Левитрон на датчике холла

Содержание

ЛЕВИТРОН САМОДЕЛЬНЫЙ

Левитрон позволяет осуществлять магнитную подвеску объектов с небольшим весом путем управления магнитным полем, создаваемым катушкой L1. Обратная связь происходит с помощью датчика Холла, выпаянного со старого 3,5" дисковода (от дискет). Под воздействием внешнего магнитного поля на клеммах H+ и H- возникает разность потенциалов в зависимости от направления поля и его положения.

Магнитный левитрон (реально рабочая схема)

Магнитное поле допускает создание устройства с реальной левитацией, которая вызвана невидимой для глаза силой электромагнитного поля. Явление магнитной левитации состоит в том, что металлический объект плавает в пространстве. Человек, наблюдающий левитацию, понимает что между объектом и электромагнитом ничего нет.

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.

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.

Датчик холла схемы включения и особенности функционирования

Схема принципиальная датчика холла

Магнитоэлектрическое устройство, принцип которого основан на открытии американского ученого, сегодня активно применяется в автомобильных системах. Речь идет о знаменитом датчике холла или ДХ. Интересно будет узнать, какие схемы его включения используются.

Как сделать левитрон — магнитная левитация своими руками в виде левитатора на подставке

Помните популярную игрушку из 90-х «Левитрон»? Это волчок, который висит в воздухе за счет магнитных сил. Попробуем сделать сами такую игрушку из подручных материалов и понаблюдаем за магнитной левитацией.

Нам потребуются следующие материалы:

  • Деревянная доска, карандаш, изоляционная лента, пластиковые или латунные шайбы, почтовые бумажные, пластиковые или картонные открытки.
  • Тринадцать дисковых неодимовых магнитов размерами 12*3 мм, марки N52; один широкий кольцевой размерами 20 (наружный диаметр) * 10 (внутренний диаметр) мм, марки N42.

Как сделать левитрон на датчике холла своими силами

Как самостоятельно изготовить левитрон с датчиком Холла

Левитрон известен как волчок, вращающийся в воздухе над коробкой с источником магнитного поля. Levitron может быть изготовлен из популярного датчика Холла.

Принцип работы и уникальные свойства ДХ

Как известно, удивительный принцип ДХ был открыт следующим образом. В магнитное поле был помещен полупроводник, имеющий форму прямоугольника. Когда через параллельные плоскости пластины проходил импульс тока, возникало напряжение и на перпендикулярных им торцах прямоугольника. Это была поперечная разность потенциалов или как называют явление сегодня – холловское напряжение.

Схема зажигания с ДХ

Современные ДХ имеют большей частью щелевую конструкцию. Другими словами, конструкцию с отверстиями, щелями. На одной из сторон отверстия бывает расположен проводник, через который пропускается импульс, а на второй – постоянный магнит.

Интересный момент. В зазоре, образовавшемся между постоянным магнитом и пластиной, предусмотрена бывает перегородка, спроектированная для перемыкания токовых линий. Так вот, когда она убирается, то разность потенциалов не действует, и наоборот, когда она есть – линии замыкаются.

Одним словом, когда экран (перегородка) проходит зазор, на микросхеме бывает нулевая индукция, а на выходе образуется напряжение.

Такой принцип функционирования позволил использовать данную схему в виде регистрирующего устройства, не имеющего механические контакты. Это было великое открытие в автомобилестроении, где не знали, что делать с устаревшей контактной группой, часто доставляющей конструкторам проблемы.

Принцип функционирования датчика холла

Благодаря возможностям нынешней электроники удалось преобразовать аналоговые ДХ в цифровые. Однако в автомобилестроении чаще используются преобразователи, основанные на изменении индукции поля. Величина таких аналоговых преобразователей полностью зависит от силы и полярности магнитного поля.

А вот цифровые ДХ вообще не подразумевают наличия магнита. Принцип их действия основан на выдаче логической единицы. В момент импульса, индукция достигает пороговой величины, и наоборот, когда номинал не достигается, установлен ноль. Но на самом деле, цифровой ДХ не лучше аналогового, так как чересчур чувствителен.

Не только автомобильная электрика, но и авиация, машиностроение получили большую выгоду от внедрения и применения ДХ. Безусловно, этому способствовала высокая точность показаний и надежность датчиков, стоящих копейки.

