Պարզ Arduino մետաղական դետեկտոր. 8 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

*** Տեղադրվել է նոր տարբերակ, որն ավելի պարզ է ՝ https://www.instructables.com/Minimal-Arduino-Metal-Detector/ ***

Մետաղների հայտնաբերումը հիանալի ժամանակ է, որը ձեզ դուրս է բերում բաց տարածք, բացահայտում նոր վայրեր և գուցե հետաքրքիր բան գտնում: Ստուգեք ձեր տեղական կանոնակարգերը, թե ինչպես վարվել վերջնական գտածոյի դեպքում, մասնավորապես ՝ վտանգավոր օբյեկտների, հնագիտական մասունքների կամ նշանակալից տնտեսական կամ զգացմունքային արժեք ներկայացնող օբյեկտների դեպքում:

DIY մետաղական դետեկտորների հրահանգները շատ են, բայց այս բաղադրատոմսը հատկապես այն առումով է, որ այն պահանջում է շատ քիչ բաղադրիչներ, բացի Arduino միկրոկոնտրոլերից. Ընդհանուր կոնդենսատորը, ռեզիստորը և դիոդը կազմում են միջուկը, ինչպես նաև 20 -ից բաղկացած որոնման կծիկի հետ միասին: էլեկտրական հաղորդիչ մալուխի ոլորուններ: LED- ները, բարձրախոսը և (կամ) ականջակալը այնուհետև ավելացվում են ՝ որոնման կծիկի մոտ մետաղի առկայությունը ազդարարելու համար: Լրացուցիչ առավելությունն այն է, որ բոլորը կարող են սնուցվել մեկ 5 Վ լարման միջոցով, որի համար սովորական 2000 մԱ / ժ USB հզորությունը բավարար է և կտևի շատ ժամեր:

Ազդանշանները մեկնաբանելու և հասկանալու համար, թե ինչ նյութերի և ձևերի է դետեկտորը զգայուն, դա իսկապես օգնում է հասկանալ ֆիզիկան: Որպես կանոն, դետեկտորը զգայուն է մինչև կծիկի շառավիղը հեռավորության կամ խորության օբյեկտների նկատմամբ: Այն առավել զգայուն է այն առարկաների նկատմամբ, որոնցում հոսանքը կարող է հոսել կծիկի հարթությունում, և պատասխանը կհամապատասխանի այդ օբյեկտի ընթացիկ հանգույցի տարածքին: Այսպիսով, կծիկի հարթության մեջ գտնվող մետաղական սկավառակը շատ ավելի ուժեղ պատասխան կտա, քան կծիկին ուղղահայաց նույն մետաղական սկավառակը: Օբյեկտի քաշը մեծ նշանակություն չունի: Կծիկի հարթության վրա կողմնորոշված ալյումինե փայլաթիթեղի բարակ կտորը շատ ավելի ուժեղ պատասխան կտա, քան ծանր մետաղի պտուտակը:

Քայլ 1: Աշխատանքի սկզբունքը

Երբ էլեկտրական հոսանքը սկսում է հոսել կծիկի միջով, այն կուտակում է մագնիսական դաշտ: Ֆարադեյի ինդուկցիայի օրենքի համաձայն ՝ մագնիսական դաշտի փոփոխությունը կհանգեցնի էլեկտրական դաշտի, որը դեմ է մագնիսական դաշտի փոփոխությանը: Այսպիսով, ոլորուն կծավալվի լարումը, որը դեմ է հոսանքի ավելացմանը: Այս էֆեկտը կոչվում է ինքնաինդուկտիվություն, իսկ ինդուկտիվության միավորը ՝ Հենրի, որտեղ 1 Հենրիի կծիկն առաջացնում է 1 Վ պոտենցիալ տարբերություն, երբ հոսանքը փոխվում է 1 Ամպեր / վ-ով: N ոլորուններով և R շառավղով կծիկի ինդուկտիվությունը մոտավորապես 5µH x N^2 x R է, R- ն ՝ մետրերով:

