Ovaj efekat sam prvi put video u detinjstvu. Zamoljeni su da pomognem, držim i zasijam stroboskop automobila na zamašnjaku motora automobila. Motor je pokrenut i nakon toga sam na rotirajućem zamašnjaku ugledao gotovo nepomičan zarez, koji je stajao na jednom mjestu, a zamašnjak se istovremeno rotirao. Tada se rodila ideja da se napravi ventilator i zaustavi to stroboskopom. Nakon nekog vremena, realizirao sam ideju, koristeći svjetiljku IFK-120, tiristor KU202 s remenom, i bacio je u krajnji ugao, ali prije otprilike 6 godina vidio sam japanski video sa levitacijom vode. Tako se rodila ideja da se ovaj trik ponovi levitacijom kapi. Dugo nisu stigli do realizacije ruke i konačno se san ostvario ...

Pogledajte video šta sam dobio:

Kako radi
Na YouTubeu postoji nekoliko video zapisa u kojima pokušavaju isjeći vodu u kapljice iz kojih teku silikonsko crijevo, pomoću audio zvučnika ili dinamičke glave. Ali ova metoda ima nekoliko nedostataka.
1 - glomaznost strukture (stupac, pojačalo, generator frekvencije, stroboskop)
2 - subwoofer ne može reproducirati meandar zbog svog mehanički dizajn a na izlazu ispada nešto poput sinusoide. Kao rezultat toga, voda se ne cijepa u kapljice, već se izvija poput zmije.
3 - Generator frekvencije morat će se svaki put prilagoditi strobo frekvenciji. Frekvencija će nestati.

Sve u mom dizajnu je jednostavno i jeftino.
Svatko može ponoviti ovaj dizajn kod kuće.
Radi ovako:
Stroboskop i elektromagnet iz releja automobila rade na istoj frekvenciji
Elektromagnet razbija mlaz vode u kapljice, a stroboskop ih osvjetljava određeni trenutak... Budući da kapljice padaju frekvencijom jednakom stroboskopu, postiže se učinak kapljica koje vise u zraku.

Shema
Imao sam pri ruci tranzistore KT972, pa sam ih instalirao.
Možete napajati bilo koje druge tranzistore dizajnirane za napon od najmanje 30V i struju od najmanje 2A
Otpornici u bazi tranzistora ograničavaju struju na 40mA kako ne bi oštetili izlaz kontrolera.
Koristio sam LED element iz stare neispravne LED lampe.
Za smanjenje napona napajanja ćelije na 24 V.
Element sam podijelio na dva dijela tako što sam izrezao jedan trag i uporedio dva niza LED dioda.
Od hrane LED element se izvodi kratkim impulsima, a napon napajanja
jednak padu napona na LED diodama, tada nisam ograničio struju.
Dioda paralelna s elektromagnetom štiti od negativnih emisija iz elektromagnetske zavojnice.
Možete staviti diodu iz iste rastavljene LED lampe.
Elektromagnet je napravljen od releja za automobil. Relej sam već bio isključen, pa sam
Morao sam ga koristiti takvog kakav jeste.
Da imam relej koji radi, prvo bih pokušao spojiti kineski štap na sidro releja.
Da biste osigurali razmak između stalnog magneta i elektromagneta, možete staviti komad pjenaste gume između njih ili pomaknuti štapić s magnetom u stranu. Kao i ja.

Među neprijateljima čovječanstva, gravitacija zauzima posebno mjesto, a mnogi ljudi su položili glave boreći se protiv nje. Došao je trenutak da se pridružimo ovoj borbi, a učinak elektromagnetske levitacije pomoći će nam u ovom veličanstvenom poslu.

Ovo je najkorisniji fenomen. Zahvaljujući njemu, magnetski levitacijski vozovi užurbano šušte kroz megagradove, a magnetski ležajevi bez trenja rotiraju se u posebno važnim mehanizmima.

U ovom članku ću vam pokazati kako sastaviti stolni gadget s elektromagnetskom levitacijom. Nažalost, neće vam dopustiti da letite, ali će natjerati mali, visoko magnetski objekt da lebdi u zraku - na primjer, mali globus ili kocku na koju možete zalijepiti ljepljive bilješke tako da vam se pojavljuju ispred nosa .

Kako radi?

Ukratko, imate elektromagnet koji privlači željezni predmet (na primjer maticu) i trebao bi ga povući do kraja, ali čim mu se matica previše približi, magnet se isključuje i matica počinje padati. Čim padne ispod određene razine, magnet se ponovo uključuje i ponovo izvlači maticu. Ako se položaj točno prati, a magnet brzo kontrolira, tada možete doći u stanje ravnoteže, a vibracije matice bit će neprimjetne. Ovaj efekat se može postići Različiti putevi, pa pogledajmo sve popularne opcije. Ali u svakom slučaju instalacija će imati pet elemenata:

1. elektromagnet je glavni pozitivni lik u borbi protiv gravitacije;
2. izvor energije, jer svi žele jesti;
3. upravljački program konstantne struje (uzet će signal iz upravljačkog kruga i uključiti / isključiti magnet, koji bi trebao biti prilično moćan i ne može se izravno uključiti bilo kojim logičkim mikrokolom);
4. povratne informacije kako bismo znali gdje se sada nalazi naša matica, a ne slučajno ih povući u jednom ili drugom smjeru;
5. upravljački sistem koji će prikupljati informacije sa senzora i odlučivati ​​kada i kako uključiti elektromagnet.