Например, если бы не было ДХ в автомобильных системах, то пришлось бы использовать дорогие приборы, которые были бы в состоянии следить и контролировать функционирование различных узлов и механизмов с потрясающей точностью.

Левитрон на основе датчика холла

Помимо этого, ДХ применяются и в других целях. Например, это превосходный элемент для создания левитрона – игрушки, висящей в воздухе. Многочисленные умельцы и конструкторы, заинтересованные схемой собирания левитрона, совершенствуют принципы работы ДХ.

Легко устанавливается, кривые руки – не проблема

Тут тоже нет ничего сложного. Подключаете подставку к зарядному устройству и ставите.

Магнит реально мощный

, поэтому горшочек придется взять двумя руками, одной не справитесь. Дальше вам потребуется поднести его к центру коробочки и придерживать параллельно основе на высоте 1-2 см. Когда вы почувствуете гравитацию, отпустите горшочек.

Предупреждаю сразу — с первого раза поставить дерево не получится

. Магнит попросту пересилит вас и притянет к себе горшочек.

: каждая попытка запустить LePlant должна длиться не дольше 5 секунд, затем нужно поднять его и повторить попытку.

Нужно разместить около окна, поскольку ему требуется солнечный свет. К слову, скорость роста – примерно 1,5 см в год, так что не ждите БОНСАИЩЕ

в ближайшее время.

Поливать дерево достаточно пару раз в день: в жаркое время года и один раз в холодное. Отмечу, что делать это нужно не над подставкой

, иначе рискуете его «убить».

Что такое левитрон

Левитрон — это игрушка. Нет смысла покупать его, если вы знаете возможности изготовления самодельного устройства. В конструкции такого левитрона не будет ничего сложного, если у вас есть обычный датчик Холла, купленный, например, для автотракторной машины и оставленный про запас.

Схема работы датчика

Обратите внимание, что эффект левитации всегда наблюдается в довольно узкой области. Такие реалии несколько ограничивают свободу рук мастера, но при наличии терпения и времени всегда можно качественно и эффективно отрегулировать левитрон. Он практически никогда не упадет и не отскочит.

Заключение

Грузоподъемность

Чтоб «добить» тему, сняты «грузовые характеристики» левитрона с фишками 25 и 30 мм диаметром. Грузовыми характеристиками я тут назвал зависимость высоты парения фишки над платформой (от декоративной пластины) от суммарного веса фишки.
Для фишки с магнитом 25 мм и общим весом 19г максимальная высота составила 16мм, а минимальная – 8 мм при весе 38г. Между этими точками характеристика практически линейная. Для фишки с магнитом 30 мм грузовая характеристика оказалась между точками 16 мм при 24г и 8 мм при 48г.
С высоты ниже 8 мм от платформы фишка падает, притягиваясь к железным сердечникам катушек.

НЕ делай, как я!

Во-первых, не стоит экономить на датчиках. «Голые» датчики Холла, вынутые попарно для каждого канала из двух двигателей (то есть, практически одинаковые!) – все равно проявляют свой безобразно большой температурный коэффициент сопротивления. Даже при одинаковых цепях питания и встречно-разностном включении выходов датчиков, можно получить заметное смещение нуля на выходе канала при изменении температуры. Интегральные датчики SS496 (SS495) имеют не только встроенный усилитель, но и термостабилизацию. Внутренний усилитель датчиков позволит сделать существенно выше общий коэффициент усиления каналов, да и схема их питания выходит попроще.
Во-вторых, следует, по возможности, воздержаться от размещения левитрона в железном корпусе.
В-третьих, двуполярное питание все-таки предпочтительнее, потому что управление коэффициентом усиления и юстировкой нулей получаются проще.

Графики сигналов в контрольных точках

  • Uh+: напряжение на положительном выходе галлотрона,
  • Ua: напряжение на выходе повторителя A,
  • Ub: напряжение на выходе инвертирующего усилителя B,
  • Uc: напряжение на выходе триггера Шмидта C,
  • Ud: напряжение, управляемое полевым транзистором.

