Blant menneskehetens fiender har tyngdekraften et eget sted, og mange mennesker foldet hodet og bekjempet henne. Det er på tide å bli med i denne kampen, men vil hjelpe oss i denne strålende effekten av elektromagnetisk levitasjon.

Dette er et nyttig fenomen. Takket være ham, tråkene på den magnetiske puten skyndsomt, og i spesielt viktige mekanismer roteres magnetiske lagre i ekstremt viktige mekanismer.

I denne artikkelen vil jeg fortelle deg hvordan du samler en tabell gadget elektromagnetisk levitation. Dessverre vil det ikke tillate deg å fly til deg, men gjør et lite godt magnetisk objekt for å sveve i luften - for eksempel en liten verden, eller en kube som du kan lime klebrig notater slik at de vev deg foran nesen din.

Hvordan det fungerer?

Hvis du kort, har du en elektromagnet som tiltrekker et jernobjekt (for eksempel en mutter) og skal trekke til enden, men så snart mutteren nærmer seg det for nært, er magneten slått av, og mutteren begynner å falle . Så snart det faller under et visst nivå - magneten slås på og igjen trekker mutteren opp. Hvis stillingen er å spore nøyaktig, og magneten styres raskt, kan du komme inn i likevektstaten, og oscillasjonene til mutrene vil være usynlige. Oppnå denne effekten forskjellige måterSå vurder alle populære muligheter. Men i hvert fall vil det være fem elementer i installasjonen:

1. elektromagneten er den viktigste positive helt som slår med tyngdekraften;
2. strømforsyning, som du vil spise alle;
3. dC-driveren (vil ta et signal fra kontrollkretsen og slå på magneten, som må være ganske kraftig og kan ikke direkte slås på av noen logiske chips);
4. tilbakemelding til å vite hvor vår mutter er nå, og ved et uhell ikke dra det i en retning eller den andre;
5. kontrollsystemet som samler informasjon fra sensorene og bestemmer når og hvordan du slår på Electromagnet.

Nå er alt i orden.

Magnet

Magnet kan fås på tre måter: gjør det selv, kjøp klar og få fra noe relé eller solenoid. Ferdige magneter forekommer i salget sjeldent, men hvis de fant dem rikelig, så ta en liten rund kjerne, designet for 12 V - med en slik hensiktsmessig kontrollert. Den interne motstanden skal være minst 20 ohm, ellers vil det bare varme opp plassen effektivt. Dette gjelder også reléspolene. Hvis du bruker spolen fra solenoiden, så i stedet for en bevegelig indre kjerne, må du velge en tett sittebolt.

Men hvis søket etter butikker og angrep ikke førte til suksess, kan du selv lage en magnet. For å gjøre dette, trenger du en kjerne, det må tilfredsstille motstridende forhold: Vær samtidig massiv, men ikke også stor diametertil opprettet feltet Det var bedre fokusert. Studen er perfekt for 8-10 mm med en diameter på 8-10 mm og en lengde på ca. 60 mm, du kan også bruke en bolt av samme lengde.

For viklingen er det nødvendig med en lakkert ledning av et tverrsnitt på minst 0,03 mm2 (eller en diameter på 0,2 mm), det er lett å finne i butikkene, men du kan også få det, demontere transformatoren på en eller annen måte en fin strømforsyning - Den sekundære viklingen er sannsynligvis bare med en slik ledning og sår. Det er bedre å ta strømforsyninger av lav kvalitet - dårlig samlet lamellære kjerner av transformatorene vil enkelt styre. Nå må denne ledningen bli såret på bolten. Magnetkraften måles i AMPS-svinger og avhenger av produktet av den flytende strømmen til antall svinger, slik at vinden må ha mye, minst 500 omdreininger - så tenk på hvordan denne prosessen kan forenkles.

Jeg citerte en kjernebolt i kassetten til skrutrekkeren, og spolen som ledningen ble gått på, kledd på håndtaket på stativet fra kameraet. Drill (og jo mer blender eller mikser) Ikke anbefaler deg å bruke - de har høy hastighet, og hvis ledningen er stengt på et tidspunkt, så kan alt komme ut! Prøv å legge svingene tett alene til et annet, lag bak laget, fordi hullene sterkt reduserer effektiviteten. Etter at du har bestemt meg for at jeg sår nok, renser du endene på ledningene (lakk i endene, brenner komfortabelt lighteren) og tviler mot motstanden mot multimeteret, det optimale er 20-30 ohm. Koble magneten til strømforsyningen og kontroller om den er for varm og er godt å tiltrekke seg.

Strømforsyning

Du vil også trenge en god strømkilde med 12 V: Magnet kan konsumere en anstendig strøm, slik at det lille batteriet ikke er skilt her. Hvis det er mulig, bruk ATX-strømforsyningen. Selvfølgelig, å bruke den som står i datamaskinen, er ikke verdt det - i henhold til loven om Murphy i det meste viktig øyeblikk Noe burst og blokken kan dø (selv om de har beskyttelse mot nedleggelser), og datamaskinen kan heller ikke bli vedtatt også. For å aktivere ATX strømforsyning uten en datamaskin, i en bred 20-polet kontakt som forbinder grønn ledning med noe svart, og ta strømmen til kontakten hardisk Eller videokort, gul ledning er +12 V og svart-bakken. Hvis det ikke er en slik enhet, er det en mindre kraftig kilde fra noe innenlands - laderboring, bærbar PC, og så videre. Du kan ta et bly 12-volt batteri fra UPS. La oss nå se hvordan magneten kan styres.

