Металлоискатель Arduino

Металлоискатель - это устройство безопасности, которое используется для обнаружения металлов, которые могут быть опасными, в различных местах, таких как аэропорты, торговые центры, кинотеатры и т. Д. Раньше мы делали очень простой металлоискатель без микроконтроллера, теперь мы создаем металлоискатель. используя Arduino. В этом проекте мы собираемся использовать катушку и конденсатор, которые будут отвечать за обнаружение металлов. Здесь мы использовали Arduino Nano для создания этого проекта металлоискателя. Это очень интересный проект для всех любителей электроники. Когда этот детектор обнаруживает какой-либо металл рядом с ним, зуммер начинает очень быстро пищать.

Обязательные компоненты:

Ниже приведены компоненты, которые вам понадобятся для создания простого металлоискателя своими руками с использованием Arduino. Все эти компоненты должны быть легко доступны в вашем местном магазине оборудования.

1. Ардуино (любой)
2. Катушка
3. Конденсатор 10 нФ
4. Зуммер
5. Резистор 1 кОм
6. Резистор 330 Ом
7. СВЕТОДИОД
8. 1N4148 диод
9. Макетная плата или печатная плата
10. Подключение перемычки
11. Батарея 9v

Как работает металлоискатель?

Когда через катушку проходит какой-либо ток, вокруг нее создается магнитное поле. А изменение магнитного поля создает электрическое поле. Теперь, согласно закону Фарадея, из-за этого электрического поля на катушке возникает напряжение, которое противодействует изменению магнитного поля, и именно так катушка развивает индуктивность, означает, что генерируемое напряжение противодействует увеличению тока. Единица измерения индуктивности - Генри, а формула измерения индуктивности:

L = (μ _ο * N ² * A) / l где, L - индуктивность в единицах Генри μο - проницаемость, ее 4π * ^10-7 для воздуха N - количество витков A - площадь внутреннего сердечника (πr ²) в м ² l - Длина катушки в метрах

Когда какой-либо металл приближается к катушке, катушка меняет свою индуктивность. Это изменение индуктивности зависит от типа металла. Он уменьшается для немагнитных металлов и увеличивается для ферромагнитных материалов, таких как железо.

В зависимости от сердечника катушки значение индуктивности резко меняется. На рисунке ниже вы можете видеть индукторы с воздушным сердечником, в этих индукторах не будет сплошного сердечника. По сути, это катушки, оставленные в воздухе. Средой потока магнитного поля, создаваемого индуктором, является ничто или воздух. Эти катушки индуктивности имеют очень меньшую индуктивность.

Эти индукторы используются, когда необходимы значения в несколько микрогенри. Для значений, превышающих несколько миллигенри, они не подходят. На рисунке ниже вы можете увидеть индуктор с ферритовым сердечником. Эти индукторы с ферритовым сердечником имеют очень большое значение индуктивности.

Помните, что намотанная здесь катушка представляет собой катушку с воздушным сердечником, поэтому, когда металлическая деталь приближается к катушке, металлическая деталь действует как сердечник для индуктора с воздушным сердечником. Благодаря этому металлу, действующему в качестве сердечника, индуктивность катушки изменяется или значительно увеличивается. При таком внезапном увеличении индуктивности катушки общее реактивное сопротивление или импеданс LC-цепи изменяется на значительную величину по сравнению с отсутствием металлической детали.

Итак, здесь, в этом проекте металлоискателя Arduino, мы должны найти индуктивность катушки для обнаружения металлов. Поэтому для этого мы использовали схему LR (схема резистора-индуктора), о которой мы уже говорили. В этой схеме мы использовали катушку с 20 витками или обмотку диаметром 10 см. Мы использовали пустой рулон ленты и намотали на него проволоку, чтобы получилась катушка.

Принципиальная электрическая схема:

Мы использовали Arduino Nano для управления всем этим проектом металлоискателя. Светодиод и зуммер используются в качестве индикатора обнаружения металла. Катушка и конденсатор используются для обнаружения металлов. Сигнальный диод также используется для снижения напряжения. И резистор для ограничения тока на вывод Arduino.

Рабочее объяснение:

Работа с этим металлоискателем Arduino немного сложна. Здесь мы передаем блокирующую волну или импульс, сгенерированный Arduino, на фильтр верхних частот LR. Из-за этого катушка будет генерировать короткие всплески при каждом переходе. Длина импульса генерируемых пиков пропорциональна индуктивности катушки. Таким образом, с помощью этих импульсов Spike мы можем измерить индуктивность катушки. Но здесь трудно точно измерить индуктивность с помощью этих всплесков, потому что эти всплески имеют очень короткую продолжительность (примерно 0,5 микросекунды), и их очень трудно измерить с помощью Arduino.

Поэтому вместо этого мы использовали конденсатор, который заряжается нарастающим импульсом или пиком. И потребовалось несколько импульсов, чтобы зарядить конденсатор до точки, где его напряжение может быть считано аналоговым выводом A5 Arduino. Затем Arduino считывает напряжение этого конденсатора с помощью АЦП. После считывания напряжения конденсатор быстро разрядился, сделав вывод capPin выходным и установив его на низкий уровень. Весь этот процесс занимает около 200 микросекунд. Для лучшего результата мы повторяем измерения и усредняли результаты. Вот как мы можем измерить приблизительную индуктивность катушки. После получения результата мы передаем результаты на светодиод и зуммер для определения присутствия металла. Ознакомьтесь с полным кодом, приведенным в конце этой статьи, чтобы понять, как работает.

Полный код Arduino приведен в конце этой статьи. В программной части этого проекта мы использовали два вывода Arduino: один для генерации блочных волн, подаваемых на катушку, а второй аналоговый вывод для считывания напряжения конденсатора. Помимо этих двух контактов, мы использовали еще два контакта Arduino для подключения светодиода и зуммера.

Вы можете проверить полный код и демонстрационное видео металлоискателя Arduino ниже. Вы можете видеть, что всякий раз, когда он обнаруживает какой-либо металл, светодиод и зуммер начинают очень быстро мигать.