Među neprijateljima čovječanstva gravitacija zauzima zasebno mjesto, a puno ljudi je sklopilo glavu, boreći se s njom. Vrijeme je da se pridružite ovoj borbi, ali će nam pomoći u ovom slavnom učinku elektromagnetske levitacije.

Ovo je koristan fenomen. Zahvaljujući Njemu, vozovi na magnetskom jastuku žuri žurno, a posebno važne mehanizme, magnetski ležajevi se rotiraju u izuzetno važnim mehanizmima.

U ovom ću članku reći kako prikupiti tablicu gadget elektromagnetske levitacije. Nažalost, neće vam dopustiti da letite vama, ali napravite mali dobar magnetni predmet u zraku - na primjer, maleni globus ili kocka na koju možete lepiti ljepljive napomene kako bi vas naleteli ispred nos.

Kako radi?

Ako ukratko, imate elektromagnet koji privlači željezni predmet (na primjer, matica) i treba povući do kraja, ali čim se matica približi previše blizu, magnet je isključen, a magnet je isključen, a magnet je isključen, a magnet je isključen, a magnet je isključen . Čim padne ispod određenog nivoa - magnet se uključuje i opet povlači maticu gore. Ako je položaj tačno pratiti, a magnet se brzo upravlja, a zatim možete ući u ravnotežnu državu, a oscilacije orašastih plodova bit će nevidljivi. Postignite ovaj efekat različiti puteviZato razmislite o svim popularnim mogućnostima. Ali u svakom slučaju će biti pet elemenata u instalaciji:

1. elektromagnet je glavni pozitivni junak koji se bori s gravitacijom;
2. napajanje, kao što želite pojesti sve;
3. dC vozač (uzet će signal iz kontrolnog kruga i uključio se prekid magneta, što mora biti prilično moćan i ne može se izravno uključiti bilo kakvim logičkim čipovima);
4. povratne informacije da biste znali gdje je sada naša matica, a slučajno ga ne povlačite u jedan ili drugi smjer;
5. kontrolni sistem koji će prikupiti informacije od senzora i odlučiti kada i kako uključiti elektromagnet.

Sada je sve u redu.

Magnet

Magnet se može dobiti na tri načina: napravite sami, kupujte spremni i dođite iz neke relej ili solenoidne. Gotovi magneti se javljaju u prodaji rijetko, ali ako ih nađu u obilu, a zatim uzmite mali okrugli jezgro, dizajniran za 12 V - sa tako povoljnim kontroliranim. Unutarnji otpor treba biti najmanje 20 ohma, jer će inače učinkovito zagrijati prostor. To se odnosi i na relejne zavojnice. Ako zavojnicu koristite iz solenoida, a zatim umjesto pokretne unutrašnje jezgre morat ćete odabrati čvrsto sjedeći vijak.

Ali ako potraga za trgovinama i napadima nije dovela do uspjeha, tada možete napraviti samu magnet. Da biste to učinili, trebat će vam jezgra, mora zadovoljiti kontradiktorne uvjete: biti u isto vrijeme masivno, ali ne i ne veliki prečnikdo kreirano polje Bilo je bolje fokusirano. Stud je savršen za 8-10 mm promjera 8-10 mm i dužine oko 60 mm, možete koristiti i vijak iste dužine.

Za namotavanje potrebno je lakirani provodnik od najmanje 0,03 mm2 (ili promjera 0,2 mm), lako je pronaći u trgovinama, ali možete ga dobiti i, rastaviti transformator nekako nathodno dovod - Sekundarno navijanje vjerovatno je samo sa tako žicom i ranom. Bolje je uzeti niskokvalitetne napajanje - slabo sakupljene lamelerne jezgre njihovih transformatora lako će se ukrcati. Sada je ova žica potrebno raniti na vijku. Power Magnet mjeri se na pretvaračima AMPS-a i ovisi o proizvodu tekućeg struje do broja okreta, tako da vjetar mora imati puno, barem 500 obrtaja - pa razmišljajte o tome kako se ovaj proces može pojednostaviti.

Naveo sam jezgro vijak u uložak odvijača, a zavojnica s kojom je žica hodala, odjevena na ručicu stativ iz kamere. Bušilica (i više blendera ili miksera) ne savjetujte vam da koristite - imaju veliku brzinu, a ako je žica zatvorena u nekom trenutku, onda sve može odletjeti! Pokušajte da postavite okrete čvrsto sami u drugi, sloj iza sloja, jer praznine snažno smanjuju efikasnost. Nakon što odlučite da sam dovoljno ranjen, čistite krajeve žica (lak na krajevima komforno sagorite upaljač) i sumnjajte u otpor multimetra, optimum je 20-30 ohma. Priključite magnet na napajanje i provjerite je li previše topalo i dobro privlači.

Napajanje

Trebat će vam i dobar izvor napajanja za 12 V: magnet može konzumirati pristojnu struju, tako da mala baterija nije ovdje odvojena. Ako je moguće, koristite ATX računarsko napajanje. Naravno, da se koristi onu koja stoji u računaru ne vrijedi - prema zakonu Murphyja važan trenutak Nešto rafalno i blok može umrijeti (iako imaju zaštitu od zatvaranja), a računar se takođe ne može usvojiti. Da biste omogućili ATX napajanje bez računara, u širokom 20-polnom priključku koji povezuje zelenu žicu sa bilo kojom crnom, a povucite na priključak tvrdi disk Ili video kartice, žuta žica je +12 V, a crna - tlo. Ako nema takve jedinice, postoji manje moćan izvor iz bilo čega domaće bušilice, laptopa i tako dalje. Možete uzeti vodeću 12-voltnu bateriju iz UPS-a. Sada vidimo kako se magnet može kontrolirati.

