Metal Detector je sigurnosni uređaj koji se koristi za otkrivanje metala koji mogu biti štetni na raznim mjestima poput zračnih luka, trgovačkih centara, kina itd. Prije smo napravili vrlo jednostavan detektor metala bez mikrokontrolera, sada gradimo Metal Detector koristeći Arduino. U ovom ćemo projektu koristiti zavojnicu i kondenzator koji će biti odgovorni za otkrivanje metala. Ovdje smo koristili Arduino Nano za izradu ovog projekta detektora metala. Ovo je vrlo zanimljiv projekt za sve ljubitelje elektronike. Gdje god ovaj detektor otkrije bilo koji metal u njegovoj blizini, zujalo počinje vrlo brzo oglašavati.
Potrebne komponente:
Slijede komponente koje bi vam trebale za izradu jednostavnog DIY metal detektora pomoću Arduina. Sve ove komponente trebaju biti lako dostupne u vašoj lokalnoj željezariji.
- Arduino (bilo koji)
- Zavojnica
- 10nF kondenzator
- Zujalica
- Otpornik 1k
- Otpor od 330 oma
- LED
- 1N4148 dioda
- Breadboard ili PCB
- Spajanje žice kratkospojnika
- 9v baterija
Kako djeluje detektor metala?
Kad god neka zavojnica prolazi kroz zavojnicu, ona stvara magnetsko polje oko nje. A promjena magnetskog polja generira električno polje. Sada se, prema Faradayevom zakonu, zbog ovog Električnog polja razvija napon na zavojnici koji se suprotstavlja promjeni magnetskog polja i tako Coil razvija Induktivnost, što znači da se generirani napon protivi povećanju struje. Jedinica induktivnosti je Henry, a formula za mjerenje induktivnosti je:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Gdje, L- Induktivnost u Henriesu μο- Propusnost, njenih 4π * 10 -7 za zrak N- Broj zavoja A- Površina unutarnje jezgre (πr 2) u m 2 l - Duljina zavojnice u metrima
Kad se bilo koji metal približi zavojnici, zavojnica mijenja svoju induktivnost. Ova promjena u induktivnosti ovisi o vrsti metala. Smanjuje se za nemagnetski metal, a povećava za feromagnetske materijale poput željeza.
Ovisno o jezgri zavojnice, vrijednost induktivnosti drastično se mijenja. Na donjoj slici možete vidjeti prigušnice s zrakom u jezgri, u tim prigušnicama neće biti čvrste jezgre. U osnovi su to zavojnice ostavljene u zraku. Sredstvo protoka magnetskog polja koje stvara induktor nije ništa ili zrak. Ti induktori imaju induktivitete vrlo manje vrijednosti.
Ti se prigušnici koriste kada je potrebna vrijednost od malo mikrohenija. Za vrijednosti veće od nekoliko miliHenry one nisu prikladne. Na donjoj slici možete vidjeti induktor s feritnom jezgrom. Ovi induktori feritne jezgre imaju vrlo veliku vrijednost induktiviteta.
Sjetite se da je zavojnica ovdje namotana s zračnim jezgrom, pa kad se metalni komad približi zavojnici, metalni komad djeluje kao jezgra za induktor s jezgrom. Tim metalom koji djeluje kao jezgra, induktivitet zavojnice se znatno mijenja ili povećava. S ovim naglim povećanjem induktiviteta zavojnice ukupna reaktancija ili impedancija LC kruga mijenja se za znatan iznos u usporedbi bez metalnog komada.
Dakle, ovdje u ovom projektu Arduino detektora metala, moramo pronaći induktivitet zavojnice za otkrivanje metala. Stoga smo za to koristili LR krug (krug otpornik-induktor) koji smo već spomenuli. Ovdje u ovom krugu koristili smo zavojnicu koja ima oko 20 zavoja ili namot promjera 10 cm. Za izradu zavojnice koristili smo prazan kolut trake i namotali žicu oko nje.
Kružni dijagram:
Koristili smo Arduino Nano za kontrolu cijelog ovog projekta Metal Detector. Kao indikator detekcije metala koriste se LED i zujalica. Za otkrivanje metala koristi se zavojnica i kondenzator. Za smanjenje napona koristi se i signalna dioda. I otpor za ograničavanje struje na Arduino pin.
Radno objašnjenje:
Rad ovog Arduino detektora metala pomalo je nezgodan. Ovdje pružamo blok-val ili impuls, generirani od strane Arduino-a, LR visokopropusnom filtru. Zbog toga će zavojnica u svakom prijelazu generirati kratke šiljke. Duljina impulsa generiranih šiljaka proporcionalna je induktivnosti zavojnice. Tako pomoću ovih Spike impulsa možemo izmjeriti induktivitet Coil-a. Ali ovdje je teško izmjeriti induktivitet upravo s tim šiljcima, jer su ti šiljci vrlo kratkog trajanja (oko 0,5 mikrosekunde) i to je Arduino vrlo teško izmjeriti.
Umjesto toga, koristili smo kondenzator koji se puni rastućim impulsom ili šiljkom. I bilo je potrebno nekoliko impulsa da se kondenzator napuni do točke kada njegov napon može očitati Arduino analogni pin A5. Zatim je Arduino očitao napon ovog kondenzatora pomoću ADC-a. Nakon očitanja napona, kondenzator se brzo ispraznio praveći capPin pin kao izlaz i postavljajući ga na nizak. Cijeli ovaj postupak traje oko 200 mikrosekundi. Za bolji rezultat ponavljamo mjerenja i uzimali smo prosjek rezultata. Tako možemo izmjeriti približnu induktivitet zavojnice. Nakon dobivanja rezultata prenosimo rezultate na LED i zujalicu kako bismo otkrili prisutnost metala. Provjerite cjeloviti kod naveden na kraju ovog članka kako biste razumjeli rad.
Potpuni Arduino kôd naveden je na kraju ovog članka. U programskom dijelu ovog projekta koristili smo dva Arduino pina, jedan za generiranje blok-valova koji se napajaju u zavojnici i drugi analogni pin za očitavanje napona kondenzatora. Osim ove dvije igle, koristili smo još dvije Arduino igle za spajanje LED-a i zujalice.
Cjelovit kod i demonstracijski video Arduino Metal Detector možete provjeriti u nastavku. Možete vidjeti da kad god otkrije neki metal, LED i zujalica počinju vrlo brzo treptati.