Կծիկի մոտ մետաղական առարկայի առկայությունը կփոխի դրա ինդուկտիվությունը: Կախված մետաղի տեսակից, ինդուկտիվությունը կարող է կամ աճել կամ նվազել: Ոչ մագնիսական մետաղները, ինչպիսիք են պղինձը և ալյումինը կծիկի մոտ, նվազեցնում են ինդուկտիվությունը, քանի որ փոփոխվող մագնիսական դաշտը օբյեկտում առաջացնում է պտտվող հոսանքներ, որոնք նվազեցնում են տեղական մագնիսական դաշտի ինտենսիվությունը: Ֆերոմագնիսական նյութերը, օրինակ ՝ երկաթը, կծիկի մոտ բարձրացնում են դրա ինդուկտիվությունը, քանի որ առաջացած մագնիսական դաշտերը համընկնում են արտաքին մագնիսական դաշտի հետ:

Կծիկի ինդուկտիվության չափումը կարող է այդպիսով բացահայտել մոտակայքում մետաղների առկայությունը: Արդուինոյի, կոնդենսատորի, դիոդի և ռեզիստորի միջոցով հնարավոր է չափել կծիկի ինդուկտիվությունը. Կծիկը դարձնելով բարձր անցումային LR ֆիլտրի մաս և այն սնուցելով բլոկային ալիքով, յուրաքանչյուրում կստեղծվեն կարճ ցատկեր: անցում: Այս ցատկերի զարկերակի երկարությունը համաչափ է կծիկի ինդուկտիվությանը: Փաստորեն, LR զտիչի բնորոշ ժամանակը tau = L/R է: 20 ոլորուն և 10 սմ տրամագծով կծիկի համար L ~ 5µH x 20^2 x 0.05 = 100µH: Arduino- ն գերհոսանքից պաշտպանելու համար նվազագույն դիմադրությունը 200 Օմ է: Այսպիսով, մենք ակնկալում ենք մոտ 0,5 միկրովայրկյան երկարությամբ իմպուլսներ: Դրանք դժվար է ուղղակիորեն չափել բարձր ճշգրտությամբ ՝ հաշվի առնելով, որ Arduino- ի ժամացույցի հաճախականությունը 16 ՄՀց է:

Փոխարենը, աճող զարկերակը կարող է օգտագործվել կոնդենսատոր լիցքավորելու համար, որն այնուհետև կարելի է կարդալ Arduino անալոգով թվային փոխարկվածի (ADC) միջոցով: 25 մԱ 0.5 մկմ զարկերակից ակնկալվող լիցքը 12.5nC է, որը 10nF կոնդենսատորի վրա կտա 1.25V: Դիոդի վրա լարման անկումը կնվազեցնի դա: Եթե զարկերակը մի քանի անգամ կրկնվում է, կոնդենսատորի լիցքը բարձրանում է մինչև V 2 Վ: Սա կարելի է կարդալ Arduino ADC- ի միջոցով ՝ օգտագործելով analogRead- ը (): Այնուհետև կոնդենսատորը կարող է արագ լիցքաթափվել ՝ ընթերցման ելույթը փոխելով ելքի և այն դնելով 0 Վ մի քանի միկրովայրկյանների ընթացքում: Ամբողջ չափումը տևում է մոտ 200 մկվրկ. Measurementշգրտությունը կարող է մեծապես բարձրացվել ՝ չափումը կրկնելով և արդյունքը միջինացնելով. Միջինը 256 չափումներ կատարելը տևում է 50 մմ և բարելավում ճշգրտությունը 16 գործոնով: 10-բիթանոց ADC- ն այս կերպ հասնում է 14-բիթանոց ADC- ի ճշգրտությանը:

Ստացված այս չափումը խիստ ոչ գծային է կծիկի ինդուկտիվության հետ և, հետևաբար, պիտանի չէ ինդուկտիվության բացարձակ արժեքը չափելու համար: Այնուամենայնիվ, մետաղների հայտնաբերման համար մեզ հետաքրքրում են միայն կծիկի ինդուկտիվության փոքր հարաբերական փոփոխությունները մոտակա մետաղների առկայության պատճառով, և դրա համար այս մեթոդը լիովին հարմար է:

Չափման ճշգրտումը կարող է կատարվել ինքնաբերաբար ծրագրակազմում: Եթե կարելի է ենթադրել, որ շատ ժամանակ կծիկի մոտ մետաղ չկա, ապա միջինից շեղումը ազդանշան է, որ մետաղը մոտեցել է կծիկին: Տարբեր գույների կամ տարբեր երանգների օգտագործումը թույլ է տալիս տարբերակել ինդուկտիվության հանկարծակի աճի կամ հանկարծակի նվազման միջև:

Քայլ 2: Պահանջվող բաղադրիչներ

Էլեկտրոնային միջուկ.

