Metaaldetector is een beveiligingsapparaat dat wordt gebruikt voor het detecteren van metalen die schadelijk kunnen zijn, op verschillende plaatsen zoals luchthavens, winkelcentra, bioscopen, etc. Eerder hebben we een heel eenvoudige metaaldetector gemaakt zonder een microcontroller, nu bouwen we de metaaldetector met behulp van Arduino. In dit project gaan we een spoel en condensator gebruiken die verantwoordelijk zijn voor de detectie van metalen. Hier hebben we een Arduino Nano gebruikt om dit metaaldetectorproject te bouwen. Dit is een zeer interessant project voor alle elektronicaliefhebbers. Overal waar deze detector metaal in de buurt detecteert, begint de zoemer zeer snel te piepen.
Vereiste componenten:
Hieronder volgen de componenten die u nodig zou hebben om een eenvoudige doe-het-zelf-metaaldetector te bouwen met Arduino. Al deze componenten zouden gemakkelijk verkrijgbaar moeten zijn in uw plaatselijke ijzerhandel.
- Arduino (elke)
- Spoel
- 10nF condensator
- Zoemer
- De 1k-weerstand
- 330 ohm weerstand
- LED
- 1N4148 diode
- Breadboard of printplaat
- Verbindingsdraad aansluiten
- 9v batterij
Hoe werkt een metaaldetector?
Elke keer dat er stroom door de spoel gaat, genereert deze een magnetisch veld eromheen. En de verandering in het magnetische veld genereert een elektrisch veld. Volgens de wet van Faraday ontwikkelt zich vanwege dit elektrische veld een spanning over de spoel die de verandering in het magnetische veld tegenwerkt en zo ontwikkelt de spoel de inductantie, wat betekent dat de gegenereerde spanning de toename van de stroom tegenwerkt. De eenheid van inductantie is Henry en de formule om de inductantie te meten is:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Waar, L- Inductantie in Henries μο- Doorlaatbaarheid, zijn 4π * 10-7 voor lucht N- Aantal windingen A- Binnenste kernoppervlak (πr 2) in m 2 l - Lengte van de spoel in meters
Wanneer een metaal in de buurt van de spoel komt, verandert de spoel zijn inductantie. Deze verandering in inductie is afhankelijk van het metaaltype. Het neemt af voor niet-magnetisch metaal en neemt toe voor ferromagnetische materialen zoals ijzer.
Afhankelijk van de kern van de spoel verandert de inductantiewaarde drastisch. In de onderstaande afbeelding kun je de inductors met luchtkern zien, in deze inductoren zal er geen vaste kern zijn. Het zijn in feite spoelen die in de lucht zijn achtergelaten. Het medium van de stroom van het magnetische veld dat door de inductor wordt gegenereerd, is niets of lucht. Deze smoorspoelen hebben inductanties van zeer lage waarde.
Deze smoorspoelen worden gebruikt als er weinig microHenry nodig is. Voor waarden groter dan enkele milliHenry zijn deze niet geschikt. In onderstaande afbeelding ziet u een inductor met ferrietkern. Deze ferrietkerninductor heeft een zeer grote inductantiewaarde.
Onthoud dat de hier gewikkelde spoel een luchtgevulde spoel is, dus wanneer een metalen onderdeel in de buurt van de spoel wordt gebracht, fungeert het metalen onderdeel als een kern voor de inductor met luchtkern. Doordat dit metaal als kern fungeert, verandert of neemt de inductantie van de spoel aanzienlijk toe. Met deze plotselinge toename van de inductantie van de spoel verandert de algehele reactantie of impedantie van het LC-circuit aanzienlijk in vergelijking met het metalen stuk.
Dus hier in dit Arduino metaaldetectorproject moeten we de inductantie van de spoel vinden om metalen te detecteren. Dus om dit te doen hebben we het LR-circuit (Resistor-Inductor Circuit) gebruikt dat we al noemden. Hier in dit circuit hebben we een spoel gebruikt met ongeveer 20 windingen of een wikkeling met een diameter van 10 cm. We hebben een lege tape-rol gebruikt en de draad eromheen gewikkeld om de spoel te maken.
Schakelschema:
We hebben een Arduino Nano gebruikt voor het besturen van dit metaaldetectorproject. Een LED en zoemer worden gebruikt als metaaldetectie-indicator. Een spoel en condensator wordt gebruikt voor het detecteren van metalen. Een signaaldiode wordt ook gebruikt om de spanning te verlagen. En een weerstand om de stroom naar de Arduino-pin te beperken.
Werkende uitleg:
Het werken met deze Arduino metaaldetector is een beetje lastig. Hier leveren we de blokgolf of puls, gegenereerd door Arduino, aan het LR hoogdoorlaatfilter. Hierdoor worden bij elke overgang korte pieken gegenereerd door de spoel. De pulslengte van de gegenereerde pieken is evenredig met de zelfinductie van de spoel. Dus met behulp van deze Spike-pulsen kunnen we de inductantie van Coil meten. Maar hier is het moeilijk om met die pieken de inductie precies te meten omdat die pieken van zeer korte duur zijn (ongeveer 0,5 microseconde) en dat is heel moeilijk te meten met Arduino.
Dus in plaats hiervan hebben we een condensator gebruikt die wordt opgeladen door de stijgende puls of piek. En er waren weinig pulsen nodig om de condensator op te laden tot het punt waarop zijn spanning kan worden gelezen door de analoge pin A5 van Arduino. Vervolgens leest Arduino de spanning van deze condensator uit met behulp van ADC. Na het aflezen van de spanning ontlaadde de condensator snel door de capPin- pin als uitgang te maken en deze op laag te zetten. Dit hele proces duurt ongeveer 200 microseconden om te voltooien. Voor een beter resultaat herhalen we metingen en namen we een gemiddelde van de resultaten. Dat is hoe we de geschatte inductantie van Coil kunnen meten. Nadat we het resultaat hebben ontvangen, sturen we de resultaten naar de LED en de zoemer om de aanwezigheid van metaal te detecteren. Controleer de volledige code aan het einde van dit artikel om de werking te begrijpen.
De volledige Arduino-code wordt aan het einde van dit artikel gegeven. In het programmeergedeelte van dit project hebben we twee Arduino-pinnen gebruikt, een voor het genereren van blokgolven die in de spoel worden ingevoerd en een tweede analoge pin om de condensatorspanning te lezen. Afgezien van deze twee pinnen, hebben we nog twee Arduino-pinnen gebruikt voor het aansluiten van LED en zoemer.
Je kunt de volledige code en demonstratievideo van Arduino metaaldetector hieronder bekijken. Je kunt zien dat wanneer het metaal detecteert, de LED en de zoemer erg snel beginnen te knipperen.