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...
1 017 просмотров

Комментарии

Металлоискатель на Arduino c дискриминацией металлов — 67 комментариев

  1. Здравствуйте admin-new, в комментах было бы очень много строк нашего общения с Александром.
    В итоге у нас все получилось, фото и видео работы предоставим )), но после когда реально все доделаем...
    Лично мои испытания сегодня, я мотал 0,75 провод, 110мм катушка, 63 витка, кондеры 470nf, были протестированы несколько операционников, зашел у обоих только этот TL071, на параметре #define TIMER1_TOP (255) золотое кольцо 7,5 грамм 12 сантиметров ловит, пассатижи 25 см, маленькая катушка с оловом 19см, метал определяет правильно.
    После в программе были отключены 2 параметра связанные с USB и подбирался параметр #define TIMER1_TOP (249).
    Максимальный итог моих катушек:
    золотое кольцо 7,5 грамм 13.5 сантиметров ловит, пассатижи 27см, маленькая катушка с оловом 22.5см, банка из под выпитого пива )) 47см.

    • Не правильно я написал ), предоставим не фото и видео работы, а полную инструкцию по сборке....

      • Конечно еще к вам лично просьба admin-new, добавьте на сайт мини чат (самый простой), и разрешите исправлять свои комментарии, иногда нажимаешь на кнопку отправить и вспоминаешь еще много чего... А добавить уже нельзя =(

        • Буду признателен если пришлете свою инструкцию по сборке, я ее с радостью опубликую и укажу что вы авторы. Вместо мини чата тогда уж лучше добавить форум сразу, хотя, может быть, и мини чат на первых порах подойдет. Но посещаемость сайта пока сравнительно небольшая для того чтобы мини чат или форум были востребованы. Пока вы первые кто обратился ко мне с такой просьбой. Подумать над этим немного нужно.
          По поводу возможности изменения своих комментариев - зарегистрируйтесь на сайте и скажите ник, под которым зарегистрировались. Тогда я перенесу вас в группу, для которой есть возможность изменения комментариев. Возможность изменения комментариев гостями сайтами, то есть теми, кто оставляет комментарии без регистрации, заблокирована движком сайта в целях борьбы со спамом - а его реально очень много, каждый день сайт атакуют спамеры

          • Да, процесс идёт потихоньку. У меня очередной эксперимент. Всё опишем и напишем, только ждите господа.

            • Хорошо, с нетерпением ждем. ))

    • Здравствуйте, возникло желание сделать данный аппарат)). У вас уже есть схема данного прибора? Просто собрал ту что на сайте и ничего не вышло(все что в комментах написали учтено). Если есть пожалуйста скиньте очень пригодилось бы.)))

      • Здравствуйте, зайдите на технодиум, я там описывал всё.
        Admin-new вы извините что пропали. У меня кот сбросил плату и ардуино коротнуло, теперь новый жду,как дела с прибором у Виталия не знаю.

        • Можете пожалуйста ссылку на форум кинуть, извините, но на поиск «технодиум» вылетают всякие криптовалюты)

            • Добрый вечер, тут вы правы - без "выхода а сеть" вообще ничего человек не сможет, к этому всё идёт.

      • Доброго времени суток, хотел бы сказать для тех кто будет повторять данный МД - если ставить TL081 она работать не будет(у меня работала "криво") потому что у неё мин. питание 8 вольт, а если следовать схеме автора, то с ардуино выходит только 5 вольт(можно попробовать + взять напрямую от батареи, но я так не успел попробовать сделать) . Катушки нужно настраивать(подбирать конденсатор контурный) на частоту вых. с ардуино, а вот частота настраивается изменением #define Timer TOP (.....). Частоты как писал автор 7,64 кГц - нет, есть либо 7,63 кГц, либо 7,66 кГц. Я выставлял 7,60 кГц ровно и под неё настраивал контуры катушек. Собирал генератор, на вход катушку, на выход частотометр и подбором параллельно катушке конденсатора добивался показаний на частотометр нужной мне частоты контура, потом естественно нужно "свести" катушки - добиться "0", как-то так.

          • Добрый вечер, когда ещё работал прибор было (262) - это частота 7,60 кГц ровно. (261) - 7,63 кГц, а (260) - 7,66 кГц. Вы не думайте, что память феноменальная, просто у меня всё записано. Насколько знаю, так же было и у Виталия. Пытался Виталий задавать автору вопросы, но или молчит, или строго придерживается того что в статье, "мутный" он, вы уж извините, но так и есть. Я только дождусь ардуино и продолжу дальше эксперименты. В планах сделать с "полевиком", уже и плата готова, катушки намотаны. Человек делал и всё получилось(он же и предложил эту схему доработки).

