چگونه با دستان خود شناور مغناطیسی درست کنید. شناور مغناطیسی - چیست و چگونه ممکن است. لویترون خانگی در نسخه کلاسیک بدون سنسور

.
در این مقاله کنستانتین، کارگاه How-todo، نحوه ساخت لویترون را به ما نشان می دهد.

بنابراین، لویترون. اصل کار این pribluda ساده است، مانند یک پیچ خودکار. ما از یک آهنربای الکتریکی برای بلند کردن یک قطعه از مواد مغناطیسی به هوا استفاده می کنیم. برای ایجاد اثر اوج گرفتن، آهنربای الکتریکی با فرکانس بالا روشن و خاموش می شود.

یعنی همانطور که بود یک نمونه مغناطیسی را بلند کرده و پرتاب می کنیم.

طرح چنین دستگاهی به طرز شگفت آوری ساده است و تکرار آن دشوار نیست. در اینجا شماتیک است.

ما به مواد و قطعات نیاز داریم.

LED از هر رنگی، لازم نیست.
ترانزیستور IRFZ44N، تقریباً هر کارگر میدانی مشابه در پارامترها این کار را انجام می دهد.
دیود، در اینجا نویسنده از HER207 استفاده می کند، برخی از 1N4007 به همین خوبی کار می کنند.
مقاومت های 1 کیلو اهم و 330 اهم (دومی اختیاری است).

سنسور هال من این A3144 رو دارم با مشابهش هم قابل تعویضه.
سیم پیچ مسی میناکاری شده با قطر 0.3 0.4 میلی متر 20 متر نویسنده دارای سیم 0.36 میلی متر است.

آهنربا از نوع قرص نئودیمیم، با اندازه 5 در 1 میلی متر، نیز در حد منطقی اهمیت چندانی ندارد.

یک شارژر پنج ولتی غیر ضروری از گوشی به عنوان منبع تغذیه مناسب است.

چسب، کاغذ، لحیم کاری ... کیت لحیم کاری استاندارد.

بیایید به مونتاژ برویم. ابتدا باید یک سیم پیچ مقوایی برای بدنه آهنربای الکتریکی آینده بسازید.
پارامترهای کویل به شرح زیر است:
قطر آستین داخلی 6 میلی متر، عرض لایه سیم پیچ تقریباً 23 میلی متر و قطر گونه ها با حاشیه حدود 25 میلی متر است.

همانطور که می بینید، کنستانتین یک جعبه برای قرقره از مقوا ساخت و یک برگه نوت بوک را کوتاه کرد و آنها را با چسب فوق العاده روان کرد.
ابتدای سیم را در قاب ثابت می کنیم، صبور باشید و حدود 550 دور شروع به پیچیدن می کنیم.

جهت سیم پیچ مهم نیست. شما حتی می توانید آن را به صورت عمده باد کنید، اما این روش ما نیست.

12 لایه را می پیچیم، به نوبه خود می چرخانیم، هر لایه را با نوار الکتریکی جدا می کنیم.

بعد از گذشت یک ساعت و نیم انتهای سیم را درست می کنیم و کلاف را کنار می گذاریم.

ما به لحیم کاری ادامه می دهیم، همه چیز طبق طرح است، بدون هیچ تفاوتی.

خروجی سنسور هال را با سیم گسترش می دهیم و با هیت شرینک عایق می کنیم، زیرا باید داخل سیم پیچ قرار گیرد.

در واقع، همه چیز، فقط راه اندازی باقی می ماند، برای این ما سنسور هال را در داخل سیم پیچ نصب می کنیم و آن را با وسایل بداهه تعمیر می کنیم.

سیم پیچ را آویزان می کنیم، برق را تامین می کنیم.

با آوردن آهنربا احساس می کنیم بسته به قطبیت آن جذب یا دفع می شود.
در فاصله ای، آهنربا سعی می کند آویزان شود، اما برای مدت طولانی آویزان نمی شود.

ما اسناد مربوط به سنسور را مطالعه می کنیم، جایی که به طور خاص در تصاویر نشان داده شده است که در کدام طرف دارای یک منطقه حساس است.

