金属探测器电路图 带Arduino的金属探测器设计

引言

金属探测器，作为一种应用广泛的电子仪器，凭借其独特的探测能力，在多个领域发挥着不可或缺的作用。从军事、安全、考古到工业、环保等，金属探测器以其高效、准确的探测功能，为人们的生活和工作带来了极大的便利。本文将深入探讨金属探测器的定义、工作原理、应用领域以及未来发展趋势，旨在全面展现这一科技设备的价值与潜力。

一、金属探测器的定义

金属探测器，顾名思义，是一种用于探测金属的电子仪器。它主要基于电磁感应、X射线检测或微波检测等原理，通过检测金属物体对特定物理场的反应，来判断金属物体的存在、位置及性质。金属探测器种类繁多，根据探测方式的不同，可以分为电磁感应型、X射线检测型和微波检测型等。其中，电磁感应型金属探测器因其成本低、操作简便、探测效果好而最为常见。

二、工作原理

金属探测器的工作原理主要基于电磁感应和电磁干扰的原理。具体来说，当金属物体靠近探测线圈时，金属物体会产生电磁感应，导致磁场改变并产生感应电流。这个感应电流会形成一个闭合的感应电流环路，进而改变探测线圈中的电感和电容，使线圈的谐振频率发生变化。金属探测器通过检测这种频率变化，来判断金属物体的存在及其特性。

电磁感应型金属探测器内部通常包含三组线圈：中央发射线圈和两个对等的接收线圈。通过发射线圈产生高频可变磁场，当金属物体进入磁场区域时，会破坏原有的磁场平衡，导致接收线圈的感应电压发生变化。这种变化经过控制系统放大处理后，产生报警信号，从而指示金属物体的存在。

三、应用领域

金属探测器的应用领域极为广泛，几乎涵盖了所有需要金属探测的场合。以下是一些主要的应用领域：

1. 军事领域 ：
   在军事上，金属探测器可用于探测金属地雷、未爆炸弹等危险物品。其高效、准确的探测能力，为军事行动提供了重要的安全保障。此外，金属探测器还可用于探测敌方潜艇、飞机等金属目标，为军事侦察和防御提供支持。
2. 安全领域 ：
   在安全领域，金属探测器是安检设备的重要组成部分。通过探测随身携带或隐藏的金属武器、刀具等危险物品，金属探测器有效保障了公共场所和特定区域的安全。在机场、火车站、地铁站等交通枢纽，以及政府机关、学校、医院等敏感区域，金属探测器都发挥着至关重要的作用。
3. 考古领域 ：
   在考古方面，金属探测器可以探测埋藏金属物品的古墓，帮助考古学家快速找到古代文物和金银财宝。通过金属探测器的引导，考古学家能够精确定位金属物体的位置，减少挖掘工作的盲目性和破坏性，提高考古发掘的效率和准确性。
4. 工业领域 ：
   在工业上，金属探测器被广泛应用于在线监测和质量控制。例如，在食品加工行业，金属探测器可以检测并剔除原料和产品中的金属杂质，确保食品安全；在纺织行业，金属探测器可以检测纱线中的金属异物，防止设备损坏和产品质量问题；在金属加工行业，金属探测器可以检测金属部件的缺陷和裂纹，提高产品质量和安全性。
5. 环保领域 ：
   在环保方面，金属探测器可用于探测污染源和废弃物中的金属成分。通过检测金属污染物的分布和浓度，环保部门可以制定针对性的治理措施，减少金属污染对环境和人类健康的危害。
6. 其他领域 ：
   此外，金属探测器还广泛应用于矿产资源勘探、地质调查、海洋探测等多个领域。在矿产资源勘探中，金属探测器可以检测和发现地下的金属矿藏；在地质调查中，金属探测器可以探测地下岩层的金属含量和分布；在海洋探测中，金属探测器可以探测海底的金属沉船和矿产资源。

四、未来发展趋势

随着科技的不断发展，金属探测器的性能和应用范围也在不断提升和拓展。未来，金属探测器将朝着以下几个方向发展：

1. 提高探测精度和灵敏度 ：
   通过优化探测算法和硬件设计，提高金属探测器的探测精度和灵敏度。例如，采用更高频率的电磁波或更先进的信号处理技术，可以实现对更小、更深层金属物体的探测。
2. 增强抗干扰能力 ：
   针对复杂的工作环境和干扰源，金属探测器将采用更先进的抗干扰技术。例如，通过自动变频功能、高稳定性设计和智能化操作系统等手段，减少外部干扰对探测结果的影响。
3. 拓展应用领域 ：
   随着人们对金属探测需求的不断增加，金属探测器的应用领域也将不断拓展。例如，在医疗健康领域，金属探测器可用于检测人体内的金属异物（如手术器械残留）和金属元素含量（如铁元素缺乏症）；在智能家居领域，金属探测器可用于检测家庭环境中的金属安全隐患（如电线老化、金属漏电等）。
4. 智能化和集成化 ：
   未来的金属探测器将更加智能化和集成化。通过集成传感器、处理器、通信模块和智能算法，金属探测器能够实现更复杂的任务处理和数据分析。例如，它们可以实时将探测到的数据传输到云端或移动设备，通过数据分析软件进行远程监控和实时分析。此外，智能化的金属探测器还能根据环境变化和用户需求自动调整探测参数，提高探测效率和准确性。
5. 便携化和无线化 ：
   为了满足更多样化的使用场景，未来的金属探测器将更加便携和无线化。便携式设计使得金属探测器可以轻松携带到各种复杂环境中进行探测，而无线化技术则减少了线缆的束缚，提高了操作的灵活性和便捷性。例如，手持式无线金属探测器在安检、考古和野外探险等领域将发挥更大的作用。
6. 多模态探测技术 ：
   为了应对不同材质和形状的金属物体，未来的金属探测器可能会采用多模态探测技术。这种技术结合了多种探测原理（如电磁感应、X射线、微波等），通过综合分析和比较不同模态下的探测结果，提高探测的准确性和可靠性。多模态探测技术可以更有效地识别出隐藏较深、体积较小或材质特殊的金属物体。
7. 环保和节能 ：
   随着环保意识的增强，未来的金属探测器将更加注重节能和环保。它们将采用低功耗设计，减少能源消耗和碳排放。同时，金属探测器的制造材料也将更加环保，符合可持续发展的要求。
8. 人机交互界面优化 ：
   为了提升用户体验，未来的金属探测器将不断优化人机交互界面。通过直观易懂的图形界面、语音提示和触控操作等方式，用户可以更方便地设置探测参数、查看探测结果和进行设备维护。此外，一些高端的金属探测器还可能配备虚拟现实（VR）或增强现实（AR）技术，为用户提供更沉浸式的探测体验。

金属探测器作为一种重要的电子仪器，在军事、安全、考古、工业等多个领域发挥着不可或缺的作用。随着科技的不断进步和人们需求的不断增长，金属探测器将在性能、应用范围和智能化水平等方面不断提升和拓展。未来，金属探测器将更加高效、准确、便携和智能，为人们的生活和工作带来更多便利和保障。同时，随着环保意识的增强和可持续发展的要求，金属探测器的制造和使用也将更加注重环保和节能。我们有理由相信，在未来的日子里，金属探测器将继续发挥其独特的优势和作用，为社会的进步和发展贡献更多的力量。

五、金属探测器电路图

1、使用CA3140 IC的金属探测器电路图

在本教程中，我们将使用 CA3140 IC 制作一个非常简单且有趣的简单金属探测器项目。商店等处有很多金属探测器可供建造，但它们是最复杂的。我们正在制作的电路很容易构建，适合初学者，而且不太昂贵。它能够检测 2 至 3 英寸外的金属物体。

该电路基于BiMOS运算放大器IC CA3140工作，可在9-12V下工作。线圈用于感测电路周围是否存在任何金属。检测到金属后，它会向运算放大器 IC 发送输入信号。该 IC 的输出端连接有一个 2N3904 晶体管，用于驱动压电蜂鸣器和 LED。因此，当电路周围有金属时，运算放大器会向晶体管发送输入信号，晶体管充当开关并打开压电蜂鸣器和 LED，这样您就会收到通知。

在线圈 L1 的电路中，我们使用了吉他拾音线圈，但您可以尝试不同的线圈，也可以使用任何类似的 NPN 晶体管，如 BC547、2N2222 等，而不是 2N3904。使用正确类型的晶体管和线圈可以实现准确的性能。

完成电路构建后，将其安装在合适的外壳中。为了确保它是否工作正常，请将线圈移动到任何金属物体上，如果听到蜂鸣声，则意味着电路正在工作，如果没有，那么您在构建它时一定犯了错误。

2、 使用BC548晶体管的金属探测器电路图

简单金属探测器电路是便携式电子设备，用于发现近距离内是否存在任何金属。这些仪器通过感测因靠近金属物体而引起的磁波变化来发挥作用。在这个项目中，我们将使用 BC548 晶体管构建一个简单的金属探测器电路。

金属探测器通常采用以下三种类型之一：甚低频 (VLF)、拍频振荡 (BFO) 和脉冲感应 (PI)。金属探测器通过将电磁场从搜索线圈传输到地面来工作。电磁场内的任何金属物体都会通电并重新传输自己的电磁场。搜索线圈接收到重新传输的电磁场并发出警报。

上面的电路图是使用单个 BC548 晶体管和旧收音机的低成本金属探测器。这只是一个工作在中频带频率的科尔皮兹振荡器，其无线电频率相同。

首先，将收音机和电路靠近，然后对收音机进行调谐，使收音机中没有声音。在这种情况下，收音机和电路将处于相同的频率，并且相同的频率拍频而不会产生声音。这就是设置。现在，当您将此金属探测器电路靠近任何金属物体时，您会听到 AM 收音机发出嘶嘶声，表明检测到金属物体。 L1等于1cm PVC管上缠绕60匝漆包铜线。电路供电应为9V或6V电池。

如今，无论您身在世界何处，安全都是少数优先考虑的事情之一，这就是为什么大多数公共和私人场所都提供安全登记的原因。金属探测器有不同类型，例如手持式金属探测器、步行式金属探测器和地面搜索金属探测器。对于保安人员来说，他们要么使用步入式金属探测器，要么使用魔杖。

3、采用IC CS209A的金属探测器电路图

这里我们采用IC CS209A设计一个简单的金属探测器电路，CS209A是双极型单片集成电路，工作时消耗12V单电源，使用6mA电流。它可以提供高达 100mA 的输出电流吸收能力，IC CS209A 有 14 引脚和 8 引脚配置，并且提供 DIP 8 和 SOP 14 封装。它广泛用于金属探测器应用和感应式接近传感应用。

金属探测器电路主要由三个部分组成：LC电路、接近传感器、输出LED和蜂鸣器。该电路的一个重要部分是设计电感线圈L1，因为灵敏度和输出结果仅基于该电感。这里L1值是使用0.4mm导线的绝缘铜线圈获得的100μH，L1直径为40mm，由50匝制成。线圈与电容器C1并联，构成LC电路。 LC 电路（包括 L1 和 C1）使任何谐振频率接近金属。结果，金属和磁铁的吸引力将产生电场。结果将导致线圈中感应出电流。最后，它将改变通过接收线圈的信号流。

IC CS209A 有一个内部振荡电路，L1 充当储能元件，因此金属物体附近 L1 的电感变化使输出 2 变高。这里OUT 1连接LED，OUT 2连接5V蜂鸣器，当检测到金属时蜂鸣器会发出声音。该电路的灵敏度可以通过使用可变电阻VR1来改变（可变电阻将改变接近传感器值以等于LC电路）。对于该电路，检测器线圈L1应靠近金属物体，以检测并发出蜂鸣器声音。 R1 和 R2 电阻器将限制 LED 和蜂鸣器中的电流。

4、 使用SL100晶体管和电感式接近传感器的金属探测器电路图

金属探测器是一种检测附近是否存在金属的电子电路。它对于寻找隐藏在物体内的金属夹杂物或埋在地下的金属物体非常有用。这通常由带有传感器探头的手持单元组成，可以扫过地面或其他物体。如果传感器靠近一块金属，耳机中的声音变化或指示器上的指针移动就会表明这一点。通常，该设备会给出一些距离指示；金属越接近，耳机中的音调越高或针走得越高。

另一种常见类型是固定式“步行式”金属探测器，用于监狱、法院、机场和精神病院等出入点，用于检测人身上隐藏的金属武器。在这里，我们使用 SL 100 晶体管和电感式接近传感器设计了一个简单的金属探测器电路。它可用于避免公共场所枪支、炸弹和其他装置的任何非法活动。

这个简单的金属探测器电路由电感式接近传感器和 SL 100 晶体管组成。这种电感式接近传感器的金属检测范围从几毫米到厘米。这里，来自传感器的输出信号被馈送到开关晶体管 SL100 的基极。蜂鸣器跨接在开关晶体管上作为输出装置。当传感器上没有金属时，蜂鸣器保持静音，否则会发出蜂鸣声。

我们可以在许多公共场所（如购物中心、市场、博物馆等）使用该电路来检测金属物体，如匕首、手枪、枪支或任何恶意携带的隐藏爆炸物。

5、简单金属探测器电路图

简单的金属探测器电路的主要组成部分是LC电路、接近传感器和蜂鸣器。 LC电路只不过是并联的电感器和电容器。当该电路感测到任何金属靠近时，它就会激活接近传感器。该传感器使 LED 发光并发出蜂鸣声。

当LC电路有任何靠近它的金属产生谐振频率时，就会产生电场，从而导致线圈中感应出电流，并改变流经线圈的信号流中的信号。

可变电阻用于改变传感器的阻值，相当于LC电路。当检测到金属时，电路将产生变化的信号。这个变化的信号将被发送给接近检测器，接近检测器将检测信号的变化并做出相应的反应。当线圈检测到金属时，传感器的输出电流为1mA。当线圈靠近金属时，传感器的输出电流约为 10mA。

当o/p引脚为高电平时，R3电阻将向晶体管Q1提供正电压以打开LED，LED发光并发出蜂鸣声。这里，R2 电阻器用于限制电流。

六、 带Arduino的金属探测器设计

金属探测器以多种方式确保我们的安全，而且这种金属探测技术可用于许多应用或面向过程的项目。本文中的Arduino金属探测器电路由接近探测器IC CS209A组成。它是一款双极单片集成电路，最适合金属检测和接近传感应用。

金属探测器如何工作？

上面的图示足以让您了解金属探测器的操作。电路检测基本磁通量反射和LC电感变化或有时感应线圈中产生的脉冲感应或反电动势，并将差异信号分离并足够放大，如果有任何差异，警报指示器电路将被触发。

金属探测器线圈从内部振荡电路获取振荡信号，就电感而言，它可以在数学上表示为[L = (μ0 * N² * A) / l ]。

Arduino金属探测器接线

100μH传感器线圈由直径40mm、0.4mm绝缘铜线绕50匝制成，线圈内部不需要磁芯。这里，IC CS209A 提供两个输出，即引脚 4 的 Out1（通常为高电平）和引脚 5 的 Out2（通常为低电平），您可以在 Arduino 中使用其中之一或两者，此处示例 Arduino 草图仅使用 Out 1 。

Arduino金属探测器代码

//Arduino Metal Detector project 
//www.theorycircuit.com
//Proximity Detector CS209A is used for metal detection
//Writen date 22/2/2018 at 5.53pm

//declare Arduino Pins
const int vinHi = 0; 
const int vinLo = 1;
const int ledG = 11;
const int ledR = 10;
const int Buz = 13;

//variable to detect state change
int metalState = 0;

 //declare Arduino Pin Mode
void setup() {
  pinMode(vinHi, INPUT);
  pinMode(vinLo, INPUT);
  pinMode(ledG, OUTPUT);
  pinMode(ledR, OUTPUT);
  pinMode(Buz, OUTPUT);

}

void loop() {
  metalState = digitalRead(vinHi); // Read the proximity detector signal

  if (metalState == HIGH) // No Metal detected
     {
      digitalWrite(ledG, HIGH);
      digitalWrite(ledR, LOW);
      digitalWrite(Buz, LOW); 
     }
     else {                // Metal detected 
      digitalWrite(ledG, LOW);
      digitalWrite(ledR, HIGH);
      digitalWrite(Buz, HIGH);
     }

   delay (3000); // Wait for 3 Sec.
   
}

上传代码后，连接单独的 9V电池，为 arduino 和金属探测器电路供电。完成接线后，如果传感器线圈附近没有金属，绿色LED 灯会发光，如果线圈附近没有金属，红色 LED 灯会发光，蜂鸣器会发出噪音。