如何利用TDA0161接近開關(guān)芯片制作一個金屬探測器？

金屬探測器是一種非常常見的設(shè)備，可用于檢查購物中心、酒店、電影院等內(nèi)的人員是否攜帶任何金屬或非法物品，例如管制刀具等。金屬檢測器有多種類型，例如手持式金屬檢測器，穿行金屬檢測器和地面搜索金屬檢測器。英銳恩單片機開發(fā)工程師表示，金屬探測器很容易制作，主要使用到一顆接近傳感器芯片。

在這個方案中，單片機工程師設(shè)計了一個簡單的DIY型金屬探測器電路，該電路使用非常簡單的組件，單片機入門學(xué)習(xí)者可以嘗試做一下。

在該方案中，使用的是一顆意法半導(dǎo)體的TDA0161接近傳感器芯片，目前這款IC已經(jīng)過時，所以僅做測試使用。如果找不到TDA0161，請嘗試查找其他類似IC。

所需組件

（1）1 x TDA0161接近傳感器芯片IC；

（2）2 x 47nF電容器（陶瓷電容器代碼473）；

（3）1 x 1KΩ電阻（1/4W）；

（4）1 x 330Ω電阻（1/4W）；

（5）1 x 100Ω電阻（1/4W）；

（6）1 x 5KΩ電位器；

（7）1 x 2N2222A（NPN三極管）；

（8）1 x 5V蜂鳴器；

（9）線圈（取26–30AWG的銅線，并纏繞成直徑5–6cm的線圈，并繞140–150匝）。

其他附加組件（用于LED）

（1）1 x 220Ω電阻（1/4瓦）；

（2）1 x 5mmLED。

有關(guān)TDA0161這顆IC的說明

TDA0161接近傳感器芯片IC：TDA0161是STMicroelectronics制造的接近傳感器芯片IC。它可以通過檢測高頻渦流損耗的細(xì)微變化來檢測金屬物體。

TDA0161IC可借助外部調(diào)諧電路充當(dāng)振蕩器，電源電流的變化將決定輸出信號，即當(dāng)金屬物體靠近時電流高，而當(dāng)沒有金屬物體時電流低。

TDA0161具有8個引腳，并采用雙列直插式封裝（DIP）。下圖顯示了TDA0161IC的引腳圖。

線圈（電感器）：此方案采用了30AWG銅線，然后使用5.8厘米直徑參考將其纏繞成線圈，線圈包括140–150匝。

金屬探測器電路說明

當(dāng)L1和C1的LC電路從附近的任何金屬獲得任何諧振頻率時，將產(chǎn)生電場，這將導(dǎo)致在線圈中感應(yīng)出電流并改變通過線圈的信號流。

可變電阻器用于將接近傳感器的值更改為與LC電路相等，最好在線圈不靠近金屬時檢查該值。當(dāng)檢測到金屬時，LC電路將改變信號。更改后的信號被提供給接近傳感器芯片（TDA0161），該檢測器將檢測到信號的變化并做出相應(yīng)的反應(yīng)。當(dāng)沒有檢測到金屬時，接近傳感器的輸出為1mA；當(dāng)線圈靠近金屬時，接近傳感器的輸出為10mA。

當(dāng)輸出引腳為高電平時，電阻器R3將為晶體管Q1提供正電壓。Q1將打開，LED發(fā)光，并且蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。電阻r2用于限制電流。

金屬探測器的框圖

金屬探測器電路由三個主要部分組成：LC電路，接近傳感器，輸出LED和蜂鳴器。并聯(lián)連接的線圈和電容器C1將構(gòu)成LC電路。

如果檢測到任何金屬，接近傳感器（TDA0161）就會被此LC密碼觸發(fā)。然后，接近傳感器將打開LED并使用蜂鳴器發(fā)出警報。

LC電路：LC電路具有并聯(lián)的電感器和電容器。當(dāng)附近存在相同頻率的材料時，該電路會發(fā)出諧振。LC電路交替對電容器和電感器充電。當(dāng)電容器充滿電時，會對電感器施加電荷。

電感器開始充電，當(dāng)電容器兩端的電荷為零時，它將以相反的極性從電感器吸取電荷。然后減少電感器電荷，并再次重復(fù)該過程。請注意，電感器是磁場存儲設(shè)備，電容器是電場存儲設(shè)備。

接近傳感器：接近傳感器可以在沒有任何物理干擾的情況下檢測物體。接近傳感器的工作原理與紅外傳感器相同，接近也釋放信號，除非并且直到反射回來的信號沒有變化，否則它不會提供輸出。

如果信號發(fā)生變化，它將檢測并給出相應(yīng)的輸出。有不同的接近傳感器，例如要檢測塑料材料，我們可以使用電容式接近度，對于金屬，我們應(yīng)該使用電感式。

該金屬探測器方案運行原理

由L1（線圈）和C1組成的LC電路是電路的主要金屬檢測器部分。借助該LC電路（也稱為振蕩電路或調(diào)諧電路），TDA0161IC充當(dāng)振蕩器并以特定頻率振蕩。

當(dāng)LC電路從附近的任何金屬中檢測到任何諧振頻率時，都會產(chǎn)生電場，這將導(dǎo)致在線圈中感應(yīng)出電流并改變通過線圈的信號流。

可變電阻器用于將接近傳感器的值更改為與LC電路相等，最好在線圈不靠近任何金屬物體時檢查該值。當(dāng)檢測到金屬時，LC電路將改變信號。

更改后的信號被提供給接近傳感器芯片（TDA0161），該檢測器將檢測到信號的變化并做出相應(yīng)的反應(yīng)。當(dāng)未檢測到金屬時，接近傳感器的輸出將小于1mA，而當(dāng)線圈靠近金屬時，其輸出將約為10mA（通常大于8mA）。

當(dāng)輸出引腳為高電平時，電阻器R3將為晶體管Q1提供正電壓。Q1將打開并且LED將發(fā)光（電路中未顯示），并且蜂鳴器將被激活。

（1）該方案的好處

基于TDA0161的接近傳感器芯片IC金屬檢測器電路是一種非常簡單易用的金屬檢測器，可用于檢測家庭，辦公室和花園中的小金屬。不需要任何單片機，因為接近傳感器將足以實施該方案。

（2）該方案的缺點

這種金屬探測器電路的主要缺點是探測范圍。金屬物體必須與探測器保持10mm的距離。