Kotitekoinen Levitron. Kuinka luoda levitaatioefekti arduinolla. Yhdistämme kaiken kasaan

Laitteen idea on hyvin yksinkertainen, sähkömagneetti nostaa magneetin ilmaan, ja levitaatiovaikutuksen aikaansaamiseksi magneettikentässä se liitetään korkeataajuiseen lähteeseen, joka joko nostaa tai laskee kohdetta.

Vaihe 1: laitekaavio

Piiri on yllättävän yksinkertainen ja uskon, että sinun ei tule olemaan vaikeaa koota Levitron omin käsin. Tässä on luettelo komponenteista:

LED (mikä tahansa väri on valinnainen)
Irfz44n-transistori (tai mikä tahansa sopiva mosfet)
diodi HER207 (1n4007:n pitäisi toimia yhtä hyvin)
1k ja 330Om vastukset (jälkimmäinen on valinnainen)
Hall-anturi A3144 (tai vastaava)
kuparikäämilanka, jonka halkaisija on 0,3 - 0,4 mm ja pituus 20 m
neodyymimagneetit (käytin 5 * 1 mm)

Vaihe 2: kokoaminen

Aloitetaan kokoaminen. Ensin meidän on tehtävä kehys sähkömagneetille, jonka mitat ovat noin seuraavat: halkaisija 6 mm, vyyhdin korkeus noin 23 mm ja korvakkeiden halkaisija noin 25 mm. Kuten näet, se voidaan valmistaa tavallisesta levystä, pahvista ja superliimasta. nyt kiinnitämme vyyhdin alun runkoon ja rentoudumme - meidän on tehtävä noin 550 kierrosta riippumatta siitä, missä lisäyksessä. Tein 12 kerrosta, mikä kesti 1,5 tuntia.

Vaihe 3: Liittäminen

Juotamme kaiken kaavion mukaan, ilman vivahteita. Hall-anturi juotetaan johtimiin kuten se asetetaan kelalle. Kun kaikki on juotettu, aseta anturi kelaan, kiinnitä se, ripusta kela ja kytke virta. Kun pidät magneettia ylhäällä, tunnet, että se vetää puoleensa tai torjuu sen napasta riippuen ja yrittää leijua ilmassa, mutta epäonnistuu.

Vaihe 4: asennus

30 minuutin kuluttua kysymyksen "miksi tämä ei toimi?" Tekniset tiedot sisälsivät kuvia, joista näkyy, kumpi puoli on herkkä.

Vedä anturi ulos ja taivuttamalla sitä niin tasainen puoli kirjoituksella oli samansuuntainen maan kanssa, palautin sen paikoilleen - improvisoitu laite alkoi toimia paljon paremmin, mutta magneetti ei vieläkään leijunut. Onnistuimme ymmärtämään ongelman melko nopeasti: tabletin muotoinen magneetti ei ole paras esimerkki levitaatiosta. Se riitti siirtää painopisteen magneetin pohjalle (tein tämän paksulla paperilla). Muista tarkistaa, kumpi puoli magneetista vetää kelaa. Nyt kaikki toimi jokseenkin normaalisti ja ei enää ollut kuin anturi korjata ja suojata.

Mitä muita vivahteita tässä projektissa on? Aluksi halusin käyttää 12 V sovitinta, mutta sähkömagneetti lämpeni nopeasti, ja minun piti vaihtaa se 5 V:iin, en huomannut toiminnan heikkenemistä ja lämmitys oli käytännössä poistettu. Diodi ja rajoitusvastus sammuivat lähes välittömästi. Poistin myös sinisen paperin kelalta - kuparilangan kelat näyttävät paljon kauniimmalta.

Vaihe 5: finaali

Tee se itse tai tee se itse

0. Johdanto

Luin täällä kaikenlaista nettiä ja päätin rakentaa oman Levitronin ilman digitaalista hölynpölyä. Ei ennemmin sanottu kuin tehty. Levitän luovuuden tuskan kaikkien nähtäville.

1. Lyhyt kuvaus

Levitron on laite, joka pitää kohteen tasapainossa painovoiman kanssa magneettikentän avulla. On pitkään tiedetty, että esinettä on mahdotonta levitoida käyttämällä staattisia magneettikenttiä. Koulufysiikassa tätä kutsuttiin muistaakseni epävakaan tasapainon tilaksi. Pienellä halulla, tiedolla, vaivalla, rahalla ja ajalla on kuitenkin mahdollista levitoida esine dynaamisesti käyttämällä elektroniikkaa palautteena.

Tässä on mitä tapahtui:

2. Toiminnallinen piiri

Kelan päissä sijaitsevat sähkömagneettiset anturit tuottavat magneettisen induktion tasoon verrannollisen jännitteen. Ulkoisen magneettikentän puuttuessa nämä jännitteet ovat samat kelan virran suuruudesta riippumatta.

Kestomagneetin läsnä ollessa alemman anturin lähellä ohjausyksikkö muodostaa magneetin kenttään verrannollisen signaalin, vahvistaa sen halutulle tasolle ja lähettää sen PWM:lle ohjaamaan kelan läpi kulkevaa virtaa. Siten tapahtuu takaisinkytkentää ja kela synnyttää magneettikentän, joka pitää magneetin tasapainossa painovoiman kanssa.

