Máy dò kim loại là một thiết bị an ninh được sử dụng để phát hiện kim loại có thể gây hại, ở nhiều nơi khác nhau như Sân bay, trung tâm mua sắm, rạp chiếu phim, v.v. Trước đây chúng tôi đã chế tạo một máy dò kim loại rất đơn giản mà không cần vi điều khiển, bây giờ chúng tôi đang chế tạo Máy dò kim loại sử dụng Arduino. Trong dự án này, chúng tôi sẽ sử dụng một cuộn dây và tụ điện chịu trách nhiệm phát hiện kim loại. Ở đây chúng tôi đã sử dụng Arduino Nano để xây dựng dự án máy dò kim loại này. Đây là dự án rất thú vị cho tất cả những người yêu thích điện tử. Bất cứ nơi nào máy dò này phát hiện ra bất kỳ kim loại nào gần nó, còi bắt đầu phát ra tiếng bíp rất nhanh.
Các thành phần bắt buộc:
Sau đây là các thành phần mà bạn cần để xây dựng một máy dò kim loại tự làm đơn giản bằng Arduino. Tất cả các thành phần này phải dễ dàng có sẵn trong cửa hàng phần cứng địa phương của bạn.
- Arduino (bất kỳ)
- Xôn xao
- Tụ điện 10nF
- Buzzer
- Điện trở 1k
- Điện trở 330 ohm
- Đèn LED
- 1N4148 diode
- Breadboard hoặc PCB
- Kết nối dây jumper
- Pin 9v
Máy dò kim loại hoạt động như thế nào?
Bất cứ khi nào dòng điện chạy qua cuộn dây, nó sẽ tạo ra một từ trường xung quanh nó. Và sự thay đổi trong từ trường tạo ra điện trường. Bây giờ theo định luật Faraday, do Điện trường này, một điện áp phát triển trên cuộn dây chống lại sự thay đổi của từ trường và đó là cách Coil phát triển Điện cảm, có nghĩa là điện áp được tạo ra chống lại sự gia tăng dòng điện. Đơn vị của điện cảm là Henry và công thức để đo độ tự cảm là:
L = (μ ο * N 2 * A) / l Trong đó, L- Độ tự cảm trong Henries μο- Độ thấm, 4π * 10 -7 của nó đối với không khí N- Số vòng quay A- Diện tích lõi bên trong (πr 2) tính bằng m 2 l - Chiều dài của cuộn dây tính bằng mét
Khi kim loại nào đến gần cuộn dây thì cuộn dây đó sẽ thay đổi độ tự cảm. Sự thay đổi độ tự cảm này phụ thuộc vào loại kim loại. Nó giảm đối với kim loại không từ tính và tăng đối với các vật liệu sắt từ như sắt.
Tùy thuộc vào lõi của cuộn dây, giá trị điện cảm thay đổi mạnh mẽ. Trong hình bên dưới, bạn có thể thấy các cuộn cảm cuộn không khí, trong các cuộn cảm này, sẽ không có lõi rắn. Về cơ bản chúng là những cuộn dây còn lại trong không khí. Môi trường của dòng từ trường được tạo ra bởi cuộn cảm là không hoặc không khí. Các cuộn cảm này có độ tự cảm có giá trị rất nhỏ.
Các cuộn cảm này được sử dụng khi cần các giá trị của ít microHenry. Đối với các giá trị lớn hơn vài milimet, đây không phải là một giá trị phù hợp. Trong hình dưới đây, bạn có thể thấy một cuộn cảm có lõi ferit. Các cuộn cảm lõi Ferrite này có giá trị điện cảm rất lớn.
Hãy nhớ cuộn dây quấn ở đây là cuộn dây không khí, vì vậy khi một mảnh kim loại được đưa đến gần cuộn dây, mảnh kim loại đóng vai trò như một lõi cho cuộn cảm cuộn dây không khí. Do kim loại này đóng vai trò là lõi, độ tự cảm của cuộn dây thay đổi hoặc tăng lên đáng kể. Với sự gia tăng đột ngột độ tự cảm của cuộn dây, tổng trở hoặc tổng trở của mạch LC thay đổi một lượng đáng kể khi so sánh không có miếng kim loại.
Vì vậy, ở đây trong Dự án máy dò kim loại Arduino này, chúng ta phải tìm độ tự cảm của cuộn dây để phát hiện kim loại. Vì vậy, để làm điều này, chúng tôi đã sử dụng mạch LR (Mạch điện trở-cuộn cảm) mà chúng tôi đã đề cập. Ở đây trong mạch này, chúng tôi đã sử dụng một cuộn dây có khoảng 20 vòng hoặc cuộn dây có đường kính 10cm. Chúng tôi đã sử dụng một cuộn băng rỗng và cuộn dây xung quanh nó để làm cuộn dây.
Sơ đồ mạch:
Chúng tôi đã sử dụng Arduino Nano để kiểm soát toàn bộ Dự án máy dò kim loại này. Đèn LED và Buzzer được sử dụng làm chỉ báo phát hiện kim loại. Một cuộn dây và tụ điện được sử dụng để phát hiện kim loại. Một diode tín hiệu cũng được sử dụng để giảm điện áp. Và một điện trở để hạn chế dòng điện vào chân Arduino.
Giải thích làm việc:
Hoạt động của Máy dò kim loại Arduino này hơi phức tạp. Ở đây chúng tôi cung cấp sóng hoặc xung khối do Arduino tạo ra cho bộ lọc thông cao LR. Do đó, các gai ngắn sẽ được tạo ra bởi cuộn dây trong mỗi quá trình chuyển đổi. Độ dài xung của các gai được tạo ra tỷ lệ với độ tự cảm của cuộn dây. Vì vậy, với sự trợ giúp của các xung Spike này, chúng ta có thể đo điện cảm của Coil. Nhưng ở đây rất khó để đo điện cảm một cách chính xác với những gai đó vì những gai đó có thời lượng rất ngắn (khoảng 0,5 micro giây) và rất khó đo bằng Arduino.
Vì vậy, thay vì điều này, chúng tôi sử dụng một tụ điện được sạc bằng xung tăng hoặc xung đột biến. Và nó yêu cầu một vài xung để sạc tụ điện đến mức điện áp của nó có thể được đọc bởi chân tương tự Arduino A5. Sau đó, Arduino đọc điện áp của tụ điện này bằng cách sử dụng ADC. Sau khi đọc điện áp, tụ điện nhanh chóng phóng điện bằng cách tạo chân capPin làm đầu ra và đặt nó ở mức thấp. Toàn bộ quá trình này mất khoảng 200 micro giây để hoàn thành. Để có kết quả tốt hơn, chúng tôi lặp lại các phép đo và lấy giá trị trung bình của các kết quả. Đó là cách chúng ta có thể đo độ tự cảm gần đúng của Coil. Sau khi có kết quả chúng tôi chuyển kết quả sang đèn LED và còi để phát hiện sự có mặt của kim loại. Kiểm tra mã Hoàn thành được cung cấp ở cuối Bài viết này để hiểu hoạt động.
Mã Arduino hoàn chỉnh được đưa ra ở cuối Bài viết này. Trong phần lập trình của dự án này, chúng tôi đã sử dụng hai chân Arduino, một chân để tạo ra sóng khối được đưa vào Coil và chân tương tự thứ hai để đọc điện áp tụ điện. Ngoài hai chân này, chúng tôi đã sử dụng thêm hai chân Arduino để kết nối đèn LED và còi.
Bạn có thể kiểm tra mã hoàn chỉnh và Video trình diễn của Máy dò kim loại Arduino bên dưới. Bạn có thể thấy rằng bất cứ khi nào nó phát hiện một số kim loại, đèn LED và Buzzer bắt đầu nhấp nháy rất nhanh.