Hajde sada razgovarati o svemu po redu.

Magnet

Magnet se može dobiti na tri načina: učinite to sami, kupite gotov i nabavite ga iz nekog releja ili solenoida. Gotovi magneti se često ne nalaze u prodaji, ali ako ih nađete u izobilju, uzmite ih s malim okruglim jezgrom, dizajniranim za 12 V - s tim će biti najprikladnije raditi. Unutrašnji otpor mora biti najmanje 20 ohma, u protivnom će biti moguće samo efikasno zagrijavanje prostora. Isto se odnosi i na zavojnice releja. Ako koristite zavojnicu s solenoidom, tada ćete umjesto pokretnog unutarnjeg jezgra morati uzeti čvrsto pripijeni vijak.

Ali ako vaša pretraživanja po trgovinama i tavanima nisu dovela do uspjeha, tada sami možete napraviti magnet. Da biste to učinili, potrebno vam je jezgro, ono mora zadovoljiti kontradiktorne uslove: biti masivno u isto vrijeme, ali ne previše velikog prečnika, do stvoreno polje bio bolje fokusiran. Čep promjera 8-10 mm i duljine oko 60 mm je idealan, možete upotrijebiti vijak iste dužine.

Za namotavanje vam je potrebna lakirana žica poprečnog presjeka od najmanje 0,03 mm2 (ili promjera 0,2 mm), lako je pronaći u trgovinama, ali možete je nabaviti i rastavljanjem transformatora neke male napajanje - sekundarni namot je najvjerojatnije namotan upravo takvom žicom. Bolje je uzeti napajanje niske kvalitete - loše sastavljene lamelarne jezgre njihovih transformatora bit će lako odabrati. Sada ovu žicu treba namotati oko vijka. Snaga magneta mjeri se u amper -zavojima i ovisi o umnošku tekuće struje i broju zavoja, pa ćete morati namotati puno, najmanje 500 okretaja - pa razmislite kako se ovaj proces može pojednostaviti.

Zategnuo sam vijak jezgre u steznu glavu odvijača i stavio zavojnicu s koje je žica namotana na ručku stativa s kamere. Ne savjetujem korištenje bušilice (a još više miješalice ili miksera) - oni imaju visoke okretaje, a ako se žica u nekom trenutku uhvati, onda se sve može raspasti! Pokušajte slagati zavojnice čvrsto jedna uz drugu, sloj po sloj, jer praznine uvelike smanjuju učinkovitost. Nakon što odlučite da ste dovoljno namotali, skinite krajeve žica (lak je prikladno spaliti na krajevima upaljačem) i izmjerite otpor multimetrom, optimalno je 20-30 ohma. Priključite magnet na napajanje i provjerite da li se previše zagrijava i privlači li dobro.

Izvor energije

Trebat će vam i dobro napajanje od 12 V: magnet može izvući pristojnu količinu struje, tako da se ovdje ne možete izvući s malom baterijom. Ako je moguće, upotrijebite napajanje računara ATX. Naravno, ne biste trebali koristiti onaj koji je u računaru - prema Murphyjevom zakonu važna tačka nešto će doći do kratkog spoja i jedinica može umrijeti (iako imaju zaštitu od kratkog spoja), a i računar može biti u nevolji. Da biste uključili napajanje ATX-a bez računara, povežite zelenu žicu s bilo kojom crnom žicom u širokom 20-pinskom konektoru i napajajte iz konektora tvrdi disk ili grafičke kartice, žuta žica je + 12V, a crna žica je uzemljena. Ako nema takve jedinice, učinit će manje snažan izvor iz nečega što je domaćinstvo - punjač za bušilicu, prijenosno računalo itd. Takođe možete uzeti olovnu bateriju od 12 volti iz UPS-a. Pogledajmo sada kako se može kontrolirati magnet.

Driver

Magnet, ovisno o tome koliko se uspješan pokaže, može potrošiti dobrih desetak vati energije - u skladu s tim, a struja će biti oko 1 A. Za upravljanje takvim opterećenjem potreban vam je snažan tranzistor. Možete koristiti bipolarni NPN tranzistor, ali potrebno je mnogo struje da biste ga potpuno otvorili - mikrokontroler ga ne može povući. Bolje je koristiti tranzistor s efektom polja N-tipa (poznat i kao MOS ili MOSFET), čijim se vratima upravlja ne strujom, već naponom. Određena primjetna struja potrebna je samo za prebacivanje stanja, pa se takav tranzistor može sigurno objesiti na nogu mikrokontrolera kroz mali otpor koji ograničava struju (oko 100 ohma). Jedina stvar je u tome što se svi MOS tranzistori ne mogu otvoriti s 5 V, koje daje kontroler, pa vrijedi potražiti onu koja može.

Koristio sam IRL530N - ovo je pravi div, sposoban izdržati struju do 17 A pri naponu do 100 V. Ako se to ne može pronaći, tada možete koristiti bilo koji drugi (recimo, IR F630M), ali za potpuno otvaranje vrata potrebno je napajati 12 V. Da biste to učinili, u krug dodajte još jedan mali tranzistor koji će poslužiti kao prekidač za veći napon. U mom slučaju ovo je 2N3904, ali može se koristiti gotovo svaki npn tranzistor.