Sjåfør

Magnet, avhengig av hvor vellykket det viste seg, kan konsumere et godt dusin av Watt of Power - henholdsvis, og strømmen vil være ca. 1 A. For å bli forvaltet med en slik last, trenger du en kraftig transistor. Du kan bruke en bipolar NPN-transistor, men for sin fulle åpning tar det en stor strøm - mikrokontroller og ikke trekk. Det er bedre å bruke felttransistoren (det er MOS eller MOSFET) N-type, lukken som ikke er kontrollert av en strøm, men spenning. Enkelte merkbare strømmer er bare nødvendig for å bytte til byttestater, slik at en slik transistor kan trygt feides i foten av mikrokontrolleren gjennom en liten strømbegrensende motstand (ca. 100 ohm). Det eneste øyeblikket er ikke alle MOS-transistorene er i stand til å åpne fra 5 V, som gir kontrolleren, så det er verdt å lete etter den som kan.

Jeg brukte IRL530N er en ekte gigant, den er i stand til å motstå en strøm til 17 A med en spenning på opptil 100 V. Hvis dette ikke kunne bli funnet, kan du bruke noe annet (si IR F630M), men det er Nødvendig å sende 12 V. For en full åpning til lukkeren for å gjøre dette, legg til en liten transistor til skjemaet, som vil fungere som en nøkkel til en høyere spenning. I mitt tilfelle er det 2N3904, men nesten hvilken som helst NPN-transistor kan brukes.

Et annet viktig punkt i ledelsen av magneten er forbundet med sin signifikante induktans: Mens strømmen er inkludert, intensiveres energien i det elektromagnetiske feltet, men hvis kjeden åpnes, må den gå et sted, og det vil bli til En signifikant spenningshopp på viklingsutgangene. Det er ikke noe slikt slag mot enhver transistor vil overleve, så det er en diode mellom konklusjonene av spolen (jeg har 1N4007) - slik at det under normal drift stod mot strøm, og på tidspunktet for å åpne kjeden når strømmen starter Kjører i motsatt side, Jeg ville lukke spolen til meg selv. Kraften til å håndtere med en magnet, nå er det, og det er fortsatt å forstå når det gjelder å slå det på.

Tilbakemelding

Det enkleste alternativet for å spore posisjonen til levitating-elementet er å bruke det optiske paret infrarød LED og fototransistoren innebygd i en linje. Når mutteren (eller bolten) er under direkte, sprer IR-strålingen fri til sensoren, men så snart objektet er nærmere, blir strålen avbrutt, og verdien ved utgangen av sensoren faller - det er på tide å snu av magneten. Ordningen er enkel, men i praksis har den en stor minus - vi kan vite, over eller under kontrollpunktet er vår mutter, men ikke den nøyaktige posisjonen på hvert øyeblikk. Det er ikke skummelt, men kan forårsake problemer hvis vi vil jevnt justere høyden. I tillegg kan flygende forbi fly sensorer bryte alt.

Et mer vellykket alternativ (også optisk) - sett en infrarød eller laseravstand for en magnet (selv om den er mulig ovenfra) og måler avstanden. Men i dette tilfellet må du endre bolten - for å limes platen med en større overflate, ellers ser sensoren bare ikke det. Du kan spesielt selge, installere ikke en optisk, men en ultralydsavstand, selv om det i de angitte intervaller (flere centimeter) vil nøyaktigheten av de fleste av dem være små. Ja, og fra fluer, lagrer disse alternativene ikke. Men billig og den sint beslutningen er fortsatt der!

I naturen er det en fantastisk effekt: hvis strømmen føres på den ledende metallplaten, og magnetfeltet er laget over platen, vil kostnadene som beveger seg langs platen, avvike kraften til Lorentz og skape den potensielle forskjellen fra Platen, det vil si spenningen som vil avhenge av størrelsen på magnetfeltet. Det er hall sensorer på denne effekten. Påfør dem om definisjonen av stillingen er ganske enkel - dekker boltmagneten og alle. Spenningen ved utgangen av sensoren vil avhenge av kraftkraften, som avhenger av avstanden til bolten med magnetisk. Og viktigst - flygende insekter vil ikke påvirke!

Det er mange sensorer i salg, inkludert de som måler feltet i flere fly. Du trenger også en enkel analog sensor, noen ganger i beskrivelser de heter Linear, med en følsomhet på 400-1000 Gauss. Jeg brukte SS59E, men det ideelle alternativet Du vil ikke kalle det - det har en SOT223 (for overflate redigering), og å bruke den "på vekt", det var nødvendig å betale heller hogstmaskiner. Det er mer praktisk å velge sensoren i TO92-huset (for eksempel SS19, SS49 eller SS495A). Det vil også være nødvendig en god magnet, bedre sjeldne jord. Du kan få det fra CD / DVD-stasjonsmotoren, ta fra barnas magnetiske konstruktørbornoformo eller bestille fra kineserne på http://s.dealxtreme.com/search/magnets, der et godt valg og prisene er akseptable.

Ved første øyekast er dette alt. Har suspender sensoren under elektromagneten og nyt livet. Men det er et viktig punkt: Sensoren måler både Magnets-feltet på bolten og elektromagnet-feltet, og siden magneten slås på, så slå av, så vil verdiene ri. Løsningsalternativer to. Den første elegante er nok til å bruke et par hall sensorer. Man forlot det samme, på bunnen av magneten, og den andre er å henge fra motsatt side av magneten. Hvis viklingen er laget symmetrisk, vil feltet på begge sider av elektromagneten til modulen være den samme, men den vil ikke bli følt på toppen av tilstedeværelsen av en bolt med en magnet, og sensoravlesningsforskjellen kan brukes som et kontrollsignal.

Det andre alternativet krever bruk av mer kompleks matematikk, men lar deg bruke en hallsensor. For å ta hensyn til feltet må du simulere magnetens oppførsel og beregne korreksjonen på rådsensorens verdi, avhengig av tilstanden til elektromagneten. Du kan selvfølgelig prøve å velge de optimale parametrene og uten spesielle beregninger, men det er lang og kjedelig, derfor er det lettere å stoppe i den første versjonen.

