金属探知機は、空港、ショッピングモール、映画館など、さまざまな場所で有害な金属を検出するために使用されるセキュリティデバイスです。以前はマイクロプロセッサを使用せずに非常に単純な金属探知機を作成していましたが、現在は金属探知機を構築しています。Arduinoを使用します。このプロジェクトでは、金属の検出を担当するコイルとコンデンサを使用します。ここでは、使用しているArduinoのナノをこの構築するために金属探知プロジェクトを。これは、すべての電子機器愛好家にとって非常に興味深いプロジェクトです。この検出器が近くの金属を検出すると、ブザーが非常に速くビープ音を鳴らし始めます。
必要なコンポーネント:
以下は、Arduinoを使用して簡単なDIY金属探知機を構築するために必要なコンポーネントです。これらのコンポーネントはすべて、地元の金物店で簡単に入手できるはずです。
- Arduino(任意)
- コイル
- 10nFコンデンサ
- ブザー
- 1k抵抗
- 330オームの抵抗器
- 導いた
- 1N4148ダイオード
- ブレッドボードまたはPCB
- ジャンパー線の接続
- 9V電池
金属探知機はどのように機能しますか?
コイルに電流が流れると、コイルの周りに磁場が発生します。そして、磁場の変化が電場を生成します。ファラデーの法則によれば、この電界のために、磁場の変化に対抗する電圧がコイルの両端に発生します。これがコイルがインダクタンスを発生させる方法であり、生成された電圧が電流の増加に対抗することを意味します。インダクタンスの単位はヘンリーであり、インダクタンスを測定する式は次のとおりです。
L =(μ ο * N 2 * A)/ L、L-インダクタンスヘンリーμο-透水、その4π×10 -7ターンエアN-数A-内側コア領域のための(πR 2)Mで2リットル-コイルの長さ(メートル)
金属がコイルに近づくと、コイルはそのインダクタンスを変化させます。このインダクタンスの変化は、金属の種類によって異なります。非磁性金属では減少し、鉄などの強磁性体では増加します。
コイルの芯部によってインダクタンス値が大きく変化します。下の図では、空芯インダクタを見ることができます。これらのインダクタには、中実コアはありません。それらは基本的に空中に残されたコイルです。インダクタによって生成される磁場の流れの媒体は、何もないか空気です。これらのインダクタのインダクタンスは非常に小さい値です。
これらのインダクタは、数マイクロヘンリーの値が必要な場合に使用されます。数ミリヘンリーを超える値の場合、これらは適切な値ではありません。下の図では、フェライトコアを備えたインダクタを見ることができます。これらのフェライトコアインダクタは非常に大きなインダクタンス値を持っています。
ここで巻かれたコイルは空芯のものであるため、金属片をコイルに近づけると、その金属片が空芯インダクタのコアとして機能することに注意してください。この金属がコアとして機能することにより、コイルのインダクタンスが変化または大幅に増加します。コイルのインダクタンスのこの突然の増加に伴い、LC回路の全体的なリアクタンスまたはインピーダンスは、金属片がない場合と比較してかなりの量で変化します。
したがって、このArduino金属探知機プロジェクトでは、金属を検出するためにコイルのインダクタンスを見つける必要があります。そのために、すでに説明したLR回路(抵抗-インダクタ回路)を使用しました。この回路では、約20ターンのコイルまたは直径10cmの巻線を使用しています。空のテープロールを使用し、ワイヤーを巻き付けてコイルを作成しました。
回路図:
この金属探知機プロジェクト全体を制御するためにArduinoNanoを使用しました。LEDとブザーは金属探知インジケーターとして使用されます。金属の検出にはコイルとコンデンサが使用されます。信号ダイオードは、電圧を下げるためにも使用されます。そして、Arduinoピンへの電流を制限するための抵抗。
作業説明:
このArduino金属探知機の動作は少し注意が必要です。ここでは、Arduinoによって生成されたブロック波またはパルスをLRハイパスフィルターに提供します。このため、すべての遷移でコイルによって短いスパイクが生成されます。生成されたスパイクのパルス長は、コイルのインダクタンスに比例します。したがって、これらのスパイクパルスの助けを借りて、コイルのインダクタンスを測定できます。しかし、ここでは、これらのスパイクの持続時間が非常に短く(約0.5マイクロ秒)、Arduinoで測定するのが非常に難しいため、これらのスパイクでインダクタンスを正確に測定することは困難です。
その代わりに、立ち上がりパルスまたはスパイクによって充電されるコンデンサを使用しました。また、ArduinoアナログピンA5で電圧を読み取れるポイントまでコンデンサを充電するには、数パルスしか必要ありませんでした。次に、ArduinoはADCを使用してこのコンデンサの電圧を読み取ります。電圧を読み取った後、 capPin ピンを出力にしてLowに設定することにより、コンデンサは急速に放電しました。このプロセス全体が完了するまでに約200マイクロ秒かかります。より良い結果を得るために、測定を繰り返し、結果の平均を取りました。これが、コイルのおおよそのインダクタンスを測定する方法です。結果を取得した後、結果をLEDとブザーに転送して、金属の存在を検出します。この記事の最後にある完全なコードをチェックして、動作を理解してください。
完全なArduinoコードはこの記事の最後にあります。このプロジェクトのプログラミング部分では、2つのArduinoピンを使用しました。1つはコイルに供給されるブロック波を生成するためのもので、もう1つはコンデンサ電圧を読み取るためのアナログピンです。これらの2つのピンの他に、LEDとブザーの接続にさらに2つのArduinoピンを使用しました。
以下のArduino金属探知機の完全なコードとデモンストレーションビデオを確認できます。金属を検出すると、LEDとブザーが非常に速く点滅し始めることがわかります。