Druga važna točka u kontroli magneta povezana je s njegovom značajnom induktivnošću: dok je struja uključena, energija se skladišti u elektromagnetskom polju, ali ako se krug otvori, mora negdje otići, što će rezultirati značajnim naponom skočite na stezaljke za navijanje. Nijedan tranzistor neće preživjeti takav udarac, stoga se između stezaljki zavojnice mora postaviti dioda (imam 1n4007) - tako da tijekom normalnog rada stoji nasuprot struji, a u trenutku otvaranja kruga, kada struja počinje nailaziti obrnuta strana, zatvorio bi zavojnicu na sebe. Moć da se nosimo s magnetom sada postoji i ostaje nam razumjeti kada dođe vrijeme za njegovo uključivanje.

Povratne informacije

Najlakši način za praćenje položaja levitirajućeg objekta je korištenje optičkog para infracrvene LED diode i fototranzistora poravnanih u jednoj liniji. Kada je matica (ili vijak) ispod ravne linije, IC zračenje se slobodno širi prema senzoru, ali čim se objekt približi, snop se prekida i vrijednost na izlazu senzora pada - vrijeme je da isključite magnet. Shema je jednostavna, ali u praksi ima veliki nedostatak - možemo znati je li naša matica iznad ili ispod kontrolne točke, ali ne i njen tačan položaj u bilo kojem trenutku. Ovo nije zastrašujuće, ali može uzrokovati probleme ako želimo glatko podesiti visinu. Osim toga, muha koja leti pored senzora može sve slomiti.

Bolja opcija (također optička) je staviti infracrveni ili laserski daljinomjer ispod magneta (iako je moguće odozgo) i izmjeriti udaljenost. Ali u ovom slučaju morate promijeniti vijak - zalijepite ploču s većom površinom, inače ga senzor jednostavno neće vidjeti. Posebno je moguće popraviti se ugradnjom ne optičkog, već ultrazvučnog daljinomera, iako će u navedenim intervalima (nekoliko centimetara) većina njih biti niska. I ove opcije vas ne spašavaju od muha. Ali još uvijek postoji jeftino i ljuto rješenje!

U prirodi postoji prekrasan učinak: ako struja prođe kroz provodljivu metalnu ploču, a magnetsko polje se primijeni na ploču, tada će naboji koji se kreću duž ploče odbiti Lorentzovu silu i stvoriti razliku potencijala pri rubovi ploče, odnosno napon koji će ovisiti o veličini magnetskog polja. Hall senzori rade na ovom efektu. Vrlo ih je jednostavno primijeniti pri određivanju položaja - pričvrstite magnet na vijak i to je to. Napon na izlazu senzora ovisit će o jakosti polja, koja ovisi o udaljenosti do vijka s magnetom. I najvažnije je da leteći insekti neće utjecati na bilo koji način!

Komercijalno je dostupno mnogo senzora, uključujući i one koji mjere polje u više ravnina. Također vam je potreban jednostavan analogni senzor, ponekad se u opisima nazivaju linearnim, s osjetljivošću od 400-1000 Gaussa. Koristio sam SS59E, ali idealna opcija ne možete mu dati ime - ima kućište SOT223 (za površinsku montažu), a da bismo ga koristili „u hodu“, morali smo lemiti prilično krhke žice. Prikladnije je odabrati senzor u kućištu to92 (na primjer SS19, SS49 ili SS495A). Trebat će vam i dobar magnet, po mogućnosti rijetkozemaljski. Možete ga nabaviti iz motora CD/DVD pogona, uzeti iz Bornimago dječijeg magnetnog konstrukcijskog kompleta ili naručiti od Kineza na http://s.dealextreme.com/search/magnets, tamo dobar izbor a cijene su razumne.

Na prvi pogled, ovo je sve. Objesite senzor ispod elektromagneta i uživate u životu. No, postoji važna točka: senzor će mjeriti i polje magneta na vijku i polje elektromagneta, a budući da će se magnet uključivati ​​i isključivati, vrijednosti će skočiti. Postoje dva rješenja. Prvi je prilično elegantan - upotrijebite par Hall -ovih senzora. Ostavite jedan na isti način, na dnu magneta, a drugi objesite na suprotnu stranu magneta. Ako je namotavanje izvedeno simetrično, tada će polje s obje strane elektromagneta biti po modulu isto, ali prisutnost vijka s magnetom neće se osjetiti odozgo, a razlika u očitanjima senzora može se koristiti kao kontrolni signal.

Druga opcija zahtijeva složeniju matematiku, ali dopušta upotrebu jednog Hall senzora. Da bi se uzelo u obzir polje, potrebno je simulirati ponašanje magneta i izračunati korekciju za vrijednosti Hall senzora ovisno o stanju elektromagneta. Naravno, možete pokušati pronaći optimalne parametre bez posebnih proračuna, ali to je dugo i dosadno, pa je lakše zaustaviti se na prvoj opciji.

Sistem kontrole

U pravilu se upravljanje takvim uređajima vrši potpuno analogno, na par operativnih pojačala, ali se upravljanje može vršiti i na mikrokontroleru. Dakle, ako imate Arduino ploču na svojoj farmi, ovo će vam dobro doći. Koristio sam svoj provjereni Arduino Diecimila, ali bilo koja druga verzija od 5 volti će uspjeti-Duemilanove, Uno i razni klonovi.

Sakupljamo!

Već smo razmotrili ključne točke stvaranja gadgeta, sada ćemo se detaljnije zadržati na tome kako sve to sastaviti, pokrenuti i otkloniti pogreške. Krug se može sastaviti matična ploča, ali možete pokušati i bez toga - postoji nekoliko elemenata, a oni bi mogli visjeti u zraku. Za takve "zračne" krugove prikladno je imati desetak raznobojnih žica s malim krokodilima zalemljenim na oba kraja. Diodu D1 možete lemiti izravno na izlaze magnetske zavojnice L1, a diodu D2 između odvoda i izvora MOS tranzistora Q1.

Sam tranzistor se može pričvrstiti na radijator ne toliko radi hlađenja (pri ovim strujama neće se jako zagrijati), već kao postolje. Ako imate terenskog radnika iz serije IRL, tada možete izbaciti tranzistor Q1 i otpor R3 iz kruga i otpor R2 baciti na nogu D10 Arduino (ili bilo koju drugu nogu s PWM izlazom). Za terenske radnike u paketima TO220 (a vama je prikladnije raditi s takvim) noge su označene slijeva nadesno na sljedeći način: 1 (kapija), koja mora biti povezana s upravljačkim izlazom; 2 (odvod) - na minus opterećenje, 3 (izvor) - spustite na tlo.

Drugi izlaz opterećenja mora biti spojen na napajanje +12 Volt. Arduino ploču također treba napajati iz nečega, bolje je spojiti je na isti 12-voltni izvor kao i magnet, ali za to vam je potreban odgovarajući utikač s unutarnjim promjerom pina 2,1 mm i vanjskim promjerom 5,5 mm. Napajanje možete preuzeti i putem USB -a s računara, ali ne zaboravite spojiti uzemljenje na ploči na uzemljenje magneta. S druge strane ploče, senzori moraju biti povezani na analogne ulaze. Hall senzor izlazi IC1 i IC2 na pinove A0 i A1, VCC na +5 V i GND na masu. IC1 senzor treba pričvrstiti ispod magneta, a IC2 - iznad njega (budući da će smjerovi polja biti suprotni, tada senzori moraju biti orijentirani na različite načine). Selotejp je najpouzdanije sredstvo za pričvršćivanje. Također, za podešavanje parametara bit će koristan promjenjivi otpornik od 10 kΩ (iako vrijednost nije kritična). Na njemu bi trebala biti 3 izlaza: spojite vanjske na masu i +5 V, a srednji na analogni ulaz A2.

Od željezara ostaje samo objesiti magnet na nešto. Na što točno - odlučite na temelju materijala pri ruci. To može biti, na primjer, stezaljka "iz treće ruke", stativ ili, u mom slučaju, drvena kutija iz IKEA -e. Najvažnije je paziti da ne visi i da možete započeti softversko punjenje. Za ovaj gadget morate stvoriti dvije skice za Arduino. Pomoću prvog mjerit ćete parametre sistema i dobiti par čarobnih brojeva koji će vam dobro doći u drugom, radnom firmware -u.

Budući da magnet može stvoriti ne sasvim simetrično polje, a senzori možda nisu savršeno poravnani, veličine vrijednosti na njima mogu se razlikovati. Stoga morate izmjeriti razliku u očitanjima kako biste izračunali ispravku.

Skica 1

const int in1 = A0; // analogni ulaz Hall senzora 1
const int in2 = A1; // analogni ulaz za Hall senzor 2
const int out1 = 10; // analogni izlaz (PWM) na magnet.
int s1 = 0; // vrijednost Hall senzora 1
int s2 = 0; // vrijednost Hall senzora 2
int o1; // Izlaz
void setup ()
{
// pratit ćemo status u konzoli
//Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
// pokretanje programa u krugu
// čitanje analognih ulaza
analogWrite (out1, 255); // zapisujemo ono što želimo u izlaz
// stanje magneta
kašnjenje (15); // čekati da se magnet uključi



Serial.print ("magnet uključen: s1 ="); // uredno odštampati
// na konzolu
Serial.print (s1);
Serial.print ("s2 =");
Serial.print (s2);
Serial.print ("delta =");
Serial.print (o1);
analogWrite (out1, 25); // zapisujemo ono što želimo u izlaz
// stanje magneta, 10% snage
kašnjenje (15); // čekati da se magnet isključi
s1 = analogRead (in1); // očitavanje prvog Hall senzora
s2 = analogRead (in2); // očitavanje drugog Hall senzora
o1 = s2 -s1; // broji razliku između ulaza
Serial.print ("magnet isključen: s1 ="); // uredno prikazati sve
// na konzolu
Serial.print (s1);
Serial.print ("s2 =");
Serial.print (s2);
Serial.print ("delta =");
Serial.println (o1); // idite na novi red na kraju
kašnjenje (1000); // u sekundi - sve iznova
}

Složenost upravljanja također leži u činjenici da mora proći oko pet milisekundi da se slegne kada se stanje promijeni na izlazu regulatora (zbog velike induktivnosti magneta).

Kako biste smanjili ovo vrijeme, magnetom možete glatko upravljati i ne uključivati ​​ga / isključivati ​​u potpunosti, već samo malo promijeniti snagu. Na Arduinu se to može učiniti pomoću PWM izlaza. PWM (PWM, Pulse Width Modulation) je način za glatku promjenu izlaznog napona koristeći samo digitalna stanja.

Odnosno, dio vremena je izlaz uključen, a djelomično je isključen, ali zbog inercije krug radi kao da je izlaz uključen cijelo vrijeme, ali sa pola snage. Nakon pokretanja prvog firmvera trebali biste imati dva broja - razliku na 10% i na 100% snage.

