آشکارساز القایی مبتنی بر آردوینو - LC -Trap: 3 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

در حالی که به دنبال ایده های بیشتر برای یک فلزیاب ساده القایی پالس Ardino با تنها یک ولتاژ تغذیه بودم ، به صفحه اصلی Teemo برخورد کردم:

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

او با استفاده از اصل LC-Trap یک آشکارساز ساده القایی پالس ایجاد کرد. مدارهای مشابه در اینجا در Instructable by TechKiwiGadgets ارسال شده است. با توجه به اینکه مدار Teemo از مقایسه کننده های داخلی میکروکنترلر PIC استفاده می کند ، بنابراین به اجزای خارجی کمتری نیاز دارد

بنابراین من به چالش کشیده شدم تا از Arduino به جای PIC-Controller برای این طرحواره استفاده کنم و ببینم تا کجا می توانم پیش بروم.

مرحله 1: شماتیک

شماتیک آردوینو کمی پیچیده تر است زیرا آردوینو اجازه نمی دهد یک سیگنال آنالوگ داخلی را به ورودی مقایسه کننده هدایت کند. این دو جزء را برای یک تقسیم کننده ولتاژ ساده اضافه می کند. این منجر به طراحی با 12 جزء خارجی می شود (اسپیکر و LCD 16x2 را کنار می گذارد) ، در مقایسه با 9 طرح Flip Coil.

اصل کار شماتیک در وب سایت Teemo به خوبی توضیح داده شده است. اساساً سیم پیچ تغذیه می شود و سپس خاموش می شود. پس از خاموش شدن ، سیم پیچ و کندانسور به طور موازی یک نوسان میرایی ایجاد می کنند. فرکانس و پوسیدگی نوسان تحت تأثیر فلز در مجاورت سیم پیچ قرار می گیرد. برای اطلاعات بیشتر در مورد مدار به صفحه Teemo یا TechKiwi در اینجا در دستورالعمل ها مراجعه کنید.

همانطور که در آشکارساز القایی پالس سیم پیچ ، از مقایسه کننده داخلی و امکان ایجاد وقفه برای دریافت سیگنال از سیم پیچ استفاده می کنم.

در این حالت من چندین وقفه می گیرم زیرا ولتاژ در اطراف ولتاژ مرجع تنظیم شده در مقایسه در حال نوسان است. در پایان نوسان ، ولتاژ در سیم پیچ در حدود 5V ثابت می شود ، اما نه دقیقا. من یک ولتاژساز با 200 اهم و 10 کیلو اهم را برای بدست آوردن ولتاژ حدود 4.9 ولت انتخاب کردم

برای کاهش پیچیدگی شماتیک از D4 و D5 برای تهیه GND (برای مقاومت 10k) و 5V (برای مقاومت 220 اهم) استفاده کردم. پین ها در شروع به کار آشکارساز تنظیم می شوند.

در این نسخه ، من یک اتصال بلندگو با استفاده از روش کنترل صدا با چند تن اضافه کردم که در نحوه برنامه ریزی فلزیاب مبتنی بر آردوینو توضیح داده شده است. این امر باعث تمایز خواص هدف و همچنین احساس قدرت سیگنال می شود. اسپیکر را می توان به هدر اضافی 5 پین متصل کرد. 3 پایه باقی مانده از سرصفحه برای دکمه های فشاری استفاده می شود (برای اجرا).

مرحله 2: برنامه نویسی

اکنون که مدار طراحی شده و نمونه اولیه آن ساخته شده است ، وقت آن است که روشی مناسب برای تشخیص فلز پیدا کنیم.

1. شمارش نبض ها

شمارش پالس های نوسان تا زمانی که کاملاً پوسیده شود یک ایده است.

اگر فلزی در نزدیکی سیم پیچ وجود داشته باشد ، مقدار نوسان کاهش می یابد. در این حالت ولتاژ مرجع مقایسه کننده باید در سطحی تنظیم شود که آخرین پالس به سختی هنوز اندازه گیری شود. بنابراین در صورت تشخیص چیزی ، این نبض بلافاصله از بین می رود. این کمی مشکل ساز بود.

هر موج نوسان دو وقفه ایجاد می کند. یکی هنگام پایین آمدن و دیگری بازگشت به بالا. برای تنظیم ولتاژ مرجع دقیقاً در قله موج نوسان ، فاصله بین پایین رفتن و بالا رفتن باید تا حد ممکن کوتاه باشد (تصویر را ببینید). متأسفانه در اینجا سربار محیط آردوینو مشکلاتی را ایجاد می کند.

هر ماشه ای از وقفه برای این کد فراخوانی می کند:

ISR (ANALOG_COMP_vect) {

Toggle1 = Toggle0 // ذخیره آخرین مقدار Toggle0 = TCNT1؛ // دریافت مقدار جدید}

این کد مدتی طول می کشد (اگر درست یادم باشد ، حدود 78 چرخه آموزش جادوگر حدود 5 میکروثانیه در 16 مگاهرتز است). بنابراین حداقل فاصله قابل تشخیص بین دو پالس دقیقاً همان زمانی است که این کد طول می کشد ، اگر زمان بین دو راه انداز کوتاه شود (تصویر را ببینید) ، بدون تشخیص باقی می ماند ، زیرا کد قبل از تشخیص وقفه دوم کاملاً اجرا شده است.

این منجر به از دست دادن حساسیت می شود. در همان زمان ، متوجه شدم که میرایی نوسانات نسبت به هرگونه تأثیر خارجی بسیار حساس است ، بنابراین این رویکرد را در کل کمی مشکل می کند.