Vozač

Magnet, ovisno o tome koliko se ispostavilo, može konzumirati dobru desetak vata snage - respektivno, a struja će biti oko 1 A. Da bi se upravljalo takvim teretom, potreban vam je moćan tranzistor. Možete koristiti bipolarni NPN tranzistor, ali za cijelo otvaranje potrebno je veliku struju - mikrokontroler i ne povlačite. Bolje je koristiti poljski tranzistor (to je MOS ili MOSFET) n-tipa, čiji se zatvarač ne kontrolira strujom, već napon. Neke primjetne struje potrebne su samo za prebacivanje stanja, tako da takav tranzistor može sigurno probiti u podnožje mikrokontrolera kroz mali otpor za ograničavanje struje (oko 100 ohma). Jedini trenutak nisu svi mos tranzistori u stanju da se otvaraju od 5 V, što daje kontroleru, tako da vrijedi tražiti onu koja može.

Koristio sam IRL530N pravi div, može izdržati struju do 17 a napon do 100 V. Ako se to ne može pronaći, možete koristiti bilo koji drugi (recimo, IR F630M), ali jeste Potrebno je podnijeti 12 V. za potpuno otvaranje zatvarača da biste to učinili, dodajte mali tranzistor na shemu koja će poslužiti kao ključ za viši napon. U mom slučaju je 2N3904, ali može se koristiti gotovo bilo koji NPN tranzistor.

Drugo važno mjesto u upravljanju magnetom povezano je sa značajnim induktivnosti: dok je struja uključena, energija se intenzivira u elektromagnetsko polje, ali ako se lanac otvori, onda će se negdje otići i pretvoriti se u Značajan skok napona na vijugavim izlazima. Ne postoji takav udarac bilo kojem tranzistoru, tako da postoji dioda između zaključaka zavojnice (imam 1N4007) - tako da je tokom normalnog operacije stajao protiv struje i u vrijeme otvaranja lanca kada se trenutni pokrene ući u naličje, Zatvorio bih zavojnicu za sebe. Sila za upravljanje magnetom, sada postoji, i ostaje da shvati kada je u pitanju uključivanje.

Povratne informacije

Najlakša opcija za praćenje položaja levitacijskog stavka je korištenje optičkog para infracrvenog LED-a i fototransistora ugrađen u jednu liniju. Kada je matica (ili vijak) ispod, tada se IC zračenje brzo prostire, ali čim je objekt bliži, snop se prekida, a vrijednost na izlazu senzora pada - vrijeme je za okretanje s magneta. Shema je jednostavna, ali u praksi ima veliki minus - možemo znati, iznad ili ispod kontrolne točke je naša matica, ali ne i tačan položaj u svakom trenutku. Nije zastrašujuće, ali može uzrokovati probleme ako želimo glatko prilagoditi visinu. Pored toga, leti pored letećih senzora mogu sve pokvariti.

Uspješnija opcija (također optička) - stavite infracrveni ili laserski raspon za magnet (iako je moguće odozgo) i mjeriti udaljenost. Ali u ovom slučaju morat ćete modificirati vijak - zalijepiti tanjur s većom površinom, u protivnom senzor jednostavno ne vidi. Posebno možete prodati, instalirati ne optički, već ultrazvučni asortiman, iako će u navedenim intervalima (nekoliko centimetara) tačnost većine njih biti mala. Da, i od muva ove opcije ne štede. Ali jeftina i ljuta odluka je još uvijek tu!

U prirodi postoji prekrasan učinak: Ako se struja prenosi na provodljivoj metalnoj ploči, a magnetno polje je napravljeno preko ploče, a zatim se troškovi kreću po ploči odstupili od lorentza i stvori potencijalnu razliku od Ploče, odnosno napon koji će ovisiti o veličini magnetskog polja. Na ovom efektu postoje senzori sala. Primjenjujte ih na definiciju položaja prilično je jednostavan - prekrivajući magnet za vijak i sve. Napon na izlazu senzora ovisit će o sili sile, što ovisi o udaljenosti do vijaka sa magnetom. I najvažnije - leteći insekti neće uticati!

U prodaji su mnogo senzora, uključujući one koji mjere polje u nekoliko aviona. Potreban vam je i jednostavan analogni senzor, ponekad u opisima nazivaju linearnim, sa osjetljivošću od 400-1000 Gaussa. Koristio sam SS59e, ali idealna opcija Nećete ga zvati - ima SOT223 (za podešavanje površine) i da ga koristi "na težini", bilo je potrebno platiti prilično kombajni. Prikladniji je za odabir senzora u kućištu to92 (na primjer SS19, SS49 ili SS495A). Takođe će biti potreban dobar magnet, bolja rijetka zemlja. Možete ga dobiti sa CD / DVD pogonskog motora, uzmite iz dječjeg magnetskog konstruktora Bornimago ili naručite od Kineza na http://s.dealxtreme.com/search/magnets, tamo dobar izbor a cijene su prihvatljive.

Na prvi pogled, ovo je sve. Suspendujući senzor pod elektromagnetom i uživajte u životu. Ali postoji važna tačka: senzor će mjeriti i polje magneta na vijku i elektromagnet polju, a pošto se magnet uključi, a zatim se isključite, tada će se isključiti. Opcije rešenja dva. Prvi elegantan je dovoljno za korištenje nekoliko senzora sala. Jedna je ostavila isto, na dnu magneta, a druga je objesiti sa suprotne strane magneta. Ako se namotano napravi simetrično, polje sa obje strane elektromagnet modula bit će iste, ali neće se osjetiti na vrh prisutnosti vijka s magnetom, a razlika za očitanja senzora može se koristiti kao kontrolni signal.

Druga opcija zahtijeva upotrebu složenije matematike, ali omogućava vam upotrebu jednog senzora sa hodnikom. Da biste računali za polje, morate simulirati ponašanje magneta i izračunati korekciju na vrijednosti senzora sala, ovisno o stanju elektromagnet. Možete, naravno, pokušati odabrati optimalne parametre i bez posebnih kalkulacija, ali duga je i zamorna, pa je lakše zaustaviti u prvoj verziji.

