Металлоискатель Arduino: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Arduino - это компания, проект и сообщество пользователей компьютерного оборудования и программного обеспечения с открытым исходным кодом, которая разрабатывает и производит одноплатные микроконтроллеры и комплекты микроконтроллеров для создания цифровых устройств и интерактивных объектов, которые могут обнаруживать и контролировать объекты в физическом и цифровом мире.

В этом руководстве мы создадим металлоискатель. PS: Это не предназначено для новичков.

Металлоискатель - это электронный прибор, который обнаруживает присутствие металла поблизости. Металлоискатели полезны для обнаружения металлических включений, скрытых внутри предметов, или металлических предметов, закопанных под землей.

Но металлоискатель, который мы собираемся сделать, не пригодится в реальных случаях, он просто для развлечения и обучения.

Шаг 1. Необходимые материалы

1. Ардуино Нано
2. Катушка
3. Конденсатор 10 нФ
4. Пизо зуммер
5. Резистор 1 кОм
6. Резистор 330 Ом
7. ВЕЛ
8. 1N4148 Диод
9. Макетная плата
10. Провода перемычки
11. Батарея 9В

Шаг 2: Принципиальная схема

Мы использовали Arduino Nano для управления всем этим проектом металлоискателей. Светодиод и зуммер используются в качестве индикатора обнаружения металла. Катушка и конденсатор используются для обнаружения металлов. Сигнальный диод также используется для понижения напряжения. И резистор для ограничения тока на вывод Arduino.

Когда какой-либо металл приближается к катушке, катушка меняет свою индуктивность. Это изменение индуктивности зависит от типа металла. Она уменьшается для немагнитных металлов и увеличивается для ферромагнитных материалов, таких как железо. В зависимости от сердечника катушки значение индуктивности резко меняется. На рисунке ниже вы можете видеть индукторы с воздушным сердечником, в этих индукторах не будет сплошного сердечника. По сути, это катушки, оставленные в воздухе. Средой потока магнитного поля, создаваемого индуктором, является ничто или воздух. Эти катушки индуктивности имеют очень меньшую индуктивность.

Эти индукторы используются, когда нужны значения в несколько микрогенри. Для значений, превышающих несколько миллигенри, они не подходят. На рисунке ниже вы можете увидеть катушку индуктивности с ферритовым сердечником. Эти индукторы с ферритовым сердечником имеют очень большое значение индуктивности.

Помните, что намотанная здесь катушка представляет собой катушку с воздушным сердечником, поэтому, когда металлическая деталь приближается к катушке, металлическая деталь действует как сердечник для индуктора с воздушным сердечником. Благодаря этому металлу, действующему в качестве сердечника, индуктивность катушки изменяется или значительно увеличивается. При таком внезапном увеличении индуктивности катушки общее реактивное сопротивление или импеданс LC-цепи изменяется на значительную величину по сравнению с отсутствием металлической детали.

Шаг 3: как это работает?

Работа с этим металлоискателем Arduino немного сложна. Здесь мы передаем блокирующую волну или импульс, сгенерированный Arduino, на фильтр верхних частот LR. Из-за этого катушка будет генерировать короткие всплески при каждом переходе. Длина импульса генерируемых пиков пропорциональна индуктивности катушки. Таким образом, с помощью этих импульсов Spike мы можем измерить индуктивность катушки. Но здесь сложно точно измерить индуктивность с помощью этих всплесков, потому что они имеют очень короткую продолжительность (примерно 0,5 микросекунды) и их очень трудно измерить с помощью Arduino.

Поэтому вместо этого мы использовали конденсатор, который заряжается нарастающим импульсом или всплеском. И потребовалось несколько импульсов, чтобы зарядить конденсатор до точки, где его напряжение может быть считано аналоговым выводом A5 Arduino. Затем Arduino считывает напряжение этого конденсатора с помощью АЦП. После считывания напряжения конденсатор быстро разрядился, сделав вывод capPin выходным и установив его на низкий уровень. Весь этот процесс занимает около 200 микросекунд. Для лучшего результата мы повторяем измерения и усредняли результаты. Вот как мы можем приблизительно измерить индуктивность катушки. После получения результата мы передаем результаты на светодиод и зуммер для определения наличия металла. Ознакомьтесь с полным кодом, приведенным в конце этой статьи, чтобы понять, как работает.

Полный код Arduino приведен в конце этой статьи. В программной части этого проекта мы использовали два вывода Arduino: один для генерации блочных волн, подаваемых в катушку, а второй аналоговый вывод для считывания напряжения конденсатора. Помимо этих двух контактов, мы использовали еще два контакта Arduino для подключения светодиода и зуммера. Вы можете проверить полный код и демонстрационное видео металлоискателя Arduino ниже. Вы можете видеть, что всякий раз, когда он обнаруживает какой-либо металл, светодиод и зуммер начинают очень быстро мигать.

Шаг 4: время кодирования

Первоначально опубликовано в Circuit Digest Автором Saddam