Что касается потребления тока, измерения цифровым мультиметром показали значение ниже 100 мА (рост при увеличении веса). Чтобы увеличить грузоподъемность, катушки также должны быть увеличены, как и поперечное сечение сердечника и / или его магнитная проницаемость. Можно попытаться использовать ферритовое, но такие сердечники имеют значение частот выше 100 кГц.

Транзистор имеет постоянный ток 7 А и сопротивление канала 30 мОм. В результате он вообще не нагревается. Однако вы можете поднять напряжение, управляющее затвором транзистора, чтобы уменьшить это сопротивление, что, в свою очередь, уменьшит потери тепла в транзисторе.

На самом деле, расстояние от левитирующего объекта зависит от силы электромагнита. Это означает, что чем больше произведение тока катушки и количества витков катушек, тем больше напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой. Но это еще не все. Кроме того, на расстояние также влияет проницаемость и площадь поперечного сечения сердечника, чувствительность и динамический диапазон датчика Холла, размер неодимового магнит (интенсивность магнитного поля).

Форум по обсуждению материала ЛЕВИТРОН САМОДЕЛЬНЫЙ

Линейный светодиодный драйвер мощностью 3 Вт с кнопкой и резистором регулировки тока – схема на IS32LT3120.

Изучим различные типы стабилизаторов напряжения – от простых схем на стабилитроне, до транзисторных и микросхемных.

Схема простого устройства для демонстрации эффекта электромагнитного ускорения металлического снаряда в пушке Гаусса.

Усилитель мощности звука на транзисторах, из радиоконструктора DJ200. Проверка работы схемы.

Схема улучшенного магнитного левитрона

Вот ещё одна модель левитрона, то есть системы, используемой для наблюдения явления магнитной левитации.

Схема и электронная часть изменена и адаптирована. Вся система состоит из 4 плат, на одной собственно блок питания, то есть выпрямительный мост 6 А — этого достаточно, хотя он немного нагревается, фильтрующий конденсатор и стабилизатор 7805. На второй плате датчики света и фоторезисторы. На третьей плате, подключенной к электромагниту, установлен диод для защиты от скачков напряжения возникающих в электромагните и светодиод, для визуализации протекающих токов. Последняя имеет выключатель и светодиоды рабочего состояния. Платы соединены соответствующими проводами. Везде использовались разъемы Goldpin или подобные. Вот печатные платы:

Лазер, точнее лазерный диод, удален от индикатора на несколько сантиметров вместе с системой защиты. Размещенные на подвижном вверх-вниз кронштейне, позволяющем установить высоту барьера, фотоэлементы также регулируются. Электромагнит — винт M10x90 мм, медный провод 0,9 мм толщиной и длинной 130 м. Электромагнит имеет около 1500 витков в 19 слоях, сопротивление чуть более 4 Ома, длина его 75 мм и диаметр 50 мм. Боковые кольца вырезаны из оргстекла.

Шаг 2: ПИД-регулятор (PID)

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.

В данном проекте:

  1. Вход представляет собой текущее значение в реальном времени от датчика холла, которое обновляется непрерывно, поскольку положение плавающего магнита будет меняться в реальном времени.
  2. Заданное значение – это значение от датчика холла, которое измеряется, когда плавающий магнит находится в положении баланса, в центре основания магнитов. Этот индекс фиксирован и со временем не изменяется.
  3. Выходной сигнал – скорость для управления электромагнитами.

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.

Магнитометр и тахометр

Можно сказать, что ДХ – есть магнитометр, но это не совсем так. Магнитометром является прибор, измеряющий характеристики магнит. поля. В связи с тем, что есть зависимость от диагностируемой формации, различают: деклинаторы, эрстедметры, флюксметры и другие приборы с аналогичной схемой действия.

В более узком понимании магнитометр нужен для измерений особенностей магнитного поля. И тут одной из важнейших уникальных качеств устройства является ее чувствительность.

Однако, абстрагировать текущий формат, превратить его целостным для всех приборов нет практической возможности, ведь каждая из моделей магнитометров различается принципом действия, отдельной функцией обработки сигнала и неодинаковой конструкцией преобразователя.

Аналоговые ДХ и сами являются магнитометрами, способны контролировать магнитную индукцию и поле. Но самое главное, что и является отличительной чертой ДХ от магнитометра, является способность преобразовывать индукцию магнита в выходное напряжение.

