Metal Detector je varnostna naprava, ki se uporablja za odkrivanje škodljivih kovin na različnih mestih, kot so letališča, nakupovalna središča, kinodvorane itd. Prej smo izdelali zelo preprost detektor kovin brez mikrokrmilnika, zdaj pa gradimo detektor kovin z uporabo Arduina. V tem projektu bomo uporabili tuljavo in kondenzator, ki bosta odgovorna za odkrivanje kovin. Tu smo za izdelavo tega projekta detektorja kovin uporabili Arduino Nano. To je zelo zanimiv projekt za vse ljubitelje elektronike. Kadar ta detektor zazna kovino v njegovi bližini, začne zvočni signal zelo hitro piskati.
Zahtevane komponente:
Sledijo komponente, ki jih potrebujete za izdelavo preprostega detektorja kovin DIY z uporabo Arduina. Vse te komponente bi morale biti na voljo v vaši lokalni trgovini s strojno opremo.
- Arduino (kateri koli)
- Tuljava
- 10nF kondenzator
- Zvočni signal
- Upor 1k
- 330-ohmski upor
- LED
- Dioda 1N4148
- Breadboard ali PCB
- Priključitev žice za mostičke
- 9v baterija
Kako deluje detektor kovin?
Kadar koli skozi tok tuljave preide nekaj toka, okoli njega nastane magnetno polje. In sprememba magnetnega polja ustvarja električno polje. Zdaj se po Faradayevem zakonu zaradi tega električnega polja na tuljavi razvije napetost, ki nasprotuje spremembi magnetnega polja in tako tuljava razvije induktivnost, kar pomeni, da ustvarjena napetost nasprotuje povečanju toka. Enota induktivnosti je Henry, formula za merjenje induktivnosti pa:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Kje, L- Induktivnost v Henriesu μο- Prepustnost, njena 4π * 10 -7 za zrak N- Število obratov A- Površina notranjega jedra (πr 2) v m 2 l - Dolžina tuljave v metrih
Ko se katera koli kovina približa tuljavi, tuljava spremeni svojo induktivnost. Ta sprememba induktivnosti je odvisna od vrste kovine. Zmanjša se za nemagnetne kovine in poveča za feromagnetne materiale, kot je železo.
Odvisno od jedra tuljave se vrednost induktivnosti močno spremeni. Na spodnji sliki lahko vidite induktorje z zračnim polnjenjem, v teh induktorjih ne bo trdnega jedra. V bistvu so tuljave, ki ostanejo v zraku. Pretok magnetnega polja, ki ga tvori induktor, ni nič ali zrak. Ti induktorji imajo induktivnosti zelo manjše vrednosti.
Ti induktorji se uporabljajo, kadar so potrebne vrednosti nekaj mikroHenry. Za vrednosti, večje od nekaj miliHenry, te niso primerne. Na spodnji sliki lahko vidite induktor s feritnim jedrom. Ti induktorji feritnega jedra imajo zelo veliko vrednost induktivnosti.
Ne pozabite, da je navitje tuljave tukaj zračno, tako da ko kovinski kos približate tuljavi, kovinski kos deluje kot jedro za induktor z zračnim navojem. S to kovino, ki deluje kot jedro, se induktivnost tuljave znatno spremeni ali poveča. S tem nenadnim povečanjem induktivnosti tuljave se celotna reaktanca ali impedanca LC vezja spremeni v precejšnji meri v primerjavi brez kovinskega kosa.
Torej, v tem projektu Arduino Metal Detector moramo najti induktivnost tuljave za zaznavanje kovin. Za to smo uporabili LR vezje (vezje upor-induktor), ki smo ga že omenili. Tu v tem vezju smo uporabili tuljavo s približno 20 zavoji ali navitjem s premerom 10 cm. Za izdelavo tuljave smo uporabili prazen zvitek traku in namotali žico.
Shema vezja:
Za nadzor celotnega projekta Metal Detector smo uporabili Arduino Nano. LED in zvočni signal se uporabljata kot indikator za zaznavanje kovin. Za odkrivanje kovin se uporablja tuljava in kondenzator. Za zmanjšanje napetosti se uporablja tudi signalna dioda. In upor za omejevanje toka na zatič Arduino.
Delovna razlaga:
Delovanje tega detektorja kovin Arduino je nekoliko zapleteno. Tu zagotavljamo blokovni val ali impulz, ki ga ustvarja Arduino, visokofrekvenčnemu filtru LR. Zaradi tega bo tuljava pri vsakem prehodu ustvarila kratke konice. Dolžina impulza ustvarjenih konic je sorazmerna z induktivnostjo tuljave. Tako lahko s pomočjo teh Spike impulzov izmerimo induktivnost Coil. Tu pa je težko natančno izmeriti induktivnost s temi konicami, ker so ti konci zelo kratki (približno 0,5 mikrosekunde) in jih je Arduino zelo težko izmeriti.
Namesto tega smo uporabili kondenzator, ki ga polni naraščajoči impulz ali konica. In potrebovalo je nekaj impulzov, da je kondenzator napolnil do točke, ko je njegovo napetost mogoče odčitati z analognim zatičem Arduino A5. Nato je Arduino z ADC prebral napetost tega kondenzatorja. Po odčitavanju napetosti se je kondenzator hitro izpraznil tako, da je kot izhod naredil zatič CapPin in ga postavil na nizko. Celoten postopek traja približno 200 mikrosekund. Za boljši rezultat ponovimo meritve in vzamemo povprečje rezultatov. Tako lahko izmerimo približno induktivnost tuljave. Ko dobimo rezultat, rezultate prenesemo na LED in zvočni signal, da zaznamo prisotnost kovine. Preverite celotno kodo, navedeno na koncu tega članka, da boste razumeli delovanje.
Popolna koda Arduino je navedena na koncu tega članka. V programskem delu tega projekta smo uporabili dva zatiča Arduino, enega za generiranje blokovnih valov, ki se napajajo v tuljavi, in drugega analognega zatiča za odčitavanje napetosti kondenzatorja. Razen teh dveh zatičev smo za priključitev LED in brenčača uporabili še dva zatiča Arduino.
Spodaj si lahko ogledate celotno kodo in demonstracijski video detektorja kovin Arduino. Vidite lahko, da LED in zvočni signal, ko zazna nekaj kovine, začneta zelo hitro utripati.