Jokin onnistui taitavasti, yritän toisin:
- Ei ole magneettia - induktio kelan päissä on sama - signaali antureista on sama - ohjausyksikkö antaa minimisignaalin - kela toimii täydellä teholla;
- He toivat magneetin lähelle - induktio on hyvin erilainen - signaalit antureista ovat hyvin erilaisia - ohjausyksikkö antaa maksimisignaalin - kela sammuu kokonaan - kukaan ei pidä magneettia ja se alkaa pudota;
- Manit putoaa - siirtyy pois kelasta - antureiden signaalien ero pienenee - ohjausyksikkö vähentää lähtösignaalia - kelan läpi kulkeva virta kasvaa - kelan induktio kasvaa - magneetti alkaa vetää puoleensa;
- Viittaa puoleensa - lähestyy käämiä - antureiden signaalien ero kasvaa - ohjausyksikkö lisää lähtösignaalia - kelan läpi kulkeva virta pienenee - kelan induktio laskee - magneetti alkaa pudota;
- Ihme - magneetti ei putoa eikä vedä - tai pikemminkin se putoaa ja vetää useita tuhansia kertoja sekunnissa - eli syntyy dynaaminen tasapaino - magneetti yksinkertaisesti roikkuu ilmassa.

3. Rakentaminen

Päärakenneelementti on sähkömagneettinen kela (solenoidi), joka pitää kenttänsä mukana kestomagneetti.

Muovirunkoon D36x48 on kierretty tiukasti 78 metriä kupariemaloitua lankaa, jonka halkaisija on 0,6 mm, noin 600 kierrosta. Laskelmien mukaan 4,8 ohmin resistanssilla ja 12 V virtalähteellä virta on 2,5 A, teho on 30 W. Tämä on tarpeen valinnan kannalta ulkoinen lohko ravitsemus. (Itse asiassa se osoittautui 6,0 ohmia, on epätodennäköistä, että he leikkaavat enemmän johtoja, pikemminkin säästivät halkaisijaa.)

Teräsydin työnnetään kelan sisään oven sarana halkaisija 20mm. Sen päissä anturit kiinnitetään kuumaliimalla, joka on suunnattava samaan suuntaan.

Kela antureineen on asennettu alumiininauhakannattimeen, joka puolestaan on kiinnitetty runkoon, jonka sisällä on ohjauskortti.

Kotelossa on LED, kytkin ja pistorasia.

Ulkoinen virtalähde (GA-1040U) on otettu tehoreservillä ja tarjoaa jopa 3,2A virran 12V jännitteellä.

N35H magneettia D15x5 liimatulla Coca-Cola-tölkillä käytetään levitoivana esineenä. Täytyy heti sanoa, että täysi tölkki ei ole hyvä, joten teemme reiät päihin ohuella poralla, valutamme arvokkaan juoman (voit juoda, jos et pelkää lastuja) ja liimaa magneetti ylärenkaaseen .

4 kaavio

U1- ja U2-antureiden signaalit syötetään operaatiovahvistimeen OP1 / 4, joka on kytketty differentiaalipiiriin. Ylempi U1-anturi on kytketty invertoivaan tuloon, alempi U2 ei-invertoivaan, eli signaalit vähennetään, ja OP1 / 4 -lähdössä saamme jännitteen, joka on verrannollinen vain magneettisen induktion luomaan tasoon. kestomagneetti lähellä alempaa U2-anturia.

C1-, R6- ja R7-elementtien yhdistelmä on tämän piirin kohokohta ja antaa sinun saavuttaa täydellisen vakauden vaikutuksen, magneetti roikkuu paikallaan. Kuinka se toimii? Signaalin vakiokomponentti kulkee R6R7-jakajan läpi ja vaimenee 11 kertaa. Muuttuva komponentti kulkee C1R7-suodattimen läpi ilman vaimennusta. Mistä muuttuva komponentti tulee? Vakioosa riippuu magneetin asennosta alemman anturin lähellä, muuttuva osa syntyy magneetin värähtelyistä tasapainopisteen ympärillä, ts. sijainnin muutoksesta ajassa, ts. nopeudesta. Meille on mielenkiintoista, että magneetti on paikallaan, ts. sen nopeus oli 0. Siten ohjaussignaalissa meillä on kaksi komponenttia - vakio vastaa asennosta ja muuttuja tämän asennon stabiilisuudesta.
Lisäksi valmisteltu signaali vahvistetaan OP1 / 3:lla. Säädettävällä vastuksella P2 asetetaan tarvittava vahvistus viritysvaiheen aikana tasapainon saavuttamiseksi magneetin ja käämin erityisistä parametreista riippuen.

OP1 / 1:een on koottu yksinkertainen vertailija, joka sammuttaa PWM:n ja vastaavasti kelan, kun lähellä ei ole magneettia. Erittäin kätevä juttu, älä irrota virtalähdettä pistorasiasta, jos magneetti on irrotettu. Liipaisutaso asetetaan säädettävällä vastuksella P1.

Seuraavaksi ohjaussignaali syötetään pulssinleveysmodulaattoriin U3. Lähtöjännitteen heilahdus on 12 V, lähtöpulssien taajuus on asetettu arvoilla C2, R10 ja P3, ja toimintajakso riippuu tulosignaalin tasosta DTC-tulossa.
PWM ohjaa tehotransistorin T1 kytkentää, joka puolestaan ohjaa kelan läpi kulkevaa virtaa.

LED1-LED:tä ei ehkä ole asennettu, mutta SD1-diodia tarvitaan ylimääräisen virran tyhjentämiseksi ja ylijännitteen välttämiseksi, kun käämi kytketään pois päältä itseinduktioilmiön vuoksi.

NL1 on meidän kotitekoinen kela, jolle on omistettu erillinen osa.