Зажигание на 2-х датчиках холла

Тахометр – тоже является измерительным прибором, но он предназначен для измерения частоты вращения различных деталей, находящихся в движении (вращении).

К примеру, в автомобильных системах тахометр легко определяет частоту вращения коленвала, показывая обороты в минуту.

Примечательно, что тахометры могут быть установлены в систему, где работает ДХ, и соответственно, получать импульсы непосредственно от датчика.

Как и ДХ, тахометр бывает цифровым и аналоговым. Первый бывает выполнен в виде электронного табло, где показывается информация, производятся математические подсчеты оборотов ДВС и валов. Полезная штука для работы с системами ЭБУ и для настройки современных моторов.

О производителе

Сегодня такие комнатные парящие цветы предлагают сразу две компании.

  • Отечественный бренд Levitera.
    Он предлагает покупателям не только несколько различных растений на выбор, но и даже пустые цветочные горшки, которые покупатели могут заполнить самостоятельно по своему желанию.
  • Шведская компания Flyte.
    Она также предлагает покупателям различные сорта комнатных растений в левитирующих горшках. Помимо этого, в ассортименте производителя имеются и парящие часы.

Оба производителя выпускают качественную и уникальную продукцию. Разница между их товарами заключается в цене, а также в комплектации, точнее – в разъеме самой вилки-розетки.

нужно ли вытаскивать зарядку от телефона из розетки на ночь

Левитрон из датчика холла

Levitron на датчике Холла, и идея его изготовления настолько же проста, насколько и гениальна. Кусок любого материала с электромагнитными свойствами поднимается в воздух под действием силы магнитного поля.

Как создать свой собственный датчик Холла Levitron

Для достижения эффекта «зависания», парения в воздухе, соединение осуществляется на высокой частоте. Другими словами, магнитное поле как бы поднимает и бросает материал.

Схема этого устройства слишком проста, и даже школьник, который не зря сидел на уроках физики, сможет собрать все сам.

  1. Все, что вам нужно, — это светодиод (его цвет зависит от индивидуальных предпочтений).
  2. Вам понадобится транзистор RFZ 44N (хотя подойдет любой предохранитель с параметрами, аналогичными приведенным).
  3. Диод 1N 4007.
  4. Резисторы 1к и 330 Ом.
  5. Сам датчик Холла (A3144 или другой).
  6. Медная проволока 0,3-0,4 мм (достаточно около 20 метров).
  7. Неодимовый магнит в виде таблетки размером 5×1 мм.
  8. Зарядное устройство на 5 В, предназначенное для мобильных телефонов.

Теперь подробно о том, как происходит сборка:

Как сделать свой собственный левитрон с датчиком Холла

Рама для электромагнита

Как сделать свой собственный датчик Холла Levitron

Диаграмма левитрона на ФК

Предупреждение. Чувствительная зона датчика (подробнее см. документацию на датчик halla) должна быть ориентирована параллельно земле. Поэтому рекомендуется слегка согнуть этот участок перед установкой датчика в катушку.

Как сделать свой собственный Levitron на датчике Холла

Датчик Холла на катушке

Как сделать свой собственный Levitron на датчике Холла

Катушка, закрепленная на штативе

Теперь есть возможность испытать левитрон. К катушке можно подвести снизу любой электрически заряженный материал. В зависимости от полярности катушки она будет либо притягиваться к ней, либо отталкиваться. Но мы хотим, чтобы материал висел в воздухе, парил. Это будет так, если форма материала не слишком мала по отношению к катушке.

Предупреждение. Если магнит в форме таблетки небольшой, он не будет левитировать очень эффектно. Он может упасть. Чтобы избежать ошибок, сместите центр тяжести материала на нижнюю сторону — в качестве груза подойдет простой лист бумаги.

Что касается светодиода, вам не нужно его использовать. С другой стороны, если вы хотите большего эффекта, можно устроить шоу с подсветкой.

Механическая конструкция

Прибор был сделан из оргстекла, сначала он должен был быть алюминиевым, но так дешевле и как оказалось это удобный материал для обработки. Элементы которые должны были быть закруглены, после нагревания зажигалкой могли быть согнуты под углом 90 градусов.