Sistem kontrole

U pravilu, kontrola takvih uređaja čini potpuno analogni, na paru operativnih pojačala, ali možete kontrolirati na mikrokontroleru. Dakle, ako vaša farma ima Arduino naknadu, tada će doći dobro. Koristio sam svoje ko je vidio puno Arduino diecimila, ali bilo koja druga verzija s pet oblika -Duemilane, UNO i razni klonovi su pogodni.

Skupiti!

Već smo razmotrili ključne tačke gadgeta, sada ćemo stati detaljnije o tome kako se sve sakuplja, trčaju i ispravljaju. Šema se može prikupiti na muška pločaAli možete pokušati učiniti bez njega - elementi su malo i mogu se dobro odbiti u zraku. Za takve "air" sheme, prikladno je imati desetak višebojnih žica, koje imaju male krokodile sa oba kraja. Dioda D1 Možete napadnuti direktno na izlazu magneta L1, a D2 Diode - između odvoda i izvora tranzistora karte Q1.

Sam tranzistor može se pričvrstiti na radijator, a ne toliko za hlađenje (tokom ovih struja neće se mnogo ugrijati), ali kao postolje. Ako imate polje iz IRL serije, tada se tranzistor Q1 i otpor R3 iz kruga mogu izbaciti i baciti otpor R2 u nogu D10 Arduino (ili bilo koja druga noga PWM-izlaza). Na poljima u kućištima T220 (i vi ste prikladniji za rad sa takvim), noge su numerirane s lijeve na desno na sljedeći način: 1 (zatvarač) koje će biti povezano na kontrolni izlaz; 2 (zaliha) - za minus teret, 3 (izvor) - donijeti na zemlju.

Drugi izlaz opterećenja mora biti spojen na napajanje +12 volti. Arduino Pansion također treba napajati iz nečega, bolje je povezati s istim 12-voltom kao magnet, ali za ovaj vam potreban prikladan utikač s promjerom unutarnjeg PIN-a 2,1 mm i vanjskog promjera 5,5 mm. Možete preuzeti vlast i putem USB-a sa računara, ali tada ne zaboravite da povežete zemlju na ploči s napajanjem magneta. Na drugoj strani odbora do analognih ulaza morate povezati senzore. Prodaje se senzori Hall-a IC1 i IC2 za iglama A0 i A1, VCC - do izlaza +5 V i GND - na zemlju. IC1 senzor mora biti ojačan ispod magneta, a IC2 je iznad njega (jer će smjer polja biti suprotan, tada se senzori moraju orijentirati na različite načine). Scotch je najpouzdanija sredstva za pričvršćivanje. Također, naizmjenični otpornik na 10 kω bit će koristan za podešavanje parametara (iako vrijednost nije temeljna). Treba imati 3 izlaza: ekstremne utikače u zemlju i +5 V i prosjek u analogni ulaz A2.

Sa željezničke radove ostaje samo za objesiti magnet. Šta tačno - odlučite na osnovu devojke. Možda je, na primjer, treća stezaljka, stativ ili, kao u mom slučaju, drvenu kutiju iz IKEA-e. Glavna stvar je osigurati da se ne druži, a možete nastaviti sa punjenjem softvera. Za ovaj gadget morat ćete stvoriti dvije skice za Arduino. Koristeći prvo mjerite parametre sustava i dobijte par čarobnih brojeva, koji će biti koristan u drugom, radnom firmveru.

Budući da magnet može stvoriti ne potpuno simetrično polje, a senzori ne mogu biti savršeno glatki, tada se moduli vrijednosti mogu razlikovati od njih. Stoga morate izmjeriti razliku u svjedočenju za izračun amandmana.

Sketch 1.

cONST IN IN1 \u003d A0; // Analogna senzor senzora 1
CONST IN IN2 \u003d A1; // Analogna senzor senzora 2
Const Int out1 \u003d 10; // analogni izlaz (PWM) po magnetu.
int s1 \u003d 0; // Vrijednost senzora Hall 1
int s2 \u003d 0; // Vrijednost senzora Hall 2
int o1; // izlaz
Podešavanje nevaljanja ()
{
// pratit ćemo stanje u konzoli
//Serial.begin(9600);
}
Void petlja ()
{
// pokrenite program u krugu
// Pročitajte analogne ulaze
Analogni (out1, 255); // Napišite pravi izlaz
// Sostonija magnit
Kašnjenje (15); // čekamo dok se magnet ne uključi



Serial.print ("magnet na: s1 \u003d"); // uredno sve uklonjeno
// u konzoli
Serial.print (S1);
Serial.print ("S2 \u003d");
Serial.print (S2);
Serial.print ("delta \u003d");
Serial.print (O1);
Analogni (out1, 25); // Napišite pravi izlaz
// stanje magneta, 10% snage
Kašnjenje (15); // čekamo dok se magnet ne isključi
s1 \u003d analogread (in1); // pročitajte senzor prve dvorane
S2 \u003d Analogread (IN2); // pročitajte senzor druge dvorane
O1 \u003d S2 -S1; // razlikujemo razliku u ulazima
Serial.print ("Magnet isključen: s1 \u003d"); // uredno sve uklonjeno
// u konzoli
Serial.print (S1);
Serial.print ("S2 \u003d");
Serial.print (S2);
Serial.print ("delta \u003d");
Serial.println (O1); // idite na kraj novom linijom
Kašnjenje (1000); // Nakon sekunde - svuda
}

Složenost kontrole sastoji se i u činjenici da bi za postavku kada bi stanje kontrolora trebalo proći oko pet milisekundi (zbog velike induktivnosti magneta).

Da biste smanjili ovaj put, možete jednostavno kontrolirati magnet i ne isključite se u potpunosti, već samo razumna promjena snage. Na Arduinu se to može učiniti pomoću PWM izlaza. PWM (PWM, širina-pulsna modulacija) način je za glatko mijenjanje izlaza izlaza koristeći samo digitalne države.