Kontrollsystem

Kontrollen av slike enheter gjør som regel en fullstendig analog, på et par driftsforsterkere, men du kan kontrollere kontrollen på mikrokontrolleren. Så hvis gården din har Arduino-gebyret, vil det komme til nytte. Jeg brukte min som så mye Arduino Diecimila, men enhver annen femformet versjon -duemilanove, Uno og forskjellige kloner er egnet.

Samle inn!

Vi har allerede vurdert de viktigste punktene i gadgeten, nå la oss stoppe mer detaljert om hvordan alt samler, løpe og feilsøke. Ordningen kan samles på mannlig plateMen du kan prøve å gjøre uten det - elementene er litt, og de kan godt nekte i luften. For slike "luft" ordninger, er det praktisk å ha et dusin flerfarget ledninger, som har små krokodiller fra begge ender. Diode D1 Du kan angripe direkte på utgangene til magneten L1 og D2 diode - mellom dreneringen og kilden til karttransistoren Q1.

Transistoren i seg selv kan festes til radiatoren ikke så mye for kjøleformål (under disse strømmene vil det ikke varme mye), men som et stativ. Hvis du har et felt fra IRL-serien, kan transistoren Q1 og motstanden til R3 fra kretsen kastes ut og kaste motstanden R2 til benet D10 Arduino (eller andre PWM-outletben). På feltene i T220-husene (og du er mer praktisk å jobbe med slikt), er bena nummerert fra venstre til høyre som følger: 1 (lukker) som skal kobles til kontrollutgangen; 2 (lager) - til minus belastningen, 3 (kilde) - å bringe til bakken.

Den andre belastningsutgangen må kobles til strøm +12 volt. Arduino-styret må også drives fra noe, det er bedre å koble det til den samme 12 volt kilden som en magnet, men for dette trenger du en passende plugg med en diameter på den indre tappen 2,1 mm og en ytre diameter av 5,5 mm. Du kan ta strøm og gjennom en USB fra en datamaskin, men så ikke glem å koble landet på brettet med magnetens kraft. På den andre siden av brettet til de analoge inngangene må du koble sensorer. Utsalgene i hallens sensorer av IC1 og IC2 til PINS A0 og A1, VCC - til utgangen fra +5 V, og GND - til bakken. IC1-sensoren må styrkes under magneten, og IC2 er over det (siden feltet vil være motsatt, må sensorene være orienterbare på forskjellige måter). Scotch er den mest pålitelige måten for festing. Også en alternerende motstand på 10 kΩ vil være nyttig for å justere parametere (selv om verdien ikke er fundamental). Det skal ha 3 utganger: Ekstreme plugger til bakken og +5 V, og gjennomsnittet til den analoge inngangen A2.

Fra jernbanet er det bare bare å henge en magnet. Hva bestemmer deg på grunnlag av kjæresten. Det kan for eksempel være en tredjehånds klemme, et stativ eller, som i mitt tilfelle en treboks fra IKEA. Det viktigste er å sørge for at det ikke henger ut, og du kan fortsette til programvaren. For denne gadgeten må du opprette to skisser for Arduino. Ved å bruke den første måler du parametrene til systemet og får et par magiske tall, som vil være nyttig i det andre, arbeidsfirmaet.

Siden magneten kan skape et ikke helt symmetrisk felt, og sensorer ikke kan være helt jevnt, kan modulene av verdiene variere på dem. Derfor må du måle forskjellen i vitnesbyrdet for å beregne endringen.

Skatch 1.

const int in1 \u003d A0; // analog hall sensor inngang 1
Const int in2 \u003d A1; // analog hall sensor input 2
Const int out1 \u003d 10; // analog utgang (PWM) per magnet.
int S1 \u003d 0; // hall sensor verdi 1
int S2 \u003d 0; // hall sensor verdi 2
int O1; // utgang
Void Setup ()
{
// Vi følger tilstanden i konsollen
//Serial.begin(9600);
}
Void loop ()
{
// Kjør programmet i en sirkel
// lese analoge innganger
Analogwrite (Out1, 255); // Skriv riktig utgang
// Sostonia Magnit.
Forsinkelse (15); // vi venter til magneten slår på



Serial.Print ("Magnet på: S1 \u003d"); // pent alt fjernet
// i konsollen
Serial.Print (S1);
Serial.Print ("S2 \u003d");
Serial.Print (S2);
Serial.Print ("DELTA \u003d");
Serial.Print (O1);
Analogwrite (Out1, 25); // Skriv riktig utgang
// magnet tilstand, 10% strøm
Forsinkelse (15); // vi venter til magneten slås av
s1 \u003d analogread (in1); // Les den første hallsensoren
S2 \u003d analogread (IN2); // Les den andre hallsensoren
O1 \u003d S2 -S1; // Vi vurderer forskjellen i inngangene
Serial.Print ("Magnet Off: S1 \u003d"); // pent alt fjernet
// i konsollen
Serial.Print (S1);
Serial.Print ("S2 \u003d");
Serial.Print (S2);
Serial.Print ("DELTA \u003d");
Serial.println (O1); // gå til slutten til en ny linje
Forsinkelse (1000); // etter et sekund - over alt
}

Kontrollens kompleksitet består også i det faktum at for innstillingen når regulatorens tilstand skal passere omtrent fem millisekunder (på grunn av den store induktansen til magneten).

For å redusere denne tiden kan du kontrollere magneten jevnt og ikke slå av helt, men bare en fornuftig endring av strømmen. På Arduino kan dette gjøres ved hjelp av PWM-utgangen. PWM (PWM, Latitude-Pulse Modulation) er en måte å jevnlig endre utgangsspenningen ved hjelp av bare digitale stater.