Схема начала работать правильно с первого запуска. После регулировки напряжения на обоих фоторезисторах потенциометрами всё стала полностью устойчивым к внешним условиям освещения. Во время работы через соленоидные катушки максимально протекает ток около 2 А, это вызывает довольно высокий нагрев BD911, но например с помощью BUZ90 или 6N60 можно уменьшить нагрев, ведь их сопротивление включенное невелико. На испытании через час обнаружили, что температура радиатора не превышает 90 градусов, поэтому достаточно пассивного охлаждения, мостовой выпрямитель и 7805 также немного нагреваются, у них есть небольшие радиаторы. Единственный недостаток, который появился после долгой работы устройства это то, что дешевые лазеры после получаса непрерывного освещения теряют интенсивность света.

В принципе левитрон подходит для непрерывной работы, правильно держит мелкие и крупные объекты, сила электромагнита действительно высока, если установить большой винт напротив него и притянуть — его будет трудно снять. Даже удалось поднять большой подшипник весом почти 0,3 кг, он левитировал примерно в пол сантиметрах от магнита. В общем смело делайте устройство — схема реально рабочая!

Шаг 3: Комплектующие

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.

  • 1x – LM324N
  • 4x – левитационная катушка
  • 2x – SS495a датчик Холла
  • 1x – 12V 2A DC адаптер
  • 8x – Кольцевой магнит D15*4 мм
  • 1x – Разъем питания постоянного тока
  • 4x – Кольцевой магнит D15*3 мм
  • 1x – Arduino pro mini
  • 1x – Модуль L298N
  • 1x – 14 гнездовой сокет
  • 2x – Магнит D35*5мм
  • 2x – Резистор 5.6 KОм
  • 2x – Резистор 180 КОм
  • 2x – Резистор 47 KОм
  • 2x- 10 Kом потенциометр
  • 1x – Акриловый лист A5 размера
  • 1x – Деревянный горшок
  • 1x – PCB макет
  • 8x – 3 мм винт
  • провода
  • Мини-растение (суккулент, кактус, мини-бонсай, карликовое дерево)

Схемы, в которых задействуется ДХ

Преобразователь ДХ в электрической цепи автомобиля – важнейшее звено. Расположен ДХ на схеме в самом конце цепи или ее начале. Вот, как это можно себе представить:

  • от аккумуляторной батареи идет токовый импульс на замок зажигания, который если включается, то подает напряжение в цепь;
  • первой принимает напряжение катушка зажигания, передающая также преобразованную энергию (ток с высоким вольтажом) на свечи зажигания;
  • одновременно катушка связана по схеме с коммутатором, имеющим 7 выводов;
  • датчик располагается в самом конце цепи, соединяясь посредством разъема с выводами коммутатора.

Датчик холла в трамблере

Это схема, которая используется в обычных автомобильных системах, а вот в масляных обогревателях, где тоже применяется ДХ, они задействованы в схему определения вертикального положения.

Схема подобного типа получает импульс от бестрансформаторного БП, а выходное ее напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона. Что касается переменной составляющей, то она отфильтровывается емкостным диодом.

Еще одна популярная схема, в которой используется ДХ, это схема определения скорости и направления движения (вращения). Здесь ДХ может быть задействован, как помощник тахометра или отдельный контроллер. Его задача – преобразовывать амплитуду и курс вращения в единый электроимпульс для дальнейшей передачи.

Благодаря такой схеме удается контролировать обороты валов, определять направление вращения, учитывать расход жидкости и многое другое.

В основе функционирования такой схемы лежит преобразование, осуществляемое датчиком SS52DT или ДХ с 2-я полупроводниковыми элементами. При попадании в зону действия магнитного поля, генерируется разность потенциалов, которая и позволяет собственно измерять амплитуду и направление вращения.

Существуют и другие схемы, в которых задействует ДХ. Например, упрощенная конструкция для определения скорости, где используется выходной сигнал или упрощенная схема для определения направления.

Характеристики

Парящие в воздухе горшки с цветами появились относительно недавно, на российском рынке они считаются новинкой. Основными их особенностями являются:

  • уникальный внешний вид;
  • возможность высаживания в горшок абсолютно любого растения;
  • компактный размер;
  • возможность использовать емкость не только как горшок, но и как кашпо;

  • долговечность;
  • неприхотливость и безопасность в эксплуатации.