To jest, dio vremena je uključen, a dio je isključen, ali zbog inercije, takva shema djeluje, kao da je izlaz trajno, ali s pola snage. Nakon pokretanja prvog firmvera, trebali biste ostati dva broja - razlika u 10% i na 100% moći.

U drugom, radnoj skici, sami ćete zamijeniti ove vrijednosti. Radni kôd je sasvim jednostavan: čitanje vrijednosti od senzora, napravite korekciju, prema vrijednosti položaja varijabilnog otpornika, prilagođavamo željenu razinu snage (i stoga visinu) i postavimo odgovarajući nivo na izlaz. Budući da nismo procijenili, u kom slučaju će biti vrijednosti koje senzor vratio kada različite položaje Varijabilni otpornik, tada će biti očigledno veći raspon visina. Ali lako je riješiti problem - uviti ručicu i pronaći gdje djeluje!

Sketch 2.

cONST IN IN1 \u003d A0; // Analogna senzor senzora 1
CONST IN IN2 \u003d A1; // Analogna senzor senzora 2
CONST IN INT3 \u003d A2; // Analogni varijabilni otpornik ulaz
CONST INT D10 \u003d<вставь из предыдущего кода>;
// izlaz na 10% snage
CONST INT D100 \u003d<вставь из предыдущего кода>;
// od 100% snage
Const Int out1 \u003d 10; // analogni izlaz (PWM) po magnetu.
int s1 \u003d 0; // Vrijednost senzora Hall
int s2 \u003d 0; // Vrijednost senzora Hall
int s3 \u003d 0; // Vrijednost promjenjive otpornike
int o1 \u003d 255; // Status izlaza, zadani
// potpuno uključen
int d \u003d 0; // Amandman
int v; // Konačna vrijednost od senzora
Podešavanje nevaženja () ()
Void petlja ()
{
s1 \u003d analogread (in1); // Pročitajte vrijednost senzora hodnika
S2 \u003d Analogread (IN2); // pročitajte trenutnu vrijednost
// potenciometar
d \u003d karta (O1, 25, 255, D10, D100); // razmatramo amandman
V \u003d ABS (S1- S2) + D; // Razlika za korekciju
O1 \u003d Karta (V, 0, 1024, 25, 255); // izračunati izlaz, magnet
// nikad se ne isključuje
Analogni (out1, o1); // Napišite pravi izlaz
// stanje magneta.
Kašnjenja (100); // čekamo neko vrijeme do ADC-a
// ponovo će biti spreman za čitanje podataka

Nakon što prikupite i uključite, pokušajte se igrati s različitim težinama i magnetima kako biste pronašli one u kojima je posao najstabilniji.
Ako ne uspije, ne odustajte, pokušajte promijeniti nešto u firmveru, rasipati i ponovo prikupiti sve, to bi trebalo uspjeti!

Nakon svega završni cilj - Let je još fascinantniji nego u pticama na nebu, a na to, čovječanstvo nije tražilo ne sto godina. Pa pokušaj! Ali ako nakon svih napora rezultata nula, tada možete naručiti na web mjestu Zeltom.com/emls.aspx gotov set Za montažu. Sretno!

Na ideji ove lekcije, Kickstarter Crowd oboljenje platforme nazvalo je "Air Bonsai", zaista lijepo i tajanstveno, koje su napravili Japanci.

Ali bilo koja misterija se može objasniti ako pogledate unutra. U stvari, ovo je magnetska levitacija, kada postoji objekt koji se lebde odozgo, a elektromagnet kontrolira shemom. Pokušajmo zajedno implementirati ovaj misteriozni projekat.

Otkrili smo da je shema uređaja na Kickstarteru bila prilično komplikovana, bez ikakvog mikrokontrolera. Nije bilo mogućnosti da je pronađemo analogna shema. U stvari, ako pažljivije pogledate, princip levitacije je prilično jednostavan. Potrebno je napraviti magnetski dio, "plutajući" preko drugog magnetskog dijela. Osnovni daljnji rad Bilo je to da levitacijski magnet nije pao.

Takođe je bila pretpostavka da je to učiniti sa Arduinom zapravo mnogo lakše nego pokušati razumjeti shemu japanskog uređaja. U stvari, sve se pokazalo mnogo lakšim.

Magnetska levitacija sastoji se od dva dijela: osnovni dio i plutajući (levitacija) dijela.

Baza

Ovaj dio je na dnu, koji se sastoji od magneta za stvaranje okruglog magnetskog polja i elektromagneta za kontrolu ovog magnetnog polja.

Svaki magnet ima dva pola: sjever i jug. Eksperimenti pokazuju da su suprotnosti privlačene i isti se supovi odbijaju. Četiri cilindrična magneta postavljena su na kvadrat i imaju istu polaritetu, formirajući okruglo magnetno polje da bi se izbacilo bilo koji magnet, koji ima isti stup između njih.

Postoje četiri elektromagneta općenito, smještene su na trgu, dva simetrična magneta - pare, a njihovo magnetno polje uvijek su suprotne. Senzor sala i elektromagneti za kontrolu lanca. Napravite suprotne polove na elektromagnetima sa strujom kroz njih.

Plutajući detalj

Stavka uključuje magnet koji lebdi preko baze, koji može nositi mali lonac sa biljkom ili drugim predmetima.

Magnet odozgo uzdiže magnetskom polju donjih magneta, jer su s istim stupom. Međutim, u pravilu se naginje prema padajuću i privlačenju. Da biste spriječili da puč i spusti gornji dio magneta, elektromagneti će stvoriti magnetna polja za guranje ili povlačenje, kako bi se uravnotvorio plutajući dio, zahvaljujući senzoru dvorane. Elektromagneti kontroliraju dvije osi x i y, kao rezultat toga što je gornji magnet podržan uravnoteženim i plutajućim.

Kontrola elektromagneti nisu jednostavni, potreban je PID kontroler, o čemu se detaljno razgovaralo u sljedećem koraku.

