Схема левитрона своими руками

Левитрон своими руками: самодельная схема устройства для левитации в магнитном поле

Идея устройства очень проста, электромагнит поднимает в воздух магнит, а для создания эффекта левитации в магнитном поле, он подключен к высокочастотному источнику, который то поднимает, то опускает объект.

FW1JEPOIUEU1Z2I.LARGE

Шаг 1: Схема устройства

FZ9BR3SIUEU1PP2.LARGE FWO01C4IUEU1PPY.LARGE

Шаг 2: Сборка

FA3O8HMIUEU1SJ5.LARGE FCUBCY6IUEU1PQE.LARGE

Приступим к сборке. Сперва нам нужно сделать рамку для электромагнита примерно таких размеров: диаметр 6 мм, высота мотка примерно 23 мм, и диаметр ушек около 25 мм. Как видите, изготовить её можно из обычного листа, картона и суперклея. теперь закрепим начало мотка на рамке и расслабимся — нам нужно будет сделать около 550 оборотов, неважно в каком набавлении. Я сделал 12 слоёв, что отняло у меня 1.5 часа.

Шаг 3: Спайка

FRM3OSAIUEU1PQY.LARGE F35Q9DRIUEU1PS9.LARGE FKUCVRVIUEU1PTA.LARGE FWM8039IUEU1PUY.LARGE

Спаиваем всё по схеме, без каких-либо нюансов. Датчик Холла припаян к проводам, т.к. он будет помещён в катушку. Когда всё спаяете, поместите датчик в катушку, закрепите его, подвесьте катушку и подайте ток. Поднеся магнит, вы почувствуете, что он притягивается или отталкивается, в зависимости от полюса, и пытается зависнуть в воздухе, но неудачно.

Шаг 4: Настройка

FJ1UDKRIUEU1PTT.LARGE FP8T5OPIUEU1UG5.LARGE FWFVND2IUEU1PWQ.LARGE F1ND70JIUEU1PW2.LARGE

После 30 минут, потраченных над разгадкой вопроса, «почему эта штука не работает?», я пришел в отчаяние и прибегнул к крайним мерам — начал читать спецификацию к датчику, которую создают для таких людей как я. В спецификации имелись картинки, на которых было изображено, какая из сторон чувствительная.

Вытащив датчик и согнув его таким образом, чтобы плоская сторона с надписями была параллельна земле, я вернул его на место — самодельное устройство стало работать заметно лучше, но магнит всё ещё не левитировал. Понять в чём проблема удалось достаточно быстро: магнит в форме таблетки — не самый лучший экземпляр для левитации. Было достаточно сместить центр тяжести к нижней части магнита (я сделал это при помощи куска толстой бумаги ). Кстати, не забудьте проверить, какая сторона магнита притягивается к катушке. Теперь всё работало более или менее нормально и осталось закрепить и защитить датчик.

Какие еще нюансы есть в этом проекте? Сначала я хотел использовать адаптер на 12V, но электромагнит быстро грелся, и мне пришлось переключить его на 5V, я не заметил никаких ухудшений в работе, а нагрев был практически устранён. Диод и ограничивающий резистор были практически сразу отключены. Также я снял с катушки синюю бумагу — мотки медной проволоки смотрятся гораздо красивее.

Источник

Как сделать Левитрон на базе Arduino

1455132107 a02e36e105c44b048cf84f0d58a629c4

В этой статье речь пойдет о том, как своими руками можно сделать такое интересное устройство как левитрон. По-сути левитроном называют волчок или другой предмет, который парит в пространстве за счет действия магнитного поля. Левитроны бывают разнообразными. В классической модели используется система из постоянных магнитов и вращающийся волчок. Он парит над магнитами при вращении благодаря образованию под ним магнитной подушки.

Автор решил немного усовершенствовать систему, построив левитрон на базе Arduino с использованием электромагнитов. При использовании таких методов волчку не обязательно вращаться, чтобы парить в воздухе.

Такое устройство можно применять для различных других самоделок. Примеру, это может быть отличный подшипник, так как в нем практически отсутствуют силы трения. Также над такой самоделкой можно проводить различные эксперименты, ну или разыграть знакомых.

Материалы и инструменты для изготовления:
— микроконтроллер Arduino UNO;
— линейный датчик Холла (модель UGN3503UA);
— старые трансформаторы (для намотки катушек);
— полевой транзистор, резисторы, конденсаторы и другие элементы (номиналы и марки указаны на схеме);
— провода;
— паяльник с припоем;
— источник питания 12В;
— пробка;
— небольшой неодимовый магнит;
— горячий клей;
— основа для наматывания катушки и материалы для создания корпуса самоделки.