آن را بیرون می آوریم و خم می کنیم تا قسمت صاف با کتیبه ها به موازات زمین ختم شود.

ما آن را عقب می زنیم، این بار همه چیز خیلی بهتر است.

اما هنوز اوج نمی گیرد.

مشکل در شکل آهنربا، یعنی شکل تخت "قرص" نهفته است.
بهترین چیزی نیست که می توانید برای شناور فکر کنید. فقط کافی است مرکز ثقل را به پایین منتقل کنید. آن را با یک تکه کاغذ ضخیم مرتب می کنیم.

به هر حال، قبل از چسباندن وزنه تعادل، فراموش نکنید که ابتدا ببینید آهنربا از کدام طرف به سیم پیچ جذب می شود.

اکنون همه چیز کم و بیش کار می کند، فقط مرکز و تعمیر سنسور باقی می ماند.

همانطور که می دانید لویترون به بالای جعبه ای که در آن منبع میدان مغناطیسی کار می کند در هوا می چرخد ​​نامیده می شود. شما می توانید یک لویترون از یک سنسور محبوب سالن بسازید.

لویترون چیست؟

توجه! یک راه کاملا ساده برای کاهش مصرف سوخت پیدا کردم! باور نمی کنی؟ یک مکانیک خودرو با 15 سال تجربه نیز تا زمانی که آن را امتحان نکرد، باور نکرد. و اکنون او 35000 روبل در سال در بنزین پس انداز می کند!

لویترون یک اسباب بازی است. خرید آن بی معنی است اگر گزینه های ساخت یک دستگاه خانگی را می دانید. اگر یک سنسور سالن معمولی وجود داشته باشد، به عنوان مثال، برای یک توزیع کننده خودرو خریداری شده و برای استفاده در آینده باقی می ماند، در طراحی چنین لویترون هیچ چیز پیچیده ای وجود نخواهد داشت.

باید بدانید که اثر شناور همیشه در یک منطقه نسبتاً باریک مشاهده می شود. چنین واقعیت هایی تا حدودی آزادی عمل صنعتگران را محدود می کند، با این حال، با استفاده از صبر و زمان، همیشه می توانید Levitron را کارآمد و مؤثر راه اندازی کنید. عملا نمی افتد و نمی پرد.

لویترون از سنسور سالن

لویترون روی سنسور هال و ایده ساخت آن مانند همه چیز مبتکرانه ساده است. به لطف قدرت میدان مغناطیسی، یک قطعه از هر ماده ای با خواص الکترومغناطیسی به هوا بالا می رود.

برای ایجاد اثر "آویزان"، معلق در هوا، اتصال با فرکانس بالا انجام می شود. به عبارت دیگر، میدان مغناطیسی، همانطور که بود، مواد را بلند و پرتاب می کند.

طرح دستگاه بسیار ساده است و حتی یک دانش آموز که درس های فیزیک را بیهوده گذرانده است، می تواند همه چیز را به تنهایی بسازد.

1. ما به یک LED نیاز داریم (رنگ آن بسته به ترجیحات فردی انتخاب می شود).
2. ترانزیستورهای RFZ 44N (اگرچه هر کارگر میدانی نزدیک به این پارامترها این کار را انجام خواهد داد).
3. دیود 1N 4007.
4. مقاومت های 1 کیلو اهم و 330 اهم.
5. در واقع، خود سنسور سالن (A3144 یا دیگری).
6. سیم سیم پیچ مسی با اندازه 0.3-0.4 میلی متر (حدود 20 متر کافی خواهد بود).
7. آهنربای نئودیمیوم به شکل قرص 5x1 میلی متر.
8. شارژر تلفن همراه 5 ولت.

اکنون به تفصیل در مورد نحوه انجام مونتاژ:

• یک قاب برای آهنربای الکتریکی دقیقاً با همان پارامترهای موجود در عکس ساخته شده است. 6 میلی متر - قطر، حدود 23 میلی متر - طول سیم پیچ، 25 میلی متر - قطر گونه با حاشیه. یک قاب از مقوا و یک برگه دفتر معمولی با استفاده از چسب فوق العاده ساخته شده است.

