使用频率计数器和OLED显示屏的金属探测器-电路方案

有很多使用各种技术的基于Arduino的金属探测器。这是其中之一直接使用频率测量的。 组件和耗材 SparkFun Arduino Pro Mini 328-5V / 16MHz×1个 图形OLED，128 x 64×1个 必要的工具和机器 烙铁（通用） 3D打印机（通用） 关于这个项目 不久前，我决定建造一个简单的金属探测器。当然，有很多金属探测器设计，例如BFO，VLFD，PI等。我曾经尝试过其中的一些方法，但结果却不尽相同，然后在一个无聊的晚上浏览互联网时，我偶然发现了该博客并决定建造这种类型的金属探测器。设计非常简单-有一个简单的振荡器电路和一个频率计数器。当线圈越过或接近各种铁磁或顺磁材料时，振荡器的频率会发生变化，您可以根据此变化确定金属地点。此外，由于可以在任何微控制器上实现频率计数器，因此您可以通过许多不同的方式分析频率变化，从而有可能导致金属微分甚至滤除频率漂移，这困扰着其他类型的检测器。 附件有这个项目的代码，可以发现这里的文件夹中arduino/MetalDetector。文件夹arduino/MetalDetector/third-party包含启发该项目的代码。 除Arduino源代码外，您还将找到该项目的3D打印零件的OpenSCAD文件和STL文件，螺丝除外，该螺丝可固定臂和线圈零件。 运作方式 搜索线圈集成了带缓冲电路的Collpits振荡器，该电路产生大约660kHz的信号。该振荡器放置在尽可能靠近线圈的位置。信号由Arduino Pro Mini板（使用ATmega168）拾取，正在测量频率。32点测量频率存储在FIFO缓冲区中，按比例缩放以适合显示屏的128个像素，并与电池指示器一起绘制在128x32 OLED显示屏上。 振荡器需要预热一段时间，但这并不是必须的-因为一旦开始摆动搜索线圈并发现任何金属，图形上就会出现尖峰。如果在此之前还没有确定振荡器的频率-图形将不会是水平的。相反，一旦稳定-图形将是水平的。这种操作不需要校准或归零:) 施工 这是使用3D打印部件组装的金属探测器的图片: 在图片中的此处，您可以看到缠绕在3D打印线圈骨架上的搜索线圈，连接搜索线圈和Arduino的编织线以及带有arduino本身和OLED的电池座。 搜索线圈集成了振荡器。振荡器由SMD组件组装而成，主要是电阻器，电容器和BC846晶体管。振荡器的电路板用铜箔包裹，以使其与环境隔离。我不记得线圈中有多少匝，但是大约15到20匝。我认为匝数越少越好，因为频率越高，并且由于金属存在时电感变化引起的频率变化越大，这使得金属检测更加灵敏。频率越高，频率计数器响应越快。尽管由于土壤条件而需要权衡信号频率和灵敏度。如果土壤富含矿物质且潮湿，它可能导电性很强，从而阻止了高频信号的穿透，从而限制了准确性和灵敏度。线圈的绕组用环氧树脂胶密封。 这是检测器内部的样子: Arduino Pro Mini和OLED以及分压器，按钮开关和搜索线圈接头连接到一个小面包板上。整个东西都粘在两个18650锂离子电池上，两个电池都粘在外壳的底部。 如您所见，OLED显示屏连接到Arduino的I2C接口，电池分压器连接到A0模拟引脚，而来自搜索线圈振荡器的信号直接连接到数字引脚5。 振荡器从串联的两个18650电池接收直接功率，并输出产生的信号。这是从线圈接收到的信号: 信号的质量并不重要（很明显，我没有对Q2基极电流进行过多考虑），因为重要的是触发arduino引脚的触发，该引脚配置为计数器寄存器。 3D打印零件 使用OpenSCAD 设计3D打印的零件，并使用Geeetech Rostok 301 3D打印机进行打印。 这个项目花费了我一个多晚上的时间，我想说要花几个周末才能进行组装和编程。有不同的迭代。首先，我设计了另一种大约30匝的线圈，完全用环氧树脂胶封闭。我还使用了NOR门作为振荡器缓冲器，在最终版本中比单个晶体管要好得多...尽管线圈很大-直径约为30cm，这降低了其对小物体的灵敏度。较小的和3D打印的线圈在机械和电气方面都证明更加稳定，但是由于耦合性强，即使将我的手靠近电线甚至靠近外壳，它也很敏感。我尝试了不同的频率测量方法。最初尝试使用与原始博客文章相同的代码。然后，在该概念被证明可行之后， 我还没有机会在室外进行测试，但是在室内发现地板下有金属结构（大约15厘米的混凝土和层压板）。我不知道它在不同土壤上的表现如何。 我计划在将来的某个时间设计线圈和振荡器电路板，并尝试使用VLF和PI检测器设计。 注意: 在某些国家/地区建造和使用金属探测器是违法的，因此在复制该项目之前，请务必确认你是否涉嫌违法。。