使用频率计数器和OLED显示屏的金属探测器

描述

立陶宛有很多森林，我喜欢骑自行车去探索。过去，许多立陶宛抵抗军驻扎在这些森林中，因此很有可能偶然发现某种藏匿处。然而，那个藏品也可能是一枚手榴弹或某种炸弹，但我一直想把我的摩托车穿越树林与寻宝结合起来，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，如 BFO、VLFD、PI 等（我将在我的博客上简要介绍其中的一些）。其中一些我过去曾尝试过，结果各不相同，然后在一个无聊的晚上浏览互联网时，我偶然发现了这个博客并决定制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。当线圈经过或靠近各种铁磁或顺磁材料时，振荡器的频率会发生变化，您可以根据此变化决定挖掘位置。此外，由于频率计数器可以在任何微控制器上实现，您可以通过许多不同的方式分析频率变化，从而可能实现金属区分，甚至滤除困扰其他类型检测器的频率漂移。

这个项目的代码可以在文件夹中找到arduino/MetalDetector。文件夹arduino/MetalDetector/third-party包含启发该项目的代码。

除了 Arduino 源代码之外，您还可以找到该项目的 3D 打印部件的 OpenSCAD 文件和 STL 文件，但固定臂和线圈部件的螺钉除外。

手术

 

Collpits 振荡器电路

 

搜索线圈集成了带缓冲电路的Collpits振荡器，可产生660kHz左右的信号。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）接收，正在测量频率。测量频率的 32 个点存储在 FIFO 缓冲区中，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，但这并不是真正必要的 - 因为一旦您开始摆动搜索线圈并且它发现任何金属，图表上就会出现尖峰。如果在此之前振荡器的频率尚未稳定 - 图形将不是水平的。相反，一旦它稳定下来 - 图表将是水平的。这种操作不需要校准或归零:)

建造

这是使用 3D 打印部件组装的金属探测器的图片：

 

放置在搜索线圈上的屏蔽振荡器板

 

在图片中，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元器件组装而成，主要有电阻、电容和BC846三极管。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圈，但大约有 15-20 圈。我认为匝数越少越好，因为频率越高，由于存在金属的电感变化引起的频率变化越大，这使得金属检测更加灵敏。此外，频率越高，频率计数器响应越快。尽管由于土壤状况，信号频率和灵敏度之间存在折衷。如果土壤富含矿物质且湿润，它可能非常导电，从而阻止高频信号穿透，从而限制准确性和灵敏度。线圈的绕组用环氧树脂胶密封。

这是探测器内部的样子：

 

性能板上的 Arduino Pro Mini 168 板

 

Arduino Pro Mini 和 OLED 连同分压器、按钮开关和搜索线圈接头被焊接到一个小面包板上。整个东西粘在两个 18650 锂离子电池上，它们粘在外壳底部。

 

 

如您所见，OLED 显示器连接到 Arduino 的 I2C 接口，电池分压器连接到 A0 模拟引脚，来自搜索线圈振荡器的信号连接到数字引脚 5。

振荡器从两个串联的 18650 电池接收直接电源，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（显然我没有过多考虑 Q2 基极电流），因为重要的是 arduino 引脚的触发，它被配置为计数器寄存器。

3D 打印部件

3D 打印部件使用OpenSCAD设计并使用 Geeetech Rostok 301 3D 打印机打印。

概括

这个项目花了我一个晚上以上，我想说甚至超过几个周末来组装和编程。有不同的迭代。起初我设计了一个不同的线圈，大约 30 匝，完全用环氧树脂胶封闭。我还使用了一个 NOR 门作为振荡器缓冲器，在最终版本中它比单个晶体管工作得更好......虽然线圈相当大 - 直径约 30 厘米，这降低了它对小物体的灵敏度。事实证明，较小的 3D 打印线圈在机械和电气方面都更加稳定，但由于耦合相当强，即使我的手靠近电线甚至靠近外壳也很敏感。我尝试了不同的频率测量方法。首先尝试使用与原始博客文章中相同的代码。然后在这个概念被证明是可行的之后，

我还没有机会在户外测试它，但在室内它发现地板下有金属结构（大约 15 厘米的混凝土和层压板）。我想知道它在不同土壤中的表现如何。

在未来的某个时候，我计划设计线圈和振荡器电路板，试验 VLF 和 PI 检测器设计。

顺便说一句，有一个警告要说。在某些国家/地区，建造和使用金属探测器是违法的，因此在复制此项目之前，请务必咨询您的当局。