• انتهای سیم مسی روی سیم پیچ ثابت می شود و سپس سیم پیچی انجام می شود (تقریباً 550 دور). فرقی نمی کند به کدام جهت باد شود. انتهای دیگر سیم نیز ثابت است، در حالی که سیم پیچ کنار گذاشته شده است.
• ما همه چیز را طبق طرح لحیم می کنیم.

• سنسور هال به سیم ها لحیم می شود و سپس روی سیم پیچ قرار می گیرد. لازم است آن را در داخل سیم پیچ قرار دهید، آن را با وسایل بداهه ثابت کنید.

توجه ناحیه حساس سنسور (از مستندات سنسور سالن مشخص می شود) باید موازی با زمین به نظر برسد. بنابراین، قبل از قرار دادن سنسور در سیم پیچ، توصیه می شود این مکان را کمی خم کنید.

• سیم پیچ معلق است، از طریق تخته لحیم کاری قبلی تغذیه می شود. سیم پیچ با استفاده از سه پایه ثابت می شود.

اکنون می توانید نحوه عملکرد Levitron را بررسی کنید. هر ماده برق دار را می توان از پایین به سیم پیچ آورد. بسته به قطبیت، یا توسط سیم پیچ جذب می شود یا دفع می شود. اما ما به موادی نیاز داریم که در هوا آویزان شوند، اوج بگیرند. اگر شکل مواد نسبت به سیم پیچ خیلی کوچک نباشد، همینطور خواهد بود.

توجه داشته باشید. اگر آهنربای قرص کوچک باشد، به طور موثری معلق نخواهد شد. ممکن است سقوط کند. برای از بین بردن نقص در کار، لازم است مرکز ثقل مواد را به پایین منتقل کنید - یک تکه کاغذ معمولی به عنوان بار مناسب است.

همانطور که برای LED، شما نمی توانید آن را قرار دهید. از طرف دیگر، اگر می خواهید جلوه بیشتری داشته باشید، می توانید یک نمایش با نور ترتیب دهید.

لویترون خانگی در نسخه کلاسیک بدون سنسور

همانطور که می بینید، به لطف وجود سنسور سالن، امکان ساخت یک اسباب بازی کاملاً دیدنی وجود داشت. با این حال، این به هیچ وجه به این معنی نیست که بدون سنسور نمی تواند کار کند. برعکس، یک لویترون خانگی در نسخه کلاسیک فقط یک آهنربای بزرگ از بلندگو (قطر 13-15 سانتی متر) و یک آهنربای حلقه کوچک برای قسمت بالایی (قطر 2-3 سانتی متر) بدون استفاده از سنسور است. .

محور بالا معمولا از یک خودکار یا مداد قدیمی ساخته می شود. نکته اصلی این است که میله به گونه ای انتخاب شده است که به خوبی در مرکز آهنربای حلقه قرار گیرد. سپس قسمت اضافی دسته بریده می شود (به طول حدود 10 سانتی متر، همراه با آهنربای بالایی ثابت، این چیزی است که شما نیاز دارید).

طرح تولید کلاسیک Levitron همچنین دلالت بر وجود ده ها واشر مختلف برش داده شده از کاغذ ضخیم دارد. آنها برای چه کاری هستند؟ اگر در موردی که در بالا توضیح داده شد، از کاغذ نیز استفاده می شد، و همانطور که به یاد داریم، برای جابجایی مرکز ثقل به پایین یا، ساده تر، برای تنظیم استفاده می شد. اینجا هم همینطور است. واشرها برای تنظیم ایده آل رویه مورد نیاز خواهند بود (در صورت لزوم، آنها پس از آهنربای حلقه روی میله کاشته می شوند).

توجه برای اینکه یک فرفره خانگی به طور کامل معلق شود، علاوه بر نصب آن با واشر، لازم نیست قطبیت آن را نیز اشتباه کنید. به عبارت دیگر، آهنربای حلقه را با آهنربای بزرگ تراز کنید.

اما این همه ماجرا نیست. مانند حالت اول (با استفاده از سنسور هال) و در حالت دوم، رسیدن به یکنواختی ایده آل منبع جذب ضروری است. به عبارت دیگر، یک آهنربا بزرگ را روی یک سطح کاملا صاف قرار دهید. برای رسیدن به این هدف از پایه های چوبی با ضخامت های مختلف استفاده می شود. اگر آهنربا به طور یکنواخت قرار نگیرد، پایه ها در یک یا چند طرف قرار می گیرند، بنابراین یکنواختی تنظیم می شود.

لویترون های پلت فرم

طرح پلت فرم Levitron، به طور معمول، در حضور نه یک، بلکه چندین آهنربا منبع متفاوت است. مواد شناور در هوا یا بالا در این مورد تمایل دارند روی یکی از آهنرباها بیفتند، زیرا از محور عمودی جابجا شده اند. برای جلوگیری از این امر، باید بتوانید منطقه مرکزی جذب را تصحیح کنید و آن را با دقت کامل انجام دهید.

و در اینجا همان سیم پیچ ها با یک سنسور سالن در داخل به کمک می آیند. بگذارید دو سیم پیچ وجود داشته باشد، و آنها باید دقیقاً در وسط سکو، بین آهنرباها قرار گیرند. در نمودار، به این صورت خواهد بود (1 و 2 آهنربا هستند).

از نمودار مشخص می شود که هدف از کنترل سیم پیچ ها ایجاد یک نیروی افقی، مرکز جذب است. این نیرو به طور رسمی Fss نامیده می شود و هنگامی که جابجایی رخ می دهد به سمت محور تعادل هدایت می شود که در نمودار به صورت X نشان داده شده است.

اگر سیم پیچ ها را به گونه ای وصل کنید که پالس ناحیه ای با قطبیت معکوس ایجاد کند، می توانید مشکل را با افست حل کنید. هر فیزیکدانی این را تایید خواهد کرد.

هر دستگاه پخش DVD قدیمی به عنوان یک مورد برای ساخت پلت فرم لویترون انتخاب می شود. تمام "درون" از آن برداشته می شود، آهنرباها و سیم پیچ ها نصب می شوند و برای زیبایی، قسمت بالایی با یک پوشش عملی ساخته شده از یک ماده نازک و شفاف (انتقال یک میدان مغناطیسی) بسته می شود.

سنسورهای سالن باید از سوراخ های سکو بیرون بزنند، باید روی پایه های خم نشده اتصال دهنده ها لحیم شوند.

در مورد آهنرباها، اینها می توانند عناصر گرد با ضخامت 4 میلی متر باشند. مطلوب است که یکی از آهنرباها از نظر قطر بزرگتر از دومی باشد. مثلا 25 و 30 میلی متر.

همچنین نسخه های پیچیده تری از لویترون ها وجود دارد که بر اساس طرح چرخاندن یک تاپ واقع در داخل یک کره کوچک ساخته شده اند. این لویترون ها همچنین می توانند با استفاده از حسگرهای سالن ساخته شوند - اجزای موثری که انقلابی در صنعت خودروسازی و سایر حوزه های فعالیت انسانی ایجاد کرده اند.

همانطور که می دانید زمین به دلیل نظم حاکم بر جهان دارای خاصیت خاصی است و آرزوی انسان همیشه این بوده است که به هر وسیله ای بر آن غلبه کند. معلق شدن مغناطیسی اصطلاحی است که به جای اشاره به واقعیت روزمره بسیار خارق العاده است.

در ابتدا به معنای توانایی فرضی غلبه بر گرانش به روشی ناشناخته و حرکت افراد یا اشیاء در هوا بدون تجهیزات کمکی بود. با این حال، در حال حاضر مفهوم "جلوگیری مغناطیسی" در حال حاضر کاملا علمی است.

