Môj impulzný detektor kovov na Arduine. Jeden z jednoduchých detektorov kovov s diskriminátorom „Megatron Pulse metal detector na arduino

Keď som si vlastnými rukami postavil niekoľko detektorov kovov rôzneho stupňa účinnosti, chcel som študovať, ako obvod Arduino funguje v tomto smere.

Existuje niekoľko dobrých príkladov, ako zostaviť detektor kovov vlastnými rukami. Zvyčajne však vyžadujú buď pomerne veľa externých komponentov na spracovanie analógového signálu, alebo je výstupná citlivosť dosť slabá.

Keď premýšľame o impulzných detektoroch kovov, hlavnou témou je, ako zistiť malé zmeny napätia v signáloch spojených s vyhľadávacou cievkou. Tieto zmeny sú zvyčajne veľmi malé. Najzrejmejším prístupom je použitie analógových vstupov ATmega328. Pri pohľade na špecifikácie však existujú dva hlavné problémy: sú väčšinou pomalé a rozlíšenie je (väčšinou) nízke.

Na druhej strane detektor kovov na báze mikrokontroléra pracuje na frekvencii 16 MHz a má celkom dobré synchronizačné schopnosti, konkrétne rozlíšenie 0,0625 µs pri použití taktovacej frekvencie. Takže namiesto použitia analógového vstupu na čítanie je najjednoduchším spôsobom, ako vnímať malé dynamické zmeny napätia, porovnanie zmeny poklesu napätia v čase pri pevnom referenčnom napätí.

Na tento účel má ATmega328 vhodné vlastnosti interného komparátora medzi D6 a D7. Tento komparátor je schopný spustiť prerušenie, čo umožňuje presné spracovanie udalostí. Použitím spolu s úhľadne kódovanými rutinami časovania ako millis() a micos() a použitím interného časovača ATmega328 s oveľa vyšším rozlíšením je Arduino skvelým základom pre tento druh detektora kovov.

Keď už hovoríme o zdrojovom kóde, dobrým začiatkom by bolo naprogramovať interný komparátor na „obrátenie“ polarity vstupov a čo najrýchlejšie použiť interné počítadlo na zmenu frekvencie zmien.

Konečná verzia kódu pre Arduino:

// Definovanie všetkých požadovaných premenných atď. a nastavenie registrov unsigned char clockSelectBits = _BV(CS10); // žiadna predškála, plné nastavenie xtal void () ( pinMode(6,INPUT); // + komparátora - nastavením ako INPUT sa // nastavia na vysokú impedanciu pinMode(7,INPUT); // - komparátora - nastavením ako INPUT sa // nastavia na vysokú impedanciu cli(); // zastavenie prerušení TCCR1A = 0; // nastavenie celého registra TCCR1A na 0 TCCR1B = 0; // to isté pre TCCR1B TCNT1 = 0 ; // inicializuje hodnotu počítadla na 0; TCCR1B |= clockSelectBits; // nastaví preddeličku a spustí hodiny TIMSK1 = _BV(TOIE1); // nastaví bit sei() povolenia prerušenia pretečením časovača; // povolenie prerušení 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 }

Samozrejme, táto myšlienka nie je úplne nová. Hlavná časť tohto kódu môže byť odlišná. Skúste hľadať inde, napríklad TPIMD.

Krok 1: Myšlienka indukčného detektora Arduino - Flip Coil

Myšlienkou je použiť Arduino ako pulzný indukčný detektor, rovnako ako TPIMD, pretože myšlienka krivky rozpadu funguje veľmi dobre. Problém s pulznými indukčnými detektormi je v tom, že zvyčajne potrebujú rôzne napätia, aby fungovali. Jedno napätie na napájanie cievky a samostatné napätie na spracovanie krivky tlmenia. Tieto dva zdroje napätia vždy komplikujú proces stavby impulzných indukčných detektorov.

Vzhľadom na napätie cievky v PI detektore možno výslednú krivku rozdeliť do dvoch rôznych stupňov. Prvým stupňom je samotný impulz, ktorý napája cievku a vytvára magnetické pole (1). Druhým stupňom je krivka poklesu napätia, ktorá začína napäťovou špičkou a potom sa rýchlo mení na napätie cievky bez napätia (2).

Problém je v tom, že cievka po impulze prepóluje. Ak je hybnosť kladná (Var 1. na priloženom obrázku), krivka rozpadu je záporná. Ak je impulz negatívny, krivka poklesu bude pozitívna (Var 2. na priloženom obrázku).

Na vyriešenie tohto základného problému je potrebné cievku po impulze elektronicky „preklopiť“. V tomto prípade môže byť hybnosť kladná a krivka tlmenia tiež zostane kladná.

Na tento účel musí byť cievka po impulze izolovaná od Vcc a GND. V tomto bode cez tlmiaci odpor preteká iba prúd. Tento izolovaný systém cievky a tlmiaceho odporu môže byť "cielený" na akékoľvek referenčné napätie. Tým sa teoreticky vytvorí kombinovaná kladná krivka (pozri spodnú časť výkresu).

Táto pozitívna krivka môže byť použitá s komparátorom na určenie časového bodu, kedy útlmové napätie "pretína" referenčné napätie. V prípade, že sú poklady blízko cievky, mení sa krivka tlmenia a priesečník časovej zmeny referenčného napätia. Táto zmena sa dá zistiť.

Po nejakom experimentovaní som sa rozhodol pre nasledujúcu schému:

Obvod pozostáva z modulu Arduino Nano. Tento modul poháňa dva MOSFETy, ktoré napájajú cievku (na SV3) cez D10. Keď impulz na konci D10 skončí, oba MOSFETy izolujú cievku od 12V a GND.

Uložená energia v cievke vystupuje cez odpor R2 (220 ohmov). Súčasne odpor R1 (560 ohmov) spája prvú kladnú stranu cievky s GND. Tým sa zmení negatívna krivka tlmenia cez R5 (330 ohmov) na pozitívnu krivku tlmenia. Diódy chránia vstupný kolík Arduina.

R7 je delič napätia asi 0,04 V. Teraz je krivka útlmu na D7 negatívnejšia ako 0,04 na D6, spustí sa prerušenie a uloží sa trvanie po skončení impulzu.

V prípade kovu v blízkosti cievky je krivka rozpadu dlhšia a čas medzi koncom impulzu a prerušením dlhší.

Krok 2: Vytvorenie detektora (Breadboard)

Proces zostavovania detektora je pomerne jednoduchý. Dá sa to urobiť buď na doske (podľa pôvodnej schémy) alebo spájkovaním dielov na doske plošných spojov.

LED D13 na doske Arduino Nano sa používa ako indikátor kovu.

Použitie doštičky je najrýchlejší spôsob, ako vytvoriť funkčný detektor. Je potrebné vykonať určité zapojenie, ale dá sa to urobiť na samostatnej malej doske. Obrázky to ukazujú v 3 krokoch, pretože Arduino a MOSFET skrývajú niektoré káble. Pri testovaní som omylom vypol diódy bez toho, aby som si to hneď všimol. To nijak zvlášť neovplyvnilo správanie detektora. Nechal som ich vo verzii PCB.

Obrázky nezobrazujú pripojenie k 0,96 OLED displeju. Tento displej je pripojený takto:

Vcc - 5V (na kolíku Arduino, nie na napájacom zdroji!)
GND-GND
SCL-A5
SDA-A4

Tento OLED displej je potrebný na úvodnú kalibráciu detektora. To sa dosiahne nastavením správneho napätia na PIN6 Arduina. Toto napätie by malo byť okolo 0,04 V. Displej vám pomôže nastaviť správne napätie.

Dummy verzia funguje veľmi dobre, aj keď pravdepodobne nie je vhodná na použitie v teréne.

Krok 3: Návrh PCB

Čo sa týka spájkovania, nemám veľmi rád obojstranné high-tech PCB, tak som zmenil rozloženie na jednostranné.