Korak 2: PID kontroler (PID)

Iz Wikipedije: "Proporcionalni integralni diferencijacijski kontroler - uređaj u kontrolnom krugu s povratnim informacijama. Koristi se u sistemima automatska kontrola Da bi se formirao kontrolni signal kako bi se dobila potrebna tačnost i kvalitet procesa tranzicije. PID kontroler stvara kontrolni signal koji je zbroj tri pojma, od kojih je prvi proporcionalan razliku u ulaznom signalu i povratnom signalu (incidentni signal), drugi - integral neusklađenosti, Treće je derivat slučajnog signala. "

U jednostavnom razumijevanju: "PID kontroler izračunava vrijednost" Greška "kao razliku između [ulaz] i željene instalacije. Regulator pokušava minimizirati grešku, podešavanje [izlaza]. "

Dakle, navedite PID koji želite mjeriti (unos), koja vrijednost želite obje varijablu koja će pomoći u ovoj vrijednosti na izlazu. Zatim, PID kontroler postavlja izlazni signal za izradu unosa jednake instalacije.

Na primjer: U automobilu imamo tri vrijednosti (ulaz, ugradnju, izlaz) biće brzina, željena brzina i ugao papučice gasa.

U ovom projektu:

1. Ulaz predstavlja trenutnu vrijednost u stvarnom vremenu iz senzora sala, koji se ažurira kontinuirano, jer će se položaj plutajućeg magneta promijeniti u realnom vremenu.
2. Navedena vrijednost je vrijednost iz senzora sala, koja se mjeri kada je plutajući magnet u ravnotežnom položaju, u sredini baze magneta. Ovaj indeks je fiksiran i ne mijenja se s vremenom.
3. Izlazni signal - brzina za kontrolu elektromagneta.

Zahvaljujemo zajednici ljubavnika Arduino, koji su napisali PID biblioteku i koja je vrlo jednostavna za upotrebu. Dodatne informacije o ARDUINO PID-u nalazi se na službenoj web stranici Arduino. Moramo koristiti par pidskih regulatora pod Arduino, po jedan za X osi, a drugi za osi y.

Korak 3: Dodatna oprema

Popis komponenti za lekciju je pristojan. Ispod je popis komponenti koje trebate kupiti za ovaj projekt, pobrinite se da imate sve prije lansiranja. Neke su komponente vrlo popularne, a vjerovatno ćete ih pronaći na vlastitom skladištu ili kod kuće.

Korak 4: Alati

Ovdje je popis alata, najčešće korišteno:

• Lemilica
• Ručna pila
• Multimetar
• Bušilica
• Osciloskop (neobavezno, možete koristiti multimetar)
• Radna površina
• Vruće ljepilo
• Kliješta

Korak 5: LM324 OP-AMP, L298N Vozač i SS495A

LM324 op-amp

Operativni pojačala (op-AMP) su jedno od najvažnijih, široko korištenih i univerzalnih shema koje se danas koriste.

Koristimo operativno pojačalo za poboljšanje signala iz senzora sale, čija je svrha povećati osjetljivost tako da Arduino je lako prepoznala promjenu magnetskog polja. Promjena nekoliko MV-a na izlazu senzora sala, nakon prelaska pojačala, može se promijeniti sa nekoliko stotina jedinica u Arduinu. Ovo je neophodno za osiguranje glatkog i stabilnog funkcioniranja PID regulatora.

Uobičajeno operativno pojačalo, koje smo odabrali, je LM324, jeftino je, a možete ga kupiti u bilo kojoj trgovini elektronike. LM324 ima 4. interno pojačaloTo omogućava da se fleksibilno koristi, ali ovaj projekat je potrebna samo dva pojačala: jedna za x osovinu, a druga za y osi y.

Modul l298n.

Dual H-Bridge L298N obično se koristi za kontrolu brzine i smjera dva DC motora ili lako kontrolira jedan bipolarni stepper motor. L298N se može koristiti sa naponskim motorima od 5 do 35 V DC.

Tu je i ugrađeni regulator 5V, pa ako napon napajanja bude do 12 V, možete povezati i napajanje od 5V od ploče.

Ovaj projekat koristi L298N za kontrolu dva para elektromagnem zavojnice i izlaz 5 V koristi se za napajanje Arduino i Hall Senzoru.

Modul PINOUT:

• Iznaj 2: Par elektromagneta x
• Izlaz 3: Par elektromagneta y
• Ulaz: DC ulaz 12 V
• GND: Zemlja
• 5V izlaz: 5V za arduino senzori i sala.
• ENA: uključuje PWM signal za izlazak 2
• In1: Omogući za izlaz 2
• In2: Omogući za izlaz 2
• In3: Omogući za izlaz 3
• In4: Omogući za izlaz 3
• ENB: uključuje PWM signal za out3

Povezivanje na Arduino: Moramo ukloniti 2 skakača u ENA i ENB kontaktima, a zatim povežite 6 kontakata u1, in2, in3, in4, ENA, ENB za Arduino.

SS495A Hall senzor

SS495A je linearna senzor sala s analognim izlazom. Obratite pažnju na razliku između analognog izlaza i digitalnog izlaza, u ovom projektu ne možete koristiti digitalni izlazni senzor u ovom projektu, ima samo dva stanja 1 ili 0, tako da ne možete izmeriti izlaz magnetnih polja.

Analogni senzor dovest će do napona od 250 do VCC-a, koji možete čitati koristeći analogni ulaz Arduino. Za mjerenje magnetnog polja u dvije i y osi, potrebni su dva senzora sala.

Korak 6: NDFEB Neodymium magneti (Neodymium-Bor)

Od Wikipedije: "Neodya - hemijski element, rijetko-zemljani metalni srebrni i bijeli sa zlatnim nijansom. Odnosi se na grupu Lanthanidesa. Lako oksidiran u zraku. Otvoren 1885. godine austrijski hemičarski Carl Aweron von Welsbach. Koristi se kao komponenta legura sa aluminijskim i magnezijumom za avioni i raketu umjetnost. "

Neodymium je metal koji je feromagnetski (posebno pokazuje antiferromagnetska svojstva), što znači da se može povećavati željezom, tako da postane magnet. Ali njegova temperatura Curie je 19K (-254 ° C), tako u čist obrazac Njen magnetizam se očituje samo sa izuzetno niske temperature. Međutim, neodimijum spojevi s prijelaznim metalima, poput željeza, mogu imati temperature Curie značajno veće sobna temperaturaI koriste se za pravljenje neodim magneta.