1455132104 daae8796add84d34b72b8dd18780243e

Процесс изготовления левитрона:

Шаг первый. Делаем катушку
Катушка будет являться электромагнитом, он будет создавать магнитное поле, которое будет притягивать волчок. В качестве волчка здесь будет выступать пробка, на которую крепится неодимовый магнит. Вместо пробки можно использовать и другие материалы, но не слишком тяжелые.

Что касается количества витков в катушке, то здесь автор такую цифру не упомянул, катушка собиралась на глаз. В итоге ее сопротивление составило порядка 12 Ом, высота 10 мм, диаметр 30 мм, а толщина используемого провода должна быть 0.3 мм. Сердечника в катушке нет, если потребуется сделать более тяжелый волчок, то катушку можно оснастить сердечником.

1455132098 7c458fa871354a818006030ffeed95ce

1455132012 1 6
1455132043 300px datchik holla 1990 03 27 1

Когда волчок начинает отдаляться от катушки, система поднимает напряжение. И наоборот, когда волчок приближается к соленоиду, система понижает напряжение в катушке и магнитное поле слабнет.

На датчике есть три выхода, это питание 5В, а также аналоговый выход. Последний подключается к АЦП Arduino.

Шаг третий. Собираем схему и устанавливаем все элементы
В качестве корпуса для самоделки можно использовать кусок бруса, к которому нужно сделать простой кронштейн для крепления катушки. Электронная схема довольно проста, все можно понять по картинке. Работает электроника от источника 12В, а так как датчику нужно 5В, он подключается через специальный стабилизатор, который уже встроен в контроллер Arduino. Максимум устройство потребляет порядка одного ампера. Когда волчок парит, идут затраты тока в пределах 0.3-0.4 А.

1455132028 9e54731f243f4c13b16848ce01d9d38a
1455132107 a02e36e105c44b048cf84f0d58a629c4

Для управления соленоидом используется полевой транзистор. Сам соленоид подключается к выходам J1, а первый контакт разъема J2 нужно подключить к ШИМ Arduino. На схеме не показано, как подключить датчик Холла к АЦП, но никаких проблем с этим возникнуть не должно.

Шаг четвертый. Прошивка контроллера
Чтобы запрограммировать контроллер на нужные действия, потребуется прошивка. Работает программа очень просто. Когда значения начинают выходить из допустимого диапазона, система либо повышает ток на максимум, либо вовсе отключается. В более поздних вариантах прошивки появилась возможность плавной настройки напряжения на катушке, поэтому резкие колебания волчка прекратились.

1455132339 2016 02 10 212349

Вот и все, самоделка готова. При первом запуске устройство заработало, но были обнаружены некоторые недостатки. Так, например, при работе более чем 1 минута начинала сильно греться катушка и транзистор. В связи с этим в будущем на транзистор нужно устанавливать радиатор или ставить более мощный. Катушку тоже нужно будет переделать, придумав более надежную конструкцию, чем просто витки проволоки с горячим клеем.

Для того чтобы защитить источник питания на входные цепи нужно поставить конденсаторы большой емкости. У автора первый блок питания на 1.5 А сгорел спустя 10 секунд из-за сильных скачков напряжения.

Еще в будущем планируется перевести всю систему на источник питания в 5В.

Источник

Создаем эффект левитации с помощью Ардуино

На идею этого урока натолкнул проект краудфандинговой платформы Kickstarter под названием «Air Bonsai», действительно красивый и загадочный, который сделали японцы.

arduino levitacia

Но любая загадка может быть объяснена, если посмотреть внутрь. Фактически это магнитная левитация, когда есть объект, левитирующий сверху, и электромагнит, контролируемый схемой. Давайте попробуем вместе реализовать этот загадочный проект.

Шаг 1: Как это работает

levitacia

Мы выяснили, что схема устройства на Кикстартере была довольно сложной, без какого-либо микроконтроллера. Не было возможности найти её аналоговую схему. На самом деле, если посмотреть более внимательно, принцип левитации довольно прост. Нужно сделать магнитную деталь, «плавающую» над другой магнитной деталью. Основная дальнейшая работа заключалась в том, чтобы левитирующий магнит не падал.

Было также предположение, что сделать это с Arduino на самом деле намного проще, чем пытаться понять схему японского устройства. На самом деле всё оказалось намного проще.

Магнитная левитация состоит из двух частей: базовой части и плавающей (левитирующей) части.

Основание

Эта часть находится внизу, которая состоит из магнита для создания круглого магнитного поля и электромагнитов для управления этим магнитным полем.