Det vil si en del av tiden utgangen er slått på, og delen er slått av, men på grunn av treghet, fungerer en slik ordning, som om utgangen er permanent, men med halv kraft. Etter at du har startet den første firmware, bør du forbli to tall - forskjellen på 10% og på 100% strøm.

I det andre vil arbeidskissen du erstatte disse verdiene selv. Arbeidskoden er ganske enkel: leserverdier fra sensorer, gjør en korreksjon, etter verdien av posisjonen til variabelens motstand, justerer vi ønsket strømnivå (og derfor høyde) og angir det tilsvarende nivået til utgangen. Siden vi ikke evaluerte, i hvilket område vil de verdiene returneres av sensoren når forskjellige stillinger En variabel motstand, så vil driftsområdet av høyder være åpenbart allerede. Men det er lett å løse problemet - vri et håndtak, og finn hvor det fungerer!

Skatch 2.

const int in1 \u003d A0; // analog hall sensor inngang 1
Const int in2 \u003d A1; // analog hall sensor input 2
Const int in3 \u003d A2; // analog variabel motstandsinngang
Const int d10 \u003d<вставь из предыдущего кода>;
// utgang på 10% strøm
const int d100 \u003d<вставь из предыдущего кода>;
// ut av 100% strøm
Const int out1 \u003d 10; // analog utgang (PWM) per magnet.
int s1 \u003d 0; // hall sensor verdi
int S2 \u003d 0; // hall sensor verdi
int S3 \u003d 0; // Variabel motstandsverdi
int O1 \u003d 255; // Utgangsstatus, standard
// helt slått på
int d \u003d 0; // endring
int v; // endelig verdi fra sensorer
Void Setup () ()
Void loop ()
{
s1 \u003d analogread (in1); // Les verdien av hallen sensoren
S2 \u003d analogread (IN2); // Les den nåværende verdien
// potensiometer
D \u003d Kart (O1, 25, 255, D10, D100); // vi vurderer endringen
V \u003d abs (S1-S2) + D; // korreksjonsforskjell
O1 \u003d Kart (V, 0, 1024, 25, 255); // beregne produksjonen, magneten
// aldri helt slått av
Analogwrite (Out1, O1); // Skriv riktig utgang
// tilstanden til magneten.
DELAINMICROSECONDS (100); // vi venter på en stund til ADC
// igjen vil være klar til å lese data

Etter at du har samlet og slått på, prøv å leke med forskjellige vekter og magneter for å finne de som arbeidet er mest stabilt.
Hvis det ikke virker, ikke gi opp, prøv å endre noe i firmware, spre og samle alt igjen, det skal trene!

Tross alt endelig mål - Flyet er enda mer fascinerende enn i fuglene i himmelen, og til dette søkte menneskeheten ikke hundre år. Så prøv! Men hvis etter all innsats av resultatet , kan du bestille på nettstedet zeltom.com/emls.aspx klar sett For montering. Lykke til!

På ideen om denne leksjonen kalt Kickstarter Crowdfolding-plattformen "Air Bonsai", veldig vakker og mystisk, som ble laget av japansk.

Men noe mysterium kan forklares hvis du ser på innsiden. Faktisk er dette en magnetisk levitasjon, når det er et objekt som leviterer ovenfra, og en elektromagnet styres av skjemaet. La oss prøve å implementere dette mystiske prosjektet sammen.

Vi fant ut at ordningen på enheten på Kickstarter var ganske komplisert, uten noen mikrokontroller. Det var ingen mulighet til å finne henne analog skjema. Faktisk, hvis du ser mer nøye ut, er prinsippet om levitasjon ganske enkelt. Det er nødvendig å lage en magnetisk del, "Flytende" over en annen magnetisk del. Grunnleggende. videre arbeid Det var at levitating magnet ikke faller.

Det var også en antagelse at å gjøre dette med Arduino er faktisk mye lettere enn å prøve å forstå ordningen i den japanske enheten. Faktisk viste alt seg for å være mye enklere.

Magnetisk levitasjon består av to deler: basisdelen og den flytende (levitating) delen.

Utgangspunkt

Denne delen er nederst, som består av en magnet for å skape et rund magnetfelt og elektromagneter for å kontrollere dette magnetfeltet.

Hver magnet har to poler: nord og sør. Eksperimenter viser at motsetningene er tiltrukket og de samme polene er avstøtes. Fire sylindriske magneter er plassert i en firkant og har samme polaritet som danner et rund magnetfelt opp for å skyve ut en hvilken som helst magnet, som har samme pol mellom dem.

Det er fire elektromagneter generelt, de er plassert i en firkant, to symmetriske magneter - damp, og deres magnetfelt er alltid motsatt. Hall sensor og kjede kontroll elektromagneter. Lag motsatte poler på elektromagneter med strøm gjennom dem.

Flytende detaljer

Varen inneholder en magnet som flyter over basen, som kan bære en liten pott med en plante eller andre gjenstander.

Magneten ovenfor stiger av det magnetiske feltet til de nedre magneter, fordi de er med de samme polene. Men som regel lener han seg mot å falle og tiltrekke hverandre. For å forhindre kuppet og slippe den øvre delen av magneten, vil elektromagnetene skape magnetfelt for å presse eller trekke, for å balansere den flytende delen, takket være Hall Sensor. Elektromagnetene styres av to akser X og Y, som følge av hvilken den øvre magnet støttes av balansert og flytende.

Kontroller at elektromagnetene ikke er enkle, en PID-kontroller er nødvendig, som diskuteres i detalj i neste trinn.

