Импульсный металлодетектор на Arduino

Случайно смог воспроизвести такое поведение МД, оборвав провод силового ("12 В") питания. Скорее всего, происходит переполнение или что-то подобное с интегратором, буду разбираться. В прежних версиях этого не случалось из-за другого алгоритма обработки. Интересно, что если в этом случае просто отключить выход ОУ от Arduino, то зависания не происходит.

 

Перерисовал схему FoxyPI v3 в KiCad (кликабельна):

 

А оптрон для чего? Он же съедает хорошую часть тока.

 

В похожих МД есть два варианта - либо одна батарея и немного IMHO магии с уровнями и подключением ОУ (например, как в Пирате), либо две батареи и подключение ОУ IMHO без затей (как близкий пример можно представить вот это - https://www.lammertbies.nl/electronics/PI_metal_detector.html, или вот вариант с питаниями +5 В/-12 В и смещением уровней напряжения для управления мосфетом - http://www.silego.com/uploads/Products/product_398/details/AN-1080 GreenPAK4 Pulse Induction metal detector-security wand.pdf, видел еще более трушный пример, где именно две батареи, но сейчас уже врядли найду), но возникает проблема с полярностями (плюс одной является минусом другой), одним из вариантов решения которой является развязка посредством оптрона.
Выбор второго варианта - просто субъективное предпочтение. И с потреблением тока - тоже верное замечание.
P.S. Нелишнее замечание - ко всем почитателям Пирата/STM32 etc - о преимуществах Пирата/STM32 etc проинформирован, холивары не люблю и не участвую

 

Дошли руки наконец-таки. Поменял ардуинку. Залил тест. При напряжении питания 16,26В получил на gate 3,56В, на drain 3,3В не нажимая кнопки и без катушки. Что показывает, что полевик приоткрыт. При подключении катушки начинает дико греться. По даташиту у IRF840 напряжение открытия 2-4В. Поставил R9 вместо 1ком, 2.2ком, напряжение стало 1,6В (не знаю насколько это правильно, что именно R9).
Теперь полевик на тестовой прошивке греться перестал.
Залил рабочую 3.3. При включении с подключенной катушкой полевик греется. По всей видимости, каким-то образом, при старте нужно жестко указывать уровень на D8. Дальше не стал пробовать, дабы не спалить опять.
При отключенной катушке происходит та же песня - дисплей гаснет.

Убрал высокое питание, т.е. оставил только 5В, прошивка загрузилась....

 

Так а почему бы не управлять катушкой полумостом?

 

Спасибо за подробный отчет!
А на тестовой прошивке кривая сигнала на дисплее после нажатия кнопки отображалась?

 

Да, но не такая как на скрине. Во-первых слева вертикальная черта, во-вторых длиннее верхняя полка и спад идет не до конца экрана. Хотел ещё сфоткать, но забыл(
При внесении железа в контур график не меняется особо, но у меня бук рядом, телек и куча железа валяется)) так что не проверял нормально

 

Интересно...
Например, вот такой полумост без конденсаторов:

Верхний MOSFET в некотором смысле даже мешает.
Полный мост в этом случае позволил бы получать биполярные импульсы, хотя, конечно, ценой усложнения конструкции.

 

Я понял) Я что-то подумал, что здесь резонанс используется, а на самом деле по скорости нарастание тока и на шунте преобразовываем его в напряжение. Так? Тогда я бы это делал на отдельном резистивном шунте, а усиливал на БТ по схеме ОБ - самая широкополосная из возможных (не знаю, какая здесь индуктивность и как быстро растет ток). По крайней мере, ушёл бы от медленного и жручего оптрона и положительного общего.

 

Мэйнстримом является анализ изменения напряжения на катушке после обрыва цепи (отключения мосфета). Демпфирующий резистор подбирается под нужный режим, обычно чтобы переходный процесс был апериодическим. Хотя есть МД, в которых кроме того анализируется и напряжение на катушке (фактически производная тока) при нарастании тока - может помочь в дискриминации (различать вид металла мишени).
Индуктивность поисковой катушки обычно сотни микрогенри.

 

Я поищу модель драйвера для LTspice, собирал ее когда-то (или соберу заново), можно будет поиграться с разными напряжениями питания. Драйвер, конечно, своеобразный, но я пробовал различные интегральные драйвера - как ни странно, это оказался самым стабильным.

 

Рабочая прошивка. Катушка не подключена.


Рабочая прошивка. Катушка подключена.

Рабочая прошивка. Катушка подключена. В контуре металл.

Тестовая прошивка. Катушка подключена.

Тестовая прошивка. Катушка подключена. Металл в центре контура.

Тестовая прошивка. Катушка подключена. Металл лежит на краю катушки. (Не влазит)


При подаче питания выходы ардуинки находятся в неопределенном состоянии. В процессе загрузки, 1-2 секунды на D8 образуется высокий уровень, отчего открывается полевик и греется. Это не есть хорошо. Нужно или как-то подтянуть этот выход на минус или программно как-то определить его в низкий уровень. Кода актуального не видел, но возможно как-то так

Код (C++):

void setup()   {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(genPin, OUTPUT);//gen pin -> out
  digitalWrite(genPin,LOW);

Другой вариант - реализовать задержку подачи высокого напряжения на пару секунд или же использовать еще один пин арудуинки для управлением подачи высокого.
Самый простой, разделить выключатели питания и на счет два после включения 5В включать высокое)))

Жду рабочей прошивки с исправлением потухания дисплея.

 

Исправленная прошивка в архиве во вложении (вернулась потерявшаяся строчка
PORTB &= ~0b00000001; //0) - устранит прогревание MOSFET.
Там же рядом архив с моделью драйвера для LTspice XVII.
Есть ли у Вас возможность испытать устройство при пониженном питании силовой части - для локализации причины гашения дисплея? Мое стандартное питание - 10 щелочных 1,5В-батареек. Странно, что лишние 2-3 В так критичны, но похоже, что так.

 

Залил, работает. Но при переключении из статик в динамик после калибровки пару раз выпадало в чистый экран.

 

Я проведу ревизию кода анализа кривой, там много нюансов.
Но самое странное для меня - это начальная ступенька на графике. Что заставляет АЦП выдавать значение, равное половине диапазона измерений (511)? Такая реакция на отрицательное входное напряжение на этапе нарастания тока в катушке?

 

Модифицировал код - должен быть устойчив к начальному выбросу (та самая вертикальная черта, особенность Вашего устройства). Хотел прошить и испытать сегодня - флэшку взял, а мини-USB кабель не взял
Кстати, для статического режима рядом c RX какие числа написаны (отображаемые после завершения балансировки)? Если его сбивает этот выброс с толку (код, анализирующий кривую, видит уровень не равный 511 или 1023, и полагает, что это то, что нужно), то должно быть первое число, близкое к нулю? Хотя на той прошивке может от него и в отказ уйти.

 

Собрал модель всей силовой части МД для LTspice XVII:
FoxyPI_v3_tran.asc

Можно играться с параметрами и смотреть, например, напряжение на поисковой катушке (1), на входе ОУ (2), ток в катушке (3):

 

Zero 851803 плюс-минус
Rx 0...99

 

Понятно, начальный выброс ловит.
Я сегодня-завтра испытаю новую прошивку и выложу ее.