เครื่องตรวจจับโลหะเป็นอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยที่ใช้สำหรับตรวจจับโลหะที่อาจเป็นอันตรายในสถานที่ต่างๆเช่นสนามบินห้างสรรพสินค้าโรงภาพยนตร์ ฯลฯ ก่อนหน้านี้เราได้สร้างเครื่องตรวจจับโลหะแบบง่ายๆโดยไม่ต้องใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ตอนนี้เรากำลังสร้างเครื่องตรวจจับโลหะ ใช้ Arduino ในโครงการนี้เราจะใช้ขดลวดและตัวเก็บประจุซึ่งจะรับผิดชอบในการตรวจจับโลหะ ที่นี่เราได้ใช้Arduino Nanoเพื่อสร้างโครงการเครื่องตรวจจับโลหะนี้ นี่เป็นโครงการที่น่าสนใจมากสำหรับผู้ที่ชื่นชอบเครื่องใช้ไฟฟ้า ที่ใดก็ตามที่เครื่องตรวจจับนี้ตรวจพบโลหะใด ๆ ที่อยู่ใกล้ ๆ เสียงกริ่งจะเริ่มส่งเสียงบี๊บอย่างรวดเร็ว
ส่วนประกอบที่จำเป็น:
ต่อไปนี้เป็นส่วนประกอบที่คุณจะต้องสร้างง่ายตรวจจับโลหะ DIY ใช้ Arduino ส่วนประกอบทั้งหมดนี้ควรหาซื้อได้ง่ายในร้านฮาร์ดแวร์ใกล้บ้านคุณ
- Arduino (ใด ๆ)
- ม้วน
- ตัวเก็บประจุ 10nF
- Buzzer
- ตัวต้านทาน 1k
- ตัวต้านทาน 330 โอห์ม
- LED
- 1N4148 ไดโอด
- Breadboard หรือ PCB
- การเชื่อมต่อสายจัมเปอร์
- แบตเตอรี่ 9v
เครื่องตรวจจับโลหะทำงานอย่างไร?
เมื่อใดก็ตามที่กระแสบางส่วนผ่านขดลวดมันจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบ ๆ และการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดสนามไฟฟ้า ตอนนี้ตามกฎหมายของฟาราเดย์เนื่องจากสนามไฟฟ้านี้แรงดันไฟฟ้าจะพัฒนาข้ามขดลวดซึ่งต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและนั่นคือวิธีที่คอยล์พัฒนาตัวเหนี่ยวนำซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นต่อต้านการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้า หน่วยของความเหนี่ยวนำคือเฮนรี่และสูตรในการวัดความเหนี่ยวนำคือ:
L = (μο * N 2 * A) / lโดยที่ L- ตัวเหนี่ยวนำใน Henries μο-ความสามารถในการซึมผ่านของมัน4π * 10 -7สำหรับ Air N- จำนวนรอบ A- พื้นที่แกนใน (πr 2) ใน m 2 l - ความยาวของขดลวดเป็นเมตร
เมื่อโลหะใด ๆ เข้าใกล้ขดลวดขดลวดจะเปลี่ยนความเหนี่ยวนำ การเปลี่ยนแปลงความเหนี่ยวนำนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะ มันลดลงสำหรับโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กและเพิ่มขึ้นสำหรับวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเหล็ก
ขึ้นอยู่กับแกนของขดลวดค่าความเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ในรูปด้านล่างนี้คุณจะเห็นตัวเหนี่ยวนำเครื่องคว้านเมล็ดในinductors เหล่านี้จะไม่มีแกนของแข็ง โดยทั่วไปแล้วพวกมันเป็นขดลวดที่ทิ้งไว้ในอากาศ สื่อกลางของการไหลของสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยตัวเหนี่ยวนำคืออะไรหรืออากาศ ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้มีค่าตัวเหนี่ยวนำน้อยมาก
ตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้ใช้เมื่อต้องการค่า microHenry เพียงเล็กน้อย สำหรับค่าที่มากกว่าไม่กี่มิลลิวินาทีสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ค่าที่เหมาะสม ในรูปด้านล่างที่คุณสามารถดูตัวเหนี่ยวนำที่มีแกนเฟอร์ไรต์ตัวเหนี่ยวนำเฟอร์ไรต์คอร์เหล่านี้มีค่าการเหนี่ยวนำมาก
โปรดจำไว้ว่าแผลของขดลวดในที่นี้คือชิ้นส่วนที่หุ้มด้วยอากาศดังนั้นเมื่อนำชิ้นโลหะเข้าใกล้ขดลวดชิ้นโลหะจะทำหน้าที่เป็นแกนกลางสำหรับตัวเหนี่ยวนำที่มีอากาศ โดยโลหะนี้ทำหน้าที่เป็นแกนกลางความเหนี่ยวนำของขดลวดจะเปลี่ยนแปลงหรือเพิ่มขึ้นมาก ด้วยความเหนี่ยวนำของขดลวดที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันนี้ปฏิกิริยาโดยรวมหรืออิมพีแดนซ์ของวงจร LC จะเปลี่ยนไปเป็นจำนวนมากเมื่อเปรียบเทียบโดยไม่ใช้ชิ้นส่วนโลหะ
ดังนั้นที่นี่ในโครงการเครื่องตรวจจับโลหะ Arduinoนี้เราต้องหาความเหนี่ยวนำของขดลวดเพื่อตรวจจับโลหะ ในการทำเช่นนี้เราได้ใช้วงจร LR (วงจรตัวต้านทาน - ตัวเหนี่ยวนำ) ที่เรากล่าวไปแล้ว ในวงจรนี้เราใช้ขดลวดที่มีรอบ 20 รอบหรือคดเคี้ยวโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ซม. เราได้ใช้ม้วนเทปที่ว่างเปล่าและลมลวดรอบ ๆ มันจะทำให้ขดลวด
แผนภูมิวงจรรวม:
เราได้ใช้ Arduino Nano สำหรับการควบคุมทั้งหมดนี้โครงการตรวจจับโลหะLED และ Buzzer ใช้เป็นตัวบ่งชี้การตรวจจับโลหะ ขดลวดและตัวเก็บประจุใช้สำหรับตรวจจับโลหะ นอกจากนี้ยังใช้ไดโอดสัญญาณเพื่อลดแรงดันไฟฟ้า และตัวต้านทานสำหรับ จำกัด กระแสให้กับขา Arduino
คำอธิบายการทำงาน:
การทำงานของเครื่องตรวจจับโลหะ Arduinoนี้ค่อนข้างยุ่งยาก ที่นี่เราจัดเตรียมคลื่นบล็อกหรือพัลส์ที่สร้างโดย Arduino ไปยังตัวกรองความถี่สูงของ LR ด้วยเหตุนี้ขดลวดจะสร้างเดือยสั้น ๆ ในทุกการเปลี่ยนแปลง ความยาวพัลส์ของเดือยที่สร้างขึ้นเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำของขดลวด ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของพัลส์ Spike เหล่านี้เราสามารถวัดความเหนี่ยวนำของขดลวดได้ แต่ที่นี่เป็นการยากที่จะวัดความเหนี่ยวนำอย่างแม่นยำด้วย spikes เหล่านั้นเนื่องจาก spikes เหล่านี้มีระยะเวลาสั้นมาก (ประมาณ 0.5 microseconds) และ Arduino นั้นยากมากที่จะวัดได้
ดังนั้นแทนที่จะใช้สิ่งนี้เราใช้ตัวเก็บประจุที่ชาร์จโดยพัลส์หรือสไปค์ที่เพิ่มขึ้น และต้องใช้พัลส์เพียงไม่กี่ครั้งในการชาร์จตัวเก็บประจุไปยังจุดที่สามารถอ่านแรงดันไฟฟ้าได้ด้วยขาอะนาล็อก Arduino A5 จากนั้น Arduino อ่านแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุนี้โดยใช้ ADC หลังจากอ่านแรงดันไฟฟ้าแล้วตัวเก็บประจุจะระบายออกอย่างรวดเร็วโดยทำให้พิน capPin เป็นเอาต์พุตและตั้งค่าให้ต่ำ กระบวนการทั้งหมดนี้ใช้เวลาประมาณ 200 ไมโครวินาทีจึงจะเสร็จสมบูรณ์ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นเราทำการวัดซ้ำและหาค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์ นั่นเป็นวิธีที่เราสามารถวัดการเหนี่ยวนำโดยประมาณของคอยล์หลังจากได้ผลลัพธ์แล้วเราจะโอนผลลัพธ์ไปยัง LED และเสียงกริ่งเพื่อตรวจจับโลหะ ตรวจสอบรหัสที่สมบูรณ์ที่ให้ไว้ในตอนท้ายของบทความนี้เพื่อทำความเข้าใจการทำงาน
รหัส Arduino ที่สมบูรณ์จะได้รับในตอนท้ายของบทความนี้ ในส่วนการเขียนโปรแกรมของโครงการนี้เราได้ใช้หมุด Arduino สองตัวอันหนึ่งสำหรับสร้างคลื่นบล็อกที่จะป้อนในขดลวดและพินอนาล็อกที่สองเพื่ออ่านแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ นอกเหนือจากสองพินนี้เรายังใช้หมุด Arduino อีกสองตัวสำหรับเชื่อมต่อ LED และกริ่ง
คุณสามารถตรวจสอบโค้ดทั้งหมดและวิดีโอสาธิตของเครื่องตรวจจับโลหะ Arduino ได้ด้านล่าง คุณจะเห็นได้ว่าเมื่อใดก็ตามที่ตรวจพบโลหะบางส่วนไฟ LED และ Buzzer จะเริ่มกะพริบเร็วมาก