Seurauksena on, että tasapainotilassa kuva on suunnilleen tällainen: U1_OUT = 2,9 V, U2_OUT = 3,6 V, OP1 / 4_OUT = 0,7 V, U3_IN = 1,8 V, T1_OPEN = 25%, NL1_CURR = 0,5 A.

Selvyyden vuoksi liitän kaavioita siirto-ominaisuuksista, taajuusvasteesta ja vaihevasteesta sekä oskilogrammista PWM:n ja kelan lähtöön.

5.Osien valinta

Laite on koottu edullisista ja edullisista komponenteista. Kallein oli kuparilanka WIK06N, 78 metristä WIK06N maksoi 1200 ruplaa, kaikki muu yhdessä oli paljon halvempaa. Kokeilukenttä on yleensä laaja, voit tehdä ilman ydintä, voit ottaa ohuemman langan. Tärkeintä ei ole unohtaa, että induktio kelan akselia pitkin riippuu kierrosten lukumäärästä, niiden läpi kulkevasta virrasta ja käämin geometriasta.

Magneettikenttäantureina U1 ja U2 käytetään analogisia Hall-antureita SS496A lineaarisella ominaiskäyrällä 840G asti, tämä on sama meidän tapauksessamme. Kun käytät analogeja, joilla on erilainen herkkyys, sinun on säädettävä vahvistusta OP1 / 3:ssa sekä tarkistettava induktion maksimitaso kelan päissä (messämme ytimen kanssa se saavuttaa 500 Gt) niin, että anturit eivät kyllästy huippukuormalla.

OP1 on LM324N nelioperaatiovahvistin. Kun kela on pois päältä, se antaa 20mV nollan sijasta 14. lähdössä, mutta tämä on melko hyväksyttävää. Tärkeintä ei ole unohtaa valita joukosta 100 000 vastusta, joka on todellisuudessa lähimpänä asennettavaa vastusta R1, R2, R3, R4.

C1, R6 ja R7 valitaan yrityksen ja erehdyksen perusteella eniten paras vaihtoehto eri kaliipereiden magneettien stabilointiin (N35H magneetit D27x8, D15x5 ja D12x3 testattiin). R6/R7-suhde voidaan jättää ennalleen ja C1-luokitus voidaan nostaa 2-5 μF:iin ongelmatilanteissa.

Kun käytät hyvin pieniä magneetteja, vahvistus voi puuttua, tässä tapauksessa vähennä R8-arvoa 500 ohmiin.

D1 ja D2 ovat tavallisia tasasuuntausdiodeja 1N4001, mikä tahansa käy tähän.

Suosittua TL494CN-mikropiiriä käytetään pulssinleveysmodulaattorina U3. Toimintataajuus asetetaan elementeillä C2, R10 ja P3 (20 kHz kaavion mukaan). Optimaalinen alue 20-30 kHz, pienemmällä taajuudella kelan pilli näkyy. R10:n ja P3:n sijaan voit laittaa 5,6K vastuksen.

T1 on kenttätransistori IRFZ44N, mikä tahansa muu samasta sarjasta käy. Muita transistoreita valittaessa saattaa olla tarpeen asentaa jäähdytin, jota ohjataan kanavan vastuksen ja portin varauksen vähimmäisarvojen mukaan.
SD1 on VS-25CTQ045 Schottky-diodi, tässä tartuin suurella marginaalilla, tavallinen nopea diodi käy, mutta se voi olla erittäin kuuma.

LED1 keltainen LED L-63YT, tässä, kuten sanotaan, maku ja väri, voit ohjata niitä enemmän, jotta kaikki loistaa värikkäillä valoilla.

U4 on 5V L78L05ACZ jännitesäädin antureille ja operaatiovahvistimelle. Kun käytät ulkoista virtalähdettä, jossa on ylimääräinen 5 V ulostulo, voit tehdä ilman sitä, mutta on parempi jättää kondensaattorit.

6. Johtopäätös

Kaikki toimi suunnitelmien mukaan. Laite toimii vakaasti kellon ympäri, kuluttaa vain 6W. Diodi, kela tai transistori eivät kuumene. Liitän vielä pari kuvaa ja viimeisen videon:

7. Vastuuvapauslauseke

En ole elektroniikkainsinööri tai kirjailija, päätin vain jakaa kokemukseni. Ehkä jokin näyttää sinulle liian ilmeiseltä ja jotain liian monimutkaista, mutta unohdit mainita jotain kokonaan. Voit vapaasti tehdä rakentavia ehdotuksia sekä tekstiin että suunnitelman parantamiseen, jotta ihmiset voivat halutessaan toistaa sen helposti.

Levitron-lelun toimintaperiaate, joka osoittaa selkeästi painottomuuden tilan, perustuu magneettikentän toimintaan, joka pitää pieniä esineitä ilmassa.

Valitettavasti kotimainen teollisuus ei vielä tuota tällaisia leluja, joten niiden kysyntää ei voida tyydyttää. Tietenkin on mahdollisuus tilata Levitron ulkomailta, mutta lelun hinta (jo melko korkea - 35 dollaria) nousee merkittävästi toimituskustannusten vuoksi.

Mutta toisaalta, mikään ei voi estää sinua tekemästä Levitronia omilla käsilläsi yhtä kahdesta tunnetut menetelmät: sähkömagneetilla tai kestomagneeteilla.

Toinen näistä menetelmistä on paljon yksinkertaisempi kuin ensimmäinen, lisäksi ei vaadita erityistä fysiikan tietämystä, ja lisäksi virtalähde tätä laitetta ei myöskään tarvita.

