Metallinilmaisin on turvalaite, jota käytetään haitallisten metallien havaitsemiseen eri paikoissa, kuten lentokentillä, ostoskeskuksissa, elokuvateattereissa jne. Aikaisemmin olemme tehneet hyvin yksinkertaisen metallinilmaisimen ilman mikro-ohjainta, nyt rakennamme metallinilmaisinta käyttämällä Arduinoa. Tässä projektissa aiomme käyttää kelaa ja kondensaattoria, jotka vastaavat metallien havaitsemisesta. Tässä olemme käyttäneet Arduino Nanoa tämän metallinilmaisuprojektin rakentamiseen. Tämä on erittäin mielenkiintoinen projekti kaikille elektroniikan ystäville. Aina, kun ilmaisin havaitsee metallia lähellä sitä, summeri alkaa piipata hyvin nopeasti.
Vaaditut komponentit:
Seuraavat ovat komponentit, jotka sinun tarvitsee rakentaa yksinkertainen DIY-metallinilmaisin Arduinolla. Kaikkien näiden komponenttien pitäisi olla helposti saatavilla paikallisessa rautakaupassa.
- Arduino (kaikki)
- Kela
- 10nF kondensaattori
- Summeri
- 1k vastus
- 330 ohmin vastus
- LED
- 1N4148-diodi
- Leipälauta tai piirilevy
- Hyppyjohdon liittäminen
- 9v akku
Kuinka metallinilmaisin toimii?
Aina kun jokin virta kulkee kelan läpi, se tuottaa magneettikentän sen ympärille. Ja magneettikentän muutos tuottaa sähkökentän. Faradayn lain mukaan tämän sähkökentän takia kelan yli kehittyy jännite, joka vastustaa magneettikentän muutosta ja miten kela kehittää induktanssin, tarkoittaa, että muodostettu jännite vastustaa virran kasvua. Induktanssin yksikkö on Henry ja kaava induktanssin mittaamiseksi on:
L = (μ ο * N 2 * A) / l missä, L- induktanssi Henriesissä μο- läpäisevyys, sen 4π * 10-7 ilmalle N - kierrosten lukumäärä A - sisempi ydinalue (πr 2) m 2 l - kelan pituus metreinä
Kun mikä tahansa metalli tulee lähelle kelaa, kela muuttaa induktanssiaan. Tämä induktanssin muutos riippuu metallityypistä. Se vähenee ei-magneettiselle metallille ja kasvaa ferromagneettisille materiaaleille, kuten raudalle.
Kelan ytimestä riippuen induktanssiarvo muuttuu dramaattisesti. Alla olevasta kuvasta näet ilmanytimiset induktorit, näissä induktoreissa ei ole kiinteää ydintä. Ne ovat pohjimmiltaan ilmaan jääneitä keloja. Induktorin tuottama magneettikentän virtauksen väliaine ei ole mitään tai ilmaa. Näillä induktoreilla on hyvin vähän arvoja.
Näitä induktoreita käytetään, kun tarvitaan muutaman mikroHenryn arvoja. Muutamaa milliHenryä suuremmille arvoille nämä eivät ole sopivia. Alla olevassa kuvassa näkyy induktori ferriittisydämellä. Näillä ferriittisydämen induktoreilla on erittäin suuri induktanssiarvo.
Muista, että tässä kela on haavoitettu ilmanytimellä, joten kun metallikappale tuodaan kelan lähelle, metallikappale toimii ytimenä ilmakierteiselle induktorille. Tällä metallilla, joka toimii ytimenä, kelan induktanssi muuttuu tai kasvaa huomattavasti. Tämän äkillisen kelan induktanssin kasvun myötä LC-piirin kokonaisreaktanssi tai impedanssi muuttuu huomattavalla määrällä verrattuna ilman metallikappaletta.
Joten tässä tässä Arduino-metallinilmaisuprojektissa meidän on löydettävä kelan induktanssi metallien havaitsemiseksi. Joten tähän olemme tehneet jo mainitsemamme LR-piirin (vastus-induktoripiiri). Tässä piirissä olemme käyttäneet kelaa, jolla on noin 20 kierrosta tai käämitys halkaisijaltaan 10 cm. Olemme käyttäneet tyhjää nauharullaa ja kelanneet langan sen ympärille kelan valmistamiseksi.
Piirikaavio:
Olemme käyttäneet Arduino Nanoa tämän metallinpaljastinprojektin hallintaan. LEDiä ja summeria käytetään metallinilmaisimena. Kelaa ja kondensaattoria käytetään metallien havaitsemiseen. Signaalidiodia käytetään myös jännitteen alentamiseen. Ja vastus virran rajoittamiseksi Arduino-nastalle.
Työselitys:
Tämän Arduino-metallinilmaisimen käyttö on vähän hankalaa. Tässä tarjoamme Arduinon tuottaman lohkoaallon tai pulssin LR-ylipäästösuodattimelle. Tämän vuoksi kela tuottaa lyhyitä piikkejä jokaisessa siirtymässä. Muodostuneiden piikkien pulssin pituus on verrannollinen kelan induktanssiin. Joten näiden piikkipulssien avulla voimme mitata kelan induktanssin. Mutta tässä on vaikea mitata induktanssia juuri näillä piikkeillä, koska nämä piikit ovat hyvin lyhytaikaisia (noin 0,5 mikrosekuntia), ja Arduino on hyvin vaikea mitata sitä.
Joten tämän sijaan käytimme kondensaattoria, jota varaa nouseva pulssi tai piikki. Ja se vaati muutaman pulssin lataamaan kondensaattorin pisteeseen, jossa Arduinon analoginen nasta A5 voi lukea sen jännitteen. Sitten Arduino luki tämän kondensaattorin jännitteen ADC: n avulla. Jännitteen lukemisen jälkeen kondensaattori purkautui nopeasti tekemällä capPin- tappi lähtöön ja asettamalla sen matalalle. Koko tämä prosessi kestää noin 200 mikrosekuntia. Paremman tuloksen saamiseksi toistamme mittaukset ja otimme tulosten keskiarvon. Siten voimme mitata kelan likimääräisen induktanssin. Tuloksen saamisen jälkeen siirrämme tulokset lediin ja summeriin metallin läsnäolon havaitsemiseksi. Tarkista tämän artikkelin lopussa annettu täydellinen koodi, jotta ymmärrät sen toiminnan.
Täydellinen Arduino-koodi on tämän artikkelin lopussa. Tämän projektin ohjelmointiosassa olemme käyttäneet kahta Arduino-nastaa, toista kelaan syötettävien lohkoaaltojen tuottamiseen ja toista analogista nastaa kondensaattorin jännitteen lukemiseen. Näiden kahden nastan lisäksi olemme käyttäneet vielä kahta Arduino-nastaa LEDin ja summerin liittämiseen.
Voit tarkistaa Arduino-metallinilmaisimen täydellisen koodin ja esittelyvideon alla. Voit nähdä, että aina kun se havaitsee jonkin metallin, LED ja summeri alkavat vilkkua nopeasti.