U drugoj radnoj skici ove vrijednosti ćete sami zamijeniti. Radni kod je vrlo jednostavan: čitamo vrijednosti sa senzora, vršimo korekcije prema vrijednosti položaja promjenjivog otpornika, podešavamo željeni nivo snage (a time i visinu) i postavljamo odgovarajući nivo na izlaz. Budući da nismo procijenili u kojem rasponu su senzor vratili vrijednosti kada razne odredbe varijabilni otpornik, radni raspon visina će očito biti uži. Ali rješavanje problema je jednostavno - okrenite gumb i pronađite gdje radi!

Skica 2

const int in1 = A0; // analogni ulaz Hall senzora 1
const int in2 = A1; // analogni ulaz za Hall senzor 2
const int in3 = A2; // analogni ulaz promjenjivog otpornika
const int d10 =<вставь из предыдущего кода>;
// izlaz na 10% snage
const int d100 =<вставь из предыдущего кода>;
// izlaz na 100% snage
const int out1 = 10; // analogni izlaz (PWM) na magnet.
int s1 = 0; // Vrijednost Hall senzora
int s2 = 0; // Vrijednost Hall senzora
int s3 = 0; // promjenjiva vrijednost otpornika
int o1 = 255; // izlazno stanje, prema zadanim postavkama
// potpuno omogućeno
int d = 0; // amandman
int v; // ukupna vrijednost sa senzora
void setup () ()
void loop ()
{
s1 = analogRead (in1); // očitavanje vrijednosti Hall -ovog senzora
s2 = analogRead (in2); // očitavanje trenutne vrijednosti
// potenciometar
d = karta (o1, 25, 255, d10, d100); // izračunati amandman
v = abs (s1-s2) + d; // razlika prilagođena
o1 = karta (v, 0, 1024, 25, 255); // izračunaj izlaz, magnet
// nikad potpuno isključeno
analogWrite (out1, o1); // zapisujemo ono što želimo u izlaz
// stanje magneta.
delayMicroseconds (100); // pričekajte malo ADC
// bit će spremni za ponovno čitanje podataka

Nakon što ga sastavite i uključite, pokušajte se igrati s različitim težinama i magnetima kako biste pronašli one s najstabilnijim performansama.
Ako ne uspije, nemojte odustati, pokušajte promijeniti nešto u firmveru, rastaviti i sastaviti sve ponovo, trebalo bi funkcionirati!

Nakon svega konačni cilj- let je čak očaravajući od leta ptica na nebu, a čovječanstvo tome teži više od sto godina. Zato dajte sve od sebe! Ali ako je nakon svih napora rezultat nula, tada možete naručiti na web stranici zeltom.com/emls.aspx gotov komplet za montažu. Sretno!

Ideja ove lekcije inspirisana je projektom Kickstarter platforme za grupno finansiranje pod nazivom "Air Bonsai", zaista lijepom i misterioznom, koju su napravili Japanci.

Ali svaka misterija može se objasniti ako pogledate unutra. U stvari, radi se o magnetskoj levitaciji, kada postoji objekt koji lebdi odozgo i elektromagnet kojim upravlja krug. Pokušajmo zajedno provesti ovaj misteriozni projekt.

Otkrili smo da je sklop Kickstarter uređaja prilično složen, bez ikakvog mikrokontrolera. Nije bilo načina da je pronađem analogno kolo... U stvari, ako bolje pogledate, princip levitacije je prilično jednostavan. Morate učiniti da magnetski komad "lebdi" nad drugim magnetskim komadom. Glavni dalji rad trebao spriječiti pad lebdećeg magneta.

Također je predloženo da je to učiniti s Arduinom zapravo mnogo lakše nego pokušati razumjeti shemu japanskog uređaja. Zapravo, sve se pokazalo mnogo jednostavnije.

Magnetska levitacija sastoji se od dva dijela: osnovnog dijela i plutajućeg (levitirajućeg) dijela.

Baza

Ovaj dio je pri dnu, koji se sastoji od magneta za stvaranje kružnog magnetskog polja i elektromagneta za upravljanje ovim magnetskim poljem.

Svaki magnet ima dva pola: sjeverni i južni. Eksperimenti pokazuju da se suprotnosti privlače i isti polovi odbijaju. Četiri cilindrična magneta smještena su u kvadrat i imaju isti polaritet, tvoreći kružno magnetsko polje prema gore kako bi istisnuli svaki magnet koji ima isti pol između.

Postoje četiri elektromagneta općenito, postavljeni su u kvadrat, dva simetrična magneta su par, a njihovo magnetsko polje uvijek je suprotno. Hall senzor i elektromagnetni pogon. Struje kroz njih stvaramo suprotne polove na elektromagnetima.

Plutajući dio

Dio uključuje magnet koji pluta iznad baze i koji može nositi mali lonac za biljke ili druge predmete.

Magnet odozgo podiže magnetsko polje donjih magneta jer imaju iste polove. Međutim, u pravilu ima tendenciju pada i privlačenje jedno drugoga. Kako bi spriječili prevrtanje i pad vrha magneta, elektromagneti će stvoriti magnetska polja za guranje ili povlačenje kako bi uravnotežili plutajući dio, zahvaljujući senzoru Hall efekta. Elektromagnetima upravljaju dvije osi X i Y, što rezultira održavanjem ravnoteže gornjeg magneta i plutanja.

