Metaldetektor er en sikkerhedsanordning, der bruges til at detektere metaller, der kan være skadelige, forskellige steder som lufthavne, indkøbscentre, biografer osv. Tidligere har vi lavet en meget enkel metaldetektor uden en mikrocontroller, nu bygger vi metaldetektoren ved hjælp af Arduino. I dette projekt skal vi bruge en spole og kondensator, der er ansvarlig for påvisning af metaller. Her har vi brugt en Arduino Nano til at bygge dette metaldetektorprojekt. Dette er et meget interessant projekt for alle elektronikelskere. Uanset hvor denne detektor registrerer noget metal i nærheden, begynder summeren at bippe meget hurtigt.
Nødvendige komponenter:
Følgende er de komponenter, som du har brug for til at opbygge en simpel DIY metaldetektor ved hjælp af Arduino. Alle disse komponenter skal være let tilgængelige i din lokale hardware-butik.
- Arduino (enhver)
- Spole
- 10nF kondensator
- Summer
- 1k modstand
- 330 ohm modstand
- LED
- 1N4148-diode
- Brødbræt eller PCB
- Tilslutning af jumper wire
- 9v batteri
Hvordan fungerer en metaldetektor?
Når der strømmer noget strøm gennem spolen, genererer det et magnetfelt omkring det. Og ændringen i magnetfeltet genererer et elektrisk felt. Ifølge Faradays lov udvikles der på grund af dette elektriske felt en spænding over spolen, der modsætter sig ændringen i magnetfeltet, og det er sådan, at spolen udvikler induktansen, betyder, at den genererede spænding modsætter sig stigningen i strømmen. Induktansenheden er Henry, og formlen til måling af induktansen er:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Hvor, L- Induktans i Henries μο- Permeabilitet, dens 4π * 10-7 for luft N- Antal omdrejninger A- Indre kerneområde (πr 2) i m 2 l - Spolens længde i meter
Når et metal kommer tæt på spolen, ændrer spolen sin induktans. Denne ændring i induktans afhænger af metaltypen. Det falder for ikke-magnetisk metal og øges for ferromagnetiske materialer som jern.
Afhængig af kernen i spolen ændres induktansværdien drastisk. I nedenstående figur kan du se de luftforsynede induktorer, i disse induktorer vil der ikke være nogen fast kerne. De er dybest set spoler tilbage i luften. Strømningsmediet af magnetfelt genereret af induktoren er intet eller luft. Disse induktorer har induktanser af meget mindre værdi.
Disse induktorer bruges, når der er behov for værdier på få mikroHenry. For værdier større end få milliHenry er disse ikke egnede. I nedenstående figur kan du se en induktor med ferritkerne. Disse ferritkerneinduktorer har meget stor induktansværdi.
Husk, at spolen, der er viklet her, er luftforsynet, så når et metalstykke bringes i nærheden af spolen, fungerer metalstykket som en kerne for den luftforsynede induktor. Ved at dette metal fungerer som en kerne, ændres eller øges spolens induktans betydeligt. Med denne pludselige stigning i spolens induktans ændres den samlede reaktans eller impedans af LC-kredsløbet med en betydelig mængde sammenlignet uden metalstykket.
Så her i dette Arduino metaldetektorprojekt skal vi finde spolenes induktans til at detektere metaller. For at gøre dette har vi brugt LR-kredsløb (Resistor-Inductor Circuit), som vi allerede har nævnt. Her i dette kredsløb har vi brugt en spole med omkring 20 omdrejninger eller vikling med en diameter på 10 cm. Vi har brugt en tom båndrulle og vikler ledningen omkring den for at fremstille spolen.
Kredsløbsdiagram:
Vi har brugt en Arduino Nano til at kontrollere hele dette metaldetektorprojekt. En LED og summer bruges som metaldetekteringsindikator. En spole og kondensator bruges til påvisning af metaller. En signaldiode bruges også til at reducere spændingen. Og en modstand til at begrænse strømmen til Arduino-stiften.
Arbejdsforklaring:
Det er lidt vanskeligt at arbejde med denne Arduino metaldetektor. Her leverer vi blokbølgen eller pulsen, genereret af Arduino, til LR-højpasfilteret. På grund af dette genereres korte pigge af spolen i hver overgang. Pulslængden af de genererede pigge er proportional med spolens induktans. Så ved hjælp af disse Spike-impulser kan vi måle spolens induktans. Men her er det vanskeligt at måle induktans præcist med disse pigge, fordi disse pigge har meget kort varighed (ca. 0,5 mikrosekunder), og det er meget vanskeligt at måle af Arduino.
Så i stedet for dette brugte vi en kondensator, der oplades af den stigende puls eller spids. Og det krævede få impulser for at oplade kondensatoren til det punkt, hvor dens spænding kan læses af Arduino analog pin A5. Derefter læste Arduino spændingen på denne kondensator ved hjælp af ADC. Efter aflæsningsspænding aflades kondensatoren hurtigt ved at lave capPin- pin som output og indstille den til lav. Hele denne proces tager omkring 200 mikrosekunder at gennemføre. For bedre resultat gentager vi målinger og tog et gennemsnit af resultaterne. Sådan kan vi måle den omtrentlige induktans af spolen. Efter at have fået resultatet overfører vi resultaterne til LED og summer for at registrere tilstedeværelsen af metal. Tjek den komplette kode, der er angivet i slutningen af denne artikel, for at forstå arbejdet.
Komplet Arduino-kode er angivet i slutningen af denne artikel. I programmeringsdelen af dette projekt har vi brugt to Arduino-ben, den ene til at generere blokbølger, der skal tilføres i spolen og den anden analoge pin til at læse kondensatorspænding. Bortset fra disse to ben har vi brugt to flere Arduino-ben til at forbinde LED og summer.
Du kan kontrollere den komplette kode og demonstrationsvideo af Arduino Metal Detector nedenfor. Du kan se, at når det registrerer noget metal, begynder LED og summer at blinke meget hurtigt.