Materiaalit Levitronin valmistukseen

Joten tarvitsemme kolme magneettia renkaiden muodossa, joilla on riittävä teho lelun tekemiseen. Pitkään vanhentuneet bassokaiuttimien magneetit sopivat varsin tarkoitukseemme.

Topin tekemiseen tarvitset neodyymimagneetin. Voit ottaa sen kaiuttimesta, jossa on merkintä "Neodium-anturi". Samanlaisia kaiuttimia käytetään matkapuhelimissa. Nykyään vahvin kestomagneetti on neodyymi, joka on valmistettu neodyymin, boorin ja raudan seoksesta. Korkea lämpötila vaikuttaa siihen negatiivisesti, joten tämä magneetti tulee suojata kuumentamiselta. Magneetti siis kännykkä voi olla kahta tyyppiä - pyöreän levyn tai renkaan muodossa. Rengasmagneetti asetetaan yläosan päälle tiukasti keskelle ja tabletin muotoinen magneetti liimataan alhaalta yläosan akseliin. Itse yläosan materiaalin tulee olla kevyttä materiaalia, esim. komposiittina tai muovina.

Levitronin asennus

Asetukseen tulee suhtautua erityisen huolellisesti, koska tämä työvaihe on ratkaiseva ja vie eniten aikaa. Rengasmagneetit on kytkettävä vastakkaisilla napaisuuksilla. Niiden päälle tulee asentaa levy (ei metallista), jonka paksuus on enintään 1 cm. Kansi asennetaan siististi Levitronin pohjaan - magneetin keskelle. Jos huomaat, että yläosa kallistuu sivulle, magneetti on vaihdettava toiseen, jonka halkaisija on suurempi.

Yläosan aloittamiseen tarvitset vielä muutaman elementin, joilla voit säätää alustan paksuutta, jotta yläosa pyörii normaalisti. Tarvitsemme pleksimuovia paperiarkeilla. Jos yläosa pyörii normaalisti, alamme nostaa tasoa tasaisesti, kunnes se lentää ylös.

Jos yläosa lentää ylös liian nopeasti, meidän tulee lisätä sen painoa. Jos se poikkeaa yhteen suuntaan, tilanne voidaan korjata asettamalla paperiarkkeja vastakkaisen alle. Näiden vaiheiden avulla voimme säätää lelumme pohjaa niin, että se on selvästi merenpinnan tasolla.

Tämän oppitunnin idea on saanut inspiraationsa japanilaisten tekemästä Kickstarter-joukkorahoitusalustan "Air Bonsai" -projektista, joka on todella kaunis ja salaperäinen.

Mutta mikä tahansa mysteeri voidaan selittää, jos katsot sisään. Itse asiassa se on magneettista levitaatiota, kun ylhäältä leijuu esine ja piirin ohjaama sähkömagneetti. Yritetään yhdessä toteuttaa tämä mystinen projekti.

Huomasimme, että Kickstarter-piiri oli melko monimutkainen, ilman mikro-ohjainta. Hänen analogista piiriään ei löytynyt. Itse asiassa, jos katsot tarkemmin, levitaation periaate on melko yksinkertainen. Sinun on saatava magneettinen kappale "kellumaan" toisen magneettikappaleen päällä. Pääasiallisena jatkotyönä oli estää levitoivan magneetin putoaminen.

On myös ehdotettu, että tämän tekeminen Arduinon kanssa on itse asiassa paljon helpompaa kuin yrittää ymmärtää japanilaisen laitteen kaaviota. Itse asiassa kaikki osoittautui paljon yksinkertaisemmaksi.

Magneettinen levitaatio koostuu kahdesta osasta: pohjaosasta ja kelluvasta (levitoivasta) osasta.

Pohja

Tämä osa on alaosassa, joka koostuu magneetista pyöreän magneettikentän luomiseksi ja sähkömagneeteista tämän magneettikentän ohjaamiseksi.

Jokaisella magneetilla on kaksi napaa: pohjoinen ja etelä. Kokeet osoittavat, että vastakohdat vetävät puoleensa ja samat navat hylkivät. Neljä lieriömäistä magneettia on sijoitettu neliöön ja niillä on sama napaisuus muodostaen pyöreän magneettikentän ylöspäin työntäen ulos minkä tahansa magneetin, jonka välissä on sama napa.

Sähkömagneetteja on yleensä neljä, ne on sijoitettu neliöön, kaksi symmetristä magneettia muodostavat parin ja niiden magneettikenttä on aina vastakkainen. Hall-anturi ja piiriohjauksen sähkömagneetit. Luomme sähkömagneeteille vastakkaisia napoja niiden läpi kulkevalla virralla.

Kelluva osa

Osa sisältää pohjan yläpuolella kelluvan magneetin, johon mahtuu pieni ruukku tai muita esineitä.

Ylhäältä tulevaa magneettia nostaa alempien magneettien magneettikenttä, koska niillä on samat navat. Hän kuitenkin yleensä kaatuu ja vetää puoleensa toisiaan. Estääkseen magneetin yläosan kääntymisen ja putoamisen, sähkömagneetit luovat magneettikenttiä työntämään tai vetämään tasapainottaakseen kelluvaa osaa Hall-efektianturin ansiosta. Sähkömagneetteja ohjataan kahdella akselilla X ja Y, jolloin ylämagneetti pysyy tasapainossa ja kelluu.

Sähkömagneettien ohjaaminen ei ole helppoa ja vaatii PID-säätimen, jota käsitellään yksityiskohtaisesti seuraavassa vaiheessa.

