使用頻率計數(shù)器和OLED顯示屏的金屬探測器

描述

立陶宛有很多森林，我喜歡騎自行車去探索。過去，許多立陶宛抵抗軍駐扎在這些森林中，因此很有可能偶然發(fā)現(xiàn)某種藏匿處。然而，那個藏品也可能是一枚手榴彈或某種炸彈，但我一直想把我的摩托車穿越樹林與尋寶結(jié)合起來，不久前我決定建造一個簡單的金屬探測器。當然，有很多金屬探測器設(shè)計，如 BFO、VLFD、PI 等（我將在我的博客上簡要介紹其中的一些）。其中一些我過去曾嘗試過，結(jié)果各不相同，然后在一個無聊的晚上瀏覽互聯(lián)網(wǎng)時，我偶然發(fā)現(xiàn)了這個博客并決定制造這種類型的金屬探測器。設(shè)計非常簡單——有一個簡單的振蕩器電路和一個頻率計數(shù)器。當線圈經(jīng)過或靠近各種鐵磁或順磁材料時，振蕩器的頻率會發(fā)生變化，您可以根據(jù)此變化決定挖掘位置。此外，由于頻率計數(shù)器可以在任何微控制器上實現(xiàn)，您可以通過許多不同的方式分析頻率變化，從而可能實現(xiàn)金屬區(qū)分，甚至濾除困擾其他類型檢測器的頻率漂移。

這個項目的代碼可以在文件夾中找到arduino/MetalDetector。文件夾arduino/MetalDetector/third-party包含啟發(fā)該項目的代碼。

除了 Arduino 源代碼之外，您還可以找到該項目的 3D 打印部件的 OpenSCAD 文件和 STL 文件，但固定臂和線圈部件的螺釘除外。

手術(shù)

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Collpits 振蕩器電路

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搜索線圈集成了帶緩沖電路的Collpits振蕩器，可產(chǎn)生660kHz左右的信號。該振蕩器放置在盡可能靠近線圈的位置。信號由 Arduino Pro Mini 板（使用 ATmega168）接收，正在測量頻率。測量頻率的 32 個點存儲在 FIFO 緩沖區(qū)中，縮放以適合顯示屏的 128 個像素，并與電池指示器一起繪制在 128x32 OLED 顯示屏上。

振蕩器需要預熱一段時間，但這并不是真正必要的 - 因為一旦您開始擺動搜索線圈并且它發(fā)現(xiàn)任何金屬，圖表上就會出現(xiàn)尖峰。如果在此之前振蕩器的頻率尚未穩(wěn)定 - 圖形將不是水平的。相反，一旦它穩(wěn)定下來 - 圖表將是水平的。這種操作不需要校準或歸零:)

建造

這是使用 3D 打印部件組裝的金屬探測器的圖片：

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放置在搜索線圈上的屏蔽振蕩器板

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在圖片中，您可以看到纏繞在 3D 打印線圈骨架上的搜索線圈、連接搜索線圈和 Arduino 的編織線，以及帶有 arduino 本身和 OLED 的電池座。

搜索線圈集成了振蕩器。振蕩器由SMD元器件組裝而成，主要有電阻、電容和BC846三極管。振蕩器的電路板用銅箔包裹，以使其與環(huán)境隔離。我不記得線圈中有多少圈，但大約有 15-20 圈。我認為匝數(shù)越少越好，因為頻率越高，由于存在金屬的電感變化引起的頻率變化越大，這使得金屬檢測更加靈敏。此外，頻率越高，頻率計數(shù)器響應(yīng)越快。盡管由于土壤狀況，信號頻率和靈敏度之間存在折衷。如果土壤富含礦物質(zhì)且濕潤，它可能非常導電，從而阻止高頻信號穿透，從而限制準確性和靈敏度。線圈的繞組用環(huán)氧樹脂膠密封。

這是探測器內(nèi)部的樣子：

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性能板上的 Arduino Pro Mini 168 板

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Arduino Pro Mini 和 OLED 連同分壓器、按鈕開關(guān)和搜索線圈接頭被焊接到一個小面包板上。整個東西粘在兩個 18650 鋰離子電池上，它們粘在外殼底部。

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如您所見，OLED 顯示器連接到 Arduino 的 I2C 接口，電池分壓器連接到 A0 模擬引腳，來自搜索線圈振蕩器的信號連接到數(shù)字引腳 5。

振蕩器從兩個串聯(lián)的 18650 電池接收直接電源，并輸出產(chǎn)生的信號。這是從線圈接收到的信號：

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信號的質(zhì)量并不重要（顯然我沒有過多考慮 Q2 基極電流），因為重要的是 arduino 引腳的觸發(fā)，它被配置為計數(shù)器寄存器。

3D 打印部件

3D 打印部件使用OpenSCAD設(shè)計并使用 Geeetech Rostok 301 3D 打印機打印。

概括

這個項目花了我一個晚上以上，我想說甚至超過幾個周末來組裝和編程。有不同的迭代。起初我設(shè)計了一個不同的線圈，大約 30 匝，完全用環(huán)氧樹脂膠封閉。我還使用了一個 NOR 門作為振蕩器緩沖器，在最終版本中它比單個晶體管工作得更好......雖然線圈相當大 - 直徑約 30 厘米，這降低了它對小物體的靈敏度。事實證明，較小的 3D 打印線圈在機械和電氣方面都更加穩(wěn)定，但由于耦合相當強，即使我的手靠近電線甚至靠近外殼也很敏感。我嘗試了不同的頻率測量方法。首先嘗試使用與原始博客文章中相同的代碼。然后在這個概念被證明是可行的之后，

我還沒有機會在戶外測試它，但在室內(nèi)它發(fā)現(xiàn)地板下有金屬結(jié)構(gòu)（大約 15 厘米的混凝土和層壓板）。我想知道它在不同土壤中的表現(xiàn)如何。

在未來的某個時候，我計劃設(shè)計線圈和振蕩器電路板，試驗 VLF 和 PI 檢測器設(shè)計。

順便說一句，有一個警告要說。在某些國家/地區(qū)，建造和使用金屬探測器是違法的，因此在復制此項目之前，請務(wù)必咨詢您的當局。