            • Хотел добавить - частота измеряется на передающей катушке - TX(когда измеряем, мы видим не частоту контура, а ту частоту, что с ардуино выходит) Если кто-то думает, что можно намотать катушки, параллельно конденсатор и всё, то это не так. Нужно подобрать конденсаторы (с помощью генератора, во всяком случае я так делаю) и настроить два одинаковых контура - TX и RX, тогда у вас (если не ошиблись в монтаже) - всё получится.

              От админа: хорошо, спасибо за советы

  2. Да мне тоже кажется что автор сее чудо что-то утаивает.
    Не понимаю как рассчитать этот параметр?
    #define TIMER1_TOP (259)
    259 это микросекунды или что это))?
    Александр, а вы катушку TX припаивали к подстрочнику и к резистору на D5 ардуинки, или на мимус и через резистор на D5 ардуинки?

    • Один конец TX на рез. 1к, второй на подстроечный резистор, а параллельно конденсатор. Я помечал на катушка направление намотки, начало и конец - пробовал разные комбинации, всю ночь возился - выходит одно и тоже. Подключал как на схеме автора - так вообще не работает, как у вас - циферки бегут не понятные. Я думаю что проблема в скетче, что-то там не то.

      • На сайте автора в коментах, есть вопрос о ошибке в скетче - автор обещал исправить, вот и сомнения у меня - он исправил или нет?

        • Да я тоже вчера весь вечер и так и сяк крутил вертел эти катушки.
          Мне тоже кажется косяк в скече и не один. Потому что один косяк я нашёл исправил, но больно ничего не поменялось. И я не понимаю как высчитать параметр #define TIMER1_TOP (259), от куда берутся цыфры?

          • Для меня это все вообще другое измерение, я на форуме технодиум поднял тему - есть советы, и не один, а толку - ну, как я возьму шнурок и проверю инициализацию если я дубовый в этом совсем? Может, если есть желание, сами глянете? Вы в этом хоть разбираетесь.

            • Мне хоть и 31 год)), но я сейчас учусь на 3 курсе в ННГУ на программиста, но и для меня половину кода пока загадка, на работе есть все необходимые приборы, но на работе времени последнее время нету.
              Дома пытаюсь разобратся в коде, половину цифр вообще не понимаю от куда взяты))

            • Может это видео и статья для сбора подписчиков,а мы мучаемся, все может быть. Попробую в субботу ещё посмотреть, поменяю оу на tl071 (стоит Lm741) и катушки намотаю другие, может получится что-то.

            • Кстати Виталий, на форуме есть металлоискатель на ардуино, разработанный нашими парнями - Квант зовётся. Рабочий, и результаты работы хорошие.

            • Александр спасибо посмотрю Квант.
              Код на сайте который написан на форуме имеет запятые, поэтому он выдает ошибку, который скачивается файлом исправлен, я проверил оба кода идентичны. Спросил автора что у меня видит металл только на 2 сантиметра.
              Его ответ в переводе:
              Самое главное - установить катушки на точное расстояние, которое определяется экспериментально. Я также получил значение 259 экспериментальным путем, увеличивая или уменьшая #define TIMER1_TOP с шагом 2, до момента, когда я получил наибольшее расстояние.
              Сегодня с 5 вечера опять крутил, вертел катушки и начал с 230 и прибавлял по 2 до значения 280, максимально 5~7 сантиметров на значении 256 (искал здоровые пассатижи).
              Не знаю попробовать если только вывести осциллографом точные 7,64 кГц, потому-что программа мне кажется это все очень грубо )))
              Но все-же мне кажется автор что-то скрывает...