Boli vykonané nasledujúce zmeny:

1. Diódy boli vylúčené.
2. 10 ohmový odpor pridaný ku kolíkom MOSFET
3. Napájacie napätie deliča napätia na D6 je nastavené signálom vysokej úrovne na D8
4. Kolík ovládača pre MOSFET bol zmenený.

Týmto spôsobom je možné vytvoriť jednostrannú dosku plošných spojov, ktorú je možné prispájkovať na univerzálnu dosku plošných spojov. Pomocou tohto obvodu získate funkčný PI detektor s 8-10 externými komponentmi (v závislosti od toho, či používate OLED displej a/alebo reproduktor).

Krok 4: Nastavenie a používanie detektora

Ak je detektor správne zostavený a program je napísaný v Arduine, najjednoduchší (ak nie jediný) spôsob nastavenia zariadenia je použiť OLED displej. Displej je pripojený na 5V, GND, A4, A5. Po zapnutí zariadenia by sa na displeji malo zobraziť „kalibrácia“. Po niekoľkých sekundách by sa malo zobraziť „kalibrácia dokončená“ a na displeji by sa mali zobraziť tri číslice.

Prvé číslo je "referenčná hodnota" špecifikovaná počas kalibrácie. Druhá hodnota je posledná nameraná hodnota a tretia hodnota je priemer posledných 32 meraní.

Tieto tri hodnoty by mali byť viac-menej rovnaké (do 1000 v mojich testoch). Priemer by mal byť viac-menej stabilný.

Na spustenie počiatočného nastavenia by v blízkosti cievky nemal byť žiadny kov.

Teraz by mal byť delič napätia (orezávací odpor) nastavený tak, aby spodné dve hodnoty boli nastavené na maximum pri zachovaní stabilného čítania. Existuje kritické nastavenie, kde priemer začína dávať zvláštne hodnoty. Otočte trimrom, aby ste opäť získali stabilné hodnoty.

Môže sa stať, že displej zamrzne. Stačí stlačiť tlačidlo reset a začať odznova.

Pre moju konfiguráciu (cievka: 18 otáčok/20 cm) je stabilná hodnota okolo 630-650. Po nastavení stlačte tlačidlo reset, stroj sa znova nakalibruje a všetky tri hodnoty budú v rovnakom rozsahu. Ak je teraz kov privedený k cievke, LED na doske Arduino (D13) by sa mala rozsvietiť. Priložený reproduktor vykoná pár kliknutí (v zdrojovom kóde je priestor na zlepšenie).

Aby ste sa vyhli vysokým očakávaniam:

Detektor detekuje niektoré veci, ale zostáva veľmi jednoduchý a obmedzený.

Pre predstavu o možnostiach som porovnal niektoré iné detektory s mojimi. Výsledky sú stále dosť pôsobivé na detektor s 8 externými prvkami, ale zaostávajú za profesionálnym vybavením.

Pri pohľade na okruh a program vidím veľký priestor na zlepšenie. Hodnoty rezistorov boli zvolené na základe skúseností, čas impulzu 250 ms bol zvolený náhodne, parametre cievky tiež.

Súbory

Krok 5: Pripojenie displeja 16x2

Počas testovania som si uvedomil, že knižnica I2C OLED displejov spotrebováva príliš veľa zdrojov, a tak som sa rozhodol použiť displej 16x2 s I2C prevodníkom.

Prispôsobil som program pre LCD displej, pridal som niekoľko užitočných funkcií. Prvý riadok displeja teraz zobrazuje silu signálu možnej indikácie. Druhý riadok teraz zobrazuje dve hodnoty. Prvý udáva odchýlku aktuálneho signálu v porovnaní s kalibračnou hodnotou. Táto hodnota musí byť "0". Ak je táto hodnota trvalo záporná alebo kladná, detektor sa musí kalibrovať stlačením tlačidla reset. Kladné hodnoty označujú kov v blízkosti cievky.

Druhá hodnota zobrazuje skutočnú hodnotu oneskorenia krivky poklesu. Táto hodnota zvyčajne nie je taká zaujímavá, ale je potrebná pre prvotné nastavenie detektora.

Program teraz umožňuje sledovať viacnásobné trvanie impulzov v sekvencii (nástroj na experimentovanie / zlepšenie výkonu). Nedostal som sa však k žiadnemu prelomu, takže predvolená hodnota je nastavená na jednu šírku impulzu.

Počiatočné nastavenie detektora

Pri nastavovaní detektora je dôležitá druhá hodnota druhého riadku (prvú hodnotu je možné ignorovať). Spočiatku môže byť hodnota "nestabilná" (pozri obrázok). Otáčajte trimrom, kým hodnota nedosiahne stabilnú hodnotu. Potom ho otáčajte, aby ste zvýšili hodnotu na maximálnu stabilnú hodnotu. Stlačte tlačidlo reset, aby ste prekalibrovali a detektor je pripravený na použitie.

Nadobudol som dojem, že nastavením maximálnej stabilnej hodnoty som stratil citlivosť na farebné kovy. Možno by stálo za to experimentovať s nastaveniami, aby ste to napravili.

Cievky

Urobil som 3 cievky na ďalšie testovanie obvodu impulzného detektora kovov:

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

Zaujímavé je, že všetky cievky fungovali celkom dobre, s takmer rovnakým výkonom (rubeľová minca pri 40-50 mm vo vzduchu). Toto môže byť veľmi subjektívne pozorovanie.

Revidovaná verzia známeho impulzného detektora kovov - "Pirate", ale na Arduine. Má dobrú citlivosť aj na drobné mince. Stabilné bez ohľadu na teplotu a nabitie batérie. Schéma je čo najviac zjednodušená.

Medzi nedostatky možno poznamenať neschopnosť určiť typ kovu. Iba detektory kovov s rádiovým princípom detekcie môžu určiť typ (náročné na zariadenie a vyžadujúce jemné doladenie). Pulzný detektor kovov zase funguje na magnetickej detekcii indukčných prúdov v kove. Indukcia vyhľadávania nie je rozlíšiteľná pre železné a neželezné kovy.

Mimochodom, existuje tretí typ detektorov kovov - frekvenčný. Neefektívna a veľmi jednoduchá konštrukcia založená na oscilátore magnetického obvodu, ktorý je citlivý na zmeny veľkosti indukcie cievky. Z dôvodu nízkej citlivosti to nebudeme uvažovať. Osobné experimenty na vývoji takéhoto dizajnu v najlepšom prípade umožnili odhaliť panvicu v hĺbke 20 cm. Na mince reagoval len „zvýraznene“. Takmer zbytočné veci. Preto to okamžite odmietol.

Náš impulzný obvod detektora kovov má niekoľko hlavných komponentov. Arduino generuje impulzy, ktoré sú zosilňované tranzistorom s efektom poľa (vypínač), ktorý naopak indukuje impulzy magnetického poľa v cievke. Magnetický impulz prechádza do cieľového kovu a indukuje v ňom prúd a potom signál spätného magnetického poľa. Tento spätný magnetický tok sa po krátkom oneskorení vráti späť do cievky detektora kovov a generuje impulz. Signál prechádza dvojicou diód (diódy sú potrebné na obmedzenie napätia na 1 volt) a ide na vstup operačného zosilňovača. Zosilnený signál vstupuje do arduina, v ktorom je vypočítaný „klesajúci chvost“ po vypnutí cievky vypínačom. Tie. len odpoveď z požadovaného kovového predmetu. Podľa času pádu môžeme posúdiť veľkosť alebo vzdialenosť objektu. Ukazovateľ zobrazuje túto hodnotu v 8 úrovniach ukazovateľov.

Keď už hovoríme o cievke. Mal by mať priemer 20 cm s 20 závitmi drôtu 0,4 - 0,8 mm. Hrúbka drôtu ovplyvňuje aj indukciu celej cievky. Silná odchýlka od hrúbky drôtu povedie k zhoršeniu citlivosti zariadenia. Cievka je vložená do PVC vodovodného potrubia a nemá žiadne dodatočné kovové spoje.

Náčrt programu obsahuje generátor impulzov a algoritmus na spracovanie prichádzajúceho signálu zo zosilňovača.

Int ss0 = 0; int ss1 = 0; int ss2 = 0; dlhé c0 = 0; dlhé c1 = 0; dlhé c2 = 0; bajt i = 0; int sss0 = 0; int sss1 = 0; int sss2 = 0; int s0 = 0; int s1 = 0; int s2 = 0; void setup() ( DDRB = 0xFF; // port B - všetko von DDRD = 0xFF; // port D - všetko von pre (i = 0; i<255; i++) // калибровка { PORTB = B11111111; delayMicroseconds(200); PORTB = 0; delayMicroseconds(20); s0 = analogRead(A0); s1 = analogRead(A0); s2 = analogRead(A0); c0 = c0 + s0; c1 = c1 + s1; c2 = c2 + s2; delay(3); } c0 = c0 / 255; c0 = c0 - 5; c1 = c1 / 255; c1 = c1 - 5; c2 = c2 / 255; c2 = c2 - 5; } void loop() { PORTB = B11111111; delayMicroseconds(200); PORTB = 0; delayMicroseconds(20); s0 = analogRead(A0); s1 = analogRead(A0); s2 = analogRead(A0); ss0 = s0 - c0; if (ss0 < 0) { sss0 = 1; } ss0 = ss0 / 16; PORTD = ss0; // посылаем на индикатор (send to LEDs) delay(1); ss1 = s1 - c1; if (ss1 < 0) { sss1 = 1; } ss1 = ss1 / 16; PORTD = ss1; // посылаем на индикатор (send to LEDs) delay(1); ss2 = s2 - c2; if (ss2 < 0) { sss2 = 1; } ss2 = ss2 / 16; PORTD = ss2; // посылаем на индикатор (send to LEDs) delay(1); if (sss0+sss1+sss2 >2) ( digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(2,HIGH); digitalWrite(1,HIGH ); digitalWrite(0,HIGH); delay(1); sss0 = 0; sss1 = 0; sss2 = 0; ) )

Informácie sú poskytované len na vzdelávacie účely.
Správca stránky nezodpovedá za možné následky použitia poskytnutých informácií.

poplatok Arduino možno použiť v pulznom detektore kovov ( Pulzný indukčný detektor kovov (PI)) a ako generátor impulzov a na spracovanie a zobrazenie výsledkov.

Môžete si prečítať viac o princípoch fungovania analógového pulzného detektora kovov.

Môj pulzný detektor kovov na Arduino - projekt FoxyPI

verzia 1 (FoxyPI v1) (ukončená podpora)
Čo je nové: prvá verzia.
GNU General Public License v3.0, k dispozícii na Github v úložisku https://github.com/Dreamy16101976/foxyPIv1.

Video test prototypu: https://youtu.be/VWCA6jYK5tY

verzia 2 (FoxyPI v2) (ukončená podpora)

Čo je nové:

• pridané spriemerovanie trvania impulzu analyzovanej cievky podľa algoritmu "kĺzavého priemeru" ( kĺzavý priemer, MA);
• pridaná možnosť upraviť trvanie impulzu, intervaly medzi nimi, čas oneskorenia a šírku okna kĺzavého priemeru pomocou ponuky, ako aj ukladanie nastavení v EEPROM;
• pridaná zmena tónu signálu pri zmene trvania impulzu cievky;
• pridaný dynamický režim detektora kovov;
• upravený ovládač MOSFET;
• spínače "+5 V" a "+12 V" sú kombinované a uvoľnený spínač sa používa na ovládanie podsvietenia LCD- obrazovka;
• pridané LED diódy indikujúce úroveň signálu.

Licencia zdrojového kódu náčrtu:vlastnícky .

hex- súbor firmvéru FoxyPI(verzia 2.11) pre - .
Ako blikať hex- súbor na palubu Arduino opísal som.

Poľné skúšky a vyhľadávanie(26.03.2016) - https://youtu.be/Xk4X6O1646M
Testovanie prototypov(4.01.2016) - https://youtu.be/ikJbqUCbyvw

Schéma detektora kovov (verzia 2):

verzia 3 (FoxyPI v3)

Čo je nové:

• na určenie úrovne signálu sa nepoužíva komparátor, ako v predchádzajúcej verzii, ale ADC Arduino;
• dva režimy vyhľadávania – dynamický a statický (prepínanie medzi režimami dlhým stlačením tlačidla);
• integrácia signálu sa používa na zlepšenie stability;
• integrátor a hornopriepustný filter sú emulované;
• položky menu zmenené;
• podržanie tlačidla pri zapnutí spôsobí vstup do menu nastavení;
• stlačením tlačidla sa spustí/zastaví vyvažovanie;
• namiesto štyroch sa používajú dve úrovne zvukovej a vizuálnej indikácie.

V tejto verzii nie je žiadna cieľová diskriminácia.

Schéma detektora kovov (verzia 3):

• prvky spojené s použitím porovnávača sú vylúčené - R5, R6;
• aby sa zvýšil zisk operačného zosilňovača, hodnota odporu bola zmenená R3 320 kOhm (zložený z dvoch rezistorov s nominálnymi hodnotami 220 kOhm a 100 kOhm);
• bol zmenený napájací obvod mikrokontroléra.

V schéme detektora kovov dve izolované "zeme" - analógové (ikona zeme) a digitálne (ikona prípadu).

Licencia zdrojového kódu náčrtu : vlastnícky.

hex- súbor firmvéru FoxyPI -

Elf- súbor firmvéru FoxyPI(verzia 3.3 zo dňa 16.04.2019, prvá dostupná verzia firmvéru 3.3) pre -

Ako blikať hex- súbor na palubu Arduino opísal som.

Video "vzduchových" testov v dynamickom režime (7.04.2019, verzia 3.2) - https://youtu.be/HzIiA9ws0Ak
Video „vzduchových“ a „podzemných“ testov v dynamickom režime (11.04.2019, verzia 3.3) - https://youtu.be/GwRvhjCmOE4
Video "vzduchových" testov v statickom režime (13.04.2019, verzia 3.3) - https://youtu.be/1ulevNWBZ9A

Vzhľad elektronickej jednotky:


pohľad zhora:
1 - LCD-obrazovka
2 - LED
3 - piezo reproduktor
4 - ovládacie tlačidlo
5 - Vypínač podsvietenia LCD
6 - vypínač napájania
7 - LED indikácie úrovne signálu

Detektor kovov sa prepravuje v demonte na tri časti - elektronika a pohonné jednotky s rukoväťou, tyč, cievka s drôtom:

Vzhľad zostaveného detektora kovov:

Prevádzka detektora kovov

Zapnutie a spustenie detektora kovov

Keď je detektor kovov zapnutý (spínač 6), odpočítavanie začne ako prvé:

Na prepínanie medzi položkami ponuky je potrebné krátke stlačenie tlačidla (4) (rozsvieti sa zelená LED) a na výber položky ponuky dlhé stlačenie tlačidla (4) (rozsvieti sa červená LED):

Na prepínanie medzi hodnotami parametrov pre zvolenú položku ponuky je potrebné krátke stlačenie tlačidla (4) (v tomto prípade sa rozsvieti zelená LED) a na výber hodnoty parametra dlhé stlačenie tlačidla (4) (v tomto prípade sa rozsvieti červená LED):

Ak chcete opustiť ponuku, vyberte „ VÝCHOD":

Po dokončení odpočítavania sa na displeji (1) zobrazí správa s názvom zariadenia a číslom verzie softvéru ("FoxyPI v3.x"), logom a z piezo reproduktora (3) zaznie zvukový signál s meniacim sa tónom. , zodpovedajúce rôznym úrovniam signálu a sprevádzané blikajúcimi LED diódami:

Detekcia cieľa pomocou detektora kovov

Potom, ak nezvolíte žiadnu položku ponuky, zobrazia sa aktuálne nastavenia prístroja:

L - trvanie impulzu (μs, nás)
R - frekvencia opakovania pulzu (imp./s, pps)
ja - koeficient integrátora
F - faktor filtra
S - zvuk (zapnutie/vypnutie, ON /VYPNUTÉ )

Potom sa vykoná vyváženie ( nulovanie) v statickom režime:

Detektor kovov pracuje v dvoch režimoch:

• statický režim (statický/nepohybový režim) (predvolené) - berie do úvahy úroveň signálu, nevyžaduje neustály pohyb cievky (možno použiť aj na objasnenie polohy cieľa ( presné určenie) a ako hlavný režim vyhľadávania);
• dynamický režim(dynamický/pohybový režim) - berie sa do úvahy dynamika zmeny signálu, v procese vyhľadávania musí byť cievka pohybovať sa nad zemou

Pri vyrovnávaní je to žiaduce pohybovať sa cievka (podobne ako pri akciách pri hľadaní – to je dôležité najmä pri vyvažovaní v dynamickom režime). Potreba automatickej rovnováhy nad čistou zemou(nie nad cieľ), ktorý neobsahuje minerály. Môžete si prečítať o rušivom účinku pôdy na pulznom detektore kovov.

