MAG-SHIELD

Magnetometer se lahko uporablja še za marsikaj drugega. Geologi ga na primer uporabljajo za analizo podzemlja. Zemlja ima svoje magnetno polje in silnice so homogene. Vendar če je kakšen feromagnetni material (mineral) na poti, se silnica nekoliko ukrivi. Magnetometer pa išče prav te anomalije v silnicah magnetnega polja zemlje. Laično povedano, kjer je pod zemljo neki predmet, se silnica ukrivi in magnetometer prikaže neko vrednost. Ta vrednost je odvisna od velikosti in globine predmeta (pa še od oblike, vrste materiala, teže …). Kako geologi to porabljajo? Na terenu postavijo mrežo in na vsaki točki napravijo odčitek. Te odčitke potem uvozijo v računalnik in ta obdela podatke ter prikaže obliko (3D) in velikost objekta. Kako pa lahko magnetometer najde ostanke hiš, saj niso iz železa? Enostavno. Vsak material (vrsta zemlje, peska, skal…) ima nekaj feromagnetnega v sebi. Torej če na neko pristno prst vneseš nov material (zidake, kamnine …), to že povzroča določene anomalije kar je dovolj, da magnetometer to zazna. Seveda moji senzorji niso dovolj natančni za tako natančne meritve. FG-3 gre do 1nT (nanoTesla). Resni arheologi pa uporabljajo 0,1nT. Se pa lahko pohvalim, da se tudi z mojimi senzorji da kar nekaj najti. Avtor na viru jih uporablja za svoja izkopavanja in pravi, da delujejo čudovito [1].

Praktična gradnja magnetometra

Glede na to, da sem želel cenovno ugoden in za sestavo enostaven magnetometer sem se odločil, da za osnovo vzamem Arduino, ki ustreza zahtevi za cenovno ugodnost in je hkrati enostaven za programiranje. In še ena dobra stvar pri Arduinu so tako imenovani »shieldi« *1. Možna je tudi kombinacija z več »shieldi«. Mag-shield je kompatibilen z SD in GPS shieldom, tako da lahko uporabljamo vse tri hkrati v primeru, da želimo tudi geografske podatke in/ali vse shranjevati na SD kartico.

Sama shema shielda je zelo enostavna, saj sta na njej zgolj regulator napetosti ter delilnik frekvence. Izhodna frekvenca iz FG-3+ senzorjev je lahko tudi preko 120kHz, kar je za Arduino kar visoko. Prav zato sem dodali delilnik frekvence. Dodatni filtri na vhodu in izhodu niso potrebni, saj ima FG-3+ za razliko od FGM-3 že vgrajene v samem senzorju.

Na vezje se lahko priklopita dva senzorja in sicer na konektorje JP5 in JP6. Priklop je (iz leve proti desni) GND, OUT, VCC. Na vezju je predviden priklop stikala na JP1, ki služi za vklop osvetlitve LCD zaslona, ter tipke (ali stikala) JP2, JP3, JP4 (KEY1, 2, 3), ki si jih lahko vsak sprogramira kot želi. V DEMO programu je uporabljen le KEY1 in sicer za »ničenje«. LCD zaslon sem predvidel Midas MC21605H6WK-SPTLY-V2, zaradi njegove majhnosti. Shield se lahko napaja neposredno z USB (ne priporočam) ali preko Arduino zunanjega napajalnika. Priporočljiva napetost je med 7 in 12VDC. Poraba pri 9V z dvema senzorjema in z LCD osvetlitvijo je 75mA, brez LCD osvetlitve pa 70mA. Tako da klasična 9V baterija zdrži kar nekaj ur.

Tiskano vezje je velikosti 62x69mm in je dvostransko. Vendar je projektirano tako, da je spodnja stran le GND in ga ni težko izdelati v domači delavnici. Gerber datoteke najdete na [2].

Sestavljanje MAG-SHIELDA je po klasičnem načinu in sicer od nižjih elementov proti višjim. Priporočam, da se najprej prispajka vse elemente, potem letvice za senzorje, letvice spodaj za povezavo na Arduino. Nato se privije vijake za LCD in vmes doda dve matici, ki služita kot distančnika. Nadalje postavi (ne prispajka!) letvico za povezavo z LCD, privije LCD in čisto na koncu prispajka še letvico, ki povezuje LCD z shieldom.

Demo program FG-mag se nahaja na strani [2] in deluje kot magnetometer. Magnetometer je naprava, ki zazna moč in smer magnetnega polja. Uporabljajo ga arheologi za iskanje podzemnih ostankov zgradb, zaznavanje aurore, zaznavanje vozil, detektor kovin … Tu ne bom šel v podrobnosti, ker jih verjetno že poznate. Kdor pa ne, lahko več najde na [3].

Program deluje tako, da bere pulze iz senzorja ter to izpiše na zaslonu za vsak senzor posebej. Izpiše pa tudi razliko med senzorjema (Diff).

Demo program je enostaven in dobro komentiran in zato ne potrebuje dodatnega opisa. Uporabljena je le tipka »key1«, ki ob stisku le-te postavi vrednost Diff na 0 (postavi detektor v vrednost nič). Parameter »updateRate« pomeni hitrost med vzorčenji, »measureTime« pa je čas vzorčenja. Manjši, kot je »updateRate« in večji kot je »measureTime«, bolj je magnetometer natančen in posledično manj časa ostane za obdelavo ostalih podatkov.

Material za MAG-SHIELD je standarden in kupljen pri podjetju Farnell (kode se nahajajo v Tabeli 1). Mogoče je LCD zaslon nekoliko neklasične oblike in kdor ga ne najde, lahko uporabi katerikoli standardni 2×16 LCD ter ga poveže z žicami.

kos.	Oznaka	Element	Farnell koda
1	IC2	SN74HC393N	9591516
1	R1	upor 150OHM	9339175
3	C2, C3, C4	kon. 100nF	9750878
1	C1	kon. 10uF/16V	9451692
1	IC1	LM78L05	1467367
1	P1	trimer 10k	1227569
1		2×16 LCD	2675611
2		letvica 1×25	2356173
4		vijak M3x12	1420391 (100.kos)
12		matica M3	1419447 (100.kos)

 

Legenda:

*1. To so modularna tiskana vezja, ki se nataknejo na Arduino in ponujajo dodatne možnosti.

Viri:

• http://archaeo-prospector.com/
• https://www.fgsensors.com
• https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetometer