金属探测器是一种安全装置，可用于在机场，购物中心，电影院等各个地方探测可能有害的金属。以前我们已经制作了非常简单的没有微控制器的金属探测器，现在我们正在建造金属探测器使用Arduino。在这个项目中，我们将使用线圈和电容器来检测金属。在这里，我们使用了Arduino Nano来构建这个金属探测器项目。对于所有电子爱好者来说，这是一个非常有趣的项目。无论此探测器在其附近检测到任何金属，蜂鸣器都会非常迅速地发出蜂鸣声。
所需组件：
以下是使用Arduino构建简单的DIY金属探测器所需的组件。所有这些组件都应该可以在本地硬件商店轻松获得。
- Arduino（任何）
- 卷材
- 10nF电容器
- 蜂鸣器
- 1k电阻
- 330欧姆电阻
- LED
- 1N4148二极管
- 面包板或PCB
- 连接跳线
- 9v电池
金属探测器如何工作？
每当有电流流过线圈时，线圈周围都会产生磁场。磁场的变化会产生电场。现在根据法拉第定律，由于该电场，线圈两端将产生一个电压，该电压与磁场的变化相反，这就是线圈产生电感的方式，这意味着所产生的电压与电流的增加相反。电感的单位为亨利，测量电感的公式为：
L =（μ ο * N 2 * A）/升式中，L-电感在亨μο-渗透性，其4π×10 -7旋转幅度的空气N-数量A-内芯区（πR 2）以m 2升-线圈长度，以米为单位
当任何金属靠近线圈时，线圈会改变其电感。电感的这种变化取决于金属类型。对于非磁性金属，它会减少，对于铁磁性材料（如铁），它会增加。
取决于线圈的磁芯，电感值会急剧变化。在下图中，您可以看到空心电感，在这些电感中，将没有实心磁芯。它们基本上是残留在空中的线圈。感应器产生的磁场流的介质是空的或空气。这些电感器的电感值非常小。
当需要很少的微亨利值时，可以使用这些电感器。对于大于几毫亨的值，则不适合。在下图中，您可以看到带有铁氧体磁芯的电感器。这些铁氧体磁芯电感具有非常大的电感值。
请记住，此处缠绕的线圈是空心线圈，因此，当将一块金属片放在线圈附近时，该金属片充当空心电感器的芯。通过这种金属作为磁芯，线圈的电感会大大改变或增加。与不带金属件的情况相比，由于线圈电感的突然增加，LC电路的总电抗或阻抗发生了相当大的变化。
因此，在这个Arduino Metal Detector项目中，我们必须找到线圈的电感来检测金属。为此，我们使用了已经提到的LR电路（电阻器-电感器电路）。在此电路中，我们使用了大约20匝的线圈或直径为10cm的绕组。我们用了一个空的胶带卷，将电线缠绕在上面制成线圈。
电路原理图：
我们已经使用Arduino Nano来控制整个Metal Detector项目。LED和蜂鸣器用作金属检测指示器。线圈和电容器用于检测金属。信号二极管也用于降低电压。还有一个电阻，用于限制流至Arduino引脚的电流。
工作说明：
这款Arduino Metal Detector的工作有点棘手。在这里，我们将Arduino产生的块波或脉冲提供给LR高通滤波器。因此，在每个过渡阶段，线圈都会产生短的尖峰。所产生尖峰的脉冲长度与线圈的电感成正比。因此，借助这些尖峰脉冲，我们可以测量线圈的电感。但是在这里很难精确测量带有这些尖峰的电感，因为这些尖峰的持续时间非常短（约0.5微秒），而Arduino很难测量。
因此，代替此，我们使用了一个由上升脉冲或尖峰充电的电容器。而且它只需几个脉冲就可以给电容器充电到可以由Arduino模拟引脚A5读取其电压的程度。然后Arduino使用ADC读取该电容器的电压。读取电压后，通过将 capPin 引脚作为输出并将其设置为低电平，电容器迅速放电。整个过程大约需要200微秒。为了获得更好的结果，我们重复测量并取结果的平均值。这就是我们可以测量Coil的近似电感的方法。得到结果后，我们将结果传送到LED和蜂鸣器以检测金属的存在。查看本文末尾给出的完整代码以了解其工作原理。
本文结尾给出了完整的Arduino代码。在该项目的编程部分，我们使用了两个Arduino引脚，一个用于生成要在线圈中馈入的块波，另一个用于模拟电容器电压。除了这两个引脚，我们还使用了另外两个Arduino引脚来连接LED和蜂鸣器。
您可以在下面查看Arduino Metal Detector的完整代码和演示视频。您可以看到，只要它检测到一些金属，LED和蜂鸣器就会开始快速闪烁。