金屬探測(cè)器是一種安全設(shè)備，用于在機(jī)場(chǎng)、購(gòu)物中心、電影院等各個(gè)地方檢測(cè)可能有害的金屬。以前我們制作了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的金屬探測(cè)器，沒有微控制器，現(xiàn)在我們正在使用 Arduino 構(gòu)建金屬探測(cè)器。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將使用一個(gè)線圈和電容器來(lái)檢測(cè)金屬。在這里，我們使用Arduino Nano來(lái)構(gòu)建這個(gè)金屬探測(cè)器項(xiàng)目。對(duì)于所有電子愛好者來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常有趣的項(xiàng)目。無(wú)論該探測(cè)器在哪里檢測(cè)到附近的任何金屬，蜂鳴器都會(huì)開始非常迅速地發(fā)出嗶嗶聲。

所需組件：

以下是使用 Arduino 構(gòu)建簡(jiǎn)單 DIY 金屬檢測(cè)機(jī)所需的組件。所有這些組件都應(yīng)該在您當(dāng)?shù)氐奈褰鸬贻p松買到。

Arduino （任何）

線圈

10nF 電容器

蜂鳴器

1k 電阻器

330歐姆電阻器

發(fā)光二極管

1N4148二極管

面包板或印刷電路板

連接跳線

9v 電池

金屬探測(cè)器如何工作？

每當(dāng)一些電流通過(guò)線圈時(shí)，它就會(huì)在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的變化會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。現(xiàn)在根據(jù)法拉第定律，由于這個(gè)電場(chǎng)，線圈上產(chǎn)生一個(gè)電壓，它反對(duì)磁場(chǎng)的變化，這就是線圈產(chǎn)生電感的方式，意味著產(chǎn)生的電壓反對(duì)電流的增加。電感的單位是亨利，測(cè)量電感的公式是：

L = (μο * N2 * A) / l

Where,
L- Inductance in Henries
μο- Permeability, its 4π*10-7 for Air
N- Number of turns
A- Inner Core Area (πr2) in m2
l- Length of the Coil in meters

當(dāng)任何金屬靠近線圈時(shí)，線圈會(huì)改變其電感。電感的這種變化取決于金屬類型。非磁性金屬的減少和鐵等鐵磁性材料的增加。

根據(jù)線圈的磁芯，電感值會(huì)發(fā)生巨大變化。在下圖中你可以看到空芯電感器，在這些電感器中，將沒有實(shí)心磁芯。它們基本上是留在空中的線圈。電感器產(chǎn)生的磁場(chǎng)流動(dòng)介質(zhì)是空氣。這些電感器的電感值非常低。

這些電感器用于需要幾個(gè)微亨利值時(shí)使用。對(duì)于大于幾毫亨利的值，這些值不合適。在下圖中，您可以看到帶有鐵氧體磁芯的電感器。這些鐵氧體磁芯電感器具有非常大的電感值。

請(qǐng)記住，這里的線圈是空氣芯線圈，因此當(dāng)金屬片靠近線圈時(shí)，金屬片充當(dāng)空芯電感器的磁芯。通過(guò)這種金屬作為鐵芯，線圈的電感會(huì)發(fā)生變化或顯著增加。隨著線圈電感的突然增加，與不使用金屬片相比，LC電路的整體電抗或阻抗發(fā)生了相當(dāng)大的變化。

因此，在這個(gè)Arduino金屬探測(cè)器項(xiàng)目中，我們必須找到線圈的電感來(lái)檢測(cè)金屬。因此，為此，我們使用了我們已經(jīng)提到的LR電路（電阻電感電路）。在這個(gè)電路中，我們使用了大約 20 圈的線圈或直徑為 10 厘米的繞組。我們使用了一個(gè)空的膠帶卷，并將電線纏繞在其周圍以制作線圈。

電路圖：

我們使用Arduino Nano來(lái)控制整個(gè)金屬探測(cè)器項(xiàng)目。LED 和蜂鳴器用作金屬檢測(cè)指示器。線圈和電容器用于檢測(cè)金屬。信號(hào)二極管也用于降低電壓。以及一個(gè)用于限制 Arduino 引腳電流的電阻器。

工作說(shuō)明：

這個(gè)Arduino金屬探測(cè)器的工作有點(diǎn)棘手。在這里，我們將Arduino產(chǎn)生的塊波或脈沖提供給LR高通濾波器。因此，線圈在每次轉(zhuǎn)換中都會(huì)產(chǎn)生短尖峰。產(chǎn)生的尖峰的脈沖長(zhǎng)度與線圈的電感成正比。因此，借助這些尖峰脈沖，我們可以測(cè)量線圈的電感。但是在這里很難用這些尖峰精確測(cè)量電感，因?yàn)檫@些尖峰的持續(xù)時(shí)間非常短（約0.5微秒），而Arduino很難測(cè)量。

因此，我們沒有這樣做，而是使用由上升脈沖或尖峰充電的電容器。它需要很少的脈沖即可將電容器充電到Arduino模擬引腳A5可以讀取其電壓的程度。然后Arduino使用ADC讀取該電容器的電壓。讀取電壓后，電容器通過(guò)使capPin引腳作為輸出并將其設(shè)置為低電平來(lái)快速放電。整個(gè)過(guò)程大約需要 200 微秒才能完成。為了獲得更好的結(jié)果，我們重復(fù)測(cè)量并取平均值。這就是我們?nèi)绾螠y(cè)量線圈的近似電感。獲得結(jié)果后，我們將結(jié)果傳輸?shù)絃ED和蜂鳴器以檢測(cè)金屬的存在。檢查本文末尾給出的完整代碼以了解其工作原理。

本文末尾給出了完整的Arduino代碼。在本項(xiàng)目的編程部分，我們使用了兩個(gè)Arduino引腳，一個(gè)用于產(chǎn)生要饋入線圈的塊波，另一個(gè)用于讀取電容電壓的模擬引腳。除了這兩個(gè)引腳之外，我們還使用了另外兩個(gè)Arduino引腳來(lái)連接LED和蜂鳴器。

/*


Metal Detector Arduino Code


#define capPin A5

#define buz 9

#define pulsePin A4


#define led 10


long sumExpect=0; //running sum of 64 sums

long ignor=0; //number of ignored sums

long diff=0; //difference between sum and avgsum

long pTime=0;

long buzPeriod=0;


void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(pulsePin, OUTPUT);

digitalWrite(pulsePin, LOW);

pinMode(capPin, INPUT);

pinMode(buz, OUTPUT);

digitalWrite(buz, LOW);

pinMode(led, OUTPUT);

}


void loop()

{

int minval=1023;

int maxval=0;

long unsigned int sum=0;

for (int i=0; i<256; i++)

{

//reset the capacitor

pinMode(capPin,OUTPUT);

digitalWrite(capPin,LOW);

delayMicroseconds(20);

pinMode(capPin,INPUT);

applyPulses();



//read the charge of capacitor

int val = analogRead(capPin); //takes 13x8=104 microseconds

minval = min(val,minval);

maxval = max(val,maxval);

sum+=val;



long unsigned int cTime=millis();

char buzState=0;

if (cTime>10)

{

sumExpect=sumExpect+sum-avgsum;

ignor=0;

}

else

ignor++;

if (ignor>64)

{

sumExpect=sum<<6;

ignor=0;

}

if (diff==0)

buzPeriod=1000000;

else

buzPeriod=avgsum/(2*abs(diff));

}


void applyPulses()

{

for (int i=0;i<3;i++)?

{

digitalWrite(pulsePin,HIGH); //take 3.5 uS

delayMicroseconds(3);

digitalWrite(pulsePin,LOW); //take 3.5 uS

delayMicroseconds(3);

}

}