Metāla detektors ir drošības ierīce, ko izmanto kaitīgu metālu noteikšanai dažādās vietās, piemēram, lidostās, tirdzniecības centros, kinoteātros utt. Iepriekš mēs esam izgatavojuši ļoti vienkāršu metāla detektoru bez mikrokontrollera, tagad mēs būvējam metāla detektoru izmantojot Arduino. Šajā projektā mēs izmantosim spoli un kondensatoru, kas būs atbildīgs par metālu noteikšanu. Šeit mēs izmantojām Arduino Nano, lai izveidotu šo metāla detektora projektu. Tas ir ļoti interesants projekts visiem elektronikas mīļotājiem. Visur, kur šis detektors atklāj kādu metālu tā tuvumā, skaņas signāls sāk ļoti ātri pīkstēt.
Nepieciešamās sastāvdaļas:
Šie ir komponenti, kas jums būtu nepieciešami, lai izveidotu vienkāršu DIY metāla detektoru, izmantojot Arduino. Visiem šiem komponentiem jābūt viegli pieejamiem vietējā aparatūras veikalā.
- Arduino (jebkurš)
- Spole
- 10nF kondensators
- Buzzer
- 1k rezistors
- 330 omu rezistors
- LED
- 1N4148 diode
- Maizes dēlis vai PCB
- Džempera savienojuma vads
- 9v akumulators
Kā darbojas metāla detektors?
Ikreiz, kad kāda strāva iziet cauri spolei, tā rada magnētisko lauku ap to. Un magnētiskā lauka izmaiņas rada elektrisko lauku. Tagad saskaņā ar Faradeja likumu šī elektriskā lauka dēļ spolē rodas spriegums, kas ir pretrunā ar magnētiskā lauka izmaiņām, un tā kā spole attīsta induktivitāti, tas nozīmē, ka radītais spriegums ir pretrunā ar strāvas palielināšanos. Induktivitātes mērvienība ir Henrijs, un induktivitātes mērīšanas formula ir:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Kur, L- induktivitāte Henrijā μο- caurlaidība, tā 4π * 10 -7 gaisam N- pagriezienu skaits A- iekšējā kodola laukums (πr 2) m 2 l - spoles garums metros
Kad spolei tuvojas kāds metāls, spole maina induktivitāti. Šīs induktivitātes izmaiņas ir atkarīgas no metāla veida. Nemagnētiskajam metālam tas samazinās, bet feromagnētiskiem materiāliem, piemēram, dzelzs, tas palielinās.
Atkarībā no spoles kodola induktivitātes vērtība krasi mainās. Zemāk redzamajā attēlā jūs varat redzēt induktorus ar gaisa dzīslu, šajos induktoros nebūs cieta kodola. Būtībā tās ir gaisā atstātas spoles. Induktora radītā magnētiskā lauka plūsmas vide nav nekas vai gaiss. Šiem induktoriem ir ļoti mazāka induktivitāte.
Šie induktori tiek izmantoti, ja ir vajadzīgas dažas mikroHenry vērtības. Vērtībām, kas pārsniedz dažas milliHenry, tās nav piemērotas. Zemāk redzamajā attēlā var redzēt induktoru ar ferīta serdi. Šiem ferīta serdes induktoriem ir ļoti liela induktivitātes vērtība.
Atcerieties, ka spirāle, kas šeit ir ievilkta, ir ar gaisa serdi, tādēļ, kad spoles tuvumā tiek nogādāts metāla gabals, metāla gabals darbojas kā gaisa serdeņa induktora kodols. Šim metālam darbojoties kā serdenim, spoles induktivitāte ievērojami mainās vai palielinās. Ar šo pēkšņo spoles induktivitātes pieaugumu LC ķēdes kopējā reaktivitāte vai pretestība mainās par ievērojamu daudzumu, salīdzinot bez metāla gabala.
Tātad šeit, šajā Arduino metāla detektoru projektā, mums jāatrod spoles induktivitāte metālu noteikšanai. Lai to izdarītu, mēs izmantojām LR ķēdi (rezistora-induktora ķēde), kuru mēs jau pieminējām. Šajā ķēdē mēs esam izmantojuši spoli ar apmēram 20 pagriezieniem vai tinumu ar 10 cm diametru. Spoles izgatavošanai mēs esam izmantojuši tukšu lentes ruļļu un apviju tam stiepli.
Ķēdes shēma:
Šī metāla detektora projekta kontrolēšanai mēs izmantojām Arduino Nano. LED un skaņas signāls tiek izmantoti kā metāla noteikšanas indikatori. Metālu noteikšanai izmanto spoli un kondensatoru. Signāla diode tiek izmantota arī sprieguma samazināšanai. Un rezistors strāvas ierobežošanai līdz Arduino tapai.
Darba skaidrojums:
Šī Arduino metāla detektora darbība ir nedaudz sarežģīta. Šeit mēs nodrošinām Arduino ģenerēto bloka vilni vai impulsu LR augstfrekvences filtram. Tāpēc spole katrā pārejā radīs īsus tapas. Radīto tapu impulsa garums ir proporcionāls spoles induktivitātei. Tātad, izmantojot šos Spike impulsus, mēs varam izmērīt Spoles induktivitāti. Bet šeit ir grūti precīzi izmērīt induktivitāti ar šīm tapām, jo šīm tapām ir ļoti īss ilgums (apmēram 0,5 mikrosekundes), un to Arduino ir ļoti grūti izmērīt.
Tāpēc tā vietā mēs izmantojām kondensatoru, kuru uzlādē augošais impulss vai smaile. Un kondensatora uzlādēšanai līdz vietai, kur tā spriegumu var nolasīt Arduino analogais tapa A5, bija nepieciešami daži impulsi. Tad Arduino nolasīja šī kondensatora spriegumu, izmantojot ADC. Pēc sprieguma nolasīšanas kondensators ātri izlādējās, padarot capPin tapu kā izvadi un nosakot to uz zemu. Visa šī procesa pabeigšana prasa aptuveni 200 mikrosekundes. Lai iegūtu labāku rezultātu, mēs atkārtojam mērījumus un ņēmām vidējo rezultātu. Tā mēs varam izmērīt aptuveno spoles induktivitāti. Pēc rezultāta iegūšanas mēs tos pārnesam uz LED un skaņas signālu, lai noteiktu metāla klātbūtni. Pārbaudiet pilnu kodu, kas norādīts šī panta beigās, lai saprastu darbību.
Pilnīgs Arduino kods ir norādīts šī raksta beigās. Šī projekta programmēšanas daļā mēs esam izmantojuši divus Arduino tapas, vienu bloku viļņu ģenerēšanai, kas jāievada spolē, un otro analogo tapu, lai nolasītu kondensatora spriegumu. Izņemot šos divus tapas, mēs esam izmantojuši vēl divus Arduino tapas LED un skaņas signāla savienošanai.
Zemāk varat pārbaudīt visu Arduino metāla detektora kodu un demonstrācijas video. Var redzēt, ka vienmēr, kad tas atklāj kādu metālu, gaismas diode un signāls sāk ļoti ātri mirgot.