Dôležité je snažiť sa hýbať pozametať) cievka rovnobežná s povrchom zeme, inak sa vplyvom zemského magnetického poľa na cievke indukuje určité napätie ( EFE -efekt zemského poľa), čo môže spôsobiť falošné signály: dokonca aj pohybom cievky nad zemou:

Ak sa hľadacia cievka posunie nesprávne, magnetický tok $\Phi$ cez ňu sa zmení:

Je to preto, že magnetický tok je určený výrazom:
$\Phi = (B \, S \, sin \, \alpha)$, kde $B$ je indukcia magnetického poľa Zeme, $S$ je prierezová plocha cievky, $\alpha$ je uhol medzi rovinou cievky a smerom siločiarov magnetického poľa zeme.
Na znázornenom obrázku je v prvej polohe cievky magnetický tok nulový a pri pohybe nadobúda nenulovú hodnotu. V dôsledku zmeny magnetického toku cievkou sa v nej podľa zákona elektromagnetickej indukcie indukuje EMF, ktorá skresľuje prijímaný signál.

Nepresný pohyb cievky zvyšuje úroveň signálu o 4000...5000 a prudký pohyb cievky z horizontálnej do vertikálnej polohy - o 15000...20000.

Počas automatického vyvažovania sa nastavuje optimálne počiatočné oneskorenie a trvanie analyzovaného signálu a vyhodnocuje sa dynamika signálu (v dynamickom režime) alebo úroveň signálu (v statickom režime), pričom je sprevádzaná aktualizácia "nulovej" úrovne. krátkym pípnutím. Keď sa aktualizácia zastaví, vyvažovanie je možné zastaviť stlačením tlačidla (4). Vyvažovanie je možné spustiť/zastaviť aj počas prevádzky stlačením tlačidla (4). Po skončení automatického vyvažovania zaznie krátky zvukový signál a zobrazí sa „nulová“ hodnota (maximum, v konvenčných jednotkách).

Potom sa spustí hlavný cyklus činnosti detektora kovov, pričom na obrazovke sa zobrazí aktuálny režim ( MODE ) činnosť detektora, NULA - hodnota "nulovej" úrovne, nastavená počas vyvažovania (pre statický režim typické hodnoty 120 000 - 125 000 , keď sa trvanie impulzu zmení zo 150 na 250 µs, zmení sa nevýznamne) a RX - počiatočné a koncové body (rozsah) analyzovaného signálu (typické hodnoty - 16...43, , keď sa dĺžka impulzu zmení zo 150 na 250 µs, zmenia sa nevýznamne) pri dĺžke trvania impulzu 150 µs) (prepínanie medzi režimami sa vykonáva dlhým stlačením tlačidla (4)):

Symptómy(nulová úroveň / rozsah)

• zlom v cievke - 12250 / 3...4 alebo 23000 / 2...4
• neindukčná cievka (náhrada za odpor 10 Ohm) - 23000 / 0...2 alebo 1...3

Príklad rozšírenia počiatočných „nulových“ úrovní:

Pri detekcii kovového cieľa zaznie zvukový signál zmeny tónu a rozsvieti sa zelená LED (2), ako aj zelená alebo červená LED (7). Charakter audiovizuálnej indikácie sa mení v súlade s dynamikou (v dynamickom režime) alebo úrovňou (v statickom režime) zaznamenaného RX- impulz:

Silné rušenie činnosti detektora kovov spôsobujú elektronické zariadenia fungujúce v blízkosti:

rušenie od LCD TV (pocit vo vzdialenosti do jedného metra):

rušenie z CFL (pocit v blízkosti lampy):

rušenie od magnetického poľa transformátora pripojeného k sieti sa prejavuje vo forme trilu - veľmi časté operácie:

Počas prevádzky musí byť zariadenie umiestnené mimo fungujúcich televízorov, počítačov, výkonových transformátorov, CFL!

Nastavenie detektora kovov

Ak pri zapínaní podržíte stlačené tlačidlo (4), kým nezačne odpočítavanie, vstúpi sa do menu, ktoré vám umožní zmeniť nastavenia detektora kovov.

Štruktúra ponuky (predvolené nastavenia sú zvýraznené):

• PULSE LEN- dĺžka impulzu (100/ 150 /200/250 us)
• FREKVENCIA PULZU- frekvencia opakovania pulzu (10/20/30/40/50/60/70/ 80 /90/100 str./s)
• INTEGRÁTOR K- koeficient integrátora (5/ 10 /20/30/40/50)
• FILTER K- faktor filtra (10/20/30/40/50/60/70/ 80 /90/100/110/120/130/140/150/160/170/180 /190/200)
• ZVUK- zvuk ( ON/vyp.)
• VÝCHOD- výstup z menu

Krátkym stlačením tlačidla (4) sa prepnete na ďalšiu položku ponuky a dlhým stlačením sa prepnete na hodnoty zvoleného nastavenia.
Krátke stlačenie spôsobí prechod na ďalšiu možnú hodnotu a dlhé stlačenie uloží aktuálnu hodnotu a prejde na najvyššiu úroveň menu (do zoznamu nastavení).

Po výbere VÝCHOD opustí menu a uloží nastavenia EEPROM.

Testovanie detektorom kovov

Ak chcete otestovať detektor kovov počas montáže, môžete si ho stiahnuť Arduino test firmvéru (pre verziu 3):

hex- súbor test firmvéru FoxyPI -

Elf- súbor test firmvéru FoxyPI(verzia 3.T zo dňa 24.04.2019) pre -

V testovacom režime detektor kovov po zapnutí generuje vo vyhľadávacej cievke prúdový impulz s trvaním 150 µs, následne zaregistruje a zobrazí prijatý signál na obrazovke. Po stlačení tlačidla sa vygeneruje nový impulz atď.

Príklady signálov:
1 - bez terča, 2 - s terčom:

Testovanie detektorom kovov

Testujem detektor kovov na vyčistenej hlinenej ploche:

ciele

Na testovanie sa používajú rôzne ciele:


1 - hliníková doska z "pevného disku" (pevného disku) (hrúbka 1,3 mm, vonkajší priemer 3,75 palca, priemer otvoru 1 palec)
2 - Ruská 5-rubľová minca vyrobená z medi plátovanej kupronikelom (priemer 25 mm, hmotnosť 6,45 gramov)
3 - zlatý prsteň

Dosahy detekcie cieľa „vo vzduchu“:

Je zvláštne, že keď sú dve platne (ciele 1) navrstvené na seba, rozsah detekcie klesajúci!