Snažan - ovo je riječ koja se koristi za opisivanje neodimijskog magneta. Ne možete koristiti feritne magnete, jer je njihov magnetizam preslab. Neodimijum magneti su mnogo skuplji od feritnih magneta. Mali magneti koriste se za bazu, veliki magneti za plutajući / levit.

Pažnja! Morate biti oprezni kada koristite neodimijumske magnete, jer njihov snažan magnetizam može naštetiti vama ili mogu razbiti podatke vašeg tvrdog diska ili drugog elektronskih uređajašto utječe magnetna polja.

Savjet! Možete odvojiti dva magneta povlačenjem u vodoravni položaj, nećete ih moći razdvojiti u suprotnom smjeru, jer je njihovo magnetno polje prejako. Takođe su vrlo krhki i lako se slomi.

Korak 7: Kuhanje osnova

Koristili mali lonac od terakote, koji se obično koristi za rastezanje sočno ili kaktusa. Možete koristiti i koristiti keramički lonac ili drveni lonacAko su prikladni. Koristite bušilicu promjera 8 mm za stvaranje rupe na dnu lonca, koja se koristi za držanje DC utora.

Korak 8: 3D ispis plutajući dio

Ako imate 3D štampač - odlično. Imate priliku učiniti sve s tim. Ako nema pisača - ne očaj, jer Možete koristiti jeftinu 3D uslugu ispisa koja je sada vrlo popularna.

Za lasersko rezanje Datoteke su također u arhivi gore - akriliclasercut.dwg datoteka (ovo je AutoCAD). Akrilni predmet koristi se za podršku magneta i elektromagneta, ostatak - za pokrivanje površine posude od terakote.

Korak 9: Priprema modula senzora SS495A Hall

Izrežite izgled PCB-a u dva dijela, jedan dio za pričvršćivanje senzora za hodnik, a drugi u LM324 krug. Pričvrstite dva magnetska senzora okomita pCB. Koristiti tanke žice Za povezivanje dva VCC senzora zajedno, učinite isto sa GND kontaktima. Kontakti za vikend odvojeno.

Korak 10: OP-AMP lanac

Prodao je gnijezdo i otpornike na štampanu ploču, nakon sheme, okrećući pažnju u isto vrijeme da se dva potenciometra postavi u jednom smjeru za lakšu kalibraciju kasnije. Priložite LM324 na priključak, a zatim spojite dva izlaza modula senzora Hall u op-AMP sklop.

Dvije LM324 žice se povezuju s Arduinom. Ulaz 12 V s ulaznim 12 u L298N modulu, izlaz 5 u L298N modulu do 5V potenciometra.

Korak 11: Sastavljanje elektromagneta

Prikupite elektromagnete na akrilskom listu, fiksirani su u četiri rupe u blizini centra. Zategnite vijke kako biste izbjegli kretanje. Budući da su elektromagneti simetrični u centru, oni su uvijek na nasuprot slovima, tako da žice nalaze unutrašnja strana Elektromagneti su povezani zajedno, a žice na vani Elektromagneti su povezani na L298N.

Istezanje žica ispod akrilni list kroz susjedne rupe za povezivanje s L298N. Bakrene žice prekriven izoliranim slojem, tako da ga morate ukloniti nožem prije nego što ih možete zajedno lemiti.

Korak 12: Dodirnite modul i magnete

Koristiti vruće ljepilo Da biste riješili senzorski modul između elektromagneta, imajte na umu da svaki senzor mora biti kvadrat s dvije elektromagnete, jedan na prednjoj strani i drugi na stražnjoj ploči. Isprobajte kalibraciju dva senzora što je moguće centralno kako se ne preklapaju, što će senzor najefikasnije učiniti.

Sljedeći korak je prikupljanje magneta na akrilna osnova. Kombinacija dva magneta D15 * 4 mm i magnet D15 * 3 mm zajedno da formiraju cilindar, to će dovesti do činjenice da će magneti i elektromagneti imati istu visinu. Sakupljajte magnete između elektromagnetnih parova, imajte na umu da stupovi uzlaznih magneta trebaju biti isti.

Korak 13: DC priključak za napajanje i L298N 5V izlaz

Loled DC utičnica sa dvije žice i koristite cijev za toplinsku skupljanje. Povezani DC priključak za napajanje na L298N ulaz modula, njen izlaz 5V će pokretati Arduino.

Korak 14: L298N i Arduino

Spojite L298N modul u Arduino, nakon gornje sheme:

L298n → Arduino
5V → VCC.
GND → GND.
ENA → 7.
B1 → 6.
B2 → 5.
B3 → 4.
B4 → 3.
ENB → 2.

Korak 15: Arduino Pro Mini programer

Otkad u Arduino Pro. Mini bez USB priključka za serijski port, morate povezati vanjski programer. FTDI Basic će se koristiti za programiranje (i snage) Pro Mini.

Prvi put sam vidio ovaj efekat u djetinjstvu. Od mene su se tražili da pomognem, držim i sjaj automobilom stroboskop na zamahu motora automobila. Motor je lansiran i nakon čega sam vidio na rotirajućem Mossiku, gotovo pokretnom zarezom, koji je stajao na jednom mjestu, a zamašnjak se rotirao. Nakon toga, ideja je rođena da napravi ventilator i zaustavi ga sa stroboskopom. Ideja, nakon nekog vremena, implementirana na IFC-120 lampicu, Thiristor Cube 202 sa veznim i bacio je dug kut, ali prije otprilike 6 godina vidio sam japanski video s legitacijom vode. Dakle, ideja se rodila da ponovi ovaj trik s kapi za lečenje. Dugo vremena nisu stigli do prodaje ruke i sada se san ostvario ...