как выбрать ночник для детской виды ночников с датчиками движения

Шаг 4: Инструменты

Вот список инструментов, наиболее часто используемых:

  • Паяльник
  • Ручная пила
  • Мультиметр
  • Дрель
  • Осциллограф (по желанию, можете использовать мультиметр)
  • Настольное сверло
  • Горячий клей
  • Плоскогубцы

Самодельный левитрон в классическом исполнении без датчика

Как видим, благодаря наличию датчика холла удалось изготовить вполне эффектную игрушку. Однако это вовсе не означает, что без датчика не обходится. Напротив, самодельный левитрон в классическом исполнении, это лишь большой магнит от динамика (диаметром 13-15 см) и маленький кольцевой магнит для волчка (2-3 см в диаметре), без использования датчика.

Ось волчка делается, как правило, из старой ручки или карандаша. Главное – стержень подбирается так, чтобы плотно заходил по центру кольцевого магнита. Лишняя часть ручки после этого срезается (примерно 10 см в длину вместе с закрепленным магнитом для волчка, то что надо).

Классическая схема изготовления левитрона подразумевает также наличие десятка различных шайб, вырезанных из плотной бумаги. Для чего они понадобятся? Если в вышеописанном случае тоже использовалась бумага, и как мы помним – для смещения центра тяжести вниз или проще, для настройки. То же самое и здесь. Шайбочки буду нужны для идеальной настройки волчка (при необходимости сажаются после кольцевого магнита на стержень).


Вырезание шайб из бумаги

Внимание. Чтобы самодельный волчок идеально левитировал, помимо настройки шайбочками, нужно не ошибиться с полярностью. Другими словами, установить кольцевой магнит соосно большому магниту.


Левитация волчка над большим магнитом

Но и это еще не все. Как в первом случае (с использованием датчика холла), так и во втором, надо добиться идеальной ровности источника притяжения. Говоря иначе, поставить большой магнит на идеально ровную поверхность. Чтобы добиться этого, применяются деревянные подставки различной толщины. Если магнит сидит не ровно, подставки ставятся с одной стороны или с нескольких, таким образом, настраивается ровность.

Платформенные левитроны

Устройство платформы левитрона обычно отличается наличием более чем одного исходного магнита. В этом случае парящий в воздухе материал, т.е. бакля, будет стремиться упасть на один из магнитов, отклоняясь от своей вертикальной оси. Чтобы избежать этого, нужно уметь корректировать центральную зону притяжения, причем делать это очень точно.

В этом случае на помощь приходят катушки с подключенным датчиком Холла. Таких катушек должно быть две, и они должны располагаться точно посередине платформы, между магнитами. На схеме это будет выглядеть следующим образом (1 и 2 — магниты).

Как сделать свой собственный Levitron на датчике Холла

Схематическая диаграмма платформы левитрона

Из диаграммы ясно, что цель управления катушками заключается в создании горизонтальной силы, или центра тяжести. Эта сила формально называется Fss, и она направлена к оси равновесия, когда происходит смещение, обозначенное на диаграмме символом X.

Если соединить катушки так, чтобы импульс создавал зону обратной полярности, можно решить проблему смещения. Любой физик подтвердит это.

В качестве корпуса для левитронной структуры платформы выбирается любой старый DVD-плеер. Из него удаляются все «внутренности», устанавливаются магниты и катушки, а для красоты верхняя часть покрывается практичным чехлом из тонкого, возможно, прозрачного материала (проницаемого для магнитного поля).

Датчики Холла должны выступать через отверстия платформы и должны быть припаяны к откидным ножкам разъема.

Что касается магнитов, то это могут быть круглые детали толщиной 4 мм. Рекомендуется, чтобы один из магнитов имел больший диаметр, чем другой. Например, 25 и 30 мм.

Существуют и более сложные варианты левитронов, которые изготавливаются по схеме раскручивания спирали внутри маленького шара. Эти левитроны также могут быть построены с использованием датчиков Холла — эффективного ингредиента, который произвел революцию в автомобильной промышленности и других областях человеческой деятельности.