Keď sa napätie batérie zníži, dosah detekcie sa výrazne zníži:

V zahraničných detektoroch kovov sa ako testovací cieľ často používa britská 10-centová minca - 10p s priemerom 24,5 mm, ktorý bol predtým (do januára 2012) vyrobený zo zliatiny medi a niklu (meď 75 %, nikel 25 %):

Analógom takejto mince je americká 25 centová minca - 25 amerických centov ( U.S. štvrťroku) Priemer 24,26 mm, hrúbka 1,75 mm, hmotnosť 5,67 gramov:

Deklarovaná hĺbka detekcie takýchto mincí pre rôzne detektory kovov ( max. hĺbka za štvrťrok v USA):
Altai Treasure Seeker 2 hobby detektor kovov- 15 cm;
Prestige detektor kovov- 16 cm;
Detektor kovov Supereye S3000- 18 cm;
E.E. Lovec pokladov- 20 cm.

Detekčné rozsahy pre masívne ciele v statickom režime:

Výrobky zo železného prášku a mnohé feritové časti (1) nie sú detekované detektorom kovov, ale niektoré feritové výrobky (2) sú detegované vo vnútri cievky vo vzdialenosti niekoľkých cm od vinutia:

Keď sa feritový magnet rýchlo pohybuje vo vnútri cievky, dochádza k falošným pozitívam:

Výsledok prvého hľadania v záhrade s FoxyPI v3.3 (21. 4. 2019):

Výsledok druhého hľadania v záhrade s FoxyPI v3.3 (27. 4. 2019):

A tu sú niektoré ďalšie zistenia, ale po elektrolytickom čistení (viac o tom nižšie):

Môžete si prečítať o niektorých zaujímavých nálezoch.

Čistenie nálezov od hrdze

Nájdené nálezy sú často pokryté vrstvou hrdze (oxid železa Fe 2 O 3).
Na čistenie nálezov od hrdze možno použiť niekoľko metód:

chemická metóda- použitie chemikálie, ktorá premieňa hrdzu na ľahko odstrániteľný (voľný) stav:

• kyselina šťaveľová;
• kyselina ortofosforečná.

elektrolytická metóda - najúčinnejší, používa sa na odstraňovanie nečistôt a koróznych produktov, vrátane archeológie:

Existujú dva režimy čistenia - anóda(čistený predmet je anóda, čistenie sa vykonáva kyslíkovými bublinami) a katódové(čistený predmet je katóda a čistiaci účinok je daný vodíkovými bublinami, ktorých sa pri anódovom procese uvoľňuje dvakrát viac ako kyslíka - podobný proces sa používa na výrobu vodíka)

Nižšie popíšem metódu katodického čistenia, ktorú používam.

plastová alebo sklenená (nekorozívna) nádoba je naplnená:
2% (podľa iných zdrojov 5 - 10%) s vodným roztokom alkálie - lúhu sodného NaOH;
vodný roztok sódy Na2C03(1 polievková lyžica na tri litre vody, ale používam nasýtenejší roztok):

Jedna elektróda (anóda) je platňa vyrobená z ocele vrátane nehrdzavejúcej ocele, plechu, hliníka alebo mosadze, niekedy sa používajú aj uhlíkové elektródy. Používam nerezovú oceľ:

Poznámka.
Anóda z nehrdzavejúcej ocele uvoľňuje toxické látky, mosadz podporuje uvoľňovanie medi na katóde a hliníková anóda sa rýchlo opotrebováva.

Anóda a katóda sú spustené do roztoku, "+" zdroja je pripojený k anóde a "-" je pripojený k časti, ktorá sa má čistiť (čistený predmet omotám medeným drôtom). Začína sa proces elektrolýzy vody sprevádzaný uvoľňovaním plynových bublín a tvorbou vločiek hrdze (na katóde - čistenom objekte - sa uvoľňujú vodíkové bubliny, ktoré ničia hrdzu: 4H 2 0 + 4e - \u003d 4OH + 2H 2 ).

Existuje aj alternatívny popis reakcie pri katodickom čistení:
4H + + 4e - = 2H 2 (v tomto prípade je však potrebné kyslé prostredie na vytvorenie dostatočného množstva vodíkových iónov).

Počas procesu sa hrdza začne hromadiť v blízkosti anódy:

Na konci procesu je celá nádoba naplnená časticami hrdze:

Hrdza v procese elektrolýzy pokrýva anódu:

Lakmusový papierik ponorený do roztoku ukazuje reakciu na alkalické prostredie:

Po ukončení procesu čistenia sa čistený diel pokryje voľnou vrstvou nečistôt, ktoré sa odstránia kovovou kefou:

Po elektrolytickom čistení vyzerá nález takto:

Oscilogramy

Pomocou laboratórneho stola ako digitálneho osciloskopu som urobil sériu oscilogramov:

laboratórny stojan -

napätie vyhľadávacej cievky

Zariadenie na detekciu kovov

Dizajn

Činka

Na tyč detektora kovov som použil PVC rúrku s priemerom 25 mm s hrúbkou steny 1,6 mm ( PN16):

Páka

Rukoväť detektora kovov je pripevnená k potrubiu, na ktorom je upevnená elektronická jednotka a napájací zdroj, pomocou lisovacej spojky:

Elektronická jednotka

Ako telo elektronickej jednotky detektora kovov som použil spojovaciu skrinku Tyco so stupňom ochrany IP55(od vody a prachu) z PVC s desiatimi vstupmi s priemerom 30 mm.

Pohľad do vnútra elektronickej jednotky:

Na PVC potrubí je elektronická jednotka upevnená pomocou U-tvarované držiaky, ktoré sú upevnené nylonovými spojkami:

Zdroj

Na umiestnenie batérií používam spojovaciu skrinku. Na PVC potrubí je napájací zdroj upevnený pomocou U-tvarované držiaky, ktoré sa upevňujú pomocou nylonových pások.

Elektronika

mikrokontrolér
Používam dosku Arduino Nano 3.0.

3. verzia je založená na 8-bit AVR mikrokontrolér ATmega328P(32 kb Flash, 2 kB SRAM, 1 kB EEPROM, 3 časovače) (2. verzia - zap ATmega168), a písmeno „ P"označuje" picoPower".

Arduino kolíky:

Arduino zdroje:

Spárovať s USB-port v mojej doske Arduino je použitý konvertorový čip CH340G.

Napájacie zdroje

Výkon mikrokontroléra

Na výživu Arduino Používam dve lítium-iónové batérie zapojené do série UltraFire ZX 18650 4200 mAh každý:

Kľudové napätie takto plne nabitej batérie je 4,21 V a pri zaťažení 10 ohmov po 1 minúte prevádzky je to 3,61 V.

Menovité napätie takejto batérie je 7,4 V.

Napätie 7,4V batérie je prevedené na 5V pre napájanie dosky Arduino cez integrálny stabilizátor 78L05(vyznačené na diagrame) VR1):

Zdroj

Ako zdroj energie pre silovú časť používam 10 alkalických batérií. AA (LR6).

Vyhodnotil som niektoré batérie, ktoré som použil:

Typ batérie	Napätie x.x., V	Napätie pri zaťažení (po 1 minúte prevádzky), V
Camelion Plus Alkaline 1	...	... (10 ohmov)
	...	... (10 ohmov)
Duracell Duralock (alkalický) 2	1,54	1,47 (10 ohmov)
Ermak (alkalický)	1,62	1,43 (10 ohmov)
Energizer Max (alkalické) 3	1,62	1,51 (10 ohmov)
energie(alkalické)	1,62	1,48 (10 ohmov)

1 - nominálna kapacita je 2700 mAh (s trvalým vybíjaním do 0,8 V s prúdom 25 mA)
2 - technológia umožňuje ušetriť nabitie počas skladovania až 10 rokov,
na batériách zároveň na pásiku je nápis „ ":

1 - batérie Duracell vyrobené pomocou technológie
2 - bežné batérie Duracell
3 - podľa výrobcu:
nominálny vnútorný odpor ( Nominálne IR) - 150...300 mΩ;
diagram kapacity verzus vybíjací prúd:

Na umiestnenie batérií veľkosti AA Používam krabicu na 10 článkovú batériu:

Menovité napätie takejto batérie je 15 V.