2. اندازه گیری فرکانس

روش دیگر برای تشخیص فلز اندازه گیری فرکانس نوسان است. این یک مزیت بزرگ در مقایسه با اندازه گیری میرایی نوسان است زیرا تغییر فرکانس باعث تشخیص فلز می شود. در صورت وجود مواد آهنی در نزدیکی سیم پیچ ، فرکانس کاهش می یابد ، در صورت وجود فلز گرانبها در نزدیکی سیم پیچ ، فرکانس افزایش می یابد.

ساده ترین راه برای اندازه گیری فرکانس اندازه گیری میزان پالس ها پس از نوسان کویل ها است. فاصله زمانی بین شروع و آخرین نبض تقسیم بر مقدار کل پالس های اندازه گیری شده ، فرکانس است. متأسفانه چند نوسان اخیر کاملاً نامتقارن نیستند. از آنجا که وجود فلز بر پوسیدگی نوسان تأثیر می گذارد ، آخرین نوسانات حتی نامتقارن تر است ، تفسیر قرائت ها دشوار است. در تصویر این با گذرگاه 1 تا 1 اینچ و 2 تا 2 اینچ نشان داده شده است.

بنابراین یک راه بهتر این است که از پالس های قبلی برای اندازه گیری فرکانس استفاده کنیم. در حین آزمایش ، به طرز جالبی متوجه شدم که برخی از نبض ها بیشتر از دیگران حساس هستند. جایی در 2/3 نوسانات نقطه خوبی برای به دست آوردن داده ها است.

پردازش داده ها

کد اولیه بر اساس حلقه () برای انجام یک عملکرد پالس () برای انجام زمان بندی سیم پیچ است. در حالی که نتایج بد نبود ، من تمایل به بهبود زمان بندی را داشتم. به منظور انجام این کار ، من یک کد کاملاً مبتنی بر زمان سنج ایجاد کردم ، که منجر به نحوه برنامه ریزی جداگانه فلزیاب مبتنی بر آردوینو می شود. این دستورالعمل زمان بندی ، تراکم خروجی LCD و غیره را با جزئیات توضیح می دهد

1. LCD

روش اول اندازه گیری 10 پالس و سپس نمایش مقادیر روی LCD بود. همانطور که متوجه شدم انتقال داده I2C بسیار کند است ، من به کد تغییر کردم تا فقط یک کاراکتر در هر پالس به روز شود.

2. رویکرد حداقل ارزش

برای بهبود ثبات قرائت ها ، من یک روال خروجی سریال نوشتم تا احساس بهتری نسبت به داده های اندازه گیری شده داشته باشم. در آنجا مشخص شد که اگرچه بیشتر خوانش ها تا حدودی پایدار بودند ، اما برخی نه! برخی از خوانش های پالس نوسان "یکسان" آنقدر از هم دور بودند که هر روشی را برای تجزیه و تحلیل تغییر فرکانس خراب می کرد.

برای جبران این امر ، "مرز" ای ایجاد کردم که ارزش آن در آن قابل اعتماد بود. I. e هنگامی که مقادیر بیش از 35 چرخه زمان سنج 1 از مقدار مورد انتظار فاصله داشتند ، این مقادیر نادیده گرفته می شوند (به طور مفصل در دستورالعمل "نحوه برنامه ریزی فلزیاب مبتنی بر آردوینو" توضیح داده شده است)

این رویکرد بسیار پایدار ثابت شد.

3. ولتاژ

طراحی اصلی Teemo زیر 5 ولت تغذیه می شود. از آنجا که مفروضات من "بیشتر ولت = قدرت بیشتر = حساسیت بیشتر" بود ، من در ابتدا دستگاه را با ولتاژ 12 ولت تغذیه کردم. این منجر به گرم شدن MOSFET شد. سپس این گرم شدن منجر به تغییر کلی مقادیر اندازه گیری شده می شود و منجر به تعادل مجدد مکرر آشکارساز می شود. با کاهش ولتاژ تا 5 ولت ، می توان تولید حرارت MOSFET را تا حدی به حداقل رساند که تقریبا هیچ گونه تغییر اندازه ای از قرائت ها مشاهده نمی شود. این باعث ساده تر شدن مدار شد ، زیرا تنظیم کننده ولتاژ داخلی آردوینو دیگر مورد نیاز نبود.

در ابتدا برای MOSFET IRL540 را انتخاب کردم. این MOSFET از نظر منطقی سازگار است ، اما حداکثر ولتاژ آن از 100V است. من امیدوار بودم که عملکرد بهتری به IRL640 با درجه 200V تغییر کند. متأسفانه نتایج یکسان بود. بنابراین یا IRL540 یا IRL640 کار را انجام می دهند.

مرحله 3: نتایج نهایی

مزیت آشکارساز این است که بین مواد گرانبها و آهنی تمایز قائل می شود. نقطه ضعف این است که حساسیت با این طرحواره ساده چندان خوب نیست. برای مقایسه عملکرد ، از همان مراجع مربوط به آشکارساز Flip-Coil استفاده کردم. احتمالاً برای برخی موارد دقیق خوب است ، اما به احتمال زیاد برای جستجوی واقعی ناامید کننده است.

در اینجا طراحی اصلی با کنترلر PIC ممکن است حساس تر باشد زیرا روی 32 مگاهرتز به جای 16 مگاهرتز از therfor اجرا می شود و وضوح بالاتری را برای تشخیص تغییرات فرکانس ارائه می دهد.

نتایج با استفاده از سیم پیچ با 48 دور در 100 میلی متر به دست آمد.

مثل همیشه ، برای بازخورد باز است