كاشف الحث النبضي القائم على اردوينو - LC-Trap: 3 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

أثناء البحث عن مزيد من الأفكار لجهاز الكشف عن المعادن Ardino Pulse Induction البسيط بجهد إمداد واحد فقط ، صادفت الصفحة الرئيسية لـ Teemo:

www.digiwood.ee/8-electronic-projects/2-metal-detector-circuit

لقد ابتكر كاشفًا بسيطًا للحث النبضي باستخدام مبدأ LC-Trap. تم نشر دوائر مماثلة هنا على Instructable بواسطة TechKiwiGadgets. باستثناء أن دائرة Teemo تستخدم المقارنات الداخلية لمتحكم PIC ، وبالتالي فهي تحتاج إلى مكونات خارجية أقل

لذلك واجهت تحديًا لاستخدام Arduino بدلاً من PIC-Controller لهذا التخطيطي وانظر إلى أي مدى يمكنني الحصول عليه.

الخطوة 1: التخطيطي

يعد مخطط Arduino أكثر تعقيدًا بعض الشيء حيث لا يسمح Arduino بتوجيه إشارة تناظرية داخلية إلى مدخلات المقارنة. هذا يضيف عنصرين لمحول جهد بسيط. يؤدي هذا إلى تصميم مكون من 12 مكونًا خارجيًا (باستثناء السماعة وشاشة LCD مقاس 16 × 2) ، مقارنةً بـ 9 من تصميم Flip Coil.

تم شرح مبدأ العمل في التخطيطي جيدًا على موقع Teemo. يتم تشغيل الملف بشكل أساسي ثم يتم إيقاف تشغيله. بعد إيقاف التشغيل ، سيخلق الملف والمكثف بالتوازي تذبذبًا مخمدًا. يتأثر تردد التذبذب وانحلاله بالمعدن بالقرب من الملف. لمزيد من التفاصيل حول الدائرة ، انظر صفحة Teemo أو TechKiwi هنا على Instructables.

كما هو الحال في كاشف Flip Coil Pulse Induction ، أستخدم المقارنة الداخلية وإمكانية تشغيل مقاطعة للحصول على الإشارة من الملف.

في هذه الحالة ، سأحصل على مقاطعات متعددة لأن الجهد يتأرجح حول الجهد المرجعي المحدد عند المقارنة. في نهاية التذبذب ، سوف يستقر الجهد في الملف حول 5 فولت ، ولكن ليس بالضبط. لقد اخترت محول جهد مع 200 أوم و 10 كيلو أوم للحصول على جهد يبلغ حوالي 4.9 فولت

لتقليل تعقيد المخططات ، استخدمت D4 و D5 لتوفير GND (للمقاوم 10 كيلو) و 5 فولت (للمقاوم 220 أوم). يتم ضبط المسامير عند بدء تشغيل الكاشف.

في هذا الإصدار ، أضفت اتصالاً بمكبر الصوت باستخدام تقييم متعدد النغمات يتم التحكم في مستوى الصوت كما هو موضح في كيفية برمجة جهاز الكشف عن المعادن القائم على Arduino. يسمح هذا بالتمييز بين خصائص الهدف بالإضافة إلى الشعور بقوة الإشارة. يمكن توصيل مكبر الصوت بالرأس الإضافي المكون من 5 سنون. سيتم استخدام المسامير الثلاثة المتبقية في الرأس لأزرار الضغط (التي سيتم تنفيذها).

الخطوة الثانية: البرمجة

الآن وقد تم تصميم الدائرة وبناء النموذج الأولي ، فقد حان الوقت لإيجاد طريقة مناسبة للكشف عن المعادن.

1. عد البقول

يعد حساب نبضات التذبذب حتى تتحلل تمامًا إحدى الأفكار.

إذا كان هناك معدن بالقرب من الملف ، فإن مقدار التذبذب ينخفض. في هذه الحالة ، يجب ضبط الجهد المرجعي للمقارنة على مستوى لا تزال النبضة الأخيرة تقاس بالكاد. لذلك في حالة اكتشاف شيء ما ، يختفي هذا النبض على الفور. كان هذا مشكلة بعض الشيء.

كل موجة من التذبذب تخلق مقاطعتين. واحد أثناء النزول والآخر يعود للأعلى. لضبط الجهد المرجعي بالضبط على قمة موجة التذبذب ، يجب أن يكون الوقت بين النزول والصعود أقصر ما يمكن (انظر الصورة). لسوء الحظ ، فإن النفقات العامة لبيئة Arduino تخلق مشاكل.

كل مشغل من مكالمات المقاطعة لهذا الرمز:

ISR (ANALOG_COMP_vect) {

Toggle1 = Toggle0 // حفظ آخر قيمة Toggle0 = TCNT1 ؛ // احصل على قيمة جديدة}

يستغرق هذا الرمز بعض الوقت (إذا كنت أتذكر جيدًا ، فإن حوالي 78 دورة تعليمات ساحرة تبلغ حوالي 5 ميكروثانية @ 16 ميجا هرتز). لذلك ، فإن الحد الأدنى للمسافة التي يمكن اكتشافها بين نبضتين هو بالضبط الوقت الذي يستغرقه هذا الرمز ، إذا أصبح الوقت بين اثنين من المشغلين أقصر (انظر الصورة) ، فلن يتم اكتشافه ، حيث يتم تنفيذ الكود بالكامل قبل اكتشاف مقاطعة ثانية

هذا يؤدي إلى فقدان الحساسية. في الوقت نفسه ، لاحظت أن تخميد التذبذبات حساس جدًا لأي تأثيرات خارجية ، مما يجعل هذا النهج في المجمل صعبًا بعض الشيء.

2. قياس التردد

طريقة أخرى للكشف عن المعادن هي قياس وتيرة التذبذب. هذا له ميزة كبيرة مقارنة بقياس التخميد للتذبذب حيث أن التغيير في التردد يسمح بتمييز المعدن. في حالة وجود مادة حديدية بالقرب من الملف ، فإن التردد سوف يتباطأ ، وفي حالة وجود معدن ثمين بالقرب من الملف ، سيزداد التردد.

أسهل طريقة لقياس التردد هي قياس كمية النبضات بعد أن تبدأ الملفات في التذبذب. الفترة الزمنية بين البداية والنبضة الأخيرة مقسومة على الكمية الإجمالية للنبضات المقاسة هي التردد. لسوء الحظ ، فإن التذبذبات القليلة الماضية غير متكافئة تمامًا. نظرًا لأن وجود المعدن يؤثر أيضًا على اضمحلال التذبذب ، فإن التذبذبات الأخيرة تكون غير متكافئة بدرجة أكبر ، ومن الصعب تفسير القراءات. يظهر هذا في الصورة مع علامة التقاطع 1 إلى 1 "و 2 إلى 2".

لذلك فإن أفضل طريقة هي استخدام بعض النبضات السابقة لقياس التردد. أثناء الاختبار ، من المثير للاهتمام أنني اكتشفت أن بعض البقول أكثر حساسية من غيرها. في مكان ما عند 2/3 من التذبذبات هي نقطة جيدة للحصول على البيانات.

معالجة البيانات

الكود الأولي يعتمد على الحلقة () التي تستدعي وظيفة النبض () للقيام بتوقيت الملف. في حين أن النتائج لم تكن سيئة ، كان لدي الرغبة في تحسين التوقيت. من أجل القيام بذلك ، أنشأت رمزًا قائمًا على جهاز ضبط الوقت بالكامل ، مما أدى إلى فصل منفصل عن كيفية برمجة جهاز الكشف عن المعادن القائم على Arduino. يشرح هذا التوجيه التوقيت وبيانات إخراج شاشة LCD وما إلى ذلك بالتفصيل

1. شاشة LCD

كان الأسلوب الأول هو قياس 10 نبضات ثم إظهار القيم على شاشة LCD. كما اكتشفت أن نقل بيانات I2C كان بطيئًا للغاية ، فقد غيرت إلى الكود لتحديث حرف واحد فقط لكل نبضة.

2. نهج القيمة الدنيا

لتحسين استقرار القراءات بشكل أكبر ، قمت بكتابة روتين إخراج تسلسلي للحصول على شعور أفضل بالبيانات المقاسة. اتضح هناك أنه على الرغم من أن معظم القراءات كانت مستقرة إلى حد ما ، إلا أن بعضها لم يكن كذلك! كانت بعض قراءات نبضة التذبذب "نفسها" متباعدة لدرجة أنها ستدمر كل طريقة لتحليل التحول في التردد.

للتعويض عن ذلك ، أنشأت "حدودًا" تكون القيمة ضمنها جديرة بالثقة. بمعنى آخر. عندما كانت القيم أكثر من 35 دورة من المؤقت 1 بعيدًا عن القيمة المتوقعة ، تم تجاهل هذه القيم (تم شرحها بالتفصيل في Instructable "How to Program an Arduino Based Metal Detector")

ثبت أن هذا النهج مستقر للغاية.

3. الجهد

التصميم الأصلي لـ Teemo يعمل بالطاقة أقل من 5 فولت. نظرًا لأن افتراضاتي كانت "المزيد من الفولتات = المزيد من الطاقة = المزيد من الحساسية" ، فقد قمت بتشغيل الوحدة في البداية باستخدام 12V. أدى هذا إلى تسخين الدائرة الكهربائية الدقيقة (MOSFET). أدى هذا التسخين بعد ذلك إلى انحراف عام للقيم المقاسة ، مما أدى إلى إعادة موازنة متكررة للكاشف. من خلال خفض الجهد إلى 5 فولت ، يمكن تقليل توليد الحرارة للـ MOSFET إلى مستوى لم يلاحظ فيه أي انحراف في القراءات تقريبًا. هذا جعل الدائرة أكثر بساطة ، حيث لم تعد هناك حاجة لمنظم الجهد الموجود على متن Arduino.

بالنسبة إلى MOSFET ، اخترت مبدئيًا IRL540. هذا MOSFET متوافق مع المستوى المنطقي ، ولكن لديه أقصى تقدير للجهد يبلغ 100 فولت. كنت آمل في تغيير أداء أفضل إلى IRL640 مع تصنيفات 200V. للأسف كانت النتائج هي نفسها. لذلك إما أن IRL540 أو IRL640 سوف يقوم بهذه المهمة.

الخطوة الثالثة: النتائج النهائية

تتمثل ميزة الكاشف في أنه يميز بين المواد الثمينة والمواد الحديدية. العيب هو أن الحساسية مع هذا التخطيطي البسيط ليست جيدة. لمقارنة الأداء ، استخدمت نفس المراجع المستخدمة في كاشف Flip-Coil. ربما يكون مفيدًا لبعض التحديد ، ولكنه محبط على الأرجح للبحث الحقيقي.

هنا قد يكون التصميم الأصلي مع وحدة التحكم PIC أكثر حساسية لأنه يعمل على 32 ميجا هرتز بدلاً من 16 ميجا هرتز لتوفير دقة أعلى لاكتشاف التحولات في التردد.

تم تحقيق النتائج باستخدام الملف مع 48 لفة عند 100 مم.

كما هو الحال دائمًا ، مفتوح للردود