Trinn 2: PID Controller (PID)

Fra Wikipedia: "Proportional-integral-differensiering (PID) Controller - en enhet i en kontrollkrets med tilbakemelding. Brukes i systemer automatisk kontroll Å danne et styresignal for å oppnå den nødvendige nøyaktigheten og kvaliteten på overgangsprosessen. PID-kontrolleren genererer et styresignal, som er summen av tre termer, hvorav den første er proporsjonal med forskjellen i inngangssignalet og tilbakemeldingssignalet (tilfeldige signalet), den andre - integralet av mismatchsignalet, tredje er derivatet av det tilfeldige signalet. "

I en enkel forståelse: "PID-kontrolleren beregner" Feil "-verdien som forskjellen mellom [Input] og ønsket installasjon. Kontrolleren prøver å minimere feilen, justere [Output]. "

Så du angir et PID som du vil måle (Input), hvilken verdi du vil ha både en variabel som vil bidra til å ha denne verdien på utgangen. Deretter setter PID-kontrolleren opp utgangssignalet for å gjøre inngangen til en lik installasjon.

For eksempel: I bilen har vi tre verdier (inngang, installasjon, utgang) vil være hastigheten, henholdsvis ønsket hastighet og vinkelen på gasspedalen.

I dette prosjektet:

1. Inngangen representerer den nåværende verdien i sanntid fra Hall Sensoren, som oppdateres kontinuerlig, siden posisjonen til den flytende magneten vil endres i sanntid.
2. Den angitte verdien er en verdi fra hallsensoren, som måles når den flytende magneten er i balanseposisjonen, i midten av magnets base. Denne indeksen er løst og endres ikke over tid.
3. Utgangssignal - Hastighet for styring av elektromagneter.

Du bør takke samfunnet i Arduino Lovers, som skrev PID-biblioteket, og som er veldig enkelt å bruke. Ytterligere informasjon om Arduino PID er på den offisielle Arduino-nettsiden. Vi må bruke et par PID-regulatorer under Arduino, en for X-aksen og den andre for Y-aksen.

Trinn 3: Tilbehør

Listen over komponenter for leksjonen er anstendig. Nedenfor er en liste over komponenter som du må kjøpe for dette prosjektet, sørg for at du har alt før du starter. Noen av komponentene er veldig populære, og sannsynligvis finner du dem på ditt eget lager eller hjemme.

Trinn 4: Verktøy

Her er listen over verktøy, oftest brukt:

• Lodding jern
• Håndsag
• Multimeter
• Bore
• Oscilloskop (valgfritt, du kan bruke en multimeter)
• Desktop Drill.
• Varm lim
• Tang

Trinn 5: LM324 OP-AMP, L298N Driver og SS495A

Lm324 op-amp

Driftsforsterkere (OP-AMP) er en av de viktigste, mye brukte og universelle ordningene som brukes i dag.

Vi bruker driftsforsterkeren for å forbedre signalet fra hallens sensoren, hvis formål er å øke følsomheten slik at Arduino lett gjenkjennes endringen i magnetfeltet. Endring av flere MV ved utgangen av hallensoren, etter at forsterkeren sender forsterkeren, kan det endres med flere hundre enheter i Arduino. Dette er nødvendig for å sikre jevn og stabil funksjon av PID-regulatoren.

Den vanlige driftsforsterkeren, som vi valgte, er LM324, det er billig, og du kan kjøpe den på en hvilken som helst elektronikkbutikk. LM324 har 4. intern forsterkerDet tillater det å bli fleksibelt brukt, men dette prosjektet trenger bare to forsterkere: en for x-aksen og den andre for Y-aksen.

Modul L298N.

Dual H-Bridge L298N brukes vanligvis til å kontrollere hastigheten og retningen til to DC-motorer eller enkelt styrer en bipolar stepper motor. L298N kan brukes med spenningsmotorer fra 5 til 35 V DC.

Det er også en innebygd 5V regulator, så hvis forsyningsspenningen er opptil 12 V, kan du også koble strømforsyningen på 5V fra brettet.

Dette prosjektet bruker L298N til å kontrollere to par elektromagnetspoler og en utgang 5 V brukes til å kraft arduino og hall sensor.

Modul Pinout:

• Ut 2: par elektromagneter x
• Ut 3: par elektromagneter y
• Inngang: DC-inngang 12 V
• GND: Jorden
• 5V utgang: 5V for arduino sensorer og hall.
• ENA: Inkluderer PWM-signal for å avslutte 2
• IN1: Aktiver for utgang 2
• IN2: Aktiver for ut 2
• In3: Aktiver for EXIT 3
• In4: Aktiver for EXIT 3
• ENB: Inkluderer PWM-signal for OUT3

Koble til Arduino: Vi må fjerne 2 hoppere i ENA og ENB-kontakter, deretter koble til 6 kontakter i1, IN2, IN3, IN4, ENA, ENB til Arduino.

SS495A Hall Sensor

SS495A er en lineær hallsensor med analog utgang. Vær oppmerksom på forskjellen mellom analog utgang og digital utgang, du kan ikke bruke en digital utgangssensor i dette prosjektet, det har bare to stater 1 eller 0, slik at du ikke kan måle utgangen av magnetfelt.

Analog sensor vil føre til et spenningsområde fra 250 til VCC, som du kan lese ved hjelp av analog inngang Arduino. For å måle magnetfeltet i både X og Y-akser, er det nødvendig med to hallsensorer.

Trinn 6: NDFEB Neodymmagneter (Neodym-Bor)

Fra Wikipedia: "Neodya - kjemisk element, sjeldent jordmetall sølv og hvitt med en gylden fargetone. Refererer til en gruppe lantanider. Lett oksideres i luften. Åpnet i 1885 av den østerrikske kjemikeren Carl Aweron von Welsbach. Brukes som en komponent av legeringer med aluminium og magnesium for fly og rakettkunst. "

Neodymium er et metall som er ferromagnetisk (spesielt det viser antiferromagnetiske egenskaper), noe som betyr at det kan forstørres av jern, slik at det blir en magnet. Men temperaturen Curie er 19k (-254 ° C), så i ren form Dens magnetisme er manifestert bare med ekstremt lave temperaturer. Imidlertid kan Neodymiumforbindelser med overgangsmetaller, slik som jern, ha Curies temperaturer betydelig høyere romtemperaturOg de er vant til å lage neodymmagneter.

