Detector de metalls Arduino

Detector de metalls és un dispositiu de seguretat que s'utilitza per a la detecció de metalls que poden ser perjudicials, en diversos llocs com aeroports, centres comercials, cinemes, etc. Anteriorment hem fet un detector de metall molt simple i sense un microcontrolador, ara estem construint el detector de metalls utilitzant Arduino. En aquest projecte, farem servir una bobina i un condensador que s’encarregaran de la detecció de metalls. Aquí hem utilitzat un Arduino Nano per construir aquest projecte de detectors de metalls. Aquest és un projecte molt interessant per a tots els amants de l'electrònica. Sempre que aquest detector detecti qualsevol metall a prop seu, el brunzidor comença a sonar molt ràpidament.

Components necessaris:

Els següents són els components que necessitareu per construir un senzill detector de metalls de bricolatge amb Arduino. Tots aquests components haurien d’estar disponibles fàcilment a la ferreteria local.

1. Arduino (qualsevol)
2. Bobina
3. Condensador 10nF
4. Zumbador
5. La resistència 1k
6. Resistència de 330 ohms
7. LED
8. 1N4148 díode
9. Taula de pa o PCB
10. Connexió de cable de pont
11. Bateria de 9v

Com funciona un detector de metalls?

Sempre que una mica de corrent travessa la bobina, genera un camp magnètic al seu voltant. I el canvi del camp magnètic genera un camp elèctric. Ara, segons la llei de Faraday, a causa d’aquest camp elèctric, es desenvolupa una tensió a través de la bobina que s’oposa al canvi de camp magnètic i així és com Coil desenvolupa la inductància, vol dir que la tensió generada s’oposa a l’augment del corrent. La unitat d’inductància és Henry i la fórmula per mesurar la inductància és:

L = (μ _ο * N ² * A) / l On, L- Inductància en Henries μο- Permeabilitat, és 4π * 10 ^-7 per a l'aire N- Nombre de girs A- Àrea interior del nucli (πr ²) en m ² l - Longitud de la bobina en metres

Quan qualsevol metall s’acosta a la bobina, la bobina canvia la seva inductància. Aquest canvi d’inductància depèn del tipus de metall. Disminueix per als metalls no magnètics i augmenta per als materials ferromagnètics com el ferro.

Depenent del nucli de la bobina, el valor de la inductància canvia dràsticament. A la figura següent es poden veure els inductors amb nucli d’aire; en aquests inductors no hi haurà nucli sòlid. Bàsicament són bobines que queden a l’aire. El mitjà de flux de camp magnètic generat per l’inductor no és res ni aire. Aquests inductors tenen inductàncies de molt menys valor.

Aquests inductors s’utilitzen quan es necessiten valors de pocs microHenry. Per a valors superiors a pocs milliHenry, aquests no són adequats. A la figura següent es pot veure un inductor amb nucli de ferrita. Aquest inductor de nucli de ferrita té un valor d’inductància molt gran.

Recordeu que la bobina que s’enrotlla aquí és amb un nucli d’aire, de manera que quan s’apropa una peça metàl·lica a la bobina, la peça metàl·lica actua com a nucli de l’inductor sense aire. En fer aquest metall com a nucli, la inductància de la bobina canvia o augmenta considerablement. Amb aquest sobtat augment de la inductància de la bobina, la reactància general o la impedància del circuit LC canvia en una quantitat considerable si es compara sense la peça metàl·lica.

Per tant, aquí, en aquest projecte Arduino Metal Detector, hem de trobar la inductància de la bobina per detectar metalls. Per això, hem utilitzat un circuit LR (circuit resistència-inductor) que ja hem esmentat. Aquí, en aquest circuit, hem utilitzat una bobina d’uns 20 girs o bobinats de 10 cm de diàmetre. Hem utilitzat un rotlle de cinta buit i enrotllem el filferro al voltant per fer la bobina.

Esquema de connexions:

Hem utilitzat un Arduino Nano per controlar tot aquest projecte de detector de metalls. Com a indicador de detecció de metalls s’utilitzen LED i Buzzer. S'utilitza una bobina i un condensador per a la detecció de metalls. També es fa servir un díode de senyal per reduir la tensió. I una resistència per limitar el corrent al pin Arduino.

Explicació de treball:

El treball d’aquest detector de metalls Arduino és una mica complicat. Aquí proporcionem l’ona de bloc o el pols, generat per Arduino, al filtre de pas alt LR. A causa d'això, la bobina generarà pics curts en cada transició. La longitud del pols de les puntes generades és proporcional a la inductància de la bobina. Així, amb l’ajut d’aquests impulsos Spike, podem mesurar la inductància de la bobina. Però aquí és difícil mesurar la inductància precisament amb aquestes puntes perquè aquestes puntes tenen una durada molt curta (aproximadament 0,5 microsegons) i això és molt difícil de mesurar per Arduino.

Per tant, en lloc d’això, hem utilitzat un condensador carregat pel pols o pujada ascendent. I va requerir pocs polsos per carregar el condensador fins al punt en què es pot llegir la seva tensió mitjançant el pin analògic A5 d’Arduino. A continuació, Arduino va llegir el voltatge d’aquest condensador mitjançant ADC. Després de llegir el voltatge, el condensador es va descarregar ràpidament fent que el pin capPin com a sortida i el posés a baix. Tot aquest procés triga uns 200 microsegons a completar-se. Per obtenir un millor resultat, repetim mesures i en prenem una mitjana. Així és com podem mesurar la inductància aproximada de la bobina. Després d’obtenir el resultat, transferim els resultats al LED i al brunzidor per detectar la presència de metall. Consulteu el codi complet que apareix al final d’aquest article per entendre el funcionament.

El codi Arduino complet apareix al final d’aquest article. A la part de programació d’aquest projecte, hem utilitzat dos pins Arduino, un per generar ones de bloc que s’alimenten en bobina i un segon pin analògic per llegir la tensió del condensador. A part d’aquests dos pins, hem utilitzat dos pins Arduino més per connectar LED i buzzer.

A continuació, podeu consultar el codi complet i el vídeo de demostració del detector de metalls Arduino. Podeu veure que cada vegada que detecta una mica de metall, el LED i el timbre comencen a parpellejar molt ràpidament.