Cievka L2 navrhnuté na zníženie rušenia spôsobeného prúdovými impulzmi vyhľadávacej cievky. Dióda VD3 odvádza batériu pre záporné napäťové špičky, ktoré sa vyskytujú na indukčnosti hľadacej cievky, a chráni pred prepólovaním batérie. Kondenzátor C1 veľká kapacita je zásobník energie - hrá dôležitú úlohu pri vytváraní prúdových impulzov v cievke.

Na pripojenie napájacích zdrojov slúži štvorkolíkový konektor na boku krytu elektronickej jednotky:

1 - "+" batérie 15 V
2 - "-" batérie 15 V
3 - "-" batérie 7,4 V
4 - "+" batérie 7,4V

Cievka

Možnosti cievky

Vyhľadávacia cievka s priemerným priemerom $D$ = 25 cm (priemerný polomer $R$ = 12,5 cm) a polomerom prierezu cievky $a$ = 0,29 cm obsahuje $w$ = 27 závitov smaltovanej medi (odpor $\rho $ \u003d 0,0175 Ohm mm 2 / m) drôty s priemerom $d$ \u003d 0,7 mm (polomer drôtu $r$ \u003d 0,35 mm, plocha prierezu drôtu $S$ \u003d 0,385 mm 2):

Odhadovaný odpor cievky $R = (\rho ((\pi D w) \over (S)))$ = 0,964 ohmov a nameraný odpor bol $R$ = 1,3 ohmov:

Existuje niekoľko vzorcov na výpočet indukčnosti takejto cievky.

približný vzorec:

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

kde $a$ je polomer prierezu cievky.

Tento vzorec je uvedený v knihe [ F. W. Grover, Výpočty indukčnosti: Pracovné vzorce a tabuľky, New York: Dover, 1946].

Pre môj kotúč:
$L$ = 440 uH .

presnejší vzorec:

$L = (((\mu)_0) \over (4 \pi)) (w^2) D \Phi $, kde $\Phi$ je pomocný koeficient:
$\Phi = (2 \pi [(1 + (((\gamma)^2) \over 2))) (ln ((4 \over \gamma))) - 1,75 + (((\gamma ) ^ 2) \over 6) ] ) $, kde $\gamma = (a \over D)$, $a$ je polomer prierezu cievky

Tento vzorec sa používa v doplnku multiloop pre program Cievka32(http://coil32.net/multi-winding-round-loop.html) na výpočet indukčnosti viacotáčkovej okrúhlej cievky s kruhovým prierezom (angl. viacvinutá okrúhla slučka s okrúhlym prierezom).

Pre môj kotúč:
$\gama$ = 0,0116;
$\Phi$ = 25,7;
$L$ = 468 uH .

integrálny vzorec:

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

kde $B_(rel)((\rho)) = ( (1 \over \pi) (\int_0^(\pi)) ((1 - ((\rho) cos (\phi) )) \over (( (1+((\rho)^2)-2(\rho)cos(\phi)))^(3 \over 2))) \, d(\phi) )$ - relatívna magnetická indukcia v rovine cievka vo vzdialenosti $(\rho) \over R$ v porovnaní s indukciou v strede cievky, $a$ je polomer prierezu cievky

Magnetické pole cievky

Keď takouto cievkou preteká prúd $I$ v bode na osi cievky umiestnenom vo vzdialenosti $z$ od roviny cievky, vznikne magnetické pole, ktorého silu určuje známy výraz. :

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

Ak vezmeme vnútorný odpor jednej batérie ako 0,3 Ohm, EMF - 1,45 V, potom pre desať batérií bude celkový EMF $E$ 14,5 V a celkový odpor $R$ obvodu, berúc do úvahy odpor hľadacia cievka 1 Ohm, bude 4 Ohm. Ak vezmeme indukčnosť cievky rovnajúcu sa 450 μH, dostaneme, že pri trvaní $T$ impulzu rovnajúceho sa 150 μs prúd v cievke dosiahne hodnotu $(E \over R) (1 - e^( -(TR)\over L)) = 2,7 A$.

Dizajn cievky

Na ochranu cievky môžete použiť vlnitú elektrickú hadicu (zvyčajne sivú), ktorá je narezaná pozdĺž:

Do nej je vložená cievka a potom je pripevnená izolačnou páskou. Cievka je upevnená v montážnej krabici pomocou tavného lepidla a nylonových spojok.
Cievka je upevnená na tyči pomocou kompresného fitingu, ktorého závitová časť je naskrutkovaná do polypropylénovej rúrky s priemerom 26 mm, pripevnenej k krytu montážnej krabice pomocou nylonovej pásky a tavného lepidla:

Na pripojenie cievky slúži dvojkolíkový konektor na boku puzdra:

Generátor
Na výstup impulzov používam digitálny výstup. D08 nastavením ako „výstup“ (digitálny výstup D08 zodpovedá záveru PB0 mikrokontrolér ATmega) .
Na zrýchlenie nepoužívam príkaz digitalWrite, ale priamy zápis do portu, čo je rýchlejšie asi o 10 krát!

Korešpondencia digitálnych pinov Arduino a pinov portu ATmega

Časové parametre generátora sa nastavujú cez menu nastavení pri zapnutí zariadenia.

Silová časť

Od zapnutia napätia MOSFET-e, keď je vypnutý, prudko sa zvyšuje (v dôsledku indukčnosti cievky), potom môže tranzistor prejsť do režimu lavínového rozpadu (" Lavínový rozpad Toto sa stane, ak je zapnuté napätie medzi odtokom a zdrojom $V_(DS)$ MOSFET-e prekračuje svoje prierazné napätie $V_(DS (BR))$.
Pre moderné tranzistory je prevádzka v tomto režime štandardná (sú označené ako " Repetitive Avalanche Rated"alebo" 100% LAVÍNOVA TESTOVANÉ"). V tomto prípade je dôležité vziať do úvahy také lavínové charakteristiky tranzistora, ako je maximálny opakujúci sa lavínový prúd $I_(AR)$ a maximálna energia opakovaného lavínového rozpadu $E_(AR)$.
Je potrebné, aby maximálny prúd v cievke pred vypnutím nepresiahol hodnotu $I_(AR)$ a maximálna energia uložená v cievke nepresiahla hodnotu $E_(AR)$. Energia magnetického poľa cievky je definovaná ako $(E_M) = (((L (I^2)) \over (2)))$ bude 3,2 mJ).

Parametre niektorých MOSFET:

používam MOSFET IRF840 so správnymi vlastnosťami:

Tsokolevka IRF840:

G- uzávierka, D- zásoby, S- zdroj

Pri lavínovom rozpade tranzistora prechádza tlmený prúd cievky cez sekciu "drain-source" MOSFET-a - batéria “, ktorá má nízky odpor, čo vedie k spomaleniu útlmu prúdu.

MOSFET ovládač

Kontrola MOSFET realizované pomocou optočlena PC817C(má rýchlosť 3 ... 4 μs, odoláva výstupnému prúdu 50 mA a napätiu v uzavretom stave do 35 V) a diskrétny tranzistorový obvod:

pinout PC817:

pinout BC547/BC557:

C- zberateľ, B- základňa, E- žiarič

Podobný ovládač je popísaný v článku http://radiohlam.ru/raznoe/driver_polevikov.htm.

Skúmal som charakteristiky takéhoto ovládača (keď sa na LED optodrivera privedie napätie 5 V cez odpor 470 Ohm):
prúdová spotreba v stave "zapnuté" ( MOSFET otvorený) je veľmi malý, vo vypnutom stave ( MOSFET zatvorené) - mení sa od 5,8 do 12 mA so zvýšením napájacieho napätia od 7 do 15 V; výstupné napätie budiča je 12,15 / 1,83 V ("zapnuté" / "vypnuté") pri napájacom napätí 13 V.

Detektor

Pulzný detektor kovov je založený na princípe elektromagnetickej indukcie - Indukcia elektromagnetických impulzov (EMI).

