Ανιχνευτής μετάλλων Arduino

Ανιχνευτής μετάλλων είναι μια συσκευή ασφαλείας η οποία χρησιμοποιείται για την ανίχνευση μετάλλων τα οποία μπορεί να είναι επιβλαβής, σε διάφορα μέρη όπως αεροδρόμια, εμπορικά κέντρα, κινηματογράφους, κ.λπ. Προηγουμένως έχουμε κάνει ένα πολύ απλό ανιχνευτή μετάλλων χωρίς μικροελεγκτή, τώρα χτίζουμε το ανιχνευτή μετάλλων χρησιμοποιώντας το Arduino. Σε αυτό το έργο, θα χρησιμοποιήσουμε ένα πηνίο και πυκνωτή που θα είναι υπεύθυνοι για την ανίχνευση μετάλλων. Εδώ χρησιμοποιήσαμε ένα Arduino Nano για την κατασκευή αυτού του έργου ανιχνευτή μετάλλων. Αυτό είναι ένα πολύ ενδιαφέρον έργο για όλους τους λάτρεις των ηλεκτρονικών. Όπου αυτός ο ανιχνευτής ανιχνεύει οποιοδήποτε μέταλλο κοντά του, ο βομβητής αρχίζει να εκπέμπει πολύ γρήγορα.

Απαιτούμενα συστατικά:

Τα παρακάτω είναι τα στοιχεία που θα χρειαστείτε για να δημιουργήσετε έναν απλό ανιχνευτή μετάλλων DIY χρησιμοποιώντας το Arduino. Όλα αυτά τα εξαρτήματα πρέπει να είναι εύκολα διαθέσιμα στο τοπικό κατάστημα υλικού.

1. Arduino (οποιοδήποτε)
2. Σπείρα
3. Πυκνωτής 10nF
4. Βομβητής
5. Η αντίσταση 1k
6. Αντίσταση 330 ohm
7. LED
8. 1N4148 δίοδος
9. Breadboard ή PCB
10. Σύνδεση καλωδίου βραχυκυκλωτήρα
11. Μπαταρία 9v

Πώς λειτουργεί ένας ανιχνευτής μετάλλων;

Όποτε περνά κάποιο ρεύμα μέσα από το πηνίο, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό. Και η αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Τώρα, σύμφωνα με τον νόμο του Faraday, λόγω αυτού του ηλεκτρικού πεδίου, αναπτύσσεται μια τάση στο πηνίο που αντιτίθεται στη μεταβολή του μαγνητικού πεδίου και έτσι ο Coil αναπτύσσει την επαγωγή, σημαίνει ότι η παραγόμενη τάση αντιτίθεται στην αύξηση του ρεύματος. Η μονάδα Inductance είναι Henry και ο τύπος μέτρησης της επαγωγιμότητας είναι:

L = (μ _ο * N ² * A) / l Πού, L- Αγωγιμότητα στα Henries μο- διαπερατότητα, του 4π * 10 ^-7 για τον αέρα N- Αριθμός στροφών A- Εσωτερική περιοχή πυρήνα (πr ²) σε m ² l - Μήκος του πηνίου σε μέτρα

Όταν οποιοδήποτε μέταλλο πλησιάζει στο πηνίο τότε το πηνίο αλλάζει την επαγωγικότητά του. Αυτή η αλλαγή στην επαγωγή εξαρτάται από τον τύπο μετάλλου. Μειώνεται για μη μαγνητικά μέταλλα και αυξάνει για σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σίδηρος.

Ανάλογα με τον πυρήνα του πηνίου, η τιμή αυτεπαγωγής αλλάζει δραστικά. Στο παρακάτω σχήμα μπορείτε να δείτε τους αεραγωγούς, σε αυτούς τους επαγωγείς, δεν θα υπάρχει συμπαγής πυρήνας. Είναι βασικά πηνία που αφήνονται στον αέρα. Το μέσο ροής μαγνητικού πεδίου που παράγεται από τον επαγωγέα δεν είναι τίποτα ή αέρα. Αυτοί οι επαγωγείς έχουν επαγωγές πολύ μικρότερης αξίας.

Αυτοί οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται όταν χρειάζονται τιμές λίγων microHenry. Για τιμές μεγαλύτερες από μερικές milliHenry αυτές δεν είναι κατάλληλες. Στην παρακάτω εικόνα μπορείτε να δείτε έναν επαγωγέα με πυρήνα φερρίτη. Αυτοί οι επαγωγείς Ferrite Core έχουν πολύ μεγάλη τιμή επαγωγής.

Θυμηθείτε ότι το τύλιγμα του πηνίου εδώ είναι αεροστεγές, οπότε όταν ένα μεταλλικό κομμάτι φέρεται κοντά στο πηνίο, το μεταλλικό κομμάτι ενεργεί ως πυρήνας για τον αγωγό με αέρα. Με αυτό το μέταλλο να λειτουργεί ως πυρήνας, η αυτεπαγωγή του πηνίου αλλάζει ή αυξάνεται σημαντικά. Με αυτήν την ξαφνική αύξηση της επαγωγής του πηνίου, η συνολική αντίδραση ή η αντίσταση του κυκλώματος LC αλλάζει κατά σημαντική ποσότητα σε σύγκριση χωρίς το μεταλλικό κομμάτι.

