Металлоискатель на ардуино с дискриминацией металлов

Обновлено: 15.05.2024

Металлоискатель (Metal Detector) используется для обнаружения различных металлов. Может использоваться как службами безопасности, так и обычными любителями – обычно их используют археологи для поиска металлических предметов старины (значки, монеты, медали и т.д.). Конечно, металлоискатель можно сконструировать и без использования микроконтроллера, но в данном проекте мы рассмотрим проект металлоискателя на основе использования платы Arduino. В нашем проекте катушка индуктивности и конденсатор будут использоваться для обнаружения металла, а плата Arduino Nano будет управлять всеми процессами в схеме.

Также на нашем сайте вы можете посмотреть более сложный проект металлоискателя на Arduino с дискриминацией металлов.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Nano (подойдет и любая другая модель) (купить на AliExpress).
Катушка индуктивности.
Конденсатор 10 нФ (купить на AliExpress).
Зуммер (Buzzer) (купить на AliExpress).
Резистор 1 кОм (купить на AliExpress).
Резистор 330 Ом (купить на AliExpress).
Светодиод (купить на AliExpress).
Диод 1N4148 (купить на AliExpress).
Макетная или перфорированная плата.
Соединительные провода.
Батарейка 9 В.

Принцип работы проекта

Как известно, при прохождении электрического тока через катушку он формирует (генерирует) магнитное поле вокруг нее. Изменение магнитного поля приводит к формированию электрического поля. Поэтому в соответствии с законом Фарадея из-за изменения электрического поля в катушке появляется разность потенциалов, которая препятствует изменению магнитного поля – это происходит благодаря наличию у катушки свойству индуктивности, которое стремится препятствовать нарастанию тока. Индуктивность измеряется в генри и для катушки она может быть рассчитана по формуле:

L = (μο * N 2 * A) / l,

где L - индуктивность в генри,
μο – магнитная проницаемость, для воздуха она равна 4π*10 -7 ,
N – число витков,
A – площадь сечения проводника (πr 2 ) в м 2 ,
l - длина проводника катушки в метрах.

Когда рядом с катушкой появляется металл он изменяет ее индуктивность. Величина изменения индуктивности зависит от типа металла. Индуктивность уменьшают немагнитные металлы и увеличивают ферромагнитные материалы такие как железо.

Индуктивность катушки в значительно степени зависит от ее сердечника. На следующем рисунке показаны катушки без сердечника, обычно они имеют невысокие значения индуктивности.

Обычно такие катушки используются когда нужна индуктивность в несколько мкГн. Для достижения больших значений индуктивности используются катушки с ферритовым сердечником (показанные на рисунке ниже), с помощью которых можно получить достаточно большие значения индуктивности.

Соответственно, когда рядом с катушкой без сердечника оказывается кусок металла он начинает действовать как сердечник для катушки, значительно увеличивая ее значение индуктивности. Поэтому если катушка включена в LC контур, то при этом (появлении металла рядом с катушкой) увеличивается общее реактивное сопротивление (импеданс) данного контура.

Поэтому в нашем металлоискателе на основе Arduino мы будем использовать определение индуктивности катушки для обнаружения металлов. Катушка включена в контур, изменение импеданса которого мы и будем обнаруживать. В нашем проекте мы использовали катушку из 20 витков, намотанных на пустую оболочку от изоленты (скотча) как показано на следующем рисунке.

Работа схемы

Схема металлоискателя на основе платы Arduino Nano представлена на следующем рисунке.

Плата Arduino используется для управления всеми процессами в схеме. Светодиод и зуммер используются как индикаторы обнаружения металла. Катушка и конденсатор используются для обнаружения металла. Импульсный диод используется для уменьшения напряжения. Резистор используется для ограничения тока на контакте платы Arduino.

Работа схемы достаточно проста. На выходе контакта платы Arduino мы формируем прямоугольную волну (импульсы), которая подается на LR фильтр верхних частот. В связи с этим при каждом переходе уровня катушка будет генерировать короткий остроконечный импульс, длительность которого будет пропорциональна величине индуктивности катушки. Поэтому измеряя ширину этих остроконечных импульсов можно определить индуктивность катушки. К сожалению, с помощью платы Arduino это сделать достаточно сложно поскольку импульсы очень короткие – около 0,5 микросекунды.