            • Александр. Что-то я не нашел металлоискателя квант ((

            • Вы его и не найдёте, на Технодиум зайдите(форум объединённый). Там в разделе - металлоискатели - МD KVANT

            • Нашел, я видел когда-то эту схему )), но там только катушка Garrett стоит как полноценный металлоискатель c дискриминацией в магазине, у нас по крайней мере видел такие))

            • Сейчас решил замерить сопротивление, вчера было 1,2ом на обеих, а сейчас на одной катушки 2.5ом, буду перематывать и цеплять к осцилографу, без него в слепую бесполезно что-то ковырять, вертеть и настраивать...
              Буду ждать времени свободного на работе, все-таки хочется добить этот проект =)

            • Тут копался в просторах интернета и нашел прототип схемы
              извините пожалуйста за ссылку
              https://raw.githubusercontent.com/dc42/arduino/master/MetalDetector/Schematic.jpg
              вроде все идентично, но при сборке схемы я использовал 47пF, 22пF, а оказывается nF омг...
              Но сегодня добился чуйки до 10 сантиметров, только не D формой, а двумя кругами. И нашел в столе сломанный мультиметр с функцией измерения частоты, отремонтировал и он мне показал без подключенного экрана 7.658 кГц, с экраном 8.191.
              Поеду на радиорынок завтра и куплю другие конденсаторы, посмотрим что будет. )))
              Александр, а у вас какие стоят конденсаторы?

          • Стоят 330n,подбирал одинаковые - "плёнка".Может давайте спишемся по электронной почте?

            • Да можете общаться здесь, я не против. Я думаю другим посетителям сайта, которые захотят собрать данный металлоискатель, будет интересен ваш опыт. И если по конкретным строкам программы у вас есть вопросы, можете задавать их здесь. Я попробую помочь в их объяснении насколько смогу

            • Александр casper@52.ru
              admin-new спасибо если что-то будет не понятно напишу ))

    • Виталий, на нашем сайте есть подробная статья про таймеры Ардуино для начинающих, также могу привести примеры статей по микроконтроллерам AVR, в которых приведены примеры как используются эти таймеры. Просто автор проекта достаточно большую часть кода написал используя команды для микроконтроллеров AVR

      • Спасибо вам Виталий за помощь и объяснения, только я всё равно не разбираюсь - я элекромонтер, а радиолюбитель для души. Получится -
        пишите.

        • Вы можете на яндекс диск его загрузить, а здесь ссылку написать на него. Если у вас получилось все таки этот металлоискатель сделать, то могу ваши фото в основной текст статьи выложить, если у вас есть такое желание. И если видео его работы снимете, то также могу его прикрепить к основному тексту статьи

  3. Здравствуйте.
    Ну что вызов принят ), понадобился такой металлоискатель который разделяет металлы и я нечаянно наткнулся на вашу статью.
    Вот только есть конечно несколько вопросов, не понятно как подключен экран и почему у автора 7.64 кГц = 249 мск, когда в пересчете получается 130 мск?
    И к сожалению нету осцилографа чтобы померить резонансную частоту.
    И еще у нас в городе проблема с 0,5 мм2 медью, уж очень дорого продают, буду использовать витую пару.

    • Добрый вечер. Хорошо, что вы приняли вызов, но просьба не заниматься больше спамом

      • Извините пожалуйста, писал с мобильника получилось написать комментарий только с 4го раза, а оказалось написал два раза.

        • Видимо поэтому плагин для борьбы со спамом помечал ваши сообщения как спам. К сожалению, из-за этих неуёмных спамеров иногда страдают и обычные пользователи. Когда хоть человечество придумает технологию как уничтожить всех этих спамеров раз и на корню ))

    • Здравствуйте, у меня сборка потихоньку идёт. Печатная плата готова, ардуино настроили. Времени только нет заниматься. Насчёт провода - я брал катушку с магнитного пускателя ПМЕ второй величины ф. 0.5 мм. и наматывал. Боюсь, что ошибся, позже проверил и получается, что если верить автору, то нужно 0.5 мм. квадратных, а это провод диаметром 0.8 мм.Я думаю, что можно любой провод взять и диаметр катушек тоже, нужно чтобы контур был 7,64 кГц тогда должно всё работать. Попробую на неделе поэкспериментировать.

      • Попробовал посчитать и вот что вышло - диаметр катушки 110 мм., число витков 64, провод 0.8 мм. - получилось - индуктивность - 926.572мкГн, частота 7.627кГц. Выходит автор не соврал почти, частоту точно можно подогнать конденсатором.Попробую другой диаметр провода и катушки.

        • Добрый вечер, посчитал я себе катушки и вот что вышло :
          150 мм. диаметр, 0,316 мм. диаметр провода, 75 витков - получается : индуктивность 1312.56 мкГн, 330 n конденсатор, частота 7,647 КГц, это в теории. Намотаю, всё доделаю и проверю на практике.

