Металлоискатель на Arduino c дискриминацией металлов

В данной статье мы рассмотрим создание металлоискателя (металлодетектора) на основе платы Arduino с возможностью дискриминации металлов. Данный металлоискатель будет способен обнаруживать мелкие металлические предметы (например, монеты) на глубине до 15 см, а крупные предметы из металла он сможет обнаруживать на глубине до 50 см (и даже более). Также он будет способен отличать железосодержащие металлы (ferrous) от цветных металлов (nonferrous). Металлоискатель отличается достаточно простой конструкцией и в то же время он обеспечивает приемлемую чувствительность.

Внешний вид проекта металлоискателя на Arduino c дискриминацией металловРанее на нашем сайте рассматривался проект простого металлоискателя на Arduino, рекомендуем его прочитать чтобы понять принцип работы металлоискателя (металлодетектора).

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
  2. ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
  3. Операционный усилитель TL081 или 741, также подойдет LT1677 (использован автором проекта) (купить на AliExpress).
  4. Громкоговоритель (Speaker) 0,25 Вт, 8 Ом.
  5. Транзистор общего назначения NPN типа.
  6. Катушка индуктивности – 2 шт.
  7. Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
  8. Конденсаторы и резисторы (согласно схеме, представленной далее).
  9. Переключатели.
  10. Батарейка.

Схема проекта

Схема металлоискателя на Arduino c дискриминацией металлов представлена на следующем рисунке.

Схема металлоискателя на Arduino c дискриминацией металлов

При обнаружении металла устройство будет издавать звуковой сигнал, а на ЖК дисплее с помощью столбчатой диаграммы (bar graph) будет отображать степень близости металла, а также указываться тип металла – железо (ferrous) или цветной (nonferrous).

Устройство представляет собой индукционно-балансный металлодетектор, работающий на очень низкой частоте (very low frequency, VLF). Металлоискатель содержит передающую и приемную катушки индуктивности. Как и во всех схемах подобных детекторов, для нашего прибора очень важен баланс между катушками. Потенциометр в схеме детектора используется для устранения влияния противофазного компонента (out-of-phase component) сигнала – приводит сдвиг по фазе к нулю, а синфазный компонент (in-phase component) обнуляется с помощью соответствующего расположения катушек – по принципу работы IB-детекторов.

Каждая катушка индуктивности изготовляется при помощи намотки 64 витков провода сечением 0,5 мм2 из эмалированной меди на D форму (D shape) диаметром 11 см. После этого конструкция катушки обматывается лентой и экранируется алюминиевой фольгой, после чего к ней к ней прикрепляется луженая медная проволока – необходимо оставить небольшой пропуск в фольге чтобы ее прикрепить. После чего обе катушки закрепляются на пластиковое основание. Внешний вид собранных катушек индуктивности для металлоискателя показан на следующем рисунке.

Внешний вид собранных катушек индуктивности для металлоискателяБолее подробно процесс их сборки вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи. Внешний вид собранной конструкции металлоискателя показан на следующем рисунке.

Внешний вид собранной конструкции металлоискателяДля настройки работы проекта нам первым делом необходимо определить резонансную частоту колебательного контура в нашей схеме. Для этого можно использовать известную из курса физики формулу, online калькуляторы, либо же ее можно измерить с помощью осциллографа. Если собрали катушки описанным способом, то резонансная частота нашего контура должна составлять примерно 7.64 кГц. Если вы получили другое значение резонансной частоты, то вам необходимо внести соответствующие изменения в следующую строчку программы:

Как вы можете посмотреть на далее представленном видео, результаты работы металлоискателя получились весьма впечатляющими. В отсутствии металла прибор показывает устойчивую работу. Металлический круг диаметром 15 см обнаруживается на расстоянии более 30 см. Металлические предметы большего размера обнаруживаются на расстояниях, превышающих 40-50 см. Маленькую монету можно обнаружить на расстоянии 15 см (в воздухе).

Для питания металлоискателя автор проекта использовал два литиевых аккумулятора, которые при последовательном соединении обеспечивают питающее напряжение 7.4 В – это напряжение подается на контакт Vin платы Arduino. Энергопотребление устройства не превышает 20mA, поэтому от таких аккумуляторов оно будет работать достаточно долго.

Для значительного увеличения чувствительности металлоискателя автор проекта предлагает осуществлять управление передающей катушкой с помощью мощного MOSFET транзистора – в дальнейшем он на странице проекта планирует опубликовать результаты подобного эксперимента.

Исходный код программы (скетча)

Библиотеку LcdBarGraph, используемую в данном скетче, можно скачать по этой ссылке. В коде программы активно используются таймеры, если вы не очень сильны в этих вопросах, то рекомендуем прочитать руководство по таймерам Arduino для начинающих.

Видео, демонстрирующее работу схемы

Источник статьи

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
94 просмотров

Комментарии

Металлоискатель на Arduino c дискриминацией металлов — 6 комментариев

  1. Как только придёт ардуино и дисплей начну собирать, у нас приходит где-то за месяц. Ардуино обещал друг из КИПа настроить, он умеет. Как будут результаты отпишусь, фотографировать буду в течении сборки.

  2. То есть вы сами не собирали эту схему? На фото транзистор не видно, катушки при диаметре 11см. как-то великовато выглядят

    • Нет, не собирал. Я ведь эту статью только недавно на сайт добавил. Возможно, позже с моими студентами мы попробуем ее собрать. На сайт добавляется достаточно много статей и мы со студентами, конечно, не успеваем их просто физически все собирать, только часть из них. Но все статьи я перевожу с хороших англоязычных источников, с имеющимися положительными отзывами об этих проектах.
      Да, на фото транзистора не видно, но, может быть, фото не совсем удачное. А у катушек может быть не диаметр, а радиус равен 11 см, я на исходнике не совсем понял какой размер имел ввиду автор проекта. К сожалению, иногда бывают некоторые трудности перевода с английского когда саму статью на английском писал человек, для которого английский не является родным языком. В этом случае он может употреблять не общепринятые слова для обозначения каких либо объектов

      • Ардуино и дисплей ещё не пришёл, всё остальное есть. Попробую собрать, я думаю все таки радиус 11см. у катушек. Буду пробовать и те (уже намотал) и 22см.

        • Буду признателен если отпишитесь потом здесь об успехах сборки этого проекта. Могу в статье даже ваши фото и видео собранного проекта опубликовать (с указанием вашего авторства), если хотите

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *