Levitating LED: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Es un mana komanda nolēmām izgaismot gaismas diodi. Pēc neilga laika googlējot, es atradu šeit atrodamu videoklipu no SparkFun Electronics, kurā mēs veidojām savu dizainu. Mūsu gaisma levitē ar vienu elektromagnētu virs gaismas. Mēs izvēlējāmies šo dizainu, jo gaismas diodes levitācijai nepieciešams tikai viens elektromagnēts. Lai sasniegtu bezvadu jaudas pārnesi, mēs izmantojām primāro spoli, kas piestiprināta levitācijas elektromagnēta apakšai, un sekundāro spoli, kas pielodēta pie gaismas diodes. LED modulim ir balta gaismas diode, sekundārā spole un spēcīgs pastāvīgais magnēts. Es izstrādāju struktūru un 3D drukāju visas detaļas.

1. solis: struktūras projektēšana

Es izmantoju Solidworks, lai izstrādātu struktūru. Bāze ir paredzēta drukātās shēmas plates izvietošanai. Caur pamatni, kājām un augšējiem gabaliem ir tuneļi vadu novirzīšanai. Mums nebija laika izdrukāt shēmas plati, tāpēc shēmas plates izgriezums palika neizmantots.

2. darbība. Elektromagnēta uztīšana

Lai uztītu elektromagnētu, mēs izmantojām urbi, lai pagrieztu skrūvi ar paplāksnēm kā barjerām. Mēs gājām ļoti lēni, lai pārliecinātos, ka vads pats nepārklājas. Šāda rīcība prasīja ilgu laiku. Es domāju, ka būtu labi ietaupīt daudz laika un mazāk uzmanīties ar pārklāšanos tinuma laikā. Mēs aprēķinājām, ka elektromagnētā ir 1500 pagriezienu.

3. solis: barošanas avoti

Pārbaudei mēs izmantojām mainīgu līdzstrāvas barošanas avotu. Pēc tam, kad viss darbojās, es izmantoju veco 19 V klēpjdatora lādētāju un 12 V sprieguma regulatoru, lai barotu 12 V sliedi. Es izmantoju 5V regulatoru no 12V regulatora izejas, lai piegādātu enerģiju 5V sliedei. Ir ļoti svarīgi savienot visus savus laukumus kopā. Pirms to izdarījām, mums bija problēmas ar ķēdēm. Mēs izmantojām kondensatorus 12V un 5V barošanas avotos, lai samazinātu troksni barošanas sliedēs uz tāfeles.

4. solis: levitācijas ķēde

Levitācijas ķēde ir šī projekta grūtākā daļa. Magnētiskā levitācija tiek veikta, izmantojot zāles efekta sensoru, lai noteiktu attālumu no pastāvīgā magnēta līdz elektromagnētam, un salīdzināšanas ķēdi, lai ieslēgtu vai izslēgtu elektromagnētu. Tā kā sensors saņem spēcīgāku magnētisko lauku, sensors izvada zemāku spriegumu. Šo spriegumu salīdzina ar regulējamu spriegumu, kas nāk no potenciometra. Mēs izmantojām op-amp, lai salīdzinātu divus spriegumus. Op pastiprinātāja izeja ieslēdz vai izslēdz N kanāla mosfetu, lai caur elektromagnētu varētu plūst strāva. Kad pastāvīgais magnēts (piestiprināts pie gaismas diodes) ir pārāk tuvu elektromagnētam, kur tas tiks iesūkts līdz elektromagnētam, elektromagnēts izslēgsies, un, kad tas ir pārāk tālu, kur tas nokristu no levitācijas, elektromagnēts ieslēdzas. Kad tiek atrasts līdzsvars, elektromagnēts ļoti ātri ieslēdzas un izslēdzas, uztverot un atlaižot magnētu, ļaujot tam levitēt. Potenciometru var izmantot, lai pielāgotu attālumu, kādā magnēts lidinās.

Osciloskopa ekrāna attēlā var redzēt signālu no zāles efekta sensora izejas un magnēta ieslēgšanos un izslēgšanu. Kad gaismas diode tuvinās sensoram, dzeltenā līnija palielinās. Kad magnēts atrodas uz zaļās līnijas, ir zems. Kad tas ir izslēgts, zaļā līnija ir augsta.

Atkarībā no vides un tā, ko izmantojat kā viļņu formas ģeneratoru, jums var būt nepieciešams pievienot nelielu kondensatoru no sensora izejas uz zemi. Tas ļaus lielākajai daļai trokšņa nonākt tieši zemē un tīru signālu no sensora izmantot op-amp.

5. solis: bezvadu barošanas ķēde

Lai apstrādātu bezvadu jaudas pārnesi, mēs ap sensoru turētāju aptinām 25 apgriezienu primāro spoli ar 24 gabarīta magnēta vadu. Pēc tam mēs izgatavojām sekundāro spoli, aptinot 32 gabarītu magnēta vadu ap papīra cauruli 25 apgriezienus. Kad tas bija iesaiņots, mēs nobīdījām spoli no papīra un pielodējām pie gaismas diodes. Noteikti noņemiet magnēta stieples emaljas pārklājumu, kur lodējat.

Mēs izmantojām kvadrātveida viļņu ģeneratoru 1 MHz, lai ieslēgtu un izslēgtu MOSFET, kas ļauj strāvai plūst caur primāro spoli no 0 līdz 12 V pie 1 MHz. Testēšanai funkciju ģeneratoram izmantojām analogo atklāšanu. Galīgajā versijā MOSFET pārslēgšanai tiek izmantota kvadrātveida viļņu ģeneratora ķēde ar 555 taimeri. Tomēr šī ķēde radīja troksni, kas traucēja strāvas sliedēm. Es izveidoju alumīnija folijas oderi, kurā ir dalītājs, lai atdalītu viļņu ģeneratoru un levitācijas ķēdi. Tas ievērojami samazināja trokšņa daudzumu.

6. darbība: montāža

Es izmantoju Chroma Strand Labs ABS, lai 3D drukātu pamatni un kājas. Drukājot kājas pārāk izlocījās, tāpēc es atkārtoti drukāju ar Chroma Strand Labs PETg. PETg deformējās ļoti maz. Visas detaļas sader kopā, neizmantojot līmi. Mums vajadzēja izgriezt dažus iecirtumus, lai pievienotu papildu atstarpi vadiem. Jums, iespējams, vajadzēs noslīpēt vietas, kas saskaras ar citiem gabaliem, lai tie būtu brīvi piemēroti.

Mēs plānojam izdrukāt shēmas plati un pielodēt komponentus tā, lai tas viss ietilptu shēmas plates izgriezumā.