Wykrywacz metalu to urządzenie zabezpieczające, które służy do wykrywania metali, które mogą być szkodliwe, w różnych miejscach, takich jak lotniska, centra handlowe, kina itp. Wcześniej wykonaliśmy bardzo prosty wykrywacz metali bez mikrokontrolera, teraz budujemy wykrywacz metali za pomocą Arduino. W tym projekcie wykorzystamy cewkę i kondensator, które będą odpowiedzialne za wykrywanie metali. Tutaj użyliśmy Arduino Nano do zbudowania tego projektu wykrywacza metali. To bardzo ciekawy projekt dla wszystkich miłośników elektroniki. Wszędzie tam, gdzie wykrywacz wykryje metal w pobliżu, brzęczyk zaczyna bardzo szybko wydawać dźwięk.
Wymagane komponenty:
Poniżej znajdują się elementy, które byłyby potrzebne do zbudowania prostego wykrywacza metali DIY za pomocą Arduino. Wszystkie te komponenty powinny być łatwo dostępne w lokalnym sklepie ze sprzętem.
- Arduino (dowolne)
- Cewka
- Kondensator 10nF
- Brzęczyk
- Rezystor 1k
- Rezystor 330 omów
- DOPROWADZIŁO
- Dioda 1N4148
- Płytka prototypowa lub PCB
- Podłączanie przewodu połączeniowego
- Bateria 9V
Jak działa wykrywacz metali?
Ilekroć jakiś prąd przepływa przez cewkę, wytwarza wokół niej pole magnetyczne. A zmiana pola magnetycznego generuje pole elektryczne. Teraz, zgodnie z prawem Faradaya, z powodu tego pola elektrycznego na cewce powstaje napięcie, które przeciwstawia się zmianie pola magnetycznego i w ten sposób cewka rozwija indukcyjność, co oznacza, że generowane napięcie przeciwstawia się wzrostowi prądu. Jednostką indukcyjności jest Henry, a wzór do pomiaru indukcyjności to:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Gdzie, L- Indukcyjność w Henries μο- Przepuszczalność, jej 4π * 10-7 dla powietrza N- Liczba zwojów A- Wewnętrzna powierzchnia rdzenia (πr 2) wm 2 l - Długość cewki w metrach
Kiedy jakikolwiek metal zbliża się do cewki, cewka zmienia swoją indukcyjność. Ta zmiana indukcyjności zależy od rodzaju metalu. Zmniejsza się w przypadku metali niemagnetycznych i zwiększa w przypadku materiałów ferromagnetycznych, takich jak żelazo.
W zależności od rdzenia cewki wartość indukcyjności zmienia się drastycznie. Na poniższym rysunku widać cewki z rdzeniem powietrznym, w tych cewkach nie będzie stałego rdzenia. Zasadniczo są to cewki pozostawione w powietrzu. Medium przepływu pola magnetycznego generowanego przez cewkę jest niczym lub powietrzem. Te cewki indukcyjne mają znacznie mniejszą wartość.
Te induktory są używane, gdy potrzeba wartości kilku mikroHenry. Dla wartości większych niż kilka milliHenry nie są one odpowiednie. Na poniższym rysunku widać cewkę indukcyjną z rdzeniem ferrytowym. Te cewki z rdzeniem ferrytowym mają bardzo dużą wartość indukcyjności.
Pamiętaj, że cewka nawinięta tutaj jest rdzeniem powietrznym, więc kiedy metalowy kawałek jest zbliżony do cewki, metalowy element działa jak rdzeń dla cewki indukcyjnej. Dzięki temu metalowi działającemu jako rdzeń, indukcyjność cewki zmienia się lub znacznie wzrasta. Wraz z tym nagłym wzrostem indukcyjności cewki ogólna reaktancja lub impedancja obwodu LC zmienia się o znaczną wartość w porównaniu bez metalowego elementu.
Więc tutaj, w tym projekcie wykrywacza metali Arduino, musimy znaleźć indukcyjność cewki, aby wykryć metale. Aby to zrobić, użyliśmy obwodu LR (obwód rezystora-cewki indukcyjnej), o którym już wspominaliśmy. Tutaj, w tym obwodzie, użyliśmy cewki mającej około 20 zwojów lub uzwojenia o średnicy 10 cm. Użyliśmy pustej rolki taśmy i nawinęliśmy wokół niej drut, aby wykonać cewkę.
Schemat obwodu:
Użyliśmy Arduino Nano do kontrolowania całego tego projektu wykrywacza metali. Dioda LED i brzęczyk są używane jako wskaźnik wykrywania metalu. Cewka i kondensator służą do wykrywania metali. Do redukcji napięcia stosowana jest również dioda sygnalizacyjna. I rezystor ograniczający prąd do pinu Arduino.
Objaśnienie robocze:
Działanie tego wykrywacza metali Arduino jest nieco trudne. Tutaj podajemy falę blokową lub impuls generowany przez Arduino do filtra górnoprzepustowego LR. Z tego powodu w każdym przejściu cewka będzie generować krótkie skoki. Długość impulsu generowanych impulsów jest proporcjonalna do indukcyjności cewki. Tak więc za pomocą tych impulsów Spike możemy zmierzyć indukcyjność cewki. Ale tutaj trudno jest dokładnie zmierzyć indukcyjność za pomocą tych skoków, ponieważ te impulsy mają bardzo krótki czas (ok. 0,5 mikrosekundy) i jest bardzo trudny do zmierzenia przez Arduino.
Więc zamiast tego użyliśmy kondensatora, który jest ładowany przez narastający impuls lub skok. A wymagało to kilku impulsów, aby naładować kondensator do punktu, w którym jego napięcie można odczytać za pomocą analogowego pinu A5 Arduino. Następnie Arduino odczytuje napięcie tego kondensatora za pomocą ADC. Po odczytaniu napięcia kondensator szybko się rozładował, wykonując pin capPin jako wyjście i ustawiając go na niski. Cały proces trwa około 200 mikrosekund. Aby uzyskać lepszy wynik, powtarzamy pomiary i bierzemy średnią wyników. W ten sposób możemy zmierzyć przybliżoną indukcyjność cewki. Po uzyskaniu wyniku przenosimy wyniki do diody LED i brzęczyka w celu wykrycia obecności metalu. Sprawdź pełny kod podany na końcu tego artykułu, aby zrozumieć działanie.
Pełny kod Arduino znajduje się na końcu tego artykułu. W części programistycznej tego projektu wykorzystaliśmy dwa piny Arduino, jeden do generowania fal blokowych do podania w cewce i drugi pin analogowy do odczytu napięcia kondensatora. Oprócz tych dwóch pinów użyliśmy jeszcze dwóch pinów Arduino do podłączenia diody LED i brzęczyka.
Możesz sprawdzić pełny kod i wideo demonstracyjne wykrywacza metali Arduino poniżej. Widać, że za każdym razem, gdy wykryje jakiś metal, dioda LED i Buzzer zaczną migać bardzo szybko.