Vaihe 2: PID-säädin (PID)

Wikipediasta: "PID-säädin on säätösilmukassa oleva laite, jossa on takaisinkytkentä. Sitä käytetään automaattisissa ohjausjärjestelmissä ohjaussignaalin tuottamiseen, jotta transienttiprosessin tarkkuus ja laatu saavutetaan. PID-säädin generoi ohjaussignaalin, joka on kolmen termin summa, joista ensimmäinen on verrannollinen tulosignaalin ja takaisinkytkentäsignaalin (virhesignaalin) väliseen eroon, toinen on virhesignaalin integraali ja kolmas on virhesignaalin johdannainen."

Yksinkertaisesti sanottuna: "PID-säädin laskee "virhearvon" mitatun [Input]:n ja halutun asetuksen välisenä erotuksena. Ohjain yrittää minimoida virheen säätämällä [lähtö].

Joten kerrot PID:lle, mitä mitataan (syöttö), minkä arvon haluat ja muuttujan, joka auttaa tuon arvon ulos. PID-säädin säätää sitten lähtöä niin, että tulo on yhtä suuri kuin asetus.

Esimerkiksi: autossa meillä on kolme arvoa (Input, Installation, Output) - nopeus, haluttu nopeus ja vastaavasti kaasupolkimen kulma.

Tässä projektissa:

Tulo on Hall-anturin reaaliaikainen arvo, jota päivitetään jatkuvasti kelluvan magneetin paikan muuttuessa reaaliajassa.
Asetuspiste on hall-anturin arvo, joka mitataan kelluvan magneetin ollessa tasapainoasennossa, magneettien pohjan keskellä. Tämä indeksi on kiinteä eikä muutu ajan myötä.
Lähtösignaali on sähkömagneettien ohjauksen nopeus.

Kiitos Arduino-yhteisölle erittäin helppokäyttöisen PID-kirjaston kirjoittamisesta. lisäinformaatio Arduino PID on saatavilla Arduinon virallisella verkkosivustolla. Meidän on käytettävä paria Arduino PID-säätimiä, yksi X-akselille ja toinen Y-akselille.

Vaihe 3: tarvikkeet

Oppitunnin tarvikeluettelo osoittautuu kunnolliseksi. Alla on luettelo komponenteista, jotka sinun tulee ostaa tätä projektia varten. Varmista, että sinulla on kaikki ennen aloittamista. Jotkut komponenteista ovat erittäin suosittuja ja löydät ne luultavasti omasta varastostasi tai kodistasi.

Vaihe 4: Työkalut

Tässä on luettelo yleisimmin käytetyistä työkaluista:

Juotin
Käsisaha
Yleismittari
Porata
Oskilloskooppi (valinnainen, voit käyttää yleismittaria)
Pöytäporakone
Kuuma liima
Pihdit

Vaihe 5: LM324 Op-amp, L298N-ohjain ja SS495a

LM324 Op-amp

Operaatiovahvistimet (operaatiovahvistimet) ovat eräitä tärkeimmistä, laajimmin käytetyistä ja monipuolisimmista nykyisistä käytössä olevista piireistä.

Käytämme Hall-anturin signaalin vahvistamiseen operaatiovahvistinta, jonka tarkoituksena on lisätä herkkyyttä niin, että arduino tunnistaa helposti muuttuvan magneettikentän. Muutaman mV:n muuttaminen hall-anturin lähdössä vahvistimen läpi kulkemisen jälkeen voi muuttua useilla sadoilla yksiköillä Arduinossa. Tämä on tarpeen PID-säätimen tasaisen ja vakaan toiminnan varmistamiseksi.

Yleisin valitsemamme operaatiovahvistin on LM324, se on halpa ja voit ostaa sen mistä tahansa elektroniikkaliikkeestä. LM324:ssä on 4 sisäistä vahvistinta, jotka mahdollistavat sen joustavan käytön, mutta tähän projektiin tarvitaan vain kaksi vahvistinta, yksi X-akselille ja yksi Y-akselille.

L298N moduuli

L298N kaksois H-siltaa käytetään yleisesti säätämään kahden moottorin nopeutta ja suuntaa tasavirta tai ohjaa helposti yhtä bipolaarista askelmoottori... L298N:tä voidaan käyttää 5-35 VDC moottoreiden kanssa.

Mukana on myös sisäänrakennettu 5V säädin, joten jos syöttöjännite on 12V asti, voit kytkeä myös 5V virtalähteen kortilta.

Tämä projekti käyttää L298N:ää kahden solenoidikelaparin ohjaamiseen ja käyttää 5 V:n ulostuloa Arduinon ja Hall-anturin virransyöttöön.

Moduulien rajaus:

Ulos 2: sähkömagneettipari X
Ulos 3: sähkömagneettipari Y
Tehotulo: DC 12V tulo
GND: Maa
5v lähtö: 5v varten Arduino anturit ja sali
EnA: Ottaa käyttöön PWM-signaalin lähdölle 2
In1: Ota käyttöön lähdölle 2
In2: Ota käyttöön Out 2:ssa
In3: Ota käyttöön lähdölle 3
In4: Ota käyttöön lähdölle 3
EnB: Ottaa PWM-signaalin käyttöön Out3:lle

Arduino-liitäntä: meidän on poistettava 2 hyppyjohdinta nastoista EnA ja EnB, sitten kytkettävä 6 nastaa In1, In2, In3, In4, EnA, EnB Arduinoon.