Upravljanje elektromagnetima nije jednostavno i zahtijeva PID regulator, o čemu će biti riječi u sljedećem koraku.

Korak 2: PID kontroler (PID)

Iz Wikipedije: "Proporcionalno-integralno-derivativni (PID) kontroler-uređaj u upravljačkoj petlji s povratnom spregom. Koristi se u sistemima automatsko upravljanje za formiranje upravljačkog signala radi postizanja potrebne točnosti i kvalitete prijelaznog procesa. PID regulator generira upravljački signal, koji je zbir triju članova, od kojih je prvi proporcionalan razlici između ulaznog signala i povratnog signala (signal greške), drugi je integral signala greške, a treći je derivat signala greške. "

Jednostavno rečeno: „PID kontroler izračunava vrijednost 'greške' kao razliku između izmjerenog [Ulaza] i željene postavke. Kontroler pokušava smanjiti grešku podešavanjem [izlaza]. "

Dakle, govorite PID -u šta treba mjeriti (ulaz), koju vrijednost želite i varijablu koja će pomoći da ta vrijednost bude u izlazu. PID kontroler zatim prilagođava izlaz kako bi ulaz bio jednak postavci.

Na primjer: u automobilu imamo tri vrijednosti (ulaz, instalacija, izlaz) - brzinu, željenu brzinu i kut papučice gasa.

U ovom projektu:

1. Ulaz je vrijednost u stvarnom vremenu sa Hall -ovog senzora, koja se stalno ažurira kako će se položaj plutajućeg magneta mijenjati u stvarnom vremenu.
2. Zadana vrijednost je vrijednost iz Hall -ovog senzora, koja se mjeri kada je plutajući magnet u položaju ravnoteže, u središtu osnove magneta. Ovaj indeks je fiksan i ne mijenja se s vremenom.
3. Izlazni signal je brzina za upravljanje elektromagnetima.

Hvala Arduino zajednici što je napisala PID biblioteku koja je vrlo laka za korištenje. Više informacija o Arduino PID -u potražite na službenoj web stranici Arduino. Moramo koristiti par Arduino PID kontrolera, jedan za X-osu i jedan za Y-osu.

Korak 3: pribor

Popis pribora za lekciju se pokazao pristojnim. Ispod je popis komponenti koje biste trebali kupiti za ovaj projekt, provjerite imate li sve prije početka. Neke su komponente vrlo popularne i vjerojatno ćete ih pronaći u vlastitom skladištu ili kod kuće.

Korak 4: Alati

Evo popisa najčešće korištenih alata:

• Lemilica
• Ručna testera
• Multimetar
• Drill
• Osciloskop (opcionalno, možete koristiti multimetar)
• Stona bušilica
• Vruće ljepilo
• Kliješta

Korak 5: Optičko pojačalo LM324, upravljački program L298N i SS495a

LM324 Op-pojačalo

Operativna pojačala (op-pojačala) su neka od najvažnijih, široko korištenih i svestranih kola koja se danas koriste.

Koristimo op-pojačalo za pojačavanje signala iz Hall senzora, čija je svrha povećati osjetljivost tako da arduino može lako prepoznati promjenjivo magnetsko polje. Promjena nekoliko mV na izlazu Hall senzora, nakon prolaska kroz pojačalo, može se promijeniti za nekoliko stotina jedinica u Arduinu. Ovo je potrebno kako bi se osigurao nesmetan i stabilan rad PID kontrolera.

Uobičajeno op pojačalo koje smo odabrali je LM324, jeftino je i možete ga kupiti u bilo kojoj trgovini elektronike. LM324 ima 4 unutrašnje pojačalo koji mu omogućuju fleksibilnu upotrebu, međutim u ovom projektu potrebna su samo dva pojačala, jedno za X-osu, a drugo za Y-os.

L298N modul

L298N dvostruki H-most se obično koristi za kontrolu brzine i smjera dva istosmjerna motora ili za jednostavno upravljanje jednim bipolarnim koračnim motorom. L298N se može koristiti s motorima od 5 do 35 VDC.

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

Ovaj projekt koristi L298N za pogon dva para solenoidnih zavojnica, a koristi 5V izlaz za napajanje Arduina i Hall -ovog senzora.

Pinout modula:

• Izlaz 2: par elektromagneta X
• Izlaz 3: par elektromagneta Y
• Ulazna snaga: DC 12V ulaz
• GND: Uzemljenje
• 5v izlaz: 5v for Arduino senzori i hodnik
• EnA: Omogućava PWM signal za izlaz 2
• In1: Omogući izlaz 2
• In2: Omogući za Out 2
• In3: Omogući izlaz 3
• In4: Omogući izlaz 3
• EnB: Omogućava PWM signal za Out3

Arduino veza: moramo ukloniti 2 kratkospojnika u pinovima EnA i EnB, zatim spojiti 6 pinova In1, In2, In3, In4, EnA, EnB na Arduino.

SS495a Hall senzor

SS495a je linearni Hall -ov senzor sa analognim izlazom. Imajte na umu razliku između analognog i digitalnog izlaza, u ovom projektu ne možete koristiti senzor s digitalnim izlazom, on ima samo dva stanja 1 ili 0, pa ne možete mjeriti izlaz magnetskih polja.

Analogni senzor će rezultirati rasponom napona od 250 do Vcc, koji možete očitati s Arduino analognog ulaza. Za mjerenje magnetskog polja u X i Y osi potrebna su dva Hall senzora.

