Metalo detektorius yra apsaugos įtaisas, naudojamas kenksmingiems metalams aptikti įvairiose vietose, pavyzdžiui, oro uostuose, prekybos centruose, kino teatruose ir kt. Anksčiau mes gaminome labai paprastą metalo detektorių be mikrovaldiklio, dabar statome metalo detektorių naudojant „Arduino“. Šiame projekte mes naudosime ritę ir kondensatorių, kurie bus atsakingi už metalų aptikimą. Norėdami sukurti šį metalo detektoriaus projektą, mes panaudojome „ Arduino Nano“. Tai labai įdomus projektas visiems elektronikos mėgėjams. Visur, kur šis detektorius aptinka metalą šalia jo, garsinis signalas pradeda labai pypsėti.
Reikalingi komponentai:
Toliau pateikiami komponentai, kurių jums reikės norint sukurti paprastą „ pasidaryk pats“ metalo detektorių naudodami „Arduino“. Visi šie komponentai turėtų būti lengvai prieinami vietinėje techninės įrangos parduotuvėje.
- „Arduino“ (bet koks)
- Ritė
- 10nF kondensatorius
- Buzeris
- 1k rezistorius
- 330 omų rezistorius
- LED
- 1N4148 diodas
- Breadboard arba PCB
- Jungiamojo laido sujungimas
- 9v baterija
Kaip veikia metalo detektorius?
Kai tik ritė praeina tam tikra srovė, ji aplink ją sukuria magnetinį lauką. Magnetinio lauko pasikeitimas sukuria elektrinį lauką. Pagal Faradėjaus dėsnį, dėl šio elektrinio lauko ritėje atsiranda įtampa, kuri priešinasi magnetinio lauko pokyčiams, ir taip ritė sukuria induktyvumą, tai reiškia, kad sukurta įtampa priešinasi srovės padidėjimui. Induktyvumo vienetas yra Henris, o induktyvumo matavimo formulė yra:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Kur, L- induktyvumas Henries μο- pralaidumas, jo 4π * 10 -7 orui N- posūkių skaičius A- vidinio šerdies plotas (πr 2) m 2 l - ritės ilgis metrais
Kai koks nors metalas artėja prie ritės, ritė keičia savo induktyvumą. Šis induktyvumo pokytis priklauso nuo metalo tipo. Nemagnetinio metalo jis mažėja, o feromagnetinių medžiagų, tokių kaip geležis, padidėja.
Priklausomai nuo ritės šerdies, induktyvumo vertė smarkiai keičiasi. Žemiau esančiame paveikslėlyje galite pamatyti induktorius su oru, šiuose induktoriuose nebus tvirto šerdies. Iš esmės tai yra ore paliktos ritės. Induktoriaus sukurta magnetinio lauko srauto terpė yra niekas arba oras. Šie induktoriai turi labai mažą induktyvumą.
Šie induktoriai naudojami, kai reikia kelių mikroHenry reikšmių. Didesnėms nei kelios milliHenry vertėms tai netinka. Žemiau esančiame paveiksle galite pamatyti induktorių su ferito šerdimi. Šie ferito šerdies induktoriai turi labai didelę induktyvumo vertę.
Prisiminkite, kad ritė yra suvyniota su oru, todėl, kai metalinis gabalas priartinamas prie ritės, metalinis gabalas veikia kaip oro šerdies induktoriaus šerdis. Šis metalas, veikiantis kaip šerdis, ritės induktyvumas žymiai pasikeičia arba padidėja. Staiga padidinus ritės induktyvumą, bendras LC grandinės reaktyvumas arba varža pakinta žymiai, lyginant be metalo.
Taigi šiame „ Arduino“ metalo detektoriaus projekte turime rasti ritės induktyvumą aptikti metalus. Norėdami tai padaryti, mes naudojome LR grandinę (rezistoriaus-induktoriaus grandinę), kurią jau minėjome. Čia šioje grandinėje mes panaudojome ritę, turinčią maždaug 20 apsisukimų arba apviją 10 cm skersmens. Mes panaudojome tuščią juostos ritinį ir vyniojome laidą aplink jį ritės gamybai.
Grandinės schema:
Mes naudojome „Arduino Nano“ valdydami visą šį metalo detektoriaus projektą. Šviesos diodas ir „Buzzer“ naudojami kaip metalo aptikimo indikatorius. Metalams aptikti naudojama ritė ir kondensatorius. Signalo diodas taip pat naudojamas įtampai sumažinti. Ir rezistorius, skirtas apriboti srovę iki „Arduino“ kaiščio.
Darbinis paaiškinimas:
Šio „ Arduino“ metalo detektoriaus darbas yra šiek tiek keblus. Čia pateikiame bloko bangą arba impulsą, kurį generuoja „Arduino“, LR aukšto dažnio filtrui. Dėl to kiekviename perėjime ritė generuos trumpus šuolius. Sugeneruotų smaigalių impulso ilgis yra proporcingas ritės induktyvumui. Taigi šių smaigalių impulsų pagalba galime išmatuoti ritės induktyvumą. Bet čia sunku tiksliai išmatuoti induktyvumą tais smaigaliais, nes tie smailės trukmė yra labai trumpa (apie 0,5 mikrosekundės), ir tai labai sunku išmatuoti „Arduino“.
Taigi vietoj to mes panaudojome kondensatorių, kurį įkrauna kylantis impulsas ar smaigalys. Kondensatoriui įkrauti iki taško, kuriame jo įtampa gali būti nuskaityta „Arduino“ analoginiu kaiščiu A5, prireikė kelių impulsų. Tada „Arduino“ naudodamas ADC nuskaitė šio kondensatoriaus įtampą. Perskaičius įtampą, kondensatorius greitai išsikrovė padarydamas „ capPin“ kaištį kaip išvestį ir nustatydamas jį žemai. Visam šiam procesui užbaigti reikia apie 200 mikrosekundžių. Norėdami gauti geresnį rezultatą, mes pakartojame matavimus ir atsižvelgėme į rezultatų vidurkį. Taip galime išmatuoti apytikslę ritės induktyvumą. Gavę rezultatą, mes perkeliame rezultatus į šviesos diodą ir garsinį signalą, kad aptiktume metalą. Patikrinkite visą kodą, pateiktą šio straipsnio pabaigoje, kad suprastumėte veikimą.
Pilnas „Arduino“ kodas pateikiamas šio straipsnio pabaigoje. Šio projekto programavimo dalyje mes panaudojome du „Arduino“ kaiščius, vieną generuodami blokines bangas, kurios bus tiekiamos ritėje, ir antrąjį analoginį kaištį kondensatoriaus įtampai skaityti. Išskyrus šiuos du kaiščius, mes naudojome dar du „Arduino“ kaiščius, kad galėtume prijungti LED ir garsinį signalą.
Žemiau galite patikrinti visą „Arduino“ metalo detektoriaus kodą ir demonstracinį vaizdo įrašą. Galite pastebėti, kad kai tik aptinka šiek tiek metalo, šviesos diodas ir „Buzzer“ pradeda labai greitai mirksėti.