Sterk - Dette er et ord som brukes til å beskrive en neodymmagnet. Du kan ikke bruke ferritmagneter, fordi deres magnetisme er for svak. Neodymmagneter er mye dyrere enn ferritmagneter. Små magneter brukes til base, store magneter for flytende / levitating av del.

Merk følgende! Du må være forsiktig når du bruker neodymmagneter, siden deres sterke magnetisme kan skade deg, eller de kan bryte dataene på harddisken eller andre elektroniske enhetersom påvirkes av magnetfelt.

Råd! Du kan skille to magneter ved å trekke dem inn i en horisontal posisjon, du vil ikke kunne skille dem i motsatt retning, fordi deres magnetfelt er for sterk. De er også veldig skjøre og enkelt bryte.

Trinn 7: Matlaging av grunnlaget

Brukte en liten terracotta pott, som vanligvis brukes til å vokse saftig eller kaktus. Du kan også bruke keramisk potten eller wooden Pot.Hvis de er egnede. Bruk en bore med en diameter på 8 mm for å lage et hull i bunnen av potten, som brukes til å holde DC-sporet.

Trinn 8: 3D-utskrift Flytende del

Hvis du har en 3D-skriver - flott. Du har muligheten til å gjøre alt med det. Hvis det ikke er noen skriver - ikke fortvil, fordi Du kan bruke en billig 3D-utskriftstjeneste som nå er veldig populær.

Til laser skjæring Filene er også i arkivet ovenfor - akryliclasercut.dwg-filen (dette er AutoCAD). Akrylelement brukes til å støtte magneter og elektromagneter, resten - for å dekke overflaten av terrakottakotten.

Trinn 9: Forberedelse av SS495A Hall Sensor Module

Klipp PCB-layoutet i to deler, en del for å feste hallensoren, og den andre til LM324-kretsen. Fest to magnetiske sensorer vinkelrett pCB.. Bruk tynne ledninger For å koble to VCC sensorpinner sammen, gjør det samme med GND-kontakter. Weekendkontakter separat.

Trinn 10: OP-AMP-kjede

Solgt nestet og motstandene til det trykte kretskortet, etter ordningen, og vri oppmerksomhet til samme tid for å plassere to potensiometre i en retning for enklere kalibrering senere. Fest LM324 til kontakten, og koble deretter de to utgangene til Hall Sensor-modulen til OP-AMP-kretsen.

To LM324-ledninger kobles til Arduino. Input 12 V med inngang 12 i L298N-modulen, utgang 5 i L298N-modulen til 5V potensiometer.

Trinn 11: Montering av elektromagneter

Samle elektromagneter på akrylplaten, de er festet i fire hull i nærheten av senteret. Trekk til skruene for å unngå bevegelse. Siden elektromagnetene er symmetriske i midten, er de alltid på polene motsatt, slik at ledningene på innersiden Elektromagneter er koblet sammen, og ledningene på utenfor Elektromagneter er koblet til L298N.

Strekk ledninger under akrylblad gjennom tilstøtende hull for å koble til L298N. Kobbertråd dekket med et isolert lag, så du må fjerne det med en kniv før du kan lodde dem sammen.

Trinn 12: Berør modul og magneter

Bruk varm lim For å fikse sensormodulen mellom elektromagneter, merk at hver sensor må være firkantet med to elektromagneter, en på forsiden og den andre på bakpanelet. Prøv å kalibrere to sensorer så sentralt som mulig, slik at de ikke overlapper, noe som vil gjøre sensoren mest effektive.

Det neste trinnet er å samle magneter på akryl basis. Kombinere to magneter D15 * 4 mm og magnet D15 * 3 mm sammen for å danne en sylinder, vil dette føre til at magneter og elektromagneter vil ha samme høyde. Samle magneter mellom elektromagnetpar, merk at polene med stigende magneter skal være de samme.

Trinn 13: DC Strømkontakt og L298N 5V-utgang

Loddet DC-stikkontakt med to ledninger og bruk en varmekrymprør. Den tilkoblede DC-strømkontakten til L298N-modulinngangen, dens utgang 5V vil bli drevet av Arduino.

Trinn 14: L298N og Arduino

Koble L298N-modulen til Arduino, etter ovenstående skjema:

L298N → Arduino.
5V → VCC.
GND → GND.
ENA → 7.
B1 → 6.
B2 → 5.
B3 → 4.
B4 → 3.
ENB → 2.

Trinn 15: Arduino Pro Mini Programmerer

Siden U. Arduino pro. Mini Ingen USB-port For en seriell port må du koble til en ekstern programmerer. FTDI Basic vil bli brukt til å programmere (og strøm) pro mini.

For første gang så jeg denne effekten i barndommen. Jeg ble bedt om å hjelpe, holde og skinne et bil stroboskop på bilmotoren svinghjulet. Motoren ble lansert og hvorpå jeg så på en roterende Mossik, nesten en bevegelig hakk, som stod på ett sted, og svinghjulet roterte. Etter det ble ideen født for å lage en fan og stoppe den med et stroboskop. En ide, etter en tid, implementert på IFC-120-lampen, Thyristor Cube 202 med en strapping og kastet et langt hjørne, men for 6 år siden så jeg en japansk video med levitasjon av vann. Så ideen ble født for å gjenta dette trikset med levitasjonsdråper. I lang tid kom ikke til salgs av hånden, og nå kom drømmen til virkelighet ...

