基于AVR微控制器的简单PI(脉冲感应)金属探测器

描述

该实验项目展示了如何构建基于 AVR 微控制器的简单 PI（脉冲感应）金属探测器。我的目标是使电路尽可能简单，并且只使用流行/便宜的电子零件。该设备已通过非常小的线圈（55mm 直径，约 30 匝 0.5 DNE）和仅 3.0V 电源进行了测试。这是我的第一个 PI 金属探测器设计，我对结果非常满意！该原型能够检测到墙上的小硬币（6 厘米距离）和电线。代码位于 GitHub 上，此处。

怎么运行的？

提出的金属探测器使用 PI 方法在与电容器并联连接的探测线圈中产生电压尖峰。接下来，ATtiny13 使用模拟比较器测量谐振电路到零的衰减时间。当金属物体靠近环路时，它会减少脉冲衰减到零所需的时间。测量共振时间宽度的变化以发出金属目标存在的信号。

请注意，典型的 PI 检测器设计避免了谐振电路，并且测量的因数略有不同！

使用说明

• 打开设备。校准过程大约需要一秒钟，并以蜂鸣器信号结束。
• 使用可变电阻器调整检测器灵敏度（您可以在连续蜂鸣器信号和完全静音之间找到它）。
• 该设备已准备就绪！

所需零件

• ATtiny13——即 MBAVR-1开发板
• T1 – IRF3205（MOSFET；N 沟道）
• LED1 – 基本 LED
• D1 – 即 1N4007
• D2、D3 – 1N4148
• R1——可变电阻 10kΩ
• R2、R3 – 220Ω (5%)，参见 LED 电阻计算器
• R4 – 330Ω (5%)
• R5、R6 – 10kΩ (5%)
• C1 – 470nF
• L1 – ∅ 50-55mm，0.5 DNE 约 30 圈

电路原理图

软件

此代码是用 C 语言编写的，可以使用 avr-gcc 进行编译。有关如何编译该项目的所有信息都 在这里。

/**
 * Copyright (c) 2019, Łukasz Marcin Podkalicki @gmail.com> * ATtiny13/037
 * Example of simple PI (Pulse Induction) metal detector.
 */
#include 
#include 
#include 
#define	COIL_PIN                  PB2
#define	BUZZER_PIN                PB3
#define	LED_PIN                   PB4
#define	PULSE_WIDTH               (32) // microseconds
#define	CALIBRATION_ATTEMPTS_MAX  (128)
#define	MEASUREMENT_ATTEMPTS_MAX  (2048)
#define	SIGNAL_ON()               (PORTB |= _BV(LED_PIN)|_BV(BUZZER_PIN))
#define	SIGNAL_OFF()              (PORTB &= ~(_BV(LED_PIN)|_BV(BUZZER_PIN)))
static uint16_t
measure_decay(void)
{
    uint16_t i, counter = 0, decay = 0;
    PORTB |= _BV(COIL_PIN); // pulse on
    _delay_us(PULSE_WIDTH); // pulse delay
    PORTB &= ~_BV(COIL_PIN); // pulse off
    for (i = 0; i < MEASUREMENT_ATTEMPTS_MAX; ++i) {
        if (ACSR & _BV(ACO)) {
            decay = counter;
        }
        counter++;
    }
    return decay;
}
static uint16_t
calibration(void)
{
    uint8_t i;
    uint16_t tmp, decay = 0;
    /* calibration process */
    for (i = 0; i < CALIBRATION_ATTEMPTS_MAX; ++i) {
        tmp = measure_decay();
        if (tmp > decay) {
            decay = tmp;
        }
    }
    /* signalize end of calibration */
    for (i = 0; i < 3; ++i) {
        for (tmp = 0; tmp < 64; ++tmp) {
            SIGNAL_ON();
            _delay_ms(0.3);
            SIGNAL_OFF();
            _delay_ms(0.3);
        }
        _delay_ms(64);
    }
    return decay;
}
int
main(void)
{
    uint16_t decay_cur, decay_max;
    /* setup */
    DDRB = _BV(COIL_PIN)|_BV(LED_PIN)|_BV(BUZZER_PIN); // set COIL, LED and BUZZER pins as output
    ACSR = 0; // clear register
    decay_max = calibration() - 1;
    _delay_ms(500);
    /* loop */
    while (1) {
        decay_cur = measure_decay();
        if (decay_cur < decay_max) {
            SIGNAL_ON();
            _delay_us(100);
        }
        SIGNAL_OFF();
    }
}

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