Schéma detektora môjho detektora kovov:

Signál z hľadacej cievky $L1$ cez odpor obmedzujúci prúd $R2$ ide do antiparalelných diód $VD1$ a $VD2$, obmedzujúce hodnotu signálu na ~ 1 V. Toto obmedzenie nezavádza výraznú chybu, keďže pre detekciu „cieľa“ má hodnotu „chvostu“ signálu, na ktorom je napätie malé zlomky voltu (až milivolty) – potvrdené simuláciou:

Takto slabý signál je potrebné pre spoľahlivú detekciu zosilniť, na čo som použil operačný zosilňovač $OP1$ LM358N, zahrnutý v tradičnom obvode neinvertujúceho zosilňovača. Koeficient zosilnenia je určený výrazom $1+ (R3 \over R4)$, pri špecifikovaných hodnotách prvkov je 570 .

Funkcia OS LMx58 je možnosť unipolárneho napájania ( jediná dodávka) - na rozdiel od napr. LM318, LF356, LF357 nie je potrebný zdroj záporného napätia.
Tsokolevka LM358N (N - v DIP-prípad):

Typ signálu na výstupe operačného zosilňovača:

Na spracovanie signálu z vyhľadávacej cievky používam vstavaný mikrokontrolér ATmega analógovo-digitálny prevodník.

Na referenčný vstup ADC VREF je použité referenčné napätie u ref, rovné 1,235 V, ktoré je prevzaté z referenčného zdroja LM385Z-1.2(pomocou prevádzkového režimu ADC EXTERNAL).
Tsokolevka LM385Z:

Na vstup signálu ADC ADC In napätie signálu z hľadacej cievky, zosilnené operačným zosilňovačom, je obmedzené diódami VD1 A VD2. ADC vzorkuje signál z cievky ako postupnosť čísel ( rýchly signál) s hodnotami 0 (minimálna úroveň, 0 V)...1023 (maximálna úroveň uref).

Prítomnosť cieľa v blízkosti cievky sa prejavuje takto:
(1023 - úroveň signálu zodpovedajúca preťaženiu ADC)

• posun bodu A správny;
• predĺženie intervalu A-B;
• posun krivky nahor.

Porovnajte tento graf signálu s vyššie uvedeným:

Na určenie prítomnosti cieľa sa vypočíta súčet ( signál pomalého času) daný počet úrovní vzorkovaného signálu umiestnených v rovnakých intervaloch od seba v časovom „okne“ ( hodnotiace okno). V tomto prípade sa nezohľadňujú hodnoty nachádzajúce sa skôr ako počiatočný bod špecifikovaný počas vyvažovania (na zvýšenie citlivosť).


Potom sa integruje postupnosť získaných celkových hodnôt (integrátor je softvérovo emulovaný). Parametrom filtra je koeficient $K$, ktorý sa rovná počtu impulzov za časovú konštantu integrátora.
Úroveň signálu na výstupe integrátora sa analyzuje v statickom režime detektora kovov.

Keď je detektor kovov v dynamickom režime, výsledky integrácie navyše prechádzajú cez hornopriepustný filter ( hornopriepustný filter, HPF), ktorý je softvérovo emulovaný. Parametrom filtra je koeficient $K$, ktorý ukazuje, koľkokrát je frekvencia opakovania impulzov väčšia ako medzná frekvencia filtra.
Na výstupe filtra sa získa signál, ktorý charakterizuje dynamiku zmien RX-signál.

Keď výstupný signál prekročí prahovú hodnotu – „nulovú“ úroveň, nastavenú pri vyvažovaní, aktivuje sa spúšťač – cieľ sa považuje za detekovaný a je realizovaná audiovizuálna indikácia.

Zvuková indikácia

Na zvukovú indikáciu používam piezoelektrický prvok z autonómneho hlásiča požiaru. Hlasitosť zvuku piezoelektrického prvku veľmi bizarným spôsobom závisí od frekvencie signálu. Podarilo sa mi nájsť množinu frekvencií 900 (najslabší signál)) - 1000 - 1100 (najsilnejší signál), pre ktoré sa zvyšuje hlasitosť zvuku. Na ovládanie zvuku piezo prvku pripojeného na kolík 11 dosky používam časovač Arduino 2.

Tichý režim (iba LED indikácia) je možné aktivovať cez menu nastavení, keď je zariadenie zapnuté.

vizuálna indikácia

Pre indikáciu používam LCD- displej mobilného telefónu :

Displej tohto telefónu je monochromatický s rozlíšením 84×48:


Ovládač displeja - Philips PCD8544.
Pripojenie displeja:

K dispozícii sú dve možnosti zobrazenia LCD 5110- s modrým (to je ten, ktorý používam) alebo červeným textolitom:

* napájacie napätie regulátora -
Modrá - striktne 3,3V(možno pripojiť k výstupu 3v3 Arduino)
Červená- pre niektoré neoverené informácie odolá napájaciemu napätiu 5 V (možno napájať zo svoriek 5V alebo 3V3 Arduino)
** napájacie napätie podsvietenia -
Modrá- Na výstup podsvietenia je možné použiť napätie 3,3 alebo 5 V
Červená- "zem" (?) je pripojená k výstupu podsvietenia

Problémom takéhoto displeja je nespoľahlivý kontakt LCD panela s plošným spojom cez konektor ZEBRA, čo odpadá napríklad prispájkovaním vodiča pritlačením panelu k doske - podľa odporúčania:

Ak tento problém neopravíte, obrazovka stmavne a bude si vyžadovať opätovnú inicializáciu.

Na prácu s takýmto displejom v Arduino používam knižnicu Adafruit-PCD8544 od Adafruit Industries.

Prepínač (5) ovláda podsvietenie obrazovky. Pri dobrom okolitom svetle je možné podsvietenie displeja vynechať, pretože spotrebuje veľa energie.

Cieľová diskriminácia

Vírivé prúdy sú tlmené v dôsledku prítomnosti elektrického odporu v "cieli". Toto tlmenie popisuje exponenciálny zákon $i = k H_0 (e^( (-t) \over \tau))$. Koeficient $k$ je určený tvarom a rozmermi „terča“. Časová konštanta $\tau = (LG) = (L \over R)$, ktorá určuje dobu trvania toku vírivých prúdov, je určená elektrickou vodivosťou materiálu terča $G$ (alebo odporom $R$) a jeho indukčnosť $L$.
V tabuľke som uviedol relatívnu elektrickú vodivosť rôznych materiálov vo vzťahu k zlatu:

Vírivé prúdy sa používajú na skúmanie vlastností materiálov meraním elektrickej vodivosti, pretože materiály majú jedinečnú hodnotu vodivosti v závislosti od ich zloženia a spôsobu výroby. V tomto prípade sa ako štandard používa hodnota vodivosti chemicky čistej medi pri teplote 20 ºC Medzinárodný štandard žíhanej medi (IACS) - rezistivita 1,7241 x 10 -8 Ohm m alebo 5,8001 x 10 7 S/m (100 % IACS). Napríklad železo má hodnotu vodivosti rovnajúcu sa 18 % vodivosti medi.

Ako je uvedené (napríklad v článku výskumníka Reg sniff), terče zo zlata alebo tenkej fólie majú veľmi krátku časovú konštantu a vírivé prúdy sa v nich rýchlo rozpadajú, na rozdiel od terčov zo železa, medi alebo striebra.

Počiatočná sila magnetického poľa $H_0$ je určená počiatočným prúdom v cievke a so vzdialenosťou od cievky klesá podľa kubického zákona $1 \over (h^3)$. Veľkosť intenzity magnetického poľa $H_0$ pozdĺž osi cievky vo vzdialenosti $z$ od jej stredu, vytvoreného prúdom $I_0$, je určená výrazom: $(H_0) = (w (R^2 ) (I_0)) \over (2 (((R^2)+(z^2)))^(3 \over 2) ) ) )$.

