Металлоискатель на Ардуино

В этой статье разберём схему одного из простейших металлоискателей, собранную с Ардуино. Конечно, по своим характеристикам такой металлоискатель очень далёк от профессиональных моделей, но, как экспериментальная схема для изучения основ Ардуино вполне сгодится.
В основе схемы лежит LC-генератор, собранный на логической микросхеме. Катушка этого генератора является чувствительным элементом: когда вблизи появляется металлический предмет, индуктивность немного меняется, что вызывает изменение частоты генерации. Это изменение и анализируется с помощью «мозгового центра» схемы, собранного на Ардуино.
Некоторые типы металлодетекторов
Есть разные способы детектирования металлов. Например, металлодетектор на принципе срыва генерации разобран здесь. Ну а герой данной статьи родился из другого класса металлодетекторов: на биениях частоты. Принцип их работы основан на том, что сравниваются частоты двух генераторов: опорного и измерительного.
Металлоискатель на биениях
Перед началом работы схема настраивается таким образом, чтобы частоты генераторов совпадали. Когда в поле зрения катушки измерительного генератора появляется металл, его частота «уходит». Из-за этого на нелинейном элементе, на который поступают сигналы обоих генераторов, возникают разностные частоты (биения), которые и сигнализируют о присутствии металла.
По моему опыту, такие металлоискатели довольно капризны. Частоты генераторов могут плавать сами по себе, из-за случайных факторов, что приводит к ложным срабатываниями и необходимости постоянно подстраивать металлоискатель.
Применение Ардуино позволяет запрограммировать более умную и сложную реакцию на изменение частоты.
- Во-первых, становится не нужен опорный генератор.
- Во-вторых, алгоритм обучен не реагировать на плавный уход частоты и самоподстраивается под небольшие изменения.
- В-третьих, можно дифференцировать несколько уровней сигнала.
Таким образом, металлоискатель на принципе биений превратился в металлоискатель на принципе измерения частоты.
Cхема
Измерительный генератор собран на двух элементах 2И-НЕ. Можно использовать микросхему К561ЛА7 или зарубежный аналог CD4011.
Простейший LC-генератор выглядел бы так:
Простейший LC-генератор на логической микросхеме
Но в нашей модели использована чуть более сложная схема, ёмкостная трёхточка. По отзывам, она даёт более стабильную частоту генерации. В итоге наш генератор вырабатывает импульсы с частотой примерно 70-100 кГц, которые поступают на цифровой вход 5 Ардуинки.
К аналоговому входу А0 подцеплен делитель напряжения R2-R3, он будет задавать чувствительность. Для индикации сигнала используются выводы 9 и 10, которые через токоограничивающие резисторы R4 и R5 подключены к светодиодам. Питание для генератора берётся с платы Ардуино.
Металлоискатель на макетной плате
Пара слов про измерительную катушку. Удобно её сделать из провода витой пары, которая повсеместно используется для подключения интернет. Диаметр катушки около 18 см, в ней 6 витков витой пары, это значит 48 витков провода. Главное, аккуратно соединить концы проводочков, чтобы получились последовательные витки и не было короткозамкнутых или оборванных витков.
Для более стабильной работы катушку рекомендуется экранировать, а экран подключить к общему проводу.
Скетч
Теперь обратимся к программе, или, как говорят ардуинщики, к скетчу. Я постарался добавить максимально подробные комментарии, но если останутся вопросы, пожалуйста, задавайте их в комментариях.
Видео работы металлоискателя
В заключение, видео работающей схемы. Лучше всего металлоискатель реагирует на металлические предметы большой площади, поэтому для демонстрации я взял кусочек фольгированного текстолита. Хотя это и не совсем честно. На видео хорошо заметно, что схема реагирует именно на резкое изменение частоты генератора, что равно происходит и при приближении металла, и при удалении его из поля действия катушки.
Добавить комментарий