Se på videoen av hva jeg fikk:

Hvordan det fungerer
I YouTube er det flere videoer der vann prøver å tastes vannet, nåværende fra silikoneslange, Ved hjelp av lydkolonnen eller dynamisk hode. Men i denne metoden er det flere feil.
1 - tungt design (kolonne, forsterker, frekvensgenerator, strobe)
2 - En lavfrekvente høyttaler kan ikke reprodusere meander, på grunn av sin mekanisk design Og ved utgangen, viser det seg noe som sinusoider. Som et resultat disseker vann ikke på dråper, og utdyper som en slange.
3 - Frekvensgenerator Hver gang du må tilpasse seg stroppenes frekvens. Frekvens vil flyte.

I mitt design er alt enkelt og billig.
Dette designet kan gjenta hver ønsker hjemme.
Fungerer som dette:
Streloboscope og Electromagnet fra Automotive Relay, arbeid på en frekvens
Elektromagnet bryter strømmen av vann til dråpene, og stroboskopet lyser disse dråpene, i et visst øyeblikk. Siden dråper faller med en frekvens av et stroboskop, oppnås effekten av dråper som henger i luften.

Ordningen
CT972 transistorer var til stede, så jeg satte dem.
Du kan sette andre transistorer designet for spenning minst 30V og strøm på minst 2A
Motstandene i databasene av transistorer begrenser strømmen opp til 40mA, slik at det ikke ville skade regulatorens utgang.
Jeg brukte LED-elementet fra den gamle feilaktige LED-lampen.
For å redusere forsyningsspenningen til elementet på opptil 24 V.
Jeg delte elementet i to deler, kuttet ett spor og kjørte disse to utvalg av lysdioder.
Siden maten lED-element utført av korte pulser, og forsyningsspenning
Likest mulig spenningen for å falle på lysdiodene, så begrenser jeg ikke strømmen.
Dioden som står parallelt med elektromagnet, beskytter mot de negative utslippene til den elektromagnetiske spolen.
Du kan sette en diode fra samme, demontert LED-lampe.
Elektromagnet er laget av et bilrelé. Jeg var allerede dekorert med mitt relé, på dette til meg
Jeg måtte bruke den som den er.
Hvis jeg hadde et godt relé, ville jeg først prøve å koble den kinesiske trolen til ankerreléer.
For å sikre gapet mellom permanent magnet Og en elektromagnet kan du investere et stykke skumgummi mellom dem, eller skiftet en stav med en magnet i siden. Hvordan gjorde jeg det.

God kveld! I denne publikasjonen vil jeg snakke om min lille hjemmelagde, som jeg har tenkt for lenge siden.

For en tid siden leste jeg en artikkel om interessante enheter - Levitron, som begge er rent mekanisk og elektronisk kontrollert.

Selvfølgelig ønsket hun å samle et slikt leketøy, men på jakt etter på internett, oppdaget han sin overraskelse (i det minste på den tiden) at de fleste ordninger var eksklusivt analoge. Siden i analog teknologi forstår jeg lite, jeg bestemte meg for å "finne" levitron inn i. For eksperimenter viste Arduino Uno seg å være til stede. Jeg bestilte en lineær hall sensor i Kina (hva er hallen effekten), nemlig UGN3503UA, har valgt et visst antall gamle transformatorer for vikling av prøvepoler og har begynt eksperimenter.

Det var det som kom ut av det:

Hvordan det fungerer. På bunnen av spolen i midten er hallen sensoren installert, måling av avstanden til neodymmagneten, som limes til den "levitating" -pluggen. Sensoren har tre utganger - strøm 5V og analog utgang, som er koblet til Arduino ADC.

Solenoidkontrollsystemet samles på transistorområdet.

Solsenoiden er koblet til konklusjonene J1, kontakt 1 J2-kontakt til PWM Arduino. Koble til Hall-sensoren til inngangen til ADC i diagrammet er ikke, men det bør ikke være noen vanskeligheter her.

Jeg kan ikke si antall svinger av spolen, siden i løpet av forsøkene jeg lagde 3 eller 4 spoler, var det viklet på prinsippet om "hvor mange ledninger holdt på transformatoren". De gjenværende parametrene: Spolemotstanden er ca. 12, diameteren er 30 mm, høyden er 10 mm, tykkelsen av ledningen er 0,3 mm, spolen uten en kjerne.

Fastvaren i den første utførelsen var ekstremt enkel, når verdien utføres fra det gyldige området, diagrammet eller slår seg av eller slår på full kraftVideoen over enheten fungerer bare på en slik algoritme. I den neste versjonen av fastvaren prøver MK å justere spenningen jevnt i solenoiden, som følge av hvilken tendensen til forekomsten av oscillasjoner i systemet har redusert.

Firmware.

#Define sensorpin A0 #define pwmpin 6 int sensorvalue \u003d 0; int Levitpoint \u003d 370; INT DELTALEVIT \u003d 5; Int maxl, minl; byte induksjon \u003d 128; Void Setup () (PINMODE (PWMPIN, OUTPUT); MAXL \u003d LEVITPOINTPOINT - DELTALEVIT; MINL \u003d LEVITPOINT + DELTALEVIT;) INT SENSORREADREAD (INT SENSORPIN) (INT S \u003d 0; FOR (BYTE I \u003d 0; Jeg< 5; i++) {s += analogRead(sensorPin);} return s/5; } void loop() { sensorValue = sensorRead(sensorPin); if (sensorValue < 490) { if (sensorValue < maxL) induction = 0; if (sensorValue > minyl) induksjon \u003d 250; hvis (sensorvalue\u003e \u003d maxl og sensorvalue<= minL) induction = ((sensorValue - maxL)*25); } else induction = 0; analogWrite(pwmPin, induction); }

Et diagram fra 12V-feeder, sensoren drives fra den innebygde stabilisatoren Arduino. Forbruk i maksimal modus om en ampere, i modusen på 0,3-0,4 A.