SS495a Hall-anturi

SS495a on lineaarinen Hall-anturi analogisella lähdöllä. Huomaa ero analogisen lähdön ja digitaalilähdön välillä, et voi käyttää digitaalisella lähdöllä varustettua anturia tässä projektissa, sillä on vain kaksi tilaa 1 tai 0, joten et voi mitata magneettikenttien lähtöä.

Analoginen anturi tuottaa jännitealueelle 250 - Vcc, jonka voit lukea Arduinon analogisella sisääntulolla. Magneettikentän mittaamiseen sekä X- että Y-akselilla tarvitaan kaksi Hall-anturia.

Vaihe 6: NdFeB (neodyymi-rauta-boori) neodyymimagneetit

Wikipediasta: "Neodyymi - kemiallinen alkuaine, harvinainen maametalli, hopeanvalkoinen kultaisella sävyllä. Kuuluu lantanidien ryhmään. Hapeutuu helposti ilmassa. Sen löysi vuonna 1885 itävaltalainen kemisti Karl Auer von Welsbach. Sitä käytetään alumiinin ja magnesiumin seosten komponenttina lentokoneissa ja raketeissa.

Neodyymi on metalli, joka on ferromagneettinen (erityisesti sillä on antiferromagneettisia ominaisuuksia), mikä tarkoittaa, että se voidaan raudan tavoin magnetoida magneetiksi. Mutta sen Curie-lämpötila on 19 K (-254 °C), joten puhtaassa muodossaan sen magnetismi ilmenee vain äärimmäisen matalat lämpötilat... Neodyymiyhdisteillä, joissa on siirtymämetalleja, kuten rautaa, voi kuitenkin olla huomattavasti korkeampi Curie-lämpötila huonelämpötila ja niitä käytetään neodyymimagneettien valmistukseen.

Vahva on sana, jota käytetään kuvaamaan neodyymimagneettia. Et voi käyttää ferriittimagneetteja, koska niiden magnetismi on liian heikko. Neodyymimagneetit ovat paljon kalliimpia kuin ferriittimagneetit. Pohjassa käytetään pieniä magneetteja, kelluvassa / leijuvassa osassa suuria magneetteja.

Huomio! Sinun on oltava varovainen käytettäessä neodyymimagneetteja, koska niiden voimakas magnetismi voi vahingoittaa sinua tai ne voivat rikkoa tietosi. kiintolevy tai muita elektroniset laitteet magneettikenttien vaikutuksesta.

Neuvoja! Voit erottaa kaksi magneettia vetämällä niitä vaakasuoraan, et voi erottaa niitä vastakkaiseen suuntaan, koska niiden magneettikenttä on liian voimakas. Ne ovat myös erittäin hauraita ja rikkoutuvat helposti.

Vaihe 7: valmistele pohja

Käytettiin pientä terrakottaruukkua, jota käytetään yleisesti sukulenttien tai kaktuksen kasvattamiseen. Tarvittaessa voit käyttää myös keraamista tai puista ruukkua. Käytä 8 mm:n poranterää tehdäksesi kattilan pohjalle reikä, jota käytetään DC-liittimen pitämiseen.

Vaihe 8: 3D-tulosta kelluva osa

Jos sinulla on 3D-tulostin, hienoa. Sinulla on kyky tehdä kaikkea sen kanssa. Jos tulostinta ei ole, älä ole epätoivoinen, koska voit käyttää halpaa 3D-tulostuspalvelua, joka on tällä hetkellä erittäin suosittu.

varten laserleikkaus tiedostot ovat myös yllä olevassa arkistossa - tiedosto AcrylicLaserCut.dwg (tämä on autocad). Akryylipala tukee magneetteja ja sähkömagneetteja, loput käytetään terrakottaruukun pinnan peittämiseen.

Vaihe 9: Valmistele SS495a Hall-anturimoduuli

Leikkaa piirilevyn asettelu kahtia, joista toinen kiinnittää Hall-anturin ja toinen LM324-piiriin. Kiinnitä kaksi magneettianturia kohtisuoraan painettu piirilevy... Käytä ohuita johtoja liittääksesi VCC-antureiden kaksi nastaa yhteen, tee sama GND-nastoilla. Lähtöliittimet ovat erilliset.

Vaihe 10: operaatiovahvistinpiiri

Juota kanta ja vastukset piirilevyyn kaavion mukaisesti ja varmista, että asetat kaksi potentiometriä samaan suuntaan, jotta kalibrointi on helpompaa myöhemmin. Liitä LM324 liittimeen ja liitä sitten Hall-anturimoduulin kaksi lähtöä op-amp-piiriin.

Liitä LM324:n kaksi lähtöjohtoa Arduinoon. 12V sisääntulo 12V L298N-moduulin sisääntulolla, 5V L298N-moduulin lähtö 5V potentiometriin.

Vaihe 11: Sähkömagneettien kokoaminen

Kokoa sähkömagneetit akryylilevylle, ne on kiinnitetty neljään reikään lähellä keskustaa. Kiristä ruuvit liikkumisen välttämiseksi. Koska sähkömagneetit ovat keskellä symmetrisiä, ne ovat aina napoja vastapäätä, joten sähkömagneettien sisäpuolella olevat johdot on kytketty toisiinsa ja johdot ulkopuolella sähkömagneetit on kytketty L298N:ään.

Vedä akryylilevyn alla olevat johdot viereisten reikien läpi liittääksesi ne L298N:ään. Kuparilanka on päällystetty eristetyllä kerroksella, joten sinun on poistettava se veitsellä ennen kuin voit juottaa ne yhteen.