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

LM324 Op-amp

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

Мы используем операционный усилитель для усиления сигнала от датчика Холла, цель которого – увеличить чувствительность, чтобы ардуино легко распознало изменение магнитного поля. Изменение нескольких мВ на выходе датчика холла, после прохождения усилителя может измениться на несколько сотен единиц в Arduino. Это необходимо для обеспечения плавного и стабильного функционирования ПИД-регулятора.

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.

  • Out 2: пара электромагнитов X
  • Out 3: пара электромагнитов Y
  • Входное питание: вход постоянного тока 12 В
  • GND: Земля
  • Выход 5v: 5v для датчиков Arduino и холла
  • EnA: Включает сигнал PWM для выхода 2
  • In1: Включить для выхода 2
  • In2: Enable for Out 2
  • In3: Включить для выхода 3
  • In4: Включить для выхода 3
  • EnB: Включает PWM-сигнал для Out3

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

SS495a – это линейный датчик Холла с аналоговым выходом. Обратите внимание на разницу между аналоговым выходом и цифровым выходом, вы не можете использовать датчик с цифровым выходом в этом проекте, он имеет только два состояния 1 или 0, поэтому вы не можете измерить выход магнитных полей.

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.

Антигравитация. Магнитная левитация

Учёные из НАСА создали магнитное поле достаточной силы, чтобы заставить лабораторную мышь левитировать над поверхностью. Это такой же большой прорыв, как левитирующая доска из фильма Назад в Будущее. Единственная проблема была лишь в том, что мышь была в доску пьяной.

Учёные из лаборатории Реактивной Тяги, Калифорния, создали суперпроводящий магнит, который способен сгенерировать достаточно энергии, чтобы оторвать животное размером с крысу от пола. До этого эксперименты проводились с животными поменьше: лягушками и жуками, это первый раз когда подобный подход заставил оторвать от земли такое большое животное. Магнит выталкивает воду внутри мыши вверх, заставляя её парить. и прочих минералов в крови мышки.

Удивительным фактом является то, что созданный магнит, работает при комнатной температуре — такого раньше не удавалось добиться.

Но мышь была «на подъеме» во всех смыслах. Как рассказал исследователь Янминг Ли: «первая мышь стала дергаться, и из-за этого начала вращаться, и так как трение практически отсутствует, она могла вращаться все быстрее и быстрее, что еще больше пугало её. Так что следующей мыши дали успокоительного, и полет ей понравился».

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

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.”

Неодим – это металл, который является ферромагнитным (в частности, он показывает антиферромагнитные свойства), что означает, что подобно железу его можно намагнитить, чтобы он стал магнитом. Но его температура Кюри составляет 19К (-254 ° С), поэтому в чистом виде его магнетизм проявляется только при чрезвычайно низких температурах. Однако соединения неодима с переходными металлами, такими как железо, могут иметь температуры Кюри значительно выше комнатной температуры, и они используются для изготовления неодимовых магнитов.

Сильный – это слово, которое используют для описания неодимового магнита. Вы не можете использовать ферритовые магниты, потому что их магнетизм слишком слаб. Неодимовые магниты намного дороже ферритовых магнитов. Маленькие магниты используются для основы, большие магниты для плавающей/левитирующей части.

Мистическая угроза Петербургу

Тайны человечества

Противоречив и причудлив путь всемирной истории, обеспечивающий поступательное развитие человечества от архаического прошлого к новейшим временам. Зарождаются цивилизации или гибнут континенты, …

Кредит без справки о доходах

Современные банки предлагают такое огромное количество кредитных предложений, что ни один заемщик не может оказаться в стороне. Взять сегодня…

Пять правильных привычек питания

Любой человек, который только становится на путь правильного питания, теряется от огромного количества информации. Безусловно, соотношение белков, жиров и углеводов играет важнейшую роль…

Российские истребители Су — 27

Су-27 — один из самых известных боевых самолётов в мире. Су-27 — шедевр отечественного авиастроения. В ноябре НАТО заявило, что…

Скорость НЛО

Неопознанные летающие объекты бесспорно представляют собой целый комплекс загадок, одной из которых является скорость НЛО. Существуют документы, подтверждающие зафиксированные приборами…

Доступные способы преображения интерьера

Философия комфорта подталкивает обывателя к поискам оригинальных решений в обустройстве жилища. Любая интерьерная стилистика, по истечению определенного промежутка времени, потеряет свежесть…

Мы в шоке. Летает само и не падает.