Pogledajte video ono što imam:

Kako radi
U YouTubeu postoji nekoliko video zapisa u kojima voda pokušava da se razdvoji voda, struja silikonsko crijevo, Koristeći audio stupac ili dinamičnu glavu. Ali u ovoj metodi postoji nekoliko mana.
1 - glomazan dizajn (stupac, pojačalo, generator frekvencije, strobo)
2 - Niskofrekventni zvučnik ne može reproducirati meandere, zbog svog mehanički dizajn I na izlazu, ispostavilo je nešto poput sinusoida. Kao rezultat toga, voda se ne secira na kapi i razrađuje kao zmiju.
3 - Generator frekvencije Svaki put kada se morate prilagoditi frekvenciji stroba. Frekvencija će plutati.

U mom dizajnu sve je jednostavno i jeftino.
Ovaj dizajn može ponoviti svake želje kod kuće.
Djeluje ovako:
Streloboskop i elektromagnet iz automobilskih releja, rade na jednoj frekvenciji
Elektromagnet razbija protok vode na kapi, a stroboscop svijetli ove kapi, u određeni trenutak. Budući da padaju sa frekvencijom stroboskopa, tada se dobija efekt kapljica u zraku.

Shema
Tranzistori CT972 bili su pri ruci, pa sam ih stavio.
Možete staviti sve druge tranzistore dizajnirane za napon najmanje 30V i struju najmanje 2A
Otpornici u bazama podataka tranzistora ograničavaju struju do 40mA, tako da ne ošteti izlaz kontrolera.
Koristio sam LED element iz stare neispravne LED lampe.
Da bi se smanjio napon napajanja elementa do 24 V.
Element sam podijelio u dva dijela, rezajući jednu pjesmu i pokrenuo ova dva niz LED-ova.
Od hrane lED element izvedeni kratkim impulsima i naponom napajanja
Jednako tako napon pada na LED diode, tada nisam ograničio struju.
Diod stoji paralelno s elektromagnetom, štiti od negativnih emisija elektromagnetskog zavojnice.
Možete staviti diodu iz iste, rastavljene LED lampe.
Elektromagnet je napravljen od releja automobila. Već sam bio ukrašen relejem, na ovome za mene
Morao sam ga koristiti kao i to.
Da sam imao dobar relej, prvo bih pokušao povezati kineski štapić u sidrene releje.
Da biste osigurali jaz između stalni magnet I elektromagnet, možete uložiti komad pjene između njih ili pomaknuti štapić sa magnetom u stranu. Kako sam učinio.

Dobro veče! U ovoj publikaciji razgovarat ću o svom malom domaćem, što sam zamislio davno.

Prije nekog vremena pročitao sam članak o zanimljivim uređajima - Levitron, koji su i čisto mehanički i elektronički kontrolirani.

Naravno, htjela je da sakupi takvu igračku, ali, tražeći na Internetu, otkrio je na njegovo iznenađenje (barem u to vrijeme) da je većina shema bila isključivo analogna. Od analognog tehnologije, malo razumijem, odlučio sam se "izmisliti" levitron ponovo. Za eksperimente, Arduino Uno pokazao se da bude pri ruci. Naručio sam linearni senzor sala u Kini (šta je Efekat sale), naime UGN3503UA odabrao je određeni broj starih transformatora za navijanje probnih zavojnica i započeo eksperimente.

To je iz toga izašlo:

Kako radi. Na dnu zavojnice u centru je instaliran senzor sala, mjerenje udaljenosti do neodimij magneta koji je zalijepljen za "levitacija" utikača. Senzor ima tri izlaza - snage 5V i analogni izlaz, koji je povezan na Arduino ADC.

Sheme Solenoidne kontrole prikuplja se na polju tranzistora.

Solenoid je povezan sa zaključcima J1, kontaktirajte 1 J2 priključak za PWM Arduino. Povezivanje Hall Sentora na ulaz ADC-a u dijagramu nije, ali ovdje ne bi trebalo biti poteškoća.

Ne mogu reći broj zavoja zavojnice, jer sam tokom eksperimenata napravio 3 ili 4 zavojnice, namotalo je na principu "koliko žica ostalo na transformatoru". Preostali parametri: otpornost na zavojnicu je oko 12, promjer je 30 mm, visina je 10 mm, debljina žice je 0,3 mm, zavojnica bez jezgre.

Firmver u prvom utjelovu bio je izuzetno jednostavan, kada se vrijednost izlazi iz važećeg raspona, dijagrama ili se isključuje ili se uključuje puna moćVideo iznad uređaja samo radi na takvom algoritmu. U sljedećoj verziji firmvera, MK pokušava nesmetano prilagoditi napon u magnetnom, kao rezultat čije se tendencija pojave oscilacija u sistemu smanjila.

Firmver

#Define senzorpin a0 #define pwmpin 6 int senzorvalue \u003d 0; int levitpoint \u003d 370; int deltalevit \u003d 5; Int maxl, minl; Indukcija bajta \u003d 128; void Setup () (PinMode (PWMPIN, izlaz); maxl \u003d levitpoint - Deltalevit; minl \u003d levitpoint + deltalevitVit;) Int senzorrread (int senzorpin) (int s \u003d 0; za (bajt i \u003d 0;< 5; i++) {s += analogRead(sensorPin);} return s/5; } void loop() { sensorValue = sensorRead(sensorPin); if (sensorValue < 490) { if (sensorValue < maxL) induction = 0; if (sensorValue > Minl) indukciju \u003d 250; Ako (senzorvalue\u003e \u003d maxl i senzorvalue<= minL) induction = ((sensorValue - maxL)*25); } else induction = 0; analogWrite(pwmPin, induction); }

Dijagram iz 12V feedova, senzor se napaja iz ugrađenog stabilizatora Arduino. Potrošnja u maksimalnom načinu na jednom amperu, u režimu 0,3-0.4 A.