          • Я конечно частоту ещё не проверял, да и нечем пока)), но попробовал все подключить и подать питание, дисплей моргает и больше никакой реакции. 3 раза проверил схему и подключение. Некоторые элементы на схеме пришлось брать аналоги, других в городе не нашёл. Вот теперь ломаю голову что пошло не так

      • А вы когда провод брали 0.5мм вы смогли частоту нужную поймать? У меня в городе если покупать 0.8 очень дорого выходит (((, я пытаюсь наматывать провод от витой пары, но точно его у меня не получается рассчитать сколько надо в идеале намотать ((

        • Я пока плату сделал, нужно ещё соединить с дисплеем,катушки намотать и буду пробовать. Друг, что ардуино настраивал сказал - 50 на 50, что будет работать. Может всякое быть, не доверяет прошивке в общем. Я считал в колькуляторе - Coil32, скачивал приложение в Play market на андроид, поэтому и писал, что в теории. Попробуйте сами, там не сложно вроде.

          • Интересная программа спасибо))
            А как вы посчитали мГц?))
            1017.726 мкГн
            2. 049 Ом

            • Выбираю - катушка однослойная - индуктивность - и все указываю, что мне нужно диам. намотки, диам. провода, частота. Вверху, где ключик менял единицы измерения с МГц на кГц и всё. Справа расчёт контура - под индуктивность катушки можно подобрать конденсатор чтобы частота была нужная как-то так

          • Решил я проблему с моргающим дисплеем, перемотал катушки получилось 65 витков диаметр 110мм проводом 0,5 с изоляцией 0,93.
            Сопротивление с программой сошлось, получилось 918,561 мкГн и 7,66 кГц.
            Все подключил увел подстрочник чтобы было 0, но рано радовался )), катушка ничего не видит. При калибровке бегают непонятные цифры.
            Возможно не подходит провод от витой пары, может как то сказываются аналоги на плате, не знаю )).
            Спикер тоже молчит.
            Единственное что работает это контраст дисплея.
            Надеюсь у вас заработает хорошо )
            Буду разбираться

            • У меня всё на работе, завтра попробую если время будет. По результату отпишусь. Тут понимаете не получается бывает, всё проверяешь сто раз, а потом полежит, полежит - глянешь и видно в чем проблема,было частенько такое. Не расстраивайтесь.

          • Ура все заработало!
            В схеме ошибка!
            В схеме с D5 идет на резистор 1к далее идет на катушку ТХ и на конденсатор 470nF, так вот конденсатор надо цеплять не на массу, а на первую ногу подстрочника RV 100R.
            Всетаки провод от витой пары не подходит, очень маленькая чуйка, но метал определяет правильно!
            Ура!

            • Ну вы тут целую дискуссию развернули. )) Но спасибо что отписываетесь о своих успехах и неудачах - надеюсь это поможет другим пользователям, которые решатся собрать данный металлоискатель

          • Ну что же хех)), нашёл я проволоку 0.8мм, намотал 64 витка, все сделал как написано. Прежде решил попробовать подключить без экрана, чуйка оказалось такой-же как и с использованием витой пары всего пару сантиметров от катушки. Я был в шоке ((, после решил сделать экраны как на видео. К сожалению чуйка пропала совсем...
            Что я только не пробовал, просидел часов 6, так ничего путного не получилось (((
            Мне не удалось поднять чуйку дальше 2 сантиметров от катушки.

            • Я сейчас занимаюсь, по результатам отпишусь. Осталось только питание подать. Почти всё готово, в течении пулучаса будет результат или работает, или нет.

            • На дисплее только подсветка горит, чуйка ещё меньше - пищит почём зря. На TX (передающяя) частота 7,68 кГц, хоть это хорошо, буду дальше ковырять.

            • Ничего не получается, дисплей заработал(провод не припаял), у Виталия хоть тип металла определяется, а у меня что алюминиевая пластина, что железо всё пишет на дисплее одинаково. Неужели если частота не 7,64 а 7,68 не будет работать? Больше вариантов нет, или автор что-то не договаривает? Хотя, как его поймёшь, он не по русски объясняет, ладно, будем думать.

  4. Ну что же вызов принят)) я тоже попробую сделать данный девайс, единственное не понятно как подключается контур и не понятно как сделать сдвиг по фазе к нулю, от чего отталкиваться?

    • Ну будем ждать что у вас получится )). Про подключение контура вроде бы все понятно по схеме

  5. 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.

  6. 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 *