Vaihe 12: anturimoduuli ja magneetit

Käytä kuumaliimaa kiinnittääksesi anturimoduulin sähkömagneettien väliin. Huomaa, että jokaisen anturin tulee olla neliömäinen kahdella sähkömagneetilla, yksi edessä ja toinen takana. Yritä kalibroida kaksi anturia mahdollisimman keskitetysti, jotta ne eivät mene päällekkäin, mikä tekee anturista tehokkaimman.

Seuraava askel on kerätä magneetit päälle akryylipohja... Yhdistämällä kaksi D15 * 4 mm magneettia ja D15 * 3 mm magneetti yhteen muodostamaan sylinterin, magneetit ja sähkömagneetit ovat samankorkuisia. Kokoa magneetit sähkömagneettiparien väliin, huomioi, että ylöspäin suuntautuvien magneettien napojen on oltava samat.

Vaihe 13: DC-virtaliitin ja L298N 5 V -lähtö

Juota tasavirtaliitin kahdella johdolla ja käytä kutisteletkua. Kytketty DC-virtaliitin L298N-moduulin tuloon, sen 5 V ulostulo syöttää virtaa Arduinoon.

Vaihe 14: L298N ja Arduino

Liitä L298N-moduuli Arduinoon yllä olevan kaavion mukaisesti:

L298N → Arduino
5V → VCC
GND → GND
EnA → 7
B1 → 6
B2 → 5
B3 → 4
B4 → 3
EnB → 2

Vaihe 15: Arduino Pro Mini -ohjelmoija

Koska Arduino pro minissä ei ole USB-sarjaporttia, sinun on liitettävä ulkoinen ohjelmoija. FTDI Basicia käytetään Pro Minin ohjelmoimiseen (ja virransyöttöön).

Levitron, kuten tiedätte, on yläosa, joka pyörii ilmassa laatikon yläpuolella, jossa magneettikentän lähde toimii. Levitron voidaan valmistaa suositusta hall-anturista.

Mikä on Levitron

HUOMIO! Löysin täysin yksinkertaisen tavan vähentää polttoaineenkulutusta! Etkö usko minua? Automekaanikko, jolla on 15 vuoden kokemus, ei myöskään uskonut ennen kuin kokeili sitä. Ja nyt hän säästää 35 000 ruplaa vuodessa bensiinistä!

Levitron on lelu. Ei kannata ostaa, jos tietää valmistusvaihtoehdot kotitekoinen laite... Tällaisen Levitronin suunnittelussa ei ole mitään monimutkaista, jos sellainen on perinteinen anturi Halli esimerkiksi ostettiin autojen jälleenmyyjälle ja jätettiin tulevaa käyttöä varten.

Sinun tulee olla tietoinen siitä, että levitaation vaikutus havaitaan aina melko kapealla alueella. Tällaiset realiteetit rajoittavat jonkin verran käsityöläisten toimintavapautta, mutta kärsivällisyyttä ja aikaa käyttämällä voit aina konfiguroida Levitronin tehokkaasti ja tehokkaasti. Hän ei käytännössä putoa tai hyppää.

Hall anturi Levitron

Levitron hall-anturiin ja idea sen tekemisestä on yksinkertainen, kuten kaikki nerokas. Magneettikentän voimakkuuden vuoksi pala mitä tahansa materiaalia, jolla on sähkömagneettisia ominaisuuksia, nousee ilmaan.

Ilmassa nousevan "leikuvan" vaikutuksen luomiseksi yhteys suoritetaan korkealla taajuudella. Toisin sanoen magneettikenttä ikään kuin nostaa ja heittää materiaalia.

Laitteen kaavio on liian yksinkertainen, ja jopa koulupoika, joka ei ole istunut fysiikan tunteja turhaan, pystyy rakentamaan kaiken itse.

Tarvitsemme LEDin (sen väri valitaan yksilöllisten mieltymysten mukaan).
RFZ 44N -transistorit (vaikka mikä tahansa kenttälaite, joka on lähellä näitä parametreja, käy).
Diodi 1N 4007.
1k ohmin ja 330 ohmin vastukset.
Itse asiassa itse hall-anturi (A3144 tai muu).
Kuparikäämilanka, jonka koko on 0,3-0,4 mm (noin 20 metriä riittää).
Neodyymimagneetti 5x1 mm tabletin muodossa.
5 voltin laturi suunniteltu matkapuhelimelle.

Nyt yksityiskohtaisesti kokoonpanon suorittamisesta:

Sähkömagneetin kehys on valmistettu täsmälleen samoilla parametreilla kuin valokuvassa. 6 mm - halkaisija, noin 23 mm - käämin pituus, 25 mm - posken halkaisija marginaalilla. Kehys on tehty pahvista ja tavallisesta muistikirjan arkista superliimalla.

Loppu kuparilanka kiinnitetään kelaan, ja sitten suoritetaan kelaus (noin 550 kierrosta). Ei ole väliä mihin suuntaan tuuli. Myös langan toinen pää on kiinnitetty, kun taas kela on asetettu sivuun.
Juotamme kaiken kaavion mukaan.

Hall-anturi juotetaan johtoihin ja laitetaan sitten kelaan. On tarpeen asettaa se kelan sisään, kiinnittää se improvisoiduilla keinoilla.

Huomio. Anturin herkän alueen (voit määrittää sen hall-anturin dokumentaatiosta) on oltava maanpinnan suuntainen. Siksi on suositeltavaa taivuttaa tätä kohtaa hieman ennen anturin työntämistä kelaan.

Kela on ripustettu, se saa virtansa aiemmin juotetun levyn kautta. Kela kiinnitetään jalustaan.