چندین ایده نوآورانه به طور همزمان در حال توسعه هستند که مبتنی بر این پدیده هستند. و همه آنها در آینده فرصت های بزرگی را برای برنامه های کاربردی همه کاره نوید می دهند. درست است، شناور مغناطیسی نه با روش های جادویی، بلکه با استفاده از دستاوردهای بسیار خاص فیزیک، یعنی بخشی که میدان های مغناطیسی و هر چیزی که با آنها مرتبط است را مطالعه می کند، انجام می شود.

کمی تئوری

در بین افراد دور از علم، این عقیده وجود دارد که شناور مغناطیسی یک پرواز هدایت شونده آهنربا است. در واقع این اصطلاح به معنای غلبه بر جسم گرانشی به کمک میدان مغناطیسی است. یکی از ویژگی های آن فشار مغناطیسی است که برای "مبارزه کردن" با گرانش زمین استفاده می شود.

به زبان ساده، هنگامی که گرانش جسمی را به سمت پایین می کشد، فشار مغناطیسی به گونه ای هدایت می شود که آن را در جهت مخالف - به سمت بالا - دفع می کند. اینگونه است که آهنربا معلق می شود. مشکل در اجرای این نظریه این است که میدان ایستا ناپایدار است و در یک نقطه معین تمرکز نمی کند، بنابراین ممکن است نتواند به طور موثر در برابر جاذبه مقاومت کند. بنابراین، عناصر کمکی مورد نیاز است که به میدان مغناطیسی پایداری دینامیکی بدهد، به طوری که شناور شدن آهنربا یک پدیده منظم است. روش های مختلفی به عنوان تثبیت کننده برای آن استفاده می شود. اغلب - جریان الکتریکی از طریق ابررساناها، اما پیشرفت های دیگری در این زمینه وجود دارد.

شناور فنی

در واقع، تنوع مغناطیسی به اصطلاح گسترده تری برای غلبه بر جاذبه گرانشی اشاره دارد. بنابراین، شناور فنی: بررسی روش ها (بسیار مختصر).

به نظر می رسد که ما کمی با فناوری مغناطیسی مرتب شده ایم، اما یک روش الکتریکی نیز وجود دارد. بر خلاف مورد اول، دومی را می توان برای دستکاری با محصولات ساخته شده از مواد مختلف (در مورد اول، فقط مواد مغناطیسی)، حتی دی الکتریک استفاده کرد. شناورهای الکترواستاتیکی و الکترودینامیکی نیز تقسیم می شوند.

توانایی حرکت ذرات تحت تأثیر نور توسط کپلر پیش بینی شده بود. و وجود آن توسط لبدف ثابت شد. حرکت یک ذره در جهت منبع نور (جلو نوری) را فوتوفورز مثبت و در جهت مخالف - منفی می نامند.

شناور آیرودینامیکی، متفاوت از نوری، به طور گسترده ای در فناوری های امروزی قابل استفاده است. به هر حال، "بالش" یکی از انواع آن است. ساده ترین بالشتک هوا به راحتی به دست می آید - سوراخ های زیادی در بستر حامل سوراخ می شود و هوای فشرده از طریق آنها دمیده می شود. در این حالت، نیروی بالابر هوا جرم جسم را متعادل می کند و در هوا اوج می گیرد.

آخرین روشی که در حال حاضر برای علم شناخته شده است، شناورسازی با استفاده از امواج صوتی است.

نمونه هایی از شناور مغناطیسی چیست؟

داستان های علمی تخیلی رویای دستگاه های قابل حملی به اندازه یک کوله پشتی را در سر می پروراند که می تواند با سرعت قابل توجهی فرد را در جهتی که نیاز دارد، "روان" کند. علم تاکنون مسیر متفاوتی را طی کرده است، عملی تر و امکان پذیرتر - قطاری ایجاد شد که با استفاده از شناور مغناطیسی حرکت می کند.

تاریخچه قطارهای فوق العاده

برای اولین بار، ایده ترکیب با استفاده از یک موتور خطی توسط مهندس و مخترع آلمانی آلفرد زین ارائه شد (و حتی ثبت اختراع شد). و این در سال 1902 بود. پس از این، توسعه یک سیستم تعلیق الکترومغناطیسی و یک قطار مجهز به آن با نظم رشک‌آور ظاهر شد: در سال 1906، فرانکلین اسکات اسمیت نمونه اولیه دیگری را بین سال‌های 1937 و 1941 پیشنهاد کرد. تعدادی از اختراعات مربوط به همین موضوع توسط هرمان کمپر دریافت شد و کمی بعد، اریک لازویت بریتانیایی یک نمونه اولیه کار در اندازه کامل از موتور ایجاد کرد. در دهه 60، او همچنین در توسعه Tracked Hovercraft شرکت کرد، که قرار بود بیشترین باشد، اما نشد، زیرا به دلیل بودجه ناکافی در سال 1973 پروژه بسته شد.

تنها شش سال بعد، دوباره در آلمان، قطار مگلو ساخته شد و برای حمل و نقل مسافر مجوز گرفت. مسیر آزمایشی که در هامبورگ گذاشته شد کمتر از یک کیلومتر طول داشت، اما خود این ایده به قدری الهام بخش جامعه بود که قطار حتی پس از بسته شدن نمایشگاه کار کرد و توانست 50000 نفر را در سه ماه جابجا کند. سرعت آن، با استانداردهای مدرن، چندان عالی نبود - فقط 75 کیلومتر در ساعت.

نه یک نمایشگاه، بلکه یک مگلو تجاری (به عنوان قطار با آهنربا) از سال 1984 بین فرودگاه بیرمنگام و ایستگاه راه آهن در حال حرکت است و 11 سال در پست خود دوام آورده است. طول مسیر حتی کمتر بود، تنها 600 متر، و قطار 1.5 سانتی متر بالاتر از مسیر بود.

نوع ژاپنی

در آینده، هیجان در مورد قطارهای مگلو در اروپا فروکش کرد. اما در پایان دهه 90، چنین کشوری مانند ژاپن به طور فعال به آنها علاقه مند شد. چندین مسیر نسبتاً طولانی قبلاً در قلمرو آن ایجاد شده است که در امتداد آنها مگلوها با استفاده از پدیده ای مانند شناور مغناطیسی پرواز می کنند. رکوردهای سرعت ثبت شده توسط این قطارها نیز همین کشور است. آخرین آنها محدودیت سرعت بیش از 550 کیلومتر در ساعت را نشان داد.

چشم اندازهای بیشتر برای استفاده

از یک طرف، مگلوها به دلیل توانایی حرکت سریع جذاب هستند: طبق محاسبات نظریه پردازان، می توان آنها را تا 1000 کیلومتر در ساعت در آینده نزدیک شتاب داد. از این گذشته، آنها توسط شناور مغناطیسی تغذیه می شوند و تنها مقاومت هوا باعث کاهش سرعت آنها می شود. بنابراین، ارائه حداکثر خطوط آئرودینامیکی به ترکیب، تاثیر آن را تا حد زیادی کاهش می دهد. علاوه بر این، با توجه به اینکه آنها به ریل دست نمی زنند، فرسودگی این گونه قطارها بسیار کند است که از نظر اقتصادی بسیار مفید است.

مزیت دیگر کاهش اثر نویز است: مگلوها در مقایسه با قطارهای معمولی تقریبا بی صدا حرکت می کنند. امتیاز آن نیز استفاده از الکتریسیته در آنهاست که از اثرات مضر بر طبیعت و جو می کاهد. علاوه بر این، می‌تواند بر شیب‌های تندتر غلبه کند و این امر نیاز به کشیدن مسیر راه‌آهن در اطراف تپه‌ها و شیب‌ها را از بین می‌برد.

کاربرد انرژی

یک جهت عملی به همان اندازه جالب را می توان استفاده گسترده از یاتاقان های مغناطیسی در اجزای کلیدی مکانیسم ها در نظر گرفت. نصب آنها مشکل جدی سایش مواد منبع را حل می کند.