Εδώ λοιπόν σε αυτό το Arduino Metal Detector Project, πρέπει να βρούμε την αυτεπαγωγή του πηνίου για την ανίχνευση μετάλλων. Για να το κάνουμε αυτό, χρησιμοποιήσαμε το κύκλωμα LR (Resistor-Inductor Circuit) που έχουμε ήδη αναφέρει. Εδώ σε αυτό το κύκλωμα, χρησιμοποιήσαμε ένα πηνίο που έχει περίπου 20 στροφές ή τύλιγμα με διάμετρο 10 εκατοστών. Χρησιμοποιήσαμε ένα άδειο ρολό ταινίας και τυλίξουμε το σύρμα γύρω από αυτό για να φτιάξουμε το πηνίο.

Διάγραμμα κυκλώματος:

Έχουμε χρησιμοποιήσει ένα Arduino Nano για τον έλεγχο ολόκληρου αυτού του έργου ανιχνευτή μετάλλων. Τα LED και το Buzzer χρησιμοποιούνται ως δείκτης ανίχνευσης μετάλλων. Ένα πηνίο και πυκνωτής χρησιμοποιείται για την ανίχνευση μετάλλων. Μια δίοδος σήματος χρησιμοποιείται επίσης για τη μείωση της τάσης. Και μια αντίσταση για τον περιορισμό του ρεύματος στον πείρο Arduino.

Επεξήγηση εργασίας:

Η εργασία αυτού του ανιχνευτή μετάλλων Arduino είναι λίγο δύσκολη. Εδώ παρέχουμε το μπλοκ κύμα ή τον παλμό, που παράγεται από τον Arduino, στο φίλτρο υψηλής διέλευσης LR. Λόγω αυτού, μικρές ακίδες θα δημιουργούνται από το πηνίο σε κάθε μετάβαση. Το μήκος παλμού των παραγόμενων ακίδων είναι ανάλογο με την επαγωγή του πηνίου. Έτσι, με τη βοήθεια αυτών των παλμών Spike, μπορούμε να μετρήσουμε την αυτεπαγωγή του Coil. Αλλά εδώ είναι δύσκολο να μετρηθεί η επαγωγικότητα ακριβώς με αυτές τις αιχμές, επειδή αυτές οι αιχμές έχουν πολύ μικρή διάρκεια (περίπου 0,5 μικροδευτερόλεπτα) και αυτό είναι πολύ δύσκολο να μετρηθεί από τον Arduino.

Αντί για αυτό, χρησιμοποιήσαμε έναν πυκνωτή που φορτίζεται από τον αυξανόμενο παλμό ή την ακίδα. Και απαιτούσε λίγους παλμούς για να φορτίσει τον πυκνωτή στο σημείο όπου η τάση του μπορεί να διαβαστεί από τον αναλογικό πείρο Arduino A5. Στη συνέχεια, ο Arduino διάβασε την τάση αυτού του πυκνωτή χρησιμοποιώντας ADC. Μετά την ανάγνωση της τάσης, ο πυκνωτής αποφορτίστηκε γρήγορα κάνοντας τον ακροδέκτη capPin ως έξοδο και ρυθμίζοντας τον σε χαμηλό. Αυτή η όλη διαδικασία διαρκεί περίπου 200 μικροδευτερόλεπτα για να ολοκληρωθεί. Για καλύτερο αποτέλεσμα, επαναλαμβάνουμε τις μετρήσεις και πάρουμε κατά μέσο όρο τα αποτελέσματα. Έτσι μπορούμε να μετρήσουμε την κατά προσέγγιση επαγωγή του Coil. Αφού λάβουμε το αποτέλεσμα, μεταφέρουμε τα αποτελέσματα στο LED και στο βομβητή για να ανιχνεύσουμε την παρουσία μετάλλου. Ελέγξτε τον Πλήρες κωδικό που αναφέρεται στο τέλος αυτού του Άρθρου για να κατανοήσετε τη λειτουργία.

Ο πλήρης κωδικός Arduino δίνεται στο τέλος αυτού του άρθρου. Στο μέρος προγραμματισμού αυτού του έργου, χρησιμοποιήσαμε δύο ακίδες Arduino, μία για τη δημιουργία κύματος μπλοκ που τροφοδοτούνται στο Coil και το δεύτερο αναλογικό πείρο για την ανάγνωση της τάσης του πυκνωτή. Εκτός από αυτές τις δύο ακίδες, χρησιμοποιήσαμε δύο ακόμη καρφίτσες Arduino για σύνδεση LED και βομβητή.

Μπορείτε να δείτε τον πλήρη κώδικα και το βίντεο επίδειξης του Arduino Metal Detector παρακάτω. Μπορείτε να δείτε ότι κάθε φορά που ανιχνεύει κάποιο μέταλλο, το LED και το Buzzer αρχίζουν να αναβοσβήνουν πολύ γρήγορα.