Arduino UNO R3 + նախատիպի վահան Կամ Arduino Nano 5x7 սմ նախատիպի տախտակով

10nF կոնդենսատոր

Փոքր ազդանշանային դիոդ, օրինակ. 1N4148

220 օմ դիմադրություն

Իշխանության համար.

USB հոսանքի բանկ մալուխով

Տեսողական ելքի համար.

2 տարբեր գույնի LED, օրինակ. կապույտ և կանաչ

2 220 Օմ դիմադրություն `հոսանքները սահմանափակելու համար

Ձայնի ելքի համար.

Պասիվ ազդանշան

Միկրոհամակարգիչ `ձայնը անջատելու համար

Ականջակալների ելքի համար.

Ականջակալների միակցիչ

1kOhm դիմադրություն

Ականջակալներ

Որոնման կծիկը հեշտությամբ միացնելու/անջատելու համար.

2-պտուտակավոր պտուտակային տերմինալ

Որոնման կծիկի համար.

Meters 5 մետր բարակ էլեկտրական մալուխ

Կծիկ պահելու կառուցվածքը: Պետք է լինի կոշտ, բայց պետք չէ շրջանաձև լինել:

Կառուցվածքի համար.

1 մետրանոց փայտ, օրինակ ՝ փայտ, պլաստմասե կամ սելֆի ձող:

Քայլ 3: Որոնման կծիկ

Որոնման կծիկի համար ես 9 սմ տրամագծով ստվարաթղթե գլանի շուրջը փաթաթել եմ m 4 մ լար, ինչը հանգեցրել է մոտ 18 ոլորուն: Մալուխի տեսակը անտեղի է, քանի դեռ օմային դիմադրությունը առնվազն տասն անգամ փոքր է RL ֆիլտրում R- ի արժեքից, այնպես որ համոզվեք, որ մնաք 20 Օմ -ից ցածր: Ես չափեցի 1 Օմ, այնպես որ դա անվտանգ է: Ուղղակի 10 մ երկարությամբ կիսաֆաբրիկատ մետաղալար վերցնելը նույնպես աշխատում է:

Քայլ 4: Նախատիպի տարբերակ

Հաշվի առնելով արտաքին բաղադրիչների փոքր քանակը, միանգամայն հնարավոր է միացնել սխեման նախատիպի վահանի փոքրիկ տախտակի վրա: Այնուամենայնիվ, վերջնական արդյունքը բավականին ծավալուն է և ոչ այնքան ամուր: Ավելի լավ է օգտագործել Arduino նանո և այն զոդել լրացուցիչ բաղադրիչներով 5x7 սմ չափսերով նախատիպի տախտակի վրա (տե՛ս հաջորդ քայլը)

Մետաղների փաստացի հայտնաբերման համար օգտագործվում են միայն 2 Arduino կապիչներ, մեկը `LR զտիչին զարկերակները տրամադրելու համար, մեկը` կոնդենսատորի լարումը կարդալու համար: Պուլսինգը կարող է կատարվել ցանկացած ելքային կապից, սակայն ընթերցումը պետք է կատարվի A0-A5 անալոգային կապերից մեկով: Եվս 3 կապում օգտագործվում են 2 LED- ների և ձայնի ելքի համար:

Ահա բաղադրատոմսը.

1. Սեղանի վրա միացրեք 220 Օմ դիմադրիչը, դիոդը և 10nF կոնդենսատորը շարքով ՝ դիոդի բացասական տերմինալով (սև գիծը) դեպի կոնդենսատորը:
2. Միացրեք A0- ն ռեզիստորին (վերջը միացված չէ դիոդին)
3. Միացրեք A1- ը դիոդի և կոնդենսատորի խաչմերուկին
4. Միացրեք կոնդենսատորի չմիացված տերմինալը գետնին
5. Կծիկի մի ծայրը միացրեք ռեզիստոր-դիոդի խաչմերուկին
6. Միացրեք կծիկի մյուս ծայրը գետնին
7. Մի LED- ն իր դրական տերմինալով միացրեք D12 կապին և բացասական տերմինալին 220 Օմ ռեզիստորի միջոցով `գետնին
8. Մյուս LED- ն իր դրական տերմինալով միացրեք D11- ի կապակցիչին և բացասական տերմինալին 220 Օմ ռեզիստորի միջոցով `գետնին
9. Ptionանկության դեպքում միացրեք պասիվ ազդանշանային ականջակալը կամ բարձրախոսը քորոց 10 -ի և գետնի միջև: Կոնդենսատորը կամ ռեզիստորը կարող են ավելացվել շարքում `ծավալը նվազեցնելու համար

Վերջ!

