基于A(yíng)VR微控制器的簡(jiǎn)單PI(脈沖感應)金屬探測器

描述

該實(shí)驗項目展示了如何構建基于 AVR 微控制器的簡(jiǎn)單 PI（脈沖感應）金屬探測器。我的目標是使電路盡可能簡(jiǎn)單，并且只使用流行/便宜的電子零件。該設備已通過(guò)非常小的線(xiàn)圈（55mm 直徑，約 30 匝 0.5 DNE）和僅 3.0V 電源進(jìn)行了測試。這是我的第一個(gè) PI 金屬探測器設計，我對結果非常滿(mǎn)意！該原型能夠檢測到墻上的小硬幣（6 厘米距離）和電線(xiàn)。代碼位于 GitHub 上，此處。

怎么運行的？

提出的金屬探測器使用 PI 方法在與電容器并聯(lián)連接的探測線(xiàn)圈中產(chǎn)生電壓尖峰。接下來(lái)，ATtiny13 使用模擬比較器測量諧振電路到零的衰減時(shí)間。當金屬物體靠近環(huán)路時(shí)，它會(huì )減少脈沖衰減到零所需的時(shí)間。測量共振時(shí)間寬度的變化以發(fā)出金屬目標存在的信號。

請注意，典型的 PI 檢測器設計避免了諧振電路，并且測量的因數略有不同！

使用說(shuō)明

• 打開(kāi)設備。校準過(guò)程大約需要一秒鐘，并以蜂鳴器信號結束。
• 使用可變電阻器調整檢測器靈敏度（您可以在連續蜂鳴器信號和完全靜音之間找到它）。
• 該設備已準備就緒！

所需零件

• ATtiny13——即?MBAVR-1開(kāi)發(fā)板
• T1 – IRF3205（MOSFET；N 溝道）
• LED1 – 基本 LED
• D1 – 即 1N4007
• D2、D3 – 1N4148
• R1——可變電阻 10kΩ
• R2、R3 – 220Ω (5%)，參見(jiàn)?LED 電阻計算器
• R4 – 330Ω (5%)
• R5、R6 – 10kΩ (5%)
• C1 – 470nF
• L1 – ? 50-55mm，0.5 DNE 約 30 圈

電路原理圖

軟件

此代碼是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的，可以使用 avr-gcc 進(jìn)行編譯。有關(guān)如何編譯該項目的所有信息都?在這里。

/**
 * Copyright (c) 2019, ?ukasz 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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