Nyt voit tarkistaa, kuinka Levitron toimii. Mikä tahansa sähköistetty materiaali voidaan tuoda kelaan alhaalta. Kela joko vetää puoleensa tai hylkii sen napaisuudesta riippuen. Mutta tarvitsemme materiaalin roikkumaan ilmassa, kellumaan. Näin on, jos materiaalin muoto ei ole liian pieni kelaan nähden.

Merkintä. Jos pillerimagneetti on pieni, se ei leiju kovin tehokkaasti. Se voi pudota. Työn puutteiden poistamiseksi on tarpeen siirtää materiaalin painopiste pohjaan - tavallinen paperi sopii kuormaksi.

Mitä tulee LEDiin, sitä ei tarvitse asentaa. Toisaalta, jos haluat enemmän tehostetta, voit järjestää taustavalaistun esityksen.

Kotitekoinen Levitron klassisella muotoilulla ilman anturia

Kuten näette, hall-anturin läsnäolon ansiosta oli mahdollista tehdä varsin näyttävä lelu. Tämä ei kuitenkaan tarkoita ollenkaan, etteikö ilman anturia tulisi toimeen. Päinvastoin, kotitekoinen Levitron klassisessa muotoilussa on vain suuri magneetti kaiuttimesta (halkaisija 13-15 cm) ja pieni rengasmagneetti yläosaan (halkaisija 2-3 cm), ilman anturia .

Yläosan akseli on yleensä valmistettu vanha kynä tai lyijykynällä. Tärkeintä on, että sauva valitaan niin, että se sopii tiukasti rengasmagneetin keskelle. Ylimääräinen osa kahvasta leikataan sitten pois (noin 10 cm pitkä, yhdessä kiinnitetyn magneetin kanssa, jota tarvitset).

Klassinen Levitron-valmistussuunnitelma edellyttää myös tusinaa paksusta paperista leikattua aluslevyä. Mihin niitä tarvitaan? Jos yllä olevassa tapauksessa käytettiin myös paperia, ja kuten muistamme - painopisteen siirtämiseen alaspäin tai yksinkertaisemmin säätöön. Se on sama täällä. Aluslevyjä tarvitaan ihanteellisen yläosan asettamiseen (tarvittaessa ne istutetaan tangon rengasmagneetin jälkeen).

Huomio. Jotta kotitekoinen toppi leijuisi täydellisesti, aluslevyillä säätämisen lisäksi sinun ei pidä sekoittaa napaisuutta. Toisin sanoen, kohdista rengasmagneetti samaan linjaan suuren magneetin kanssa.

Mutta siinä ei vielä kaikki. Sekä ensimmäisessä tapauksessa (käyttämällä Hall-anturia) että toisessa on saavutettava vetovoimalähteen ihanteellinen tasaisuus. Toisin sanoen, laita suuri magneetti täydellisesti tasainen pinta... Tämän saavuttamiseksi hae puiset lasinaluset eri paksuisia. Jos magneetti ei istu tasaisesti, jalustat sijoitetaan yhdelle tai useammalle sivulle, jolloin tasaisuus säädetään.

Alusta Levitrons

Levitronin alustakaavio erottuu pääsääntöisesti yhden, vaan usean lähdemagneetin läsnäolosta. Tässä tapauksessa ilmassa kelluva materiaali tai kansi pyrkii putoamaan jollekin magneetista, joka on siirtynyt pystyakselista. Tämän välttämiseksi sinun on voitava säätää keskipainovoimavyöhykettä ja tehdä se täydellisesti.

Ja tässä samat kelat tulevat apuun, sisälle asetettu hall-anturi. Olkoon tällaisia keloja kaksi, ja ne tulisi sijoittaa tarkalleen alustan keskelle, magneettien väliin. Kaaviossa se näyttää tältä (1 ja 2 ovat magneetteja).

Kaaviosta käy selväksi, että kelojen ohjauksen tarkoituksena on luoda vaakasuora voima, painopiste. Tätä voimaa kutsutaan muodollisesti Fss, ja se suuntautuu tasapainoakselille, kun tapahtuu siirtymä, joka on kaaviossa merkitty X:llä.

Jos kytket käämit niin, että pulssi muodostaa vyöhykkeen, jolla on käänteinen napaisuus, bias-ongelma voidaan ratkaista. Jokainen fyysikko vahvistaa tämän.

Mikä tahansa vanha DVD-soitin valitaan koteloksi Levitron-alustan rakentamiseen. Siitä poistetaan kaikki "sisäosat", magneetit ja kelat asennetaan ja kauneuden vuoksi yläosa suljetaan käytännöllisellä kannella, joka on valmistettu ohuesta, mahdollisesti läpinäkyvästä materiaalista (jonka päästää magneettikentän läpi).

Hall-anturien tulee työntyä alustan aukkojen läpi, ne tulee juottaa taipumattomiin liittimen jalkoihin.

Mitä tulee magneeteihin, ne voivat olla pyöreitä elementtejä, joiden paksuus on 4 mm. On toivottavaa, että yksi magneeteista on halkaisijaltaan suurempi kuin toinen. Esimerkiksi 25 ja 30 mm.

Levitroneista on myös monimutkaisempia versioita, jotka on tehty pienen maapallon sisällä olevan yläosan purkamissuunnitelman mukaan. Nämä levitronit voidaan rakentaa myös halliantureilla - tehokkailla komponenteilla, jotka ovat mullistaneet autoteollisuuden ja muut ihmisen toiminnan alueet.