همانطور که می دانید، بلبرینگ های کلاسیک به سرعت فرسوده می شوند - آنها دائماً بارهای مکانیکی بالایی را تجربه می کنند. در برخی مناطق، نیاز به تعویض این قطعات نه تنها به معنای هزینه های اضافی است، بلکه خطر بالایی را برای افرادی که مکانیزم را سرویس می کنند نیز به همراه دارد. چندین بار به کار خود ادامه دهید، بنابراین استفاده از آنها برای هر شرایط شدید بسیار توصیه می شود. به ویژه، در انرژی هسته ای، فن آوری های باد یا صنایع همراه با دمای بسیار پایین / بالا.

هواپیماها

در مسئله نحوه اجرای شناور مغناطیسی، یک سوال منطقی مطرح می شود: بالاخره چه زمانی یک هواپیمای تمام عیار ساخته و به بشر مترقی ارائه می شود که در آن از شناور مغناطیسی استفاده شود؟ از این گذشته، شواهد غیرمستقیم وجود چنین "یوفوهایی" وجود دارد. به عنوان مثال، "ویمانا" های هندی باستانی ترین دوران یا "دیسکوپلن های" هیتلر را در نظر بگیرید، که از نظر زمانی به ما نزدیک تر هستند و از جمله از روش های الکترومغناطیسی سازماندهی بالابر استفاده می کنند. نقشه های تقریبی و حتی عکس های مدل های کار حفظ شده است. این سؤال همچنان باز است: چگونه می توان همه این ایده ها را زنده کرد؟ اما همه چیز فراتر از نمونه های اولیه غیرقابل اجرا برای مخترعان مدرن نیست. یا شاید این اطلاعات خیلی سری است؟

ایده این درس از پروژه پلتفرم تامین مالی جمعی Kickstarter به نام "Air Bonsai" الهام گرفته شده است، یک پروژه واقعا زیبا و مرموز که توسط ژاپنی ها ساخته شده است.

اما هر معمایی را می توان با نگاه کردن به درون توضیح داد. در واقع، این شناور مغناطیسی است، زمانی که یک جسم از بالا معلق باشد، و یک آهنربای الکتریکی توسط یک مدار کنترل شود. بیایید با هم برای تحقق این پروژه مرموز تلاش کنیم.

متوجه شدیم که مدار دستگاه Kickstarter کاملاً پیچیده و بدون میکروکنترلر است. هیچ راهی برای یافتن مدار آنالوگ آن وجود نداشت. در واقع، اگر با دقت بیشتری نگاه کنید، اصل شناور بودن بسیار ساده است. ما باید یک قسمت مغناطیسی را در بالای قسمت مغناطیسی دیگر "شناور" بسازیم. کار اصلی بیشتر این بود که اطمینان حاصل شود که آهنربای معلق نمی افتد.

همچنین این پیشنهاد وجود داشت که انجام این کار با آردوینو در واقع بسیار ساده تر از تلاش برای کشف شماتیک یک دستگاه ژاپنی است. در واقع، همه چیز بسیار ساده تر بود.

شناور مغناطیسی از دو قسمت تشکیل شده است: یک قسمت پایه و یک قسمت شناور (معروف کننده).

پایه

این قسمت در پایین قرار دارد که از یک آهنربا برای ایجاد میدان مغناطیسی دایره ای و آهنرباهای الکترومغناطیسی برای کنترل این میدان مغناطیسی تشکیل شده است.

هر آهنربا دو قطب دارد: شمال و جنوب. آزمایش ها نشان می دهد که اضداد جذب و مانند قطب ها دفع می کنند. چهار آهنربای استوانه‌ای در یک مربع قرار گرفته‌اند و دارای قطبیت یکسان هستند و یک میدان مغناطیسی دایره‌ای به سمت بالا تشکیل می‌دهند تا هر آهن‌ربایی را که در بین آن قطب یکسانی داشته باشد، بیرون بزند.

به طور کلی چهار آهنربای الکتریکی وجود دارد، آنها در یک مربع قرار می گیرند، دو آهنربای متقارن یک جفت هستند و میدان مغناطیسی آنها همیشه مخالف است. سنسور و مدار اثر هال آهنرباهای الکتریکی را کنترل می کنند. ما با جریان عبوری از آهنرباهای الکتریکی، قطب های مخالف ایجاد