Enheten har opptjent, men lengre enn ett minutt mens det er farlig, varmes transistoren seg sterkt, spolen er også varm, ned for å smelte limet (alt er samlet på termoelementet).

Jeg planlegger å videreutvikle solenoiden og oversette kraftordningen fra 5 volt, sette en kraftigere transistor med en radiator. Vel, erstatt arduino på atiny. Det gjør heller ikke vondt for å sette en stor kondensator kondensator på inngangskjeden, eller til og med et kondensatorbatteri for å beskytte strømforsyningen (den første strømforsyningen per 1,5a, brent ned 10 sekunders arbeid fra lasthopp).

På dette, kanskje finish, takk for din oppmerksomhet.

Du kan lage en så interessant enhet som levitron. I hovedsak kalles levitrone en topp eller annen gjenstand, som svinger i rommet på grunn av virkningen av magnetfeltet. Levitron er varierte. Den klassiske modellen bruker et system med permanente magneter og en roterende topp. Det koker over magneter når du roterer på grunn av dannelsen av en magnetisk pute under den.

Forfatteren besluttet å forbedre systemet litt, mens bygningen levitron basert på Arduino ved hjelp av elektromagneter. Ved bruk av slike metoder trenger ulven ikke å rotere for å sveve i luften.

En slik enhet kan brukes til forskjellige andre hjemmelaget. Et eksempel kan det være et utmerket lager, da det har praktisk talt ingen friksjonskrefter. Også over en slik hjemmelaget, kan du gjennomføre ulike eksperimenter, vel, eller spille bekjente.

Materialer og verktøy for produksjon:
- Arduino Uno Microcontroller;
- Lineær Hall Sensor (Modell UGN3503UA);
- gamle transformatorer (for svingete spoler);
- Felttransistor, motstander, kondensatorer og andre elementer (priser og frimerker er angitt i diagrammet);
- Ledninger;
- Loddejern med lodding;
- 12V strømforsyning;
- trafikkork;
- en liten neodymmagnet;
- varmt lim;
- Grunnlaget for svingete spoler og materialer for å skape et hjemmelaget hus.

Levitron Manufacturing Process:

Steg en. Gjør spolen
Spolen vil være en elektromagnet, det vil skape et magnetfelt som vil tiltrekke seg toppen. En plugg vil bli utført som en wag her som en neodymmagnet er festet til. I stedet for trafikk, kan du bruke andre materialer, men ikke for tungt.

Når det gjelder antall svinger i spolen, nevnte forfatteren ikke en slik figur, spolen gikk til øyet. Som et resultat var dets motstand ca. 12 ohm, høyden er 10 mm, diameteren er 30 mm, og tykkelsen av den anvendte ledningen skal være 0,3 mm. Kjernen i spolen er ikke, hvis du trenger å gjøre en tyngre topp, kan spolen være utstyrt med en kjerne.

Trinn andre. Hallsensorens rolle
For at toppen for å sveve i luften, og ikke holde fast i solenoiden, trenger systemet en sensor som kan måle avstanden til ulven. Hallsensoren brukes som et annet element. Denne sensoren er i stand til å fange magnetfeltet, ikke bare en konstant magnet, men kan også bestemme avstanden til alle metallobjekter, siden slike sensorer selv skaper et elektrisk magnetfelt.
Det er takket være denne sensoren at ulven alltid holder på ønsket avstand fra solenoiden.

Når toppen begynner å bevege seg bort fra spolen, øker systemet spenningen. Omvendt, når toppen nærmer seg solenoiden, senker systemet spenningen i spolen og magnetfeltet vil svekke seg.

Det er tre utganger på sensoren, den er 5V, så vel som en analog utgang. Sistnevnte kobles til ADC Arduino.

Trinn tre. Vi samler ordningen og installerer alle elementene
Som et hus kan et stykke tømmer brukes til hjemmelaget, som en enkel brakett er å feste spolen på. Den elektroniske kretsen er ganske enkelt, alt kan forstås av bildet. Elektronikk som kjører fra 12V-kilden, og siden sensoren trenger 5b, kobles den gjennom en spesiell stabilisator, som allerede er bygget inn i Arduino-kontrolleren. Maksimal enhet forbruker rekkefølgen på en forsterker. Når ulven er undersøkt, er de nåværende kostnadene i området 0,3-0,4 A.

Felttransistor brukes til å styre solenoiden. Solenoiden selv kobles til J1-utganger, og den første tappen til J2-kontakten må være koblet til Arduino P WM. Ordningen viser ikke hvordan du kobler hallen sensoren til ADC, men det bør ikke være noen problemer med dette.

Trinn fjerde. Firmware Controller.
For å programmere kontrolleren til de ønskede handlingene, trenger du firmware. Programmet fungerer veldig enkelt. Når verdier begynner å forlate det gyldige området, øker systemet enten strømmen til maksimum, eller er helt deaktivert. I senere opsjoner viste fastvaren muligheten for glatt spenning på spolen, så skarpe vibrasjoner av ulven stoppet.

Det er alt, hjemmelaget er klar. Når du først starter enheten opptjent, men noen feil ble oppdaget. Så, for eksempel, når du arbeider mer enn 1 minutt, begynte spolen og transistoren å varme. I denne forbindelse, i fremtiden, må transistoren installere en radiator eller sette kraftigere. Spolen må også remake, oppfinne en mer pålitelig design enn bare svingene til ledningen med varmt lim.

For å beskytte strømforsyningen til inngangskjedene må du sette en stor kapasitans kondensatorer. Forfatterens første strømforsyning ved 1,5 a brent ned 10 sekunder på grunn av sterke spenningshopp.

I fremtiden er det planlagt å overføre hele systemet til strømforsyningen i 5V.