A fémdetektor egy olyan biztonsági eszköz, amelyet ártalmas fémek detektálására használnak különböző helyeken, például repülőtereken, bevásárlóközpontokban, mozikban stb. Korábban egy nagyon egyszerű fémdetektort készítettünk mikrovezérlő nélkül, most a fémdetektort építjük az Arduino használatával. Ebben a projektben tekercset és kondenzátort fogunk használni, amelyek felelősek a fémek kimutatásáért. Itt egy Arduino Nano- t használtunk a fémdetektor projekt megépítéséhez. Ez egy nagyon érdekes projekt az elektronika szerelmeseinek. Ahol a detektor bármilyen fémet észlel a közelében, a hangjelző nagyon gyorsan csipogni kezd.
Szükséges alkatrészek:
Az alábbiakban bemutatjuk azokat az alkatrészeket, amelyekre szükséged lenne egy egyszerű barkácsoló fémdetektor felépítéséhez Arduino segítségével. Ezeknek az alkatrészeknek könnyen elérhetőnek kell lenniük a helyi hardverüzletben.
- Arduino (bármilyen)
- Tekercs
- 10nF kondenzátor
- Berregő
- Az 1k ellenállás
- 330 ohmos ellenállás
- VEZETTE
- 1N4148 dióda
- Kenyérlemez vagy NYÁK
- Átkötő vezeték csatlakoztatása
- 9v-os akkumulátor
Hogyan működik a fémdetektor?
Amikor valamilyen áram áthalad a tekercsen, mágneses teret generál körülötte. És a mágneses tér változása elektromos teret generál. Faraday törvénye szerint ennek az elektromos mezőnek köszönhetően a tekercsen feszültség alakul ki, amely ellenzi a mágneses tér változását, és így a tekercs fejleszti az induktivitást, ami azt jelenti, hogy a generált feszültség ellenzi az áram növekedését. Az induktivitás mértékegysége Henry, és az induktivitás mérésére szolgáló képlet:
L = (μ ο * N 2 * A) / l ahol, L- induktivitás Henries-ben μo- permeabilitás, annak 4π * 10 -7 levegőnél N- fordulatok száma A- belső magterület (πr 2) m 2 l-ben - A tekercs hossza méterben
Ha bármilyen fém kerül a tekercs közelébe, akkor a tekercs megváltoztatja az induktivitását. Ez az induktivitásváltozás a fém típusától függ. Nem mágneses fém esetén csökken, és ferromágneses anyagoknál, például vasnál, nő.
A tekercs magjától függően az induktivitás értéke drasztikusan változik. Az alábbi ábrán láthatók a légmaggal ellátott induktivitások, ezekben az induktorokban nem lesz szilárd mag. Alapvetően a levegőben maradt tekercsek. Az induktor által létrehozott mágneses tér áramlási közege nem semmi vagy levegő. Ezeknek az induktoroknak nagyon alacsony az induktivitása.
Ezeket az induktorokat akkor alkalmazzák, amikor kevés mikroHenry értékre van szükség. Néhány milliHenrynél nagyobb értékeknél ezek nem megfelelőek. Az alábbi ábrán egy ferritmaggal ellátott induktivitás látható. Ezeknek a ferritmag induktivitásnak nagyon nagy az induktivitása.
Ne feledje, hogy itt a tekercs levegős maggal van tekercselve, tehát amikor egy fémdarabot visznek a tekercs közelébe, a fémdarab a levegőmagos induktivitás magjaként működik. Mivel ez a fém magként működik, a tekercs induktivitása jelentősen megváltozik vagy megnő. A tekercs induktivitásának ezzel a hirtelen növekedésével az LC áramkör teljes reaktanciája vagy impedanciája jelentős mértékben megváltozik, összehasonlítva a fémdarabbal.
Tehát itt, ebben az Arduino fémdetektor projektben meg kell találnunk a tekercs induktivitását a fémek detektálására. Tehát ehhez már említett LR áramkört (ellenállás-induktor áramkört) használtunk. Ebben az áramkörben egy olyan tekercset használtunk, amelynek körülbelül 20 fordulata van, vagy 10 cm átmérőjű tekercsel. Egy üres szalagtekercset használtunk, és a tekercs elkészítéséhez tekerjük fel a huzalt.
Kördiagramm:
Arduino nanót használtunk ennek a fémdetektor projektnek az irányításához. A LED-t és a hangjelzőt használják fémérzékelő jelzőként. Tekercset és kondenzátort használnak a fémek kimutatására. A feszültség csökkentésére jeldiódát is használnak. És egy ellenállás az áram korlátozására az Arduino csapra.
Munka magyarázat:
Ennek az Arduino fémdetektornak a működése kissé bonyolult. Itt biztosítjuk az Arduino által generált blokkhullámot vagy impulzust az LR high pass szűrőhöz. Emiatt a tekercs minden átmenet során rövid tüskéket generál. A generált tüskék impulzus hossza arányos a tekercs induktivitásával. Tehát ezen Spike-impulzusok segítségével megmérhetjük a Coil induktivitását. De itt nehéz pontosan mérni az induktivitást ezekkel a tüskékkel, mert ezek a tüskék nagyon rövid ideig tartanak (kb. 0,5 mikroszekundum), és ezt Arduino nagyon nehéz megmérni.
Tehát ehelyett kondenzátort használtunk, amelyet az emelkedő impulzus vagy tüske tölt fel. Ehhez kevés impulzusra volt szükség ahhoz, hogy a kondenzátort addig töltse fel, hogy a feszültségét leolvashassa az Arduino A5 analóg tű. Ezután Arduino leolvasta ennek a kondenzátornak a feszültségét az ADC segítségével. A feszültség leolvasása után a kondenzátor gyorsan lemerült azzal, hogy kimeneteként a capPin csapot tette és alacsonyra állította. Ennek az egész folyamatnak a befejezése körülbelül 200 mikroszekundumot vesz igénybe. A jobb eredmény érdekében megismételjük a méréseket és az eredmények átlagát vettük. Így tudjuk mérni a tekercs hozzávetőleges induktivitását. Az eredmény megszerzése után az eredményeket átvisszük a LED-re és a hangjelzőre a fém jelenlétének észlelésére. Ellenőrizze a cikk végén megadott teljes kódot, hogy megértse a működést.
A teljes Arduino kód a cikk végén található. A projekt programozási részében két Arduino csapot használtunk, az egyiket a tekercsben táplálandó blokkhullámok előállítására, a második analóg csapot pedig a kondenzátor feszültségének leolvasására. Ezen a két csapon kívül további két Arduino csapot használtunk a LED és a hangjelző csatlakoztatásához.
Az alábbiakban ellenőrizheti az Arduino fémdetektor teljes kódját és bemutató videóját. Láthatja, hogy amikor valamilyen fémet észlel, a LED és a Hangjelző nagyon gyorsan villogni kezd.