Vírivé prúdy vytvárajú vlastné doznievajúce magnetické pole, ktoré indukuje exponenciálne klesajúce (s rovnakou časovou konštantou $\tau$) napätie vo vyhľadávacej cievke. Veľkosť tohto napätia klesá ako šiesta mocnina vzdialenosti $1 \over (h^6)$, keď sa „cieľ“ vzďaľuje od cievky. To vedie k predĺženiu napäťového impulzu na hľadacej cievke, ktorý je zaznamenaný detektorom kovov.

Je možné vykonať dodatočnú analýzu krivky signálu (napätie vyhľadávacej cievky), aby sa rozlíšili (oddelili rôzne typy) cieľov.Sklon krivky na jej začiatku možno odhadnúť pomerom $K = ((x_t) \over (x_(t+(\Delta)t)))$ veľkostí vzoriek oddelených napríklad piatimi intervalmi ($( \Delta)t=5$) . V tomto prípade je časová konštanta určená výrazom: $(\tau) = (((\Delta)t) \over (ln K))$

Na štúdium vírivých prúdov možno použiť softvérové ​​balíky na modelovanie elektromagnetických procesov. Príkladom je simulácia elektromagnetickej brzdy na báze vírivých prúdov v COMSOL Multiphysics (popis - https://www.comsol.com/blogs/simulating-eddy-current-brakes/):

Existujú negatívne názory na možnosť efektívnej diskriminácie pre pulzné detektory kovov.

"Najspoľahlivejším diskriminátorom ste vy, kopaním cieľa!" (http://www.gold-prospecting-wa.com) - "Najspoľahlivejším diskriminátorom ste pri kopaní cieľa".

V knihe " "autori Ahmet S. Turk, Koksal A. Hocaoglu, Alexey A. Vertiy

sú uvedené nasledujúce vyhlásenia:

"Najdôležitejšou nevýhodou pulzných detektorov kovov je nemožnosť ľahkej diskriminácie medzi rôznymi druhmi kovov... Ak sú veľkosti a hĺbky detekovaných kovových predmetov rôzne a neznáme, potom vo všeobecnom prípade nemožné určiť druh kovu.

Ako príklad pulzného detektora kovov, u ktorého je deklarovaná možnosť diskriminácie (feromagnetický ( ŽELEZNÝ)/neferomagnetické ( N-ŽELEZNÝ) materiály), model si môžete priniesť PULSE STAR II.
Vlastnosti diskriminácie v takomto detektore:

• možné len pre terče s priemerom minimálne 10 cm (na rozdiel od VLF/TR-detektory, ktoré majú schopnosť rozlišovať aj malé predmety);
• menšie predmety sú zobrazené ako feromagnetické;
• niekoľko malých neferomagnetických objektov je zobrazených ako jeden veľký feromagnetický objekt.

Môj článok o Habrém o použití neurónovej siete na diskrimináciu v pulznom detektore kovov - https://habr.com/en/post/435884/

Práce na projekte pokračujú

Odpoveď

Lorem Ipsum je jednoducho fiktívny text tlačiarenského a sadzobného priemyslu. Lorem Ipsum je štandardným fiktívnym textom v tomto odvetví už od roku 1500, keď neznáma tlačiareň vzala galérku písma a zakódovala ju, aby vytvorila knihu vzorkovníkov. Prežila nielen päť http://jquery2dotnet.com/ storočí , ale aj skok do elektronickej sadzby, ktorá zostáva v podstate nezmenená.

Dánsky inžinier Dzl spolu so svojím synom zostavili detektor kovov založený na ovládači Arduino.

schéma:

Skica:
// Detektor kovov na báze Arduina // (C)Dzl júl 2013 // http://dzlsevilgeniuslair.blogspot.dk/ // Pripojte oscilátor vyhľadávacej cievky (20-200 kHz) na kolík 5 // Pripojte piezo medzi kolík 13 a GND / / Pripojte tlačidlo NULL medzi kolík 12 a GND // NEZABUDNITE STILAŤ TLAČIDLO NULL PO ZAPNUTÍ!! #define SET(x,y) (x |=(1<10000) clf=10000; FTW=clf; ) //-Click generátor if(millis()>timer) ( timer+=10; PCW+=FTW; if(PCW&0x8000) ( digitalWrite(13,HIGH); PCW&=0x7fff; ) else digitalWrite(13,LOW); ) )

Bol vyvinutý na základe už známeho zariadenia „Terminator Pro“. Jeho hlavnou výhodou je kvalitná diskriminácia, ako aj nízka spotreba prúdu. Montáž zariadenia tiež nebude drahá a je schopná pracovať na akomkoľvek type pôdy.

Tu sú stručné špecifikácie zariadenia
Podľa princípu činnosti je detektor kovov tiež pulzne vyvážený.
Pracovná frekvencia je 8-15 kHz.

Čo sa týka režimu diskriminácie, je tu použité dvojtónové hlasové ovládanie. Keď sa zistí železo, zariadenie vydá slabý signál a ak sa nájde neželezný kov, tón bude vysoký.

Zariadenie je napájané zdrojom 9-12V.

Nechýba ani možnosť nastavenia citlivosti a nechýba ani manuálne odladenie od zeme.

No, teraz o hlavnej veci, o hĺbke detekcie detektora kovov. Zariadenie je schopné vzduchom detekovať mince s priemerom 25 mm na vzdialenosť 35 cm. Zlatý prsteň je možné zachytiť na vzdialenosť 30 cm Prístroj detekuje prilbu na vzdialenosť cca 1 meter. Maximálna hĺbka detekcie je 150 cm Čo sa týka spotreby, bez zvuku je to cca 35 mA.

Montážne materiály a nástroje:
- minidrill (autor má vlastný motor);
- drôt na navíjanie cievky;
- štvoržilový tienený kábel;
- spájkovačka s spájkou;
- materiály na výrobu puzdra;
- vytlačená obvodová doska;
- všetky potrebné rádiové komponenty a ich hodnotenie je možné vidieť na fotografii obvodu.

Krok jedna. Výroba dosiek
Doska je vyrobená leptaním. Potom môžete vyvŕtať otvory, ich priemer je 0,8 mm. Na tieto účely autor používa malý motor s nainštalovanou vŕtačkou.

Ako vyzerá už zostavený obvod, je vidieť na fotografii. Autor nenainštaloval uzol, ktorý určuje stupeň vybitia batérie.

Krok tri. Zostavenie cievky
Snímač DD je zostavený podľa rovnakého princípu ako u všetkých podobných balancerov. Vysielacia cievka je označená písmenami TX a prijímacia cievka je RX. Celkovo musíte urobiť 30 otáčok s drôtom zloženým na polovicu. Použitý drôt je smaltovaný, s priemerom 0,4 mm. Prijímacia aj vysielacia cievka sú tvorené dvojitými vodičmi, výsledkom čoho sú štyri vodiče na výstupe. Ďalej musí tester určiť ramená vinutia a pripojiť začiatok jedného ramena ku koncu druhého, v dôsledku čoho sa vytvorí priemerný výkon cievky.

Na upevnenie cievky po navinutí je potrebné ju dobre zabaliť niťami a potom ju namočiť lakom. Po zaschnutí laku sú cievky zabalené elektrickou páskou.

Následne sa zhora vyrobí fóliové sito, medzi začiatkom a koncom treba urobiť medzeru asi 1 mm, aby nedošlo ku skratu cievky.

Aby sa dosiahla rovnováha, cievky sú posunuté, ako môžete vidieť na fotografii. Zostatok by mal byť v rozmedzí 20-30 mV, ale nie viac ako 100 mV.

Pracovné frekvencie zariadenia sú v rozsahu od 7 kHz do 20 kHz. Čím nižšia je frekvencia, tým hlbšie to zariadenie zaberie, ale pri nízkej frekvencii sa diskriminácia zhoršuje. Naopak, čím vyššia frekvencia, tým lepšia diskriminácia, ale nižšia hĺbka detekcie. Za zlatý stred možno považovať frekvenciu 10-14 kHz.

Na pripojenie cievky sa používa štvorvodičový tienený vodič. obrazovka je pripojená k telu, dva vodiče idú do vysielacej cievky a dva do prijímacej.