Окей, ладно, на самом деле всё в порядке. Просто в офис приехал LePlant

: , которое ты выращиваешь сам.

Между прочим, секунда гордости: сделано в России.

Мне кажется, плошка LePlant должна быть в каждом офисе нового кампуса Apple. Как раз в тему: летающая тарелка, летающие растения. Получается смесь футуристичного с природой, о которой лет 10 назад никто бы не додумался.

И вообще. Представьте себе, если сегодня могут левитировать растения – что будет завтра? ?

Шаг 7: Готовим основание

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.

Не веришь? Смотри вживую на этом видео:

В комплект LePlant входят два магнитных элемента – декоративная платформа и специальный , заделанный под дерево. Ну и адаптер питания, который подаёт переменный ток в конструкцию.

И всё, ничего лишнего.

Горшочек 12-гранной формы имеет диаметр 90 мм. Помещается в ладонь. Выглядит просто и со вкусом.

А подставка горшка сделана из массива дуба, небольшая – 15 на 15 см. Это достаточно увесистое устройство, но в компактном корпусе. Его можно расположить на любом подоконнике или даже балконе.

LePlant отлично себя чувствует на любой поверхности и не царапает стекло. Поэтому такую платформу можно установить даже на стеклянный стол

, но мне больше нравится на подоконнике.

А такое выглядит действительно эффектно. Футуристичное устройство из, казалось бы, далекого будущего оказалось на моем подоконнике. Никакой магии, чистая физика, и лично меня это завораживает.

Разновидности моделей

Производители сегодня выпускают такие парящие устройства только небольших размеров. Как правило, их диаметр не превышает 10 см. Это объясняется сложностью внутренней конструкции устройства.

Цветовая гамма довольно узкая.

В ней представлены лишь 3 цвета: белый, темно-коричневый и светло-бежевый. Опять же, по словам производителей, функции и принцип работы такого горшка являются его главным украшением, поэтому он не нуждается в дополнительном декоре.

В ассортименте есть как просто круглые, так и многогранные модели с небольшим рисунком на поверхности.

Однако в целом внешний вид таких приспособлений минимально декорирован. Все специально сделано для того, чтобы именно принцип работы устройства был главной изюминкой.

Шаг 9: Подготовка SS495a модуля датчика Холла

Вырежьте макет PCB на две части, одну часть, чтобы прикрепить датчик холла, а другой – к цепи LM324. Прикрепите два магнитных датчика перпендикулярно печатной плате. Используйте тонкие провода для соединения двух штырей датчиков VCC вместе, сделайте то же самое с контактами GND. Выходные контакты отдельно.

Как летает LePlant и почему не падает

LePlant работает на всем понятных и логичных принципах магнитной левитации

. В конструкции ровно 0% магии и 100% знания банальной физики.

В платформе микросхема с порядка 100 компонентами, включая датчики, которые фиксируют пластины и магниты (нескольких магнитов!) в горшочке в определенном положении, т.е. удерживают горшочек в воздухе. Они бесконечно отдаляются друг от друга и никогда не соединятся, ибо ФИЗИКА

Магнитное давление используется для компенсации ускорения свободного падения, а размеры магнитов подобраны так, чтобы плошка внезапно не слетала в сторону. Короче, тут полный дзен между магнитами, они стабильны, и поэтому плошка просто парит в воздухе.

Шаг 11: Сборка электромагнитов

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 13: Разъем питания постоянного тока и выход L298N 5V

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 15: Arduino Pro Mini программер

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

Соедините два магнита D35*5 для увеличения магнетизма.

Шаг 17: Калибровка

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.

Наблюдайте значения на экране и внесите корректировки, установив два потенциометра. Наилучшее значение – 560, при этом выход датчика составляет около 2,5 В. После установки заданного значения поместите плавающий магнит над базовой частью и встряхните его, чтобы увидеть изменение значения установки (Setpoint) на экране.

Шаг 18: Загрузка основной программы

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

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

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

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

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий

Adblock
detector