе и убедитесь, что начало и конец обмотки имеют не менее 20 см свинца, чтобы их можно было соединить с печатной платой.
  • Просверлите отверстие диаметром 3 мм в каждом узле поисковой катушки, чтобы провода катушки из медной проволоки проходили снизу к печатной плате, как показано на фотографии.
  • Приклейте катушки на свои места, убедившись, что выводы медных проводов проходят через отверстия и достигают печатной платы. Используйте много клея, чтобы катушки были жесткими и заподлицо с основанием МДФ. Надо, чтобы катушки не выступали за МДФ, иначе они повредятся при эксплуатации металлоискателя.
Основа икатушка металлоискателя на Arduino 1 Основа икатушка металлоискателя на Arduino 2 Основа икатушка металлоискателя на Arduino 3 Основа икатушка металлоискателя на Arduino 4 Основа икатушка металлоискателя на Arduino 5 Основа икатушка металлоискателя на Arduino 6 Основа икатушка металлоискателя на Arduino 7 Основа икатушка металлоискателя на Arduino 8

Разработка и тестирование электрической схемы меллоискателя на базе Arduino

Необычная форма печатной платы была появилась в связи с необходимостью расположить жлектронику максимально по центру, подальше от катушек, чтобы избежать помех.

  • Используйте созданный ранее макет, чтобы разметить монтажную плату в соответсвии с нужной формой.
  • Сначала установите плату Arduino и LM339 и используйте их как базу для дальнейшего размещения компонентов как показано на прилагаемом рисунке. Припяйте Arduino и LM339.
  • Резисторы и конденсаторы добавлены вместе с экранированным кабелем для повышения стабильности.
  • Я установил конденсаторы 0,1 мкФ непосредственно на МДФ, поскольку они были довольно громоздкими и их нужно было прикреплять непосредственно к петлям медного провода. Затем экранированный провод был отрезан до нужной длины, заземлен на одном конце (не на обоих!), а затем подключен к плате через вывод Vero.

Тестирование

  • Загрузите этот скетч в Arduino. Отсоедините USB-кабель от Arduino (важно, так как батарея 9 В + USB перегревает устройство)
  • Подключите батарею 9 В (вывод Vin на Arduino) и убедитесь, что устройство запустилось нормально (мигающие светодиоды Arduino)
  • Поместите поисковую катушку где-нибудь подальше от металла. Нажмите кнопку калибровки. Каждый светодиод должен загореться при калибровке каждой из 5 катушек.
  • Поднесите металл ближе к поисковой катушке, и соответствующий светодиод должен загореться.
  • Если этого не происходит, проверьте свою схему, чтобы убедиться, что все подключено корректно.
Электрическая схема металлоискателя на Arduino 1 Электрическая схема металлоискателя на Arduino 2 Электрическая схема металлоискателя на Arduino 3 Электрическая схема металлоискателя на Arduino 4 Электрическая схема металлоискателя на Arduino 5 Электрическая схема металлоискателя на Arduino 6

Корпус меллоискателя на базе Arduino

  • Пластиковый лист был использован для верхней и нижней части устройства, а также окрашенных боковых сторон, чтобы обеспечить водонепроницаемость.
  • Просверлите отверстия в крышке сверху, чтобы были видны светодиоды. Шары для пинг-понга были разрезаны пополам и использовались в качестве рассеивателей света, чтобы создать довольно крутой эффект при обнаружении металла.
  • Пластиковый контейнер (в данном случае половина и наушник) использовался для размещения печатной платы и 9-вольтовой батареи.
  • В этом случае была выбрана ручка для швабры с гибким шарниром, который позволяет головке металлоискателя поворачиваться вверх и вниз в соответствии с ростом пользователя и обеспечивает удобство использования.
Корпус металлоискателя на Arduino 1 Корпус металлоискателя на Arduino 2 Корпус металлоискателя на Arduino 3 Корпус металлоискателя на Arduino 4 Корпус металлоискателя на Arduino 5

Финальное тестирование

  • Когда металлоискатель включен, датчики нуждаются в калибровке.
  • Отодвиньте металлоискатель подальше от любого металла или предметов и нажмите кнопку калибровки.
  • Светодиоды должны на короткое время загореться слева направо и металлодетектор на базе Arduino будет готов к работе.
  • В выделенном коде есть переменные, с которыми можно поиграться, чтобы улучшить или изменить качество работы металлодетектора.
  • Однако по умолчанию все должно быть подтюнено таким образов, чтобы вы включили металлодетектор, и он просто заработал.

Недеемся, проект был вам интересен и полезен!