Einen empfindlichen Metalldetektor mit Arduino Nano bauen – DIY-Anleitung

Komponenten und Zubehör

• 1× Arduino Nano R3
• 1× Operationsverstärker (Op-Amp + Komparator + Referenz)
• 1× IRF840 Power-MOSFET
• 6× LED (beliebig)
• Widerstände, Kondensatoren, Dioden (Sortiment)
• Suchspule: 20 cm Durchmesser, 25 Windungen isolierter Kupferdraht (0,3–0,5 mm²)
• 2× Lithium-Ionen-Akkus in Reihe (ca. 7,4 V)
• Piezo-Summer für akustische Anzeige

Benötigte Werkzeuge

• Lötkolben (mit feiner Spitze)
• Lötzinn, Seitenschneider, Abisolierzange
• Multimeter zum Testen

Software

• Arduino IDE

Projektbeschreibung

Dieser Metalldetektor basiert auf dem bekannten russischen Pulsinduktions-Detektor „PIRAT“, wurde aber durch den Einsatz eines Arduino Nano deutlich vereinfacht. Er erreicht eine Erkennungsreichweite von ca. 15 cm für Münzen und über 40 cm für größere Metallgegenstände – ein beachtliches Ergebnis bei so simpler Bauweise.

Funktionsweise der Pulsinduktion (PI)

PI-Metalldetektoren nutzen eine einzige Spule als Sender und Empfänger. Kurze, starke Stromimpulse erzeugen ein magnetisches Feld. Wenn der Impuls endet, kollabiert das Feld abrupt und induziert einen kurzen „reflektierten Impuls“ (ca. 30 µs) in der Spule. Befindet sich Metall im Feld, ändert sich Amplitude und Phase dieses reflektierten Signals. Daraus lassen sich Größe, Entfernung und Art des Metalls (ferro-/nicht-ferromagnetisch) ableiten.

Aufbau und Besonderheiten

Im Gegensatz zu einer früheren Version mit Smartphone-Anzeige und häufiger Kalibrierung ist dieses Gerät autark und kalibriert sich beim Reset selbst. Die Anzeige erfolgt über 6 LEDs (Häufigkeit und Intensität steigen bei Annäherung) sowie einen Summer. Die Spule besteht aus 25 Windungen isolierten Kupferdrahts (0,3–0,5 mm²) auf 20 cm Durchmesser.

Arduino-Code

// PI Metalldetektor für Arduino Version 18_min (C) alex --- 1967 2015
int ss0 = 0, ss1 = 0, ss2 = 0;
long c0 = 0, c1 = 0, c2 = 0;
byte i = 0;
int sss0 = 0, sss1 = 0, sss2 = 0;
int s0 = 0, s1 = 0, s2 = 0;

void setup() {
  DDRB = 0xFF; // Port B: alle Ausgänge
  DDRD = 0xFF; // Port D: alle Ausgänge
  // Kalibrierung: 255 Messungen mitteln
  for (i = 0; i < 255; i++) {
    PORTB = B11111111; // MOSFET an
    delayMicroseconds(200);
    PORTB = 0;         // MOSFET aus, Spule freilaufend
    delayMicroseconds(20);
    s0 = analogRead(A0);
    s1 = analogRead(A0);
    s2 = analogRead(A0);
    c0 += s0; c1 += s1; c2 += s2;
    delay(3);
  }
  c0 = c0 / 255 - 5;
  c1 = c1 / 255 - 5;
  c2 = c2 / 255 - 5;
}

void loop() {
  PORTB = B11111111;
  delayMicroseconds(200);
  PORTB = 0;
  delayMicroseconds(20);
  s0 = analogRead(A0);
  s1 = analogRead(A0);
  s2 = analogRead(A0);

  ss0 = s0 - c0; if (ss0 < 0) sss0 = 1; ss0 /= 16; PORTD = ss0; delay(1);
  ss1 = s1 - c1; if (ss1 < 0) sss1 = 1; ss1 /= 16; PORTD = ss1; delay(1);
  ss2 = s2 - c2; if (ss2 < 0) sss2 = 1; ss2 /= 16; PORTD = ss2; delay(1);

  // Starke Anzeige bei Erkennung
  if (sss0 + sss1 + sss2 > 2) {
    PORTD = B11111111; // Alle LEDs an
    delay(1);
    sss0 = sss1 = sss2 = 0;
  }
}

Schaltplan

Hinweis: Der Code nutzt direkte Port-Manipulation (PORTB, PORTD) für maximale Geschwindigkeit. Die Kalibrierung beim Start kompensiert Drift und Offset. Die Empfindlichkeit lässt sich über den Abzugswert (hier -5) und den Teiler (/16) anpassen.