Вместо этого мы будем использовать конденсатор, который будет заряжаться этими импульсами. Необходимо всего лишь несколько импульсов чтобы зарядить конденсатор до такого уровня, чтобы напряжение на нем можно было считать с помощью аналогового контакта A5 платы Arduino. Это аналоговое значение напряжения плата Arduino преобразует в цифровое с помощью аналого-цифрового преобразования (АЦП), доступном на данном контакте. После считывания напряжения мы быстро разряжаем конденсатор подавая на контакт A5 напряжение низкого уровня (логический "0") – перед этим его нужно перевести из режима ввода данных в режим вывода данных. Весь этот процесс занимает около 200 микросекунд. Для достижения большей точности результатов мы можем производить подобную операцию несколько раз и затем использовать среднее значение полученных результатов. Таким образом мы получаем приближенное значение индуктивности катушки. После анализа этого результата мы выдаем соответствующие управляющие сигналы на светодиод и зуммер.

Исходный код программы

В программе мы инициализировали два контакта платы Arduino – один для генерации прямоугольных импульсов, подаваемых на катушку, а второй – для считывания напряжения с конденсатора. Дополнительно к этому мы инициализировали еще 2 контакта для управления зуммером и светодиодом. Подробно работа нашего металлоискателя показана на видео, приведенном в конце статьи. При обнаружении металла зуммер издает звуковой сигнал, а светодиод начинает мигать с высокой частотой.

Металлоискатель своими руками с дискриминацией металлов

Поиск артефактов, скрытых в недрах земли, будоражит умы многих энтузиастов. Кто-то посвящает жизнь поиску исторических ценностей и кладов, других интересует только «черный» лом. Но главный смысл любого поиска при помощи металлоискателя для людей заключается в обнаружении драгоценных металлов.

Для подобных поисков металлодетекторы оснащаются функцией дискриминации. В статье будут подробно описаны схемы металлоискателей с дискриминацией металлов.

Принцип работы

Любой металлоискатель работает по простому принципу взаимодействия собственного магнитного поля (МП) с магнитным полем Земли. Взаимодействие строится на обнаружении металлических предметов. Металл, который имеет свойство к намагничиванию, попадает в поле действия металлоискателя за счет разницы магнитных полей.

Такие металлы, как золото, серебро, медь, обладают ферритным свойством. Они просто не намагничиваются. По этой причине, детектор не может определить их магнитное поле. Фиксация происходит по принципу определения вихревых электромагнитных потоков, проходящих сквозь металл и образующих на его поверхности элементы «Фуко», или завихрения с определенной частотой. Импульсные детекторы определяют ферритный предмет по его электрической проводимости. Чем проводимость больше, тем выше колебательная частота от его поверхности.

Современные металлоискатели оснащаются разными типами функции дискриминации. Каждый тип, позволяет определять ферритный сплав, и при этом он может отсеивать “промышленный мусор”.

Дискриминация переменного типа. В ее основу заложена обработка полученных сигналов от предмета по степени его электрической проводимости. Для большей точности, пользователь самостоятельно проводит настройку прибора. Настройка позволяет делать отбор самых перспективных сигналов. Металлодетекторы с подобной функцией, оснащаются визуальным индикатором, на котором имеется шкала с четким разделением по типам сигнала и соответствующим им металлам. Переменная дискриминация позволяет определять только предметы размером более 1–3 сантиметров. Различные вкрапления, мелкие самородки, песок, обрывки цепочек так далее, подобные приборы не находят.
Селективный тип. Детекторы с этой функцией можно настроить на прием только определенного сигнала. Таким образом, прибор не будет реагировать, например, на медь, алюминий, серебро, выявляя в грунте только золото. Этот тип очень полезен при работе на замусоренных участках. Большое количество мелкого металлического мусора не станет помехой, позволяя выявлять только необходимые частотные сигналы.
Двухмерный тип. Самая современная технология. Позволяет определить ферритные сплавы, вокруг которого образованно скопление черного металла. За распознавание отвечает блок управления, который производит предварительный расчет электропроводимости всего объекта на сканируемом участке.

Также стоит учитывать общую влажность почвы, ее состав, жесткость.

Металлоискатели с дискриминатором более энергоемкие и функциональные. Относятся к импульсным приборам. Дополнительная функция делает устройства более мощными. Рабочая частота варьируется от 9 до 25 кГц. Импульсный принцип работы позволяет таким приборам выявлять ферритные сплавы на глубине до 2 и более метров.

Самодельные приборы

Приобрести металлоискатель с дискриминацией достаточно сложно. Это дорогие приборы и новичку будет сложно самостоятельно научиться использовать подобную технику. Такой прибор можно изготовить в домашних условиях. Самодельный металлоискатель будет сильно отличаться от настоящих импульсных приборов, но поможет научиться использовать устройство в условиях простых поисков.

