Metalldetektor ist eine Sicherheitsvorrichtung, die zum Nachweis von Metallen verwendet wird, die schädlich sein kann, an verschiedenen Orten wie Flughäfen, Einkaufszentren, Kinos etc. Bisher haben wir einen sehr einfachen Metalldetektor ohne Mikrocontroller gemacht, jetzt bauen wir den Metalldetektor mit Arduino. In diesem Projekt werden wir eine Spule und einen Kondensator verwenden, die für die Detektion von Metallen verantwortlich sind. Hier haben wir einen Arduino Nano verwendet, um dieses Metalldetektorprojekt zu bauen. Dies ist ein sehr interessantes Projekt für alle Elektronikliebhaber. Überall dort, wo dieser Detektor Metall in seiner Nähe erkennt, piept der Summer sehr schnell.
Erforderliche Komponenten:
Im Folgenden sind die Komponenten aufgeführt, die Sie benötigen würden, um mit Arduino einen einfachen DIY-Metalldetektor zu bauen. Alle diese Komponenten sollten in Ihrem örtlichen Baumarkt leicht erhältlich sein.
- Arduino (beliebig)
- Spule
- 10nF Kondensator
- Summer
- Der 1k Widerstand
- 330 Ohm Widerstand
- LED
- 1N4148 Diode
- Steckbrett oder Leiterplatte
- Überbrückungskabel anschließen
- 9V Batterie
Wie funktioniert ein Metalldetektor?
Immer wenn etwas Strom durch die Spule fließt, erzeugt sie ein Magnetfeld um sie herum. Und die Änderung des Magnetfeldes erzeugt ein elektrisches Feld. Nach dem Faradayschen Gesetz entwickelt sich aufgrund dieses elektrischen Feldes eine Spannung über der Spule, die der Änderung des Magnetfelds entgegenwirkt, und auf diese Weise entwickelt die Spule die Induktivität, dh die erzeugte Spannung wirkt dem Anstieg des Stroms entgegen. Die Einheit der Induktivität ist Henry und die Formel zur Messung der Induktivität lautet:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Wobei L- Induktivität in Henries μο- Permeabilität 4π * 10 -7 für Luft N- Anzahl der Windungen A- Innerer Kernbereich (πr 2) in m 2 l - Länge der Spule in Metern
Wenn sich ein Metall der Spule nähert, ändert die Spule ihre Induktivität. Diese Änderung der Induktivität hängt vom Metalltyp ab. Sie nimmt bei nichtmagnetischem Metall ab und bei ferromagnetischen Materialien wie Eisen zu.
Je nach Kern der Spule ändert sich der Induktivitätswert drastisch. In der Abbildung unten sehen Sie die luftkernigen Induktoren. In diesen Induktoren befindet sich kein fester Kern. Es sind im Grunde genommen Spulen, die in der Luft bleiben. Das vom Induktor erzeugte Strömungsmedium des Magnetfelds ist nichts oder Luft. Diese Induktivitäten haben Induktivitäten von sehr geringem Wert.
Diese Induktoren werden verwendet, wenn Werte von wenigen microHenry benötigt werden. Für Werte größer als wenige MilliHenry sind diese nicht geeignet. In der folgenden Abbildung sehen Sie einen Induktor mit Ferritkern. Diese Ferritkerninduktivität hat einen sehr großen Induktivitätswert.
Denken Sie daran, dass die hier gewickelte Spule luftkernig ist. Wenn also ein Metallstück in die Nähe der Spule gebracht wird, fungiert das Metallstück als Kern für den luftkernigen Induktor. Durch dieses als Kern wirkende Metall ändert oder erhöht sich die Induktivität der Spule erheblich. Mit diesem plötzlichen Anstieg der Induktivität der Spule ändert sich die Gesamtreaktanz oder Impedanz der LC-Schaltung im Vergleich ohne das Metallstück um einen beträchtlichen Betrag.
Hier in diesem Arduino-Metalldetektorprojekt müssen wir also die Induktivität der Spule ermitteln, um Metalle zu erkennen. Zu diesem Zweck haben wir die bereits erwähnte LR-Schaltung (Resistor-Inductor-Schaltung) verwendet. Hier in dieser Schaltung haben wir eine Spule mit etwa 20 Windungen oder eine Wicklung mit einem Durchmesser von 10 cm verwendet. Wir haben eine leere Bandrolle verwendet und den Draht darum gewickelt, um die Spule herzustellen.
Schaltplan:
Wir haben eine Arduino Nano zur Steuerung ganzen benutzten Metalldetektor - Projekt. Eine LED und ein Summer werden als Metallerkennungsanzeige verwendet. Eine Spule und ein Kondensator dienen zur Detektion von Metallen. Eine Signaldiode wird auch zum Reduzieren der Spannung verwendet. Und ein Widerstand zur Begrenzung des Stroms zum Arduino-Pin.
Arbeitserklärung:
Die Arbeit mit diesem Arduino-Metalldetektor ist etwas schwierig. Hier liefern wir die von Arduino erzeugte Blockwelle oder den Impuls an das LR-Hochpassfilter. Aus diesem Grund werden bei jedem Übergang kurze Spitzen von der Spule erzeugt. Die Impulslänge der erzeugten Spitzen ist proportional zur Induktivität der Spule. Mit Hilfe dieser Spike-Impulse können wir also die Induktivität der Spule messen. Hier ist es jedoch schwierig, die Induktivität mit diesen Spitzen genau zu messen, da diese Spitzen von sehr kurzer Dauer sind (ca. 0,5 Mikrosekunden) und dies von Arduino sehr schwer zu messen ist.
Stattdessen haben wir einen Kondensator verwendet, der durch den ansteigenden Impuls oder die ansteigende Spitze aufgeladen wird. Und es waren nur wenige Impulse erforderlich, um den Kondensator bis zu dem Punkt aufzuladen, an dem seine Spannung über den Arduino-Analogstift A5 gelesen werden kann. Dann las Arduino die Spannung dieses Kondensators unter Verwendung eines ADC. Nach dem Ablesen der Spannung entlud sich der Kondensator schnell, indem der capPin- Pin als Ausgang verwendet und auf niedrig eingestellt wurde. Dieser gesamte Vorgang dauert etwa 200 Mikrosekunden. Für ein besseres Ergebnis wiederholen wir die Messungen und nehmen einen Durchschnitt der Ergebnisse. So können wir die ungefähre Induktivität der Spule messen. Nachdem wir das Ergebnis erhalten haben, übertragen wir die Ergebnisse auf die LED und den Summer, um das Vorhandensein von Metall zu erkennen. Überprüfen Sie den vollständigen Code am Ende dieses Artikels, um die Funktionsweise zu verstehen.
Der vollständige Arduino-Code ist am Ende dieses Artikels angegeben. Im Programmierteil dieses Projekts haben wir zwei Arduino-Pins verwendet, einen zum Erzeugen von Blockwellen, die in die Spule eingespeist werden sollen, und einen zweiten analogen Pin zum Lesen der Kondensatorspannung. Abgesehen von diesen beiden Pins haben wir zwei weitere Arduino-Pins zum Verbinden von LED und Summer verwendet.
Sie können den vollständigen Code und das Demonstrationsvideo des Arduino-Metalldetektors unten überprüfen. Sie können sehen, dass die LED und der Summer sehr schnell zu blinken beginnen, wenn Metall erkannt wird.