Քայլ 5: oldոդված տարբերակ

Մետաղական դետեկտորը դրսում տանելու համար անհրաժեշտ կլինի այն զոդել: Սովորական 7x5 սմ չափսերով նախատիպի տախտակը հարմար է Arduino nano- ին և բոլոր անհրաժեշտ բաղադրիչներին: Օգտագործեք նույն սխեմաները, ինչպես նախորդ քայլին: Օգտակար գտա ձայնային ազդանշանի հետ անընդմեջ անջատիչ ավելացնել ՝ անհրաժեշտության դեպքում ձայնն անջատելու համար: Պտուտակային տերմինալը թույլ է տալիս փորձարկել տարբեր ոլորաններ ՝ առանց կպցնելու: Ամեն ինչ սնուցվում է Արդուինո Նանոյի (մինի կամ միկրո USB) պորտին մատակարարվող 5 Վ լարման միջոցով:

Քայլ 6: Softwareրագրակազմ

Օգտագործված Arduino էսքիզը կցված է այստեղ: Վերբեռնեք և գործարկեք այն: Ես օգտագործել եմ Arduino 1.6.12 IDE- ն: Սկզբում խորհուրդ է տրվում այն գործարկել debug = true- ով, մեկ չափման համար զարկերակների քանակը կարգավորելու համար: Լավագույնն այն է, որ ADC- ի ցուցանիշը լինի 200 -ից 300 -ի միջև: Բարձրացրեք կամ նվազեցրեք իմպուլսների քանակը, եթե ձեր կծիկը կտրուկ տարբեր ցուցանիշներ է տալիս:

Էսքիզը մի տեսակ ինքնահաստատում է կատարում: Բավական է կծիկը հանգիստ թողնել մետաղներից հեռու, որպեսզի այն հանդարտվի: Կպահպանվեն ինդուկտիվության դանդաղ շեղումները, սակայն հանկարծակի մեծ փոփոխությունները չեն ազդի երկարաժամկետ միջինի վրա:

Քայլ 7: Տեղադրեք այն փայտի վրա

Քանի որ դուք չէիք ցանկանա ձեր գանձերի որսը սողալ հատակին, երեք տախտակը, կծիկն ու մարտկոցը պետք է տեղադրվեն փայտի ծայրին: Սելֆիի ձողիկն իդեալական է դրա համար, քանի որ այն թեթև է, ծալովի և կարգավորելի: Իմ 5000mAh հզորության բանկը պատահաբար տեղավորվեց սելֆիի փայտիկի վրա: Այնուհետև տախտակը կարող է կցվել մալուխի կապերով կամ էլաստիկներով, իսկ կծիկը նմանապես կարող է լինել մարտկոցի կամ ձողի վրա:

Քայլ 8: Ինչպես օգտագործել այն

Տեղեկանքը հաստատելու համար բավական է մետաղալարից 5 կիլոմետր հեռավորության վրա թողնել կծիկը: Այնուհետև, երբ կծիկը մոտենում է մետաղին, կանաչ կամ կապույտ LED- ն կսկսի թարթել և ազդանշաններ կարտադրվեն ազդանշանի և (կամ) ականջակալների մեջ: Կապույտ բռնկումները և ցածր ձայնային ազդանշանները ցույց են տալիս ոչ ֆերոմագնիսական մետաղների առկայությունը: Կանաչ փայլատակումներն ու բարձր ձայնային ազդանշանները վկայում են ֆերոմագնիսական մետաղների առկայության մասին: Areգուշացեք, երբ կծիկը մետաղի մոտ պահվում է ավելի քան 5 վայրկյան, այդ ընթերցումը կպահանջվի որպես հղում, և սկսեք ազդանշան տալ, երբ դետեկտորը հանվի մետաղից: Մի քանի վայրկյան օդում ազդանշան հնչեցնելուց հետո այն կրկին կհանգչի: Theարթուցիչների և ազդանշանների հաճախականությունը ցույց է տալիս ազդանշանի ուժը: Ուրախ որս: