ESP32 Metal Detector, a ESP32 project

This ESP32-based metal detector uses electromagnetic induction to sense ferrous and conductive materials. The circuit generates a high-frequency pulse through a search coil, then measures the decay of the resulting magnetic field using an op-amp comparator and Schmitt-trigger logic. When metal enters the field, it dampens the decay, triggering an LED and piezo buzzer alarm.

This guide provides a complete wiring diagram, parts list, and step-by-step assembly instructions for building the detector on a breadboard. The included Arduino firmware handles coil driving, signal sampling, baseline calibration, and threshold detection. Builders will learn how inductive sensing works and gain a functional metal detector ready for field testing.

Wiring diagram

Gather all the parts

Qty	Component
1	MCP602 dual operational amplifier El pequeño circuito integrado de dos amplificadores que aísla la señal de la bobina antes de llevarla al ESP32.
1	74HC14D hex Schmitt-trigger inverter El integrado lógico que convierte el pulso del ESP32 en una señal firme para encender y apagar la bobina.
1	Search coil, 330 µH La bobina de búsqueda que crea el campo magnético y cambia ligeramente cuando acercas metal.
1	AO3400A N-channel logic-level MOSFET El transistor que conecta rápidamente la bobina a tierra para crear los pulsos de detección.
1	1N5819 Schottky diode El diodo que limita el pico de la bobina para proteger el transistor y el amplificador.
1	100 Ω resistor Resistencia en serie que protege la salida lógica al cargar la compuerta del transistor.
1	100 kΩ resistor Resistencia que mantiene apagado el transistor mientras el ESP32 arranca.
1	68 kΩ resistor Resistencia superior del divisor que baja la señal de la bobina a un nivel seguro para el MCP602.
1	100 kΩ resistor Resistencia inferior del divisor que mantiene la entrada del amplificador por debajo de su límite.
1	100 nF ceramic capacitor Condensador pequeño que limpia la alimentación del MCP602 junto a sus patas de alimentación.
1	100 nF ceramic capacitor Condensador pequeño que limpia la alimentación del 74HC14D junto a sus patas de alimentación.
1	Green 5 mm LED La luz que se enciende al detectar una variación grande cerca de la bobina.
1	330 Ω resistor Resistencia que limita la corriente de la luz LED para que no se dañe.
1	Passive piezo buzzer El pequeño zumbador que hace un tono cuando la bobina nota metal cercano.

Assemble it in 8 steps

1. Alimenta la placa de pruebas

Con el ESP32 desconectado del USB, lleva 3V3 del ESP32 al carril rojo de la placa de pruebas y GND al carril azul. Todos los circuitos deben compartir ese mismo carril de tierra.

Usa cables rojos para 3V3 y negros para GND para encontrar errores con facilidad.
No conectes 5 V a los integrados ni a GPIO34: una señal de 5 V puede dañar el ESP32.

2. Coloca y alimenta los dos integrados

Pon el MCP602 y el 74HC14D atravesando la ranura central de la placa de pruebas. Conecta VDD del MCP602 y VCC del 74HC14D a 3V3 (alimentación), y VSS del MCP602 y GND del 74HC14D a GND (tierra). Coloca cap_mcp_1 y cap_hc14_1: cada condensador va entre 3V3 y GND, pegado a su integrado.

El punto o muesca del encapsulado marca el extremo de la pata 1; consulta el dibujo de pines del fabricante antes de colocar cada chip.
Una fila desplazada o alimentar el chip al revés puede calentarlo y dañarlo.

3. Termina las entradas que no se usan

En el MCP602, une OUTA con INA− y conecta OUTA a GPIO34 (señal). Une OUTB con INB− y conecta INB+ a GND para que el segundo amplificador no quede suelto. En el 74HC14D, conecta las entradas 2A, 3A, 4A, 5A y 6A a GND; deja sus salidas sin conectar.

Una entrada suelta puede captar ruido y hacer que el montaje consuma de más o se comporte de forma errática.

4. Cablea la bobina y el transistor

Conecta coil_1 L1 a 3V3 (alimentación). Conecta coil_1 L2 al drenador D de mosfet_1 (señal). Conecta la fuente S del MOSFET a GND (tierra). Conecta diode_1 entre el mismo punto L2/D y 3V3: el extremo con raya, K, va a 3V3 (protección) y el otro extremo, A, va a L2/D (protección).

Puedes hacer la bobina con unas 35 vueltas de hilo de cobre esmaltado de 0,4 a 0,6 mm sobre un aro no metálico de unos 10 cm. Raspa el esmalte de las dos puntas antes de insertarlas.
No pongas la bobina sobre una mesa metálica ni uses un aro metálico: el propio soporte activará el detector.

5. Añade el control de la bobina

Conecta GPIO25 a 1A del hc14_1 (señal). Conecta 1Y del hc14_1 a un extremo de r_gate_1, y el otro extremo de r_gate_1 a G de mosfet_1 (señal). Conecta r_pulldown_1 entre G de mosfet_1 y GND (mantiene apagada la bobina durante el arranque).

El MOSFET AO3400A en formato SOT-23 es muy pequeño; sigue su dibujo de patas del vendedor o usa un adaptador SOT-23 a placa de pruebas.
Confundir las patas G, D y S del MOSFET puede dejar la bobina encendida y calentar el transistor.

6. Lleva la señal protegida al ESP32

Conecta r_div_top_1 entre el punto común coil_1 L2 / mosfet_1 D y el punto de lectura. Conecta r_div_bottom_1 entre ese punto de lectura y GND. Conecta el punto de lectura a INA+ del mcp602_1; la salida OUTA del MCP602 ya va a GPIO34 (señal).

Mantén estos cables cortos y separados del cable de GPIO25 para que la lectura tenga menos ruido.
No conectes el punto de la bobina directamente a GPIO34: los picos de la bobina podrían dañar la entrada del ESP32.

7. Conecta la luz y el zumbador

Conecta GPIO26 a un extremo de r_led_1 y el otro extremo a la pata larga A de led_1 (luz). Conecta la pata corta K del LED a GND (tierra). Conecta el terminal + de piezo_1 a GPIO27 (sonido) y el terminal − a GND (tierra).

Si el LED no enciende, gira solo el LED; su lado plano y pata corta van a GND.
No quites r_led_1: sin esa resistencia el LED puede dañarse.

8. Enciende y calibra lejos del metal

Revisa que no haya hilos sueltos, conecta el ESP32 por USB y mantén la bobina lejos de monedas, herramientas, la mesa metálica y tus manos durante unos tres segundos al encender. Después acerca una moneda a la bobina para comprobar que se enciende la luz y suena el zumbador.

Si detecta siempre o no detecta nada, mueve el valor DETECT_THRESHOLD en el programa: bájalo para más sensibilidad o súbelo para ignorar ruido.

Review all connections

1. Connections between "mcp602_1" and "ESP32"

Function	mcp602_1	ESP32
`power`	VDD	3V3
`ground`	VSS	GND
`analog`	OUTA	GPIO 34
`analog`	INA- → MCP602 dual operational amplifier OUTA	EXT
`analog`	INA+ → 100 kΩ resistor 1	EXT
`analog`	OUTB → MCP602 dual operational amplifier INB-	EXT
`ground`	INB+	GND

2. Connections between "hc14_1" and "ESP32"

Function	hc14_1	ESP32
`power`	VCC	3V3
`ground`	GND	GND
`digital`	1A	GPIO 25
`digital`	1Y → 100 Ω resistor 1	EXT
`ground`	2A	GND
`ground`	3A	GND
`ground`	4A	GND
`ground`	5A	GND
`ground`	6A	GND

3. Connections between "coil_1" and "ESP32"

Function	coil_1	ESP32
`power`	L1	3V3
`data`	L2 → AO3400A N-channel logic-level MOSFET D	EXT

4. Connections between "mosfet_1" and "ESP32"

Function	mosfet_1	ESP32
`data`	D → 68 kΩ resistor 1	EXT
`ground`	S	GND

5. Connections between "diode_1" and "ESP32"

Function	diode_1	ESP32
`data`	A → AO3400A N-channel logic-level MOSFET D	EXT
`power`	K	3V3

6. Connections between "r_gate_1" and "ESP32"

Function	r_gate_1	ESP32
`digital`	2 → AO3400A N-channel logic-level MOSFET G	EXT

7. Connections between "r_pulldown_1" and "ESP32"

Function	r_pulldown_1	ESP32
`digital`	1 → AO3400A N-channel logic-level MOSFET G	EXT
`ground`	2	GND

8. Connections between "r_div_top_1" and "ESP32"

Function	r_div_top_1	ESP32
`analog`	2 → 100 kΩ resistor 1	EXT

9. Connections between "r_div_bottom_1" and "ESP32"

Function	r_div_bottom_1	ESP32
`ground`	2	GND

10. Connections between "cap_mcp_1" and "ESP32"

Function	cap_mcp_1	ESP32
`power`	1	3V3
`ground`	2	GND

11. Connections between "cap_hc14_1" and "ESP32"

Function	cap_hc14_1	ESP32
`power`	1	3V3
`ground`	2	GND

12. Connections between "led_1" and "ESP32"

Function	led_1	ESP32
`digital`	A → 330 Ω resistor 2	EXT
`ground`	K	GND

13. Connections between "r_led_1" and "ESP32"

Function	r_led_1	ESP32
`digital`	1	GPIO 26

14. Connections between "piezo_1" and "ESP32"

Function	piezo_1	ESP32
`pwm`	+	GPIO 27
`ground`	-	GND

Deploy the firmware

main.cppOpen in Schematik

#include <Arduino.h>


// Forward declarations
int takeCoilReading();
void setAlarm(bool on);

constexpr int COIL_DRIVE_PIN = 25;
constexpr int LED_PIN = 26;
constexpr int BUZZER_PIN = 27;
constexpr int SENSE_PIN = 34;

constexpr uint32_t PULSE_ON_US = 260;
constexpr uint32_t SETTLE_US = 12;
constexpr uint32_t SAMPLE_INTERVAL_MS = 20;
constexpr int CALIBRATION_SAMPLES = 180;
constexpr float DETECT_THRESHOLD = 35.0f;

float baseline = 0.0f;
float filteredReading = 0.0f;
bool metalPresent = false;
uint32_t lastSampleMs = 0;

int takeCoilReading() {
  // The 74HC14 inverts this signal: LOW turns the MOSFET on, HIGH releases it.
  digitalWrite(COIL_DRIVE_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(PULSE_ON_US);
  digitalWrite(COIL_DRIVE_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(SETTLE_US);

  long total = 0;
  for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    total += analogRead(SENSE_PIN);
  }
  return total / 4;
}

void setAlarm(bool on) {
  digitalWrite(LED_PIN, on ? HIGH : LOW);
  if (on) {
    ledcWriteTone(BUZZER_PIN, 1800);
  } else {
    ledcWriteTone(BUZZER_PIN, 0);
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(COIL_DRIVE_PIN, OUTPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  analogReadResolution(12);
  analogSetPinAttenuation(SENSE_PIN, ADC_11db);

  // Keep the coil unpowered while the ESP32 starts.
  digitalWrite(COIL_DRIVE_PIN, HIGH);
  setAlarm(false);
  delay(300);

  long total = 0;
  for (int i = 0; i < CALIBRATION_SAMPLES; ++i) {
    total += takeCoilReading();
    delay(10);
  }
  baseline = total / (float)CALIBRATION_SAMPLES;
  filteredReading = baseline;
  Serial.printf("Referencia inicial: %.1f\n", baseline);
}

void loop() {
  const uint32_t now = millis();
  if (now - lastSampleMs < SAMPLE_INTERVAL_MS) {
    return;
  }
  lastSampleMs = now;

  const int raw = takeCoilReading();
  filteredReading = filteredReading * 0.78f + raw * 0.22f;
  const float change = fabsf(filteredReading - baseline);
  metalPresent = change > DETECT_THRESHOLD;
  setAlarm(metalPresent);

  // Slowly follow temperature and supply changes only when no metal is detected.
  if (!metalPresent) {
    baseline = baseline * 0.998f + filteredReading * 0.002f;
  }

  Serial.printf("lectura=%d referencia=%.1f cambio=%.1f %s\n",
                raw, baseline, change, metalPresent ? "METAL" : "libre");
}