Малыш FM

Это самый простейший металлоискатель с дискриминацией металлов, который можно собрать своими руками. Он способен определять предметы из черного и драгоценного металла на глубинах до 12÷15 сантиметров. Подойдет для поиска на пляжах. Для самостоятельного изготовления понадобятся следующие радиодетали:

Микроконтроллер PIC12F675.
Кварцевый резонатор номиналом до 20 МГц.
Керамические конденсаторы: 15 пФ — 2 шт и 100 нФ — 1 шт.
Электролитный конденсатор номиналом 100 мкФ — 1шт.
Пленочные конденсаторы номиналом 100 нФ — 2шт.
Резисторы с сопротивлением 10 кОм — 1шт, с сопротивлением 470 Ом — 1шт.
Стабилизатор напряжения типа AMS1117 до 3.3 вольт.
Динамик с сопротивлением до 8 Ом.
Микропереключатель.

Все описанные детали необходимо собрать на печатной плате. Ее можно изготовить методом травления или следующим образом:

Обрезать кусок плексигласа или текстолита шириной 35 и длинной 80 мм.
Перевести на кусок принципиальную схему прибора.
Высверлить отверстия под радиодетали.
Спаять при помощи медных перемычек все элементы.

В виду того, что в схеме очень мало элементов, такой способ монтажа можно считать наиболее простым и быстрым.

Во время сборки следует четко соблюсти порядок подключения стабилизатора напряжения. Схема приведена ниже.

Катушка

Для изготовления катушки передатчика понадобится медный провод сечением 0.3–0.4 мм. Необходимо заранее подготовить каркас для обмотки. Его диаметр не должен превышать 180 мм. На каркас нужно намотать ровно 55 витков. Такая катушка позволит осуществлять передачу частотных импульсов в 17–19 кГц.

После обмотки, необходимо вынуть намотанный провод с каркаса, и укрепить его изоляционной лентой в нескольких местах. После требуется максимально плотно обмотать всю катушку лентой. Очень важно, чтобы все витки плотно соприкасались друг с другом.

После изоляции на катушку наносится 1 слой фольги. Фольга также скрепляется на концах изоляционной лентой.

Важно! В месте вывода концов проволоки катушки, необходимо оставить не менее 5 сантиметров свободной от фольги поверхности.

На заключительном этапе, катушка обматывается заранее залуженным куском провода. Обмотка проводится с шагом в 1 сантиметр. После проведения первых тестов чувствительность катушек можно увеличить. Для этого придется отмотать несколько витков провода, замеряя общее сопротивление. Самой лучшей и стабильной работы можно добиться при сопротивлении не более 2 Ом.

Подключение

После того, как катушка была намотана и изолирована, концы всех проводов нужно подключить. Делается это следующим образом:

Один конец подключается к контролеру через контакт «5», параллельно с конденсатором С7.
Второй конец через резистор R2, параллельно с конденсатором С6, к контакту «6» контроллера.
Оба конца экранирующего провода подключаются к клемме «минус» принципиальной схемы.

Дополнительно модернизировать прибор можно, если постепенно уменьшать емкость перечисленных конденсаторов. Частотная характеристика увеличиться, при этом значительно повысится ток потребления.

После подключения необходимо провести прошивку контроллера. Файл можно найти в Интернете.

Металлоискатель «Малыш FM» не требует настройки. Необходимо собрать печатную плату в удобную герметичную коробку, подобрать для крепления всех деталей удобный держатель. Очень важно использовать для катушки дополнительный каркас из пластика или фанеры. После сборки можно включить прибор, и опробовать его способности на металлических предметах. Питание устройства осуществляется от 9–12 вольтовой батареи или аккумулятора.

Volksturm

Схема металлоискателя с дискриминацией металлов этого типа также проста. Основной особенностью этого прибора является наличие сразу двух катушек. Это обеспечивает высокую глубину проникновения в различную по структуре почву. Также повышена способность к дискриминации металлов по электрической проводимости. Добиться такого результата помогло сближение катушек. Они соприкасаются друг с другом, что снижает скорость передачи сигнала от катушки на контроллер. Для сборки понадобятся следующие детали:

3 транзистора BC546 или их отечественный аналог КТ 315.
1 транзистор BC556. Можно заменить на КТ 361.
Операционный усилитель сигнала LF353 или TL072 — 1шт.
Усилитель LM358N.
По одной микросхеме CD 4011, 4013, 4066.
Постоянные резисторы 5.6К, 430К, 10К, 390К, 1.5К, 220К, 56К, 8.2К — 1шт; 22К — 3шт; 1К — 2шт; 100К — 8шт; 130К — 2шт.
Переменные резисторы 100 и 330К — 1шт.
Неполярные конденсаторы номиналом 1nF, 220nF, 47nF, 10nF — 1шт; 22nF — 3шт; 1 mkF — 2шт.
Электролитические конденсаторы напряжением 16 вольт, номиналом 220 mkF — 2шт.
Резонатор кварц — 32768 Гц.
Динамик.
Светодиоды — 2шт.

Все детали собираются на монтажной плате с четким соблюдением принципиальной схемы. На этапе тестирования многие конденсаторы придется подбирать дополнительно. Также подбираются и резисторы. Зависит это от напряжения и сопротивления катушек. При высоком сопротивлении, операционный усилитель TL072 может выйти из строя по причине перегрева.

На данной модели устанавливаются 2 катушки: передающая и приемная. Детали отличаются по своей форме от обычных. Они квадратной формы с закругленными углами. Для изготовления необходимо:

На стандартном листе бумаги расчертить прямоугольник со сторонами 14.5 и 23 см.
С левой стороны прямоугольника от каждого угла отступить на 2.5 см.
С правой стороны по 3 см.
Отрезать углы согласно схеме.
Закрепить лист на фанере.
Заизолировать 8 гвоздей изоляционной лентой.
Вбить гвозди по углам шаблона. После очень важно откусить шляпки гвоздей. Это защитит лаковую изоляцию обмотки в момент снятия с каркаса.
Намотать на заготовку 80 витков медного провода сечением 0.3–0.4мм. Очень важно проводить обмотку только по изолированным гвоздям.

После завершения обмотки, катушка скрепляется в нескольких местах капроновой нитью. Далее необходимо аккуратно снять катушку с каркаса и плотно обмотать изоляционной лентой. Поверх ленты намотать один слой конденсаторной фольги. Поверх фольги намотать заранее залуженный оловом медный провод шагом 1 см. Конец данного провода соединить с началом катушки.

Вторая катушка собирается по тому же принципу, за исключением того, что нет необходимости обматывать фольгой и дополнительным экраном.

Обе катушки необходимо зафиксировать с наложением одного края друг на друга. Соприкосновение краев должно быть не по всей длине, а только в двух местах. Обе катушки и их расположение потребуют четкого крепления. Они не должны провисать, изгибаться от вибрации. Любая деформация повлияет на чувствительность и общую работоспособность.

После сборки требуется подключить обе катушки к собранной ранее плате. Для этого требуется соединить между собой начало экранированной передающей катушки и конец приемной. Этот контакт удлиняется многожильным проводом и подключается к контакту «ТХ» на плате. Оба оставшихся конца подключаются к минусу. При включении устройства, на выходах катушки будет около 4 вольт напряжения. Его придется усилить подбором конденсаторов. Потребуется снова отпаять контакты и в разрыв запаять конденсаторы номиналом 0.02 мкФ. Таким образом, после подачи напряжения на выходах катушек появится напряжение до 20 вольт. Это усилит проникающую способность металлоискателя, при этом останется мощность для работы с катушками данного размера. Такое высокое напряжение потребует от пользователя оснастить устройство мощной аккумуляторной батареей на 12 вольт. Обычной «Кроны» может хватить только на 1.5 часа поиска.

После подключения питания, потребуется выполнить настройку катушек на прием и передачу. Для этого необходимо поместить под них металлический предмет, и по звуку настроить положение. Делается это следующим образом:

Длинные стороны экранированной катушки необходимо сжать на 0.5 см. При увеличении тональности и громкости края фиксируются. Можно использовать деревянную распорку.
После таким же образом настраивается вторая катушка. Нужно добиться увеличение громкости и тона сжатием длинных краев.
На конечном этапе настраивается общее положение относительно друг друга. Требуется сближать и разводить оба элемента до фиксации самой высокой тональности. Дополнительно можно контролировать сопротивление деталей при сближении. Самый наименьший параметр будет наиболее лучшим.

Как только самый высокий тон найден, оба элемента плотно фиксируются на каркасе. Далее нужно собрать плату в герметичную коробку, вывести на нее переменные резисторы и закрепить светодиоды. Очень важно надежно заизолировать обе обмотки. Даже незначительная влажность приведет к полному выходу из строя или к сбоям настроек.

Проверка

Проверка прибора проводится обычным способом. Проникающая способность этой модели до 1.5 метра при рыхлом или влажном грунте. Хорошие показатели можно получить при тонкой настройке переменного резистора. Для этого нужно поместить под прибор металлический предмет и добиться самого высокого тона. Также тон настраивается на удалении от предмета.

Режим дискриминации не требует настройки. За счет каскадного усиления, прибор просто меняет тональность своего звучания. В режимах можно быстро разобраться, если поэкспериментировать с разными металлами. Также стоит обращать на яркость светодиодного индикатора. При воздействии на ферриты, лампы должны гореть в пол накала.

Заключение

Собрать металлоискатель своими руками и оснастить его дискриминацией металлов можно, если придерживаться описанному руководству. Первая схема очень простая. Для воплощения этого проекта требуется минимум знаний и опыта. Главное правильно подобрать детали и собрать все по схеме. Второй проект более сложный. Он потребует больших знаний в электротехнике. Но конечный результат порадует величиной проникающей способности и широким возможностям отбора металлов.

Как сделать металлоискатель на Ардуино

Металлоискатели, или металлодетекторы, применяют для бесконтактного поиска металлов и сделанных из них предметов. Такие устройства используют военные, сотрудники различных служб безопасности, археологи для нахождения металлических артефактов, востребованы они и среди любителей искать предметы старины. Обычно металлодетекторы довольно дороги, но современные технологии и доступные микроконтроллеры позволяют самостоятельно сделать не уступающий фабричным образцам аналог. Далее мы рассмотрим примеры сборки металлоискателя на одноплатном контроллере Ардуино.

Как устроен металлодетектор

Металлоискатель использует в своей работе метод индуктивного зондирования. Основная рабочая часть прибора – катушка индуктивности. Наличие металла под зондом детектора меняет индуктивность, которая замеряется логикой контроллера и передается пользователю через интерфейсное устройство в виде сигналов (принцип работы будет подробнее рассмотрен ниже). Таким устройством обычно служит динамик или наушники, но могут применяться и другие способы оповещения:

Любой металлоискатель состоит из трех основных блоков:

катушка (или несколько). Они играют роль обнаруживающих металл передающих или принимающих антенн;
блок управления;
устройство вывода сигнала.

Отметим, что речь идет о простом импульсном или индукционном детекторе. Дорогие промышленные и специализированные образцы могут содержать иную аппаратную «начинку».

В блоке управления расположен генератор сигнала и центральная схема — контроллер. Существует множество схем металлоискателей под разные виды плат. Распространена схема устройства «Пират» на базе двух чипов:

операционного двухканального усилителя TL072 и его аналога К157УД2 (приемный модуль);
чипа NE555 (передающий узел системы).

Но в последнее время становятся популярны варианты на Arduino. Причина этого — простота, дешевизна, хорошая изученность семейства Ардуино и мощные программные возможности платформы.

Проходя через катушку индуктивности, электрический ток генерирует вокруг нее магнитное поле. А колебания значений поля создают уже поле электрическое. По закону Фарадея изменения электрического поля создают разность потенциалов.

Последняя благодаря свойству индуктивности катушки активно препятствует изменениям магнитного поля: свойство не дает нарастать току. Для измерения индуктивности служит системная единица Генри, вычисляемая по формуле:

L — значение индуктивности в Генри;
μο — магнитная проницаемость;
N — количество витков катушки;
A — площадь сечения провода;
L — длина намотанного на катушку провода в метрах.

При наличии металла рядом с катушкой индуктивность меняется:

немагнитные металлы ее снижают;
магнитные, наподобие железа — увеличивают.

На этом свойстве основаны селективные металлоискатели, способные по изменению индуктивности определять тип попавшего в поле действие металла. Реализация такой дискриминации требует высокочувствительной катушки с большим числом витков, соответствующего контроллера и прошивки. Поэтому недорогие модели (в том числе DIY) свойство селективности обычно не поддерживают, но встречаются и варианты с ней. У образцов на Ардуино дискриминация встречается редко, хотя существуют схемы так называемых пинпойнтеров — способных различать металлы на небольших расстояниях детекторов.

Уровень индуктивности зависит от сердечника. Бессердечниковые катушки с небольшим количеством витков имеют сравнительно невысокую итоговую чувствительность.

Для получения высоких значений нужны варианты на ферритовом сердечнике и с несколькими десятками (а лучше — сотнями) витков.

Но при создании простого бытового детектора достаточно и катушки первого типа. Ее можно сделать, намотав 30–40 витков на подходящий предмет — например, пустую пластиковую «шайбу» от изоленты.

Простой металлоискатель на базе Arduino

Для постройки понадобятся:

одноплатный компьютер Arduino Nano;
зуммер (небольшой динамик-«пищалка»);
катушка индуктивности — покупная или намотанная самостоятельно;
конденсатор на 10 нФ;
резистор на 330 Ом;
резистор на 1 кОм;
диод типа 1N4148;
светодиод;
макетная плата;
источник питания на 9 В;
провода для соединения.

Схема устройства

Готовый металлоискатель на Arduino схематически выглядит так:

Всеми процессами управляет микрокомпьютер Arduino. О нахождении в поле «зрения» металла сигнализирует дополненный светодиодом зуммер, а катушка с конденсатором служат непосредственно для обнаружения. Импульсный диод в схеме нужен для понижения напряжения, а резистор ограничивает ток на контактах Ардуино.

Все элементы монтируются на макетной плате. Вид в сборе:

Схема действует следующим образом:

на выходе Ардуино мы создаем импульсы прямоугольной формы;
они поступают на LR фильтр верхних частот;
с каждым переходом уровня на катушке возникнет быстрый остроконечный импульс. Долгота его пропорциональна значению индуктивности нашей катушки.

Измеряя ширину импульса, можно замерить и саму индуктивность. Но важно учесть, что длина импульсов всего около 0.5 микросекунды, и «поймать» их по отдельности с помощью Arduino затруднительно. Поэтому в систему внедрен конденсатор: он заряжается импульсами до уровня считывания напряжения контроллером через аналоговый контакт A5. На аналогово-цифровом преобразователе из него будет получено цифровое значение. Когда напряжение считано, конденсатор разряжается подачей низкого напряжения на А5 — так называемый «логический нуль» (перед этим программа переводит контакт из режима «ввода» на «вывод».

Цикл занимает примерно 200 мс. Для большей точности его можно повторить его несколько раз и получить среднее значение, с каковым и работать. Зная приближенное значение индуктивности, плата анализирует его и выдает заданные сигналы на диод и динамик.

Прошивка

Поскольку мы делаем импульсный металлоискатель на Ардуино, мало его собрать — нужно еще залить управляющее ПО. В терминологии Arduino оно называется «скетч» и прошивается в плату при помощи входящей в комплект среды разработки.

Пример простого скетча для описанной выше схемы:

инициализируются два контакта контроллера. Первый генерирует идущие на катушку импульсы, второй — читает напряжение с конденсатора;
также включаются два контакта — они управляют диодом и звуковым зуммером.

При попадании в область детекции катушки зуммер издает звук, а диод часто мигает.

Прибор может быть собран в любом удобном корпусе, покупном или самодельном. В самом простом случае его можно смонтировать даже на селфи-палке.

Более сложная схема с шестью катушками

Для лучших результатов можно использовать несколько катушек и плату Arduino Nano.

контроллер Ардуино;
9-вольтовый источник питания;
счетверенный компаратор LM339 — 2 шт.;
макетная плата Veroboard 50 на 80 мм;
резисторы на 1 кОм — 5 шт.;
резисторы на 100 Ом — 5 шт.;
диод сигнальный IN4148 — 5 шт.;
конденсатор на 0.1 мкФ — 5 шт.;
конденсатор керамический на 330 пФ — 5 шт.;
резистор на 10К — 1 шт.;
светодиодная лента с резистором на 150 Ом, под напряжение 3 В — для визуальной индикации.

Проводником здесь служит медный провод сечением 0.26 мм и 25 метров в длину. Также нужны 3 мяча для пинг-понга, лист пластика, 6-мм МДФ 22 на 23 см для основы катушек (два листа), двухкомпонентный эпоксидный клей и экранированный кабель сечением 2–3 мм и длиной 30 см. Под рукоять можно взять пластиковую ручку швабры с гибким шарниром или другую похожую конструкцию.

Подготовка

Сперва создадим на картоне шаблон, нарисовав на нем круг радиусом 40 мм и разделив его на 8 одинаковых сегментов. Должна получиться шестиугольная форма. С ее помощью рисуется контур на листе бумаги. Всего должно получиться пять форм, которые следует скопировать на доску МДФ, как показано на картинке. Получившееся следует вырезать в двух экземплярах.

Далее в центре каждого шестиугольника одной из форм фрезой сверлятся отверстия под будущие катушки:

И листы скрепляются эпоксидным клеем, в результате чего появляется основа детектора.

Затем на 40-мм цилиндр наматывается 40 витков проволоки. Должно получиться пять таких катушек. Обмотки можно склеить горячим клеем, оставляя в начале и конце по 20 см для соединения с платой.

После этого в каждом узле катушки высверливается 3-мм отверстие для подвода проводов, и намотанные блоки приклеиваются на место.

Важно делать их «заподлицо» с плитой МДФ, чтобы катушки не портились при работе с прибором.

Монтаж

Схема будущего металлоискателя:

Монтажная плата размечается по созданному ранее макету.

Сперва ставится контроллер Arduino и чип LM339. Затем добавляются конденсаторы и резисторы, с ними же ставится экранированный кабель.

Конденсаторы на 0.1 мкФ можно разместить прямо на МДФ для экономии места и провода, там же ставятся диоды.

Готовый вид смонтированной системы:

Когда система собрана, ее остается разместить в корпус. Для верхней и нижней части по шаблону вырезаются пластиковые листы, из пластика же делаются боковины. В крышке сверлятся отверстия для диодов — здесь пригодятся пластиковые шарики, которые разрезаются на половинки и ставятся под отверстиями для рассеивания света. Допустимо обойтись без них — рассеивание нужно лишь для красоты.

Источник питания в данном случае заключен в контейнер на крышке.

Готовый вид конструкции:

Программная часть

Полный текст скетча для Ардуино можно найти по ссылке ниже.

Доступность технологий сегодня позволяет собрать металлодетектор своими руками и без существенных затрат. А применение контроллера Ардуино делает процесс еще проще — плата берет на себя все управление логикой, достаточно лишь создать подходящий скетч или воспользоваться одним из уже готовых примеров.

При этом на Arduino возможно сделать как простой детектор для бытовых нужд, так и мощный прибор с несколькими катушками и дополнительными функциями.

Металлоискатель на Arduino c дискриминацией металлов

В данной статье мы рассмотрим создание металлоискателя (металлодетектора) на основе платы Arduino с возможностью дискриминации металлов. Данный металлоискатель будет способен обнаруживать мелкие металлические предметы (например, монеты) на глубине до 15 см, а крупные предметы из металла он сможет обнаруживать на глубине до 50 см (и даже более). Также он будет способен отличать железосодержащие металлы (ferrous) от цветных металлов (nonferrous). Металлоискатель отличается достаточно простой конструкцией и в то же время он обеспечивает приемлемую чувствительность.

Ранее на нашем сайте рассматривался проект простого металлоискателя на Arduino, рекомендуем его прочитать чтобы понять принцип работы металлоискателя (металлодетектора).

Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
Операционный усилитель TL081 или 741, также подойдет LT1677 (использован автором проекта) (купить на AliExpress).
Громкоговоритель (Speaker) 0,25 Вт, 8 Ом.
Транзистор общего назначения NPN типа.
Катушка индуктивности – 2 шт.
Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
Конденсаторы и резисторы (согласно схеме, представленной далее).
Переключатели.
Батарейка.

Схема проекта

Схема металлоискателя на Arduino c дискриминацией металлов представлена на следующем рисунке.

При обнаружении металла устройство будет издавать звуковой сигнал, а на ЖК дисплее с помощью столбчатой диаграммы (bar graph) будет отображать степень близости металла, а также указываться тип металла – железо (ferrous) или цветной (nonferrous).

Устройство представляет собой индукционно-балансный металлодетектор, работающий на очень низкой частоте (very low frequency, VLF). Металлоискатель содержит передающую и приемную катушки индуктивности. Как и во всех схемах подобных детекторов, для нашего прибора очень важен баланс между катушками. Потенциометр в схеме детектора используется для устранения влияния противофазного компонента (out-of-phase component) сигнала – приводит сдвиг по фазе к нулю, а синфазный компонент (in-phase component) обнуляется с помощью соответствующего расположения катушек – по принципу работы IB-детекторов.

Каждая катушка индуктивности изготовляется при помощи намотки 64 витков провода сечением 0,5 мм2 из эмалированной меди на D форму (D shape) диаметром 11 см. После этого конструкция катушки обматывается лентой и экранируется алюминиевой фольгой, после чего к ней к ней прикрепляется луженая медная проволока – необходимо оставить небольшой пропуск в фольге чтобы ее прикрепить. После чего обе катушки закрепляются на пластиковое основание. Внешний вид собранных катушек индуктивности для металлоискателя показан на следующем рисунке.

Более подробно процесс их сборки вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи. Внешний вид собранной конструкции металлоискателя показан на следующем рисунке.

Для настройки работы проекта нам первым делом необходимо определить резонансную частоту колебательного контура в нашей схеме. Для этого можно использовать известную из курса физики формулу, online калькуляторы, либо же ее можно измерить с помощью осциллографа. Если собрали катушки описанным способом, то резонансная частота нашего контура должна составлять примерно 7.64 кГц. Если вы получили другое значение резонансной частоты, то вам необходимо внести соответствующие изменения в следующую строчку программы:

Металлоискатель на ардуино с дискриминацией металлов

Оказывается ещё летняя разработка.

Автор собирался добавить полевик на Тх катуху. шо-то подзатихло.

Мож тут спецы развернут тему. на Технодиуме шот глухо.

Надо встроить в металлоискатель драйвер полевика.

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Собственно сама схема металлоискателя.

Под схемой же красным по белому написано, что это IB, а не импульсник.

А импульсники с дискримом это "Шанс" и FelezJoo-PI.

Материалы по обеим в достатке в сети имеются

QUOTE (Eddy71 @ Oct 17 2021, 08:48 AM)

Под схемой же красным по белому написано, что это IB, а не импульсник.

. Видишь ли, друже Эдди.

Я стараюсь не спорить до всерачки о том шо я досконально не знаю.

Но. мысль такая была. а вот и сам аффтор типа подписался так сделать.

Таки. шо тогда с под меня взять.

Пока на схеме нет реализации его планов. Они у него в голове. Вот когда они оттуда вылезут.

lloyd.kraisler это пинпойтер, и лучше сюда магнитную катушку прикрутить на ферритовом стержне,а на ардуине лежит хороший детектор на радиосхеме ,только вот там детальки мелкие и редкие и плюс АЦП и ЦАПы есть которые тоже стоят денег не совсем маленьких и некоторые стоят дороже stm32 поэтому если есть из чего делать то собирайте ,а так из чистой ардуины делают импульсник и пинпойтеры

QUOTE (wampir @ Oct 20 2021, 11:49 AM)

стоят денег не совсем маленьких и некоторые стоят дороже stm32 поэтому если есть из чего делать то собирайте ,а так из чистой ардуины делают импульсник и пинпойтеры

Валяется и stm32 Ардуинка она стоит как и нано 328 и тема на Технодиуме жуётся давно тоже.

но. да, там Ардуино примочек надо валом.

Ту как бы селекция. неплохую дальность до цели расписали. вот и повёлся.

А пин у меня есть. от Еddy71. с дискримом. "Малыш FM" назывался вроде.

там правда не магнитка, а колечко 7см диаметром кажись. давно дело было.

lloyd.kraisler , вот FelezJoo-PI. это бюджетный металлоискатель ,перечитал персидский форум не весь конечно а выборочный,мд4,и другие и понял ,что товарищ этот пишет на ардуино, но код скетча не опубликует в сети ,само устройство ,собрано на голой атмеге 328 дип,на входе используется операционник LF357,заменяется нашим 544уд2а,можно поставить ad8541 это тоже примерно такой-же

Да забыл сказать собрал на доске ардуино и залил скетч ,он рабочий делал на голой атмеге 328 дип,катушки намотал приблизил монету вроде работает,но у меня не было tl081 ,поставил 574уд4,не помню откуда вырезал уже паяная и если на хекс скину

FelezJoo-PI ,сейчас в сети есть ломанная и оригинальная версия 3,35 есть ещё турецкий импульсник с дискримом пим-2,но лучше польский ШАНС на 328 меге

QUOTE (wampir @ Oct 21 2021, 09:47 AM)

но лучше польский ШАНС на 328 меге

Дискриминация это круто, ардуино с экраном тоже.
Но все что нужно конечному пользователю, я замечу по своему опыту, это полностью автоматический прибор, включил и ищи. Без регулировок и настроек, а дискриминации достаточно 2-ух светодиодов, это железо обозначать или цветмет. МалышФМ этим всех и подкупал, простота в использовании, простота в индикации.
Сделайте такой прибор и будет вам счастье.
Не нужны функции и настройки , ручные балансы грунта и прочее. 2 светодиода и полный автомат.

. Как бы. уже сделал давным-давно.

А то. басня про жёлуди приходит на ум.

Подписаться на тему
Уведомление на e-mail об ответах в тему, во время Вашего отсутствия на форуме.

Читайте также: