Detector de metais Arduino

Detector de metais é um dispositivo de segurança que é usado para detectar metais que podem ser prejudiciais, em vários lugares como aeroportos, shoppings, cinemas, etc. Anteriormente, fizemos um detector de metais muito simples sem um microcontrolador, agora estamos construindo o detector de metais usando o Arduino. Neste projeto, vamos usar uma bobina e um capacitor que será responsável pela detecção de metais. Aqui, usamos um Arduino Nano para construir este projeto de detector de metais. Este é um projeto muito interessante para todos os amantes da eletrônica. Sempre que este detector detecta qualquer metal próximo a ele, a campainha começa a apitar muito rapidamente.

Componentes necessários:

A seguir estão os componentes que você precisa para construir um detector de metal DIY simples usando o Arduino. Todos esses componentes devem estar facilmente disponíveis em sua loja de ferragens local.

1. Arduino (qualquer)
2. Bobina
3. Capacitor 10nF
4. Buzzer
5. O resistor 1k
6. Resistor de 330 ohms
7. CONDUZIU
8. Diodo 1N4148
9. Placa de ensaio ou PCB
10. Jumper de conexão
11. Bateria 9v

Como funciona um detector de metais?

Sempre que alguma corrente passa pela bobina, ela gera um campo magnético ao seu redor. E a mudança no campo magnético gera um campo elétrico. Agora, de acordo com a lei de Faraday, por causa desse campo elétrico, uma tensão se desenvolve através da bobina que se opõe à mudança no campo magnético e é assim que a bobina desenvolve a indutância, significa que a tensão gerada se opõe ao aumento da corrente. A unidade de indutância é Henry e a fórmula para medir a indutância é:

L = (μ _ο * N ² * A) / l Onde, L- Indutância em Henries μο- Permeabilidade, seu 4π * 10 ^-7 para Ar N- Número de voltas A- Área do Núcleo Interno (πr ²) em m ² l - Comprimento da Bobina em metros

Quando qualquer metal se aproxima da bobina, a bobina muda sua indutância. Esta mudança na indutância depende do tipo de metal. Ele diminui para metais não magnéticos e aumenta para materiais ferromagnéticos como o ferro.

Dependendo do núcleo da bobina, o valor da indutância muda drasticamente. Na figura abaixo você pode ver os indutores de núcleo de ar, nesses indutores não haverá núcleo sólido. Eles são basicamente bobinas deixadas no ar. O meio de fluxo do campo magnético gerado pelo indutor é nada ou ar. Esses indutores têm indutâncias de valor muito menor.

Esses indutores são usados ​​quando há necessidade de valores de poucos microHenry. Para valores maiores do que alguns miliHenry, eles não são adequados. Na figura abaixo você pode ver um indutor com núcleo de ferrite. Este indutor de núcleo de ferrite tem um valor de indutância muito grande.

Lembre-se de que a bobina enrolada aqui é com núcleo de ar, portanto, quando uma peça de metal é aproximada da bobina, a peça de metal atua como um núcleo para o indutor com núcleo de ar. Por este metal atuar como um núcleo, a indutância da bobina muda ou aumenta consideravelmente. Com este aumento repentino na indutância da bobina, a reatância ou impedância geral do circuito LC muda em uma quantidade considerável quando comparada sem a peça de metal.

Portanto, aqui neste projeto de detector de metais Arduino, temos que encontrar a indutância da bobina para detectar metais. Então, para fazer isso, usamos o circuito LR (Resistor-Inductor Circuit) que já mencionamos. Aqui neste circuito, utilizamos uma bobina com cerca de 20 voltas ou um enrolamento com 10cm de diâmetro. Usamos um rolo de fita vazio e enrolamos o fio em torno dele para fazer a bobina.

Diagrama de circuito:

Usamos um Arduino Nano para controlar todo este projeto de detector de metais. Um LED e uma campainha são usados ​​como indicador de detecção de metal. Uma bobina e um capacitor são usados ​​para a detecção de metais. Um diodo de sinal também é usado para reduzir a tensão. E um resistor para limitar a corrente ao pino do Arduino.

Explicação de trabalho:

Trabalhar com este Arduino Metal Detector é um pouco complicado. Aqui, fornecemos o bloco de onda ou pulso, gerado pelo Arduino, para o filtro passa-alto LR. Devido a isso, picos curtos serão gerados pela bobina em cada transição. O comprimento do pulso dos picos gerados é proporcional à indutância da bobina. Portanto, com a ajuda desses pulsos de pico, podemos medir a indutância da bobina. Mas aqui é difícil medir a indutância precisamente com esses picos porque esses picos têm uma duração muito curta (aproximadamente 0,5 microssegundos) e isso é muito difícil de ser medido pelo Arduino.

Então, em vez disso, usamos um capacitor que é carregado pelo pulso ascendente ou pico. E foram necessários alguns pulsos para carregar o capacitor até o ponto em que sua tensão pudesse ser lida pelo pino analógico A5 do Arduino. Em seguida, o Arduino leu a tensão deste capacitor usando ADC. Depois de ler a tensão, o capacitor descarregou rapidamente fazendo o pino capPin como saída e ajustando-o para baixo. Todo esse processo leva cerca de 200 microssegundos para ser concluído. Para um melhor resultado, repetimos as medições e tiramos uma média dos resultados. É assim que podemos medir a indutância aproximada da bobina. Depois de obter o resultado, transferimos os resultados para o LED e a campainha para detectar a presença de metal. Verifique o código completo fornecido no final deste artigo para compreender o funcionamento.

O código Arduino completo é fornecido no final deste artigo. Na parte de programação deste projeto, usamos dois pinos Arduino, um para gerar ondas de bloco a serem alimentadas na bobina e um segundo pino analógico para ler a tensão do capacitor. Além desses dois pinos, usamos mais dois pinos Arduino para conectar o LED e a campainha.

Você pode verificar o código completo e o vídeo de demonstração do Arduino Metal Detector abaixo. Você pode ver que sempre que detecta algum metal, o LED e a cigarra começam a piscar muito rapidamente.