Uređaj je zaradio, ali duže od jedne minute dok je opasan, tranzistor se snažno zagrijava, zavojnica je također topla, dolje za topljenje ljepila (sve se prikuplja na termoeletu).

Planiram daljnjem redom solenoide i prevode shemu električne energije sa 5 volti, stavite snažniji tranzistor, sa radijatorom. Pa, zamijenite Arduino na atinu. Također ne boli da stavi velikog kondenzatora kondenzatora na ulazni lanac ili čak kondenzatorsku bateriju da bi zaštitili napajanje (prvo napajanje na 1,5 u, izgorelo 10 sekundi rada od skokova u opterećenje).

Na ovome, možda, završiti, hvala na pažnji.

Takav zanimljiv uređaj možete napraviti kao Levitron. U suštini se Levitrone naziva vrhunski ili drugi objekt, koji u prostoru zalijeva zbog djelovanja magnetnog polja. Levitron je raznolik. Klasični model koristi sistem trajnih magneta i rotirajućeg vrha. Okuplja se preko magneta prilikom rotiranja zbog stvaranja magnetnog jastuka ispod njega.

Autor je odlučio malo poboljšati sistem, dok je izgradio Levitron na osnovu Arduina koristeći elektromagnete. Kada se koriste takve metode, vuk se ne mora okretati za rešenje u zraku.

Takav se uređaj može koristiti za razne druge domaće. Primjer, može biti odličan ležaj, jer praktično nema trenja sila. Takođe, preko takvog domaćeg, možete provesti različite eksperimente, dobro ili igrati poznanstva.

Materijali i alati za proizvodnju:
- Arduino uno mikrokontroler;
- linearni senzor sala (model UGN3503UA);
- stari transformatori (za namotavanje zavojnica);
- terenski tranzistor, otpornici, kondenzatori i drugi elementi (stope i markice naznačeni su na dijagramu);
- žice;
- lemljenje gvožđa sa lemljenjem;
- 12V napajanje;
- gužva u saobraćaju;
- mali neodimijum magnet;
- vruće ljepilo;
- Osnova za navijanje zavojnica i materijala za stvaranje domaćeg stanovanja.

Proces proizvodnje Levitrona:

Prvi korak. Izrada zavojnice
Zavojnica će biti elektromagnet, stvorit će magnetno polje koje će privući vrh. Utikom će se izvesti kao maha ovdje na koji je priključen neodimijum magnet. Umjesto prometa možete koristiti druge materijale, ali ne preteške.

Što se tiče broja zavoja u zavojnici, evo autora nije spomenuo takav broj, zavojnica je išla u oči. Kao rezultat toga, njegov otpor bio je oko 12 ohma, visina je 10 mm, promjer je 30 mm, a debljina korištene žice treba biti 0,3 mm. Jezgra u zavojnici nije, ako trebate napraviti teži vrh, zavojnica može biti opremljena jezgrom.

Drugog koraka. Uloga senzora dvorane
Da bi se vrh zalijepio u zraku, a nije se držao solenoida, sustav je potreban senzor koji bi mogao mjeriti udaljenost do vuka. Senzor dvorane koristi se kao takav predmet. Ovaj senzor može uhvatiti magnetsko polje ne samo stalni magnet, već može odrediti udaljenost od bilo kojeg metalnog predmeta, jer sami takvi senzori stvaraju električno magnetno polje.
Zahvaljujući ovom senzoru da vuk uvijek drži na željenoj udaljenosti od solenoida.

Kada se vrh počne udarati od zavojnice, sustav podiže napon. Suprotno tome, kada se vrh približava solenoidu, sistem smanjuje napon u zavojnici i magnetno polje će oslabiti.

Na senzoru su tri izlaza, to je 5V, kao i analogni izlaz. Potonji se povezuje na ADC Arduino.

Korak tri. Prikupljamo shemu i instaliramo sve elemente
Kao kućište, komad drveta može se koristiti za domaće, na koji je jednostavan nosač za pričvršćivanje zavojnice. Elektronski krug je sasvim jednostavan, sve se može razumjeti slikom. Elektronika koja se kreće iz izvora 12V, a budući da se senzor treba 5b, povezuje se kroz poseban stabilizator koji je već ugrađen u arduino kontroler. Maksimalni uređaj troši redoslijed jednog pojačala. Kad se vuk natopite, tekući troškovi su u rasponu od 0,3-0.4 A.

Poljski tranzistor koristi se za kontrolu solenoida. Sam Solenoid povezuje se sa J1 izlazima, a prvi PIN priključka J2 mora biti povezan na Arduino PWM. Shema ne prikazuje kako povezati sala senzor na ADC, ali ne bi trebalo biti problema s tim.

Četvrti korak. Kontroler firmvera
Za programiranje kontrolera na željene radnje, trebat će vam firmver. Program funkcionira vrlo jednostavan. Kada vrijednosti počnu napuštati važeći raspon, sustav ili povećava struju na maksimum ili je potpuno onemogućen. U kasnijim opcijama firmver se pojavio mogućnost glatke postavke napetosti na zavojnici, tako da su se zaustavile oštre vibracije vuka.

To je sve, domaće je spremno. Kada prvi put pokrenete uređaj, ali su otkrivene neke nedostatke. Dakle, na primjer, prilikom rada više od 1 minute, zavojnica i tranzistor počeli su topli. U tom pogledu, u budućnosti tranzistor mora instalirati radijator ili staviti snažnije. Zavojnica će također trebati za remake, izumirajući pouzdaniji dizajn od samo okreta žice sa vrućim ljepilom.

Da biste zaštitili napajanje u ulaznim lancima, morate staviti velike kondenzatore kapaciteta. Prvo napajanje autora na 1,5 a izgorjelo 10 sekundi zbog jakih skokova napona.

U budućnosti se planira prenijeti cijeli sustav na napajanje u 5V.