Каждый магнит имеет два полюса: север и юг. Эксперименты показывают, что противоположности притягиваются и одинаковые полюса отталкиваются. Четыре цилиндрических магнита помещаются в квадрат и имеют одинаковую полярность, образуя круглое магнитное поле вверх, чтобы вытолкнуть любой магнит, который имеет один и тот же полюс между ними.

Плавающая деталь

Деталь включает в себя магнит, плавающий над основанием, который может нести небольшой горшок с растением или другие предметы.

Магнит сверху поднимается магнитным полем нижних магнитов, потому что они с одинаковыми полюсами. Однако, как правило, он склоняется к падению и притягиванию друг к другу. Чтобы предотвратить переворот и падение верхней части магнита, электромагниты создадут магнитные поля, чтобы толкать или тянуть, дабы сбалансировать плавающую часть, благодаря датчику Холла. Электромагниты управляются двумя осями X и Y, в результате чего верхний магнит поддерживается сбалансированным и плавающим.

Контролировать электромагниты нелегко, требуется ПИД-регулятор, который подробно обсуждается на следующем шаге.

Шаг 2: ПИД-регулятор (PID)

pid 1

Из Википедии: «Пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования), второе — интеграл сигнала рассогласования, третье — производная сигнала рассогласования.»

В простом понимании: «ПИД-регулятор вычисляет значение «ошибки» как разность между измеренным [Входом] и желаемой установкой. Контроллер пытается свести к минимуму ошибку, отрегулировав [выход]».

Итак, вы указываете PID, что измерить (Вход), какое значение вы хотите и переменную, которая поможет иметь это значение на выходе. Далее ПИД-регулятор настраивает выходной сигнал, чтобы сделать вход равным установке.

Стоит поблагодарить сообщество любителей Arduino, которое написало PID-библиотеку и которая очень проста в использовании. Дополнительная информация об Arduino PID есть на официальном сайте Arduino. Нам нужно использовать пару ПИД-регуляторов под Arduino, один для оси X и другой для оси Y.

Шаг 3: Комплектующие

leitacia detali

Список комплектующих для урока получается приличным. Ниже приведен список компонентов, которые вы должны купить для этого проекта, убедитесь, что у вас есть все перед запуском. Некоторые из компонентов очень популярны, и, вероятно, вы найдете их на своем собственном складе или дома.

Шаг 4: Инструменты

Вот список инструментов, наиболее часто используемых:

Шаг 5: LM324 Op-amp, L298N драйвер и SS495a

levit

LM324 Op-amp

Операционные усилители (op-amp) являются одними из наиболее важных, широко используемых и универсальных схем, используемых сегодня.

Обычным операционным усилителем, который мы выбрали, является LM324, это дешево, и вы можете купить его в любом магазине электроники. LM324 имеет 4 внутренних усилителя, которые позволяют гибко его использовать, однако в этом проекте нужны только два усилителя: один для оси X, а другой для оси Y.

Модуль L298N

Двойной H-мост L298N обычно используется для управления скоростью и направлением двух двигателей постоянного тока или с легкостью управляет одним биполярным шаговым двигателем. L298N может использоваться с двигателями с напряжением от 5 до 35 В постоянного тока.

Существует также встроенный регулятор 5V, поэтому, если напряжение питания до 12 В, вы также можете подключить источник питания 5 В от платы.

В этом проекте использован L298N для управления двумя парами катушек электромагнита и использован выход 5 В для питания Arduino и датчика холла.

Подключение к Arduino: нам нужно удалить 2 перемычки в контактах EnA и EnB, затем подключить 6 контактов In1, In2, In3, In4, EnA, EnB к Arduino.

SS495a Датчик Холла

Аналоговый датчик приведет к диапазону напряжений от 250 до Vcc, который вы можете прочитать с помощью аналогового входа Arduino. Для измерения магнитного поля в обеих осях X и Y требуются два датчика холла.

Шаг 6: Неодимовые магниты NdFeB (неодим-железо-бор)

neodimie magniti

Из Википедии: «Неодим — химический элемент, редкоземельный металл серебристо-белого цвета с золотистым оттенком. Относится к группе лантаноидов. Легко окисляется на воздухе. Открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Используется как компонент сплавов с алюминием и магнием для самолёто- и ракетостроения.»

Шаг 7: Готовим основание

osnovanie

Использовали небольшой терракотовый горшок, который обычно используется для выращивания суккулента или кактуса. Вы также можете использовать керамический горшок или деревянный горшок, если они подходят. Используйте сверло диаметром 8 мм, чтобы создать отверстие в нижней части горшка, которое используется для удерживания гнезда постоянного тока.