Korak 6: NodFeB (neodimij-željezo-bor) neodimijski magneti

Iz Wikipedije: "Neodimij - hemijski element, metal rijetke zemlje sa srebrno bijelom bojom sa zlatnom nijansom. Pripada grupi lantanida. Lako oksidira u zraku. Otkrio je 1885. godine austrijski hemičar Karl Auer von Welsbach. Koristi se kao komponenta legura s aluminijem i magnezijem za zrakoplove i rakete. "

Neodimij je feromagnetni metal (posebno pokazuje antiferomagnetna svojstva), što znači da se, poput željeza, može magnetizirati da postane magnet. No, njegova je temperatura Curie 19K (-254 ° C), pa u čista forma njegov se magnetizam očituje tek kada je izuzetno niske temperature... Međutim, spojevi neodimija s prijelaznim metalima, poput željeza, mogu imati Curiejeve temperature znatno više sobne temperature a koriste se za izradu neodimijumskih magneta.

Jaka je riječ koja se koristi za opisivanje neodimijskog magneta. Ne možete koristiti feritne magnete jer je njihov magnetizam preslab. Neodimijski magneti su mnogo skuplji od feritnih magneta. Mali magneti se koriste za podlogu, veliki magneti za plutajući / levitirajući dio.

Pažnja! Morate biti oprezni pri korištenju neodimijumskih magneta jer njihov jaki magnetizam može naštetiti vama ili može slomiti podatke vašeg tvrdog diska ili drugih. elektronskih uređaja pod uticajem magnetnih polja.

Savjeti! Dva magneta možete odvojiti povlačeći ih vodoravno, ne možete ih odvojiti u suprotnom smjeru jer je njihovo magnetsko polje prejako. Također su vrlo krhki i lako se lome.

Korak 7: pripremite podlogu

Koristi se mali lonac od terakote, koji se obično koristi za uzgoj sukulenata ili kaktusa. Takođe možete koristiti keramički lonac ili drveni lonac ako odgovaraju. Svrdlom od 8 mm napravite rupu na dnu lonca koja se koristi za držanje priključnice istosmjerne struje.

Korak 8: 3D ispis plutajućeg dijela

Ako imate 3D štampač, odlično. Imate mogućnost učiniti sve s tim. Ako nema štampača, nemojte očajavati. možete koristiti jeftinu uslugu 3D štampanja koja je trenutno veoma popularna.

Za lasersko sečenje datoteke su takođe u gornjoj arhivi - datoteka AcrylicLaserCut.dwg (ovo je autocad). Akrilni komad koristi se za podupiranje magneta i elektromagneta, ostatak se koristi za prekrivanje površine lonca od terakote.

Korak 9: Pripremite modul Hall senzora SS495a

Prerežite raspored PCB -a na dva dijela, jedan za pričvršćivanje Hall -ovog senzora, a drugi za kolo LM324. Pričvrstite dva magnetska senzora okomito štampana ploča... Upotreba tanke žice za spajanje dva pina VCC senzora zajedno, učinite isto sa GND pinovima. Izlazni kontakti su odvojeni.

Korak 10: op-amp kolo

Lemite utičnicu i otpornike na PCB prema dijagramu, pazeći da dva potenciometra postavite u istom smjeru radi lakše kalibracije kasnije. Spojite LM324 na utičnicu, a zatim spojite dva izlaza modula Hall senzora na op-amp kolo.

Priključite dvije izlazne žice LM324 na Arduino. 12V ulaz sa 12V ulazom L298N modula, 5V izlaz L298N modula na 5V potenciometar.

Korak 11: Sklapanje elektromagneta

Sastavite elektromagnete na akrilnu ploču, pričvršćeni su u četiri rupe blizu središta. Pritegnite vijke kako biste izbjegli kretanje. Budući da su elektromagneti simetrični u sredini, uvijek su na suprotnim polovima, tako da su žice na unutra elektromagneti su spojeni zajedno, a žice uključene spolja elektromagneti su spojeni na L298N.

Povucite žice ispod akrilni lim kroz susjedne rupe za spajanje na L298N. Bakrene žice prekrivene izolacijskim slojem, pa ih morate ukloniti nožem prije nego što ih možete zalemiti.

Korak 12: Senzorski modul i magneti

Upotreba vruće ljepilo Da biste pričvrstili senzorski modul između elektromagneta, imajte na umu da svaki senzor mora biti kvadratni s dva elektromagneta, jednim sprijeda i jednim straga. Pokušajte kalibrirati dva senzora što je moguće centralnije kako se ne bi preklapali, što će senzor učiniti najučinkovitijim.

Sljedeći korak je prikupljanje magneta akrilna baza... Kombinacijom dva magneta D15 * 4 mm i magneta D15 * 3 mm zajedno u obliku cilindra, to će učiniti da magneti i elektromagneti imaju istu visinu. Sastavite magnete između parova elektromagneta, imajte na umu da polovi magneta prema gore moraju biti isti.

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

Lemite DC utičnicu s dvije žice i upotrijebite termoskupljajuću cijev. Spojen istosmjerni konektor za napajanje na ulaz L298N modula, njegov 5V izlaz će napajati Arduino.

Korak 14: L298N i Arduino

Spojite L298N modul na Arduino slijedeći gornji dijagram:

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

Korak 15: Arduino Pro Mini programer

Od kada imam Arduino pro mini nema USB priključka za serijski port, potrebno je spojiti vanjski programator. FTDI Basic će se koristiti za programiranje (i napajanje) Pro Mini.