Шаг 8: 3D-печать плавающей части

3d levitacia

Шаг 9: Подготовка SS495a модуля датчика Холла

dagtchik holla 2

dagtchik holla

Шаг 10: Цепь Op-amp

opamp 5

opamp 4

opamp 3

opamp 2

opamp 1

Припаяйте гнездо и резисторы к печатной плате, следуя схеме, обратив внимание на то, чтобы поместить два потенциометра в одном направлении для более легкой калибровки позже. Присоедините LM324 к гнезду, затем подключите два выхода модуля датчиков холла к цепи op-amp.

Два выходных провода LM324 подключите к Arduino. Вход 12 В с входом 12 В модуля L298N, выход 5 В модуля L298N к 5V потенциометра.

Шаг 11: Сборка электромагнитов

sborka magnit 4

sborka magnit 3

sborka magnit 2

sborka magnit 1

Соберите электромагниты на акриловый лист, они закреплены в четырех отверстиях вблизи центра. Затяните винты, чтобы избежать движения. Поскольку электромагниты симметричны по центру, они всегда находятся на полюсах напротив, так что провода на внутренней стороне электромагнитов соединены вместе, а провода на внешней стороне электромагнитов подключены к L298N.

Протяните провода под акриловым листом через соседние отверстия, чтобы подключиться к L298N. Медный провод покрыт изолированным слоем, поэтому вы должны удалить его ножом, прежде чем вы сможете припаять их вместе.

Шаг 12: Сенсорный модуль и магниты

modul 4

modul 3

modul 2

modul 1

Используйте горячий клей для фиксации модуля датчика между электромагнитами, обратите внимание, что каждый датчик должен быть квадратным с двумя электромагнитами, один на передней и другой на задней панели. Попробуйте выполнить калибровку двух датчиков как можно более централизованно, чтобы они не перекрывались, что сделает датчик наиболее эффективным.

Шаг 13: Разъем питания постоянного тока и выход L298N 5V

pitanie

Припаяйте гнездо питания постоянного тока двумя проводами и используйте термоусадочную трубку. Подключенный разъем питания постоянного тока к входу модуля L298N, его выход 5 В будет подавать питание на Arduino.

Шаг 14: L298N и Arduino

shema lm

Подключите модуль L298N к Arduino, следуя приведенной выше схеме:

L298N → Ардуино
5V → VCC
GND → GND
EnA → 7
В1 → 6
В2 → 5
В3 → 4
В4 → 3
EnB → 2

soedinenie

Шаг 15: Arduino Pro Mini программер

ftdi

Поскольку у Arduino pro mini нет USB-порта для последовательного порта, вам необходимо подключить внешний программатор. FTDI Basic будет использоваться для программирования (и питания) Pro Mini.

Шаг 16: Подготовка плавающей части

plava

Соедините два магнита D35*5 для увеличения магнетизма.

Шаг 17: Калибровка

kalibrovka 6

kalibrovka 5

kalibrovka 4

kalibrovka 3

kalibrovka 2

kalibrovka 1

Загрузите программу ReadSetpoint.ino в Arduino, которую можно скачать выше. Эта программа будет считывать значения датчика Холла и отправлять их на компьютер через последовательный порт. Откройте COM-порт, чтобы увидеть его. Подключите 12 В постоянного тока к гнезду питания постоянного тока, вы также используете осциллограф для считывания значения датчика.

Шаг 18: Загрузка основной программы

final 4 1

final 3 1

final 2 1

final 1 1

После калибровки значения установки (Setpoint) самое время получить результаты. Загрузите основную программу Levitation.ino, которая приведена выше.

Используйте супер клей для фиксации магнита и держателя магнита, который ранее был напечатан на 3D-принтере. После загрузки основной программы вы можете внести небольшие корректировки на потенциометры, чтобы плавающая деталь была зафиксирована в центре.

Шаг 19: Собираем всё вместе

vmeste 8

vmeste 7

vmeste 6

vmeste 5

vmeste 4

vmeste 3

vmeste 2

vmeste 1

Сначала прикрепите гнездо питания постоянного тока к горшку, затем поместите оставшиеся части в горшок. Наконец, используйте оставшийся акриловый лист, чтобы сделать поверхность горшка.

Шаг 20: Подготовка растения

rastenie 4

rastenie 3

rastenie 2

rastenie 1

Прикрепите деревянный горшок к плавающей части магнита. Мы использовали маленький кактус для посадки. Вы можете использовать кактус или суккулент или любой мини-бонсай, который является маленьким и легким.

Шаг 21: Финальный результат

arduino levitacia itog1

arduino levitacia 1

Наслаждайтесь своим результатом, благодаря вашим усилиям вы сделали отличный проект, который теперь будет радовать вас и ваших друзей.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Здоровая спина
Adblock
detector