Možete napraviti tako zanimljiv uređaj kao što je Levitron. U stvari, Levitron se naziva vrhom ili drugim objektom koji lebdi u svemiru zbog djelovanja magnetskog polja. Levitroni su različiti. IN klasični model koriste se sistem stalnih magneta i rotirajući vrh. Lebdi iznad magneta dok se okreće zbog stvaranja magnetskog jastuka ispod.

Autor je odlučio malo poboljšati sistem izgradnjom Levitrona zasnovanog na Arduinu koristeći elektromagnete. Ovim tehnikama vrh se ne mora okretati da bi lebdio u zraku.

Takav uređaj može se koristiti za razne druge domaće proizvode. Na primjer, može biti odličan ležaj, jer u njemu praktički nema sila trenja. Također, na takvom domaćem proizvodu možete izvesti razne eksperimente ili se igrati s prijateljima.

Materijali i alati za proizvodnju:
- mikrokontroler arduino UNO;
- linearni Hall senzor (model UGN3503UA);
- stari transformatori (za namotavanje zavojnica);
- tranzistor sa efektom polja, otpornici, kondenzatori i drugi elementi (nazivi i marke prikazani su na dijagramu);
- žice;
- lemilica sa lemljenjem;
- napajanje 12V;
- pluta;
- mali Neodimijumski magnet;
- vruće ljepilo;
- osnova za namotavanje zavojnice i materijali za izradu domaćeg tijela.

Proces pravljenja levitrona:

Prvi korak. Pravljenje zavojnice
Zavojnica će biti elektromagnet, stvorit će magnetsko polje koje će privući vrh. Pluto će ovdje djelovati kao vrh na koji je pričvršćen neodimijski magnet. Umjesto plute mogu se koristiti i drugi materijali, ali ne preteški.

Što se tiče broja zavoja u zavojnici, ovdje autor nije spomenuo takvu brojku, zavojnica je sastavljena okom. Kao rezultat toga, njegov otpor bio je oko 12 ohma, visina 10 mm, promjer 30 mm, a debljina korištene žice trebala bi biti 0,3 mm. U zavojnici nema jezgre, ako trebate napraviti teži vrh, zavojnica može biti opremljena jezgrom.

Drugi korak. Uloga Hall senzora
Kako bi vrh lebdio u zraku, a ne čvrsto se držao za solenoid, sistemu je potreban senzor koji bi mogao izmjeriti udaljenost do vrha. Kao takav element koristi se Hall senzor. Ovaj senzor može otkriti ne samo magnetska polja stalni magnet, ali također može odrediti udaljenost do bilo kojeg metalnog predmeta, budući da takvi senzori sami stvaraju električno magnetsko polje.
Zahvaljujući ovom senzoru, vrh uvijek ostaje na pravoj udaljenosti od solenoida.

Kada se vrh počne udaljavati od zavojnice, sistem podiže napon. Nasuprot tome, kada se vrh približi solenoidu, sistem će smanjiti napon u zavojnici, a magnetsko polje će oslabiti.

Na senzoru postoje tri izlaza, ovo je napajanje od 5V, kao i analogni izlaz. Potonji se povezuje s Arduino ADC -om.

Treći korak. Sastavljamo krug i instaliramo sve elemente
Kao kućište za domaće proizvode možete upotrijebiti komad drveta na koji trebate napraviti jednostavan nosač za pričvršćivanje zavojnice. Elektroničko kolo je prilično jednostavno, sve se može razumjeti sa slike. Elektronika radi s izvora od 12 V, a budući da je senzoru potrebno 5 V, spojen je putem posebnog stabilizatora, koji je već ugrađen u Arduino kontroler. Maksimalni uređaj troši oko jednog ampera. Kada gornji dio lebdi, trenutna potrošnja je u rasponu od 0,3-0,4 A.

Za upravljanje solenoidom koristi se tranzistor s efektom polja. Sam solenoid spojen je na izlaze J1, a prvi pin J2 konektora treba spojiti na PWM Arduina. Dijagram ne prikazuje kako spojiti Hall senzor na ADC, ali s tim ne bi trebalo biti problema.

Četvrti korak. Firmver kontrolera
Firmware je potreban za programiranje kontrolera za željene radnje. Program funkcionira vrlo jednostavno. Kada vrijednosti počnu izlaziti iz dopuštenog raspona, sistem ili povećava struju do maksimuma, ili se potpuno isključuje. U kasnijim verzijama firmvera postalo je moguće glatko podesiti napon na zavojnici, pa su oštre oscilacije vrha prestale.

To je sve, domaći proizvod je spreman. Uređaj je pri prvom pokretanju radio, ali su otkrivene neke greške. Tako su, na primjer, pri radu duljem od 1 minute, zavojnica i tranzistor počeli jako postajati vrući. S tim u vezi, u budućnosti se na tranzistor mora instalirati radijator ili se mora instalirati snažniji. Zavojnicu će također trebati preraditi, budući da je došlo do novih pouzdan dizajn nego samo namotaji žice vrućeg ljepila.

Da biste zaštitili napajanje, morate staviti kondenzatore na ulazna kola. velikog kapaciteta... Autorsko prvo napajanje od 1,5 A izgorjelo je nakon 10 sekundi zbog snažnih skokova napona.

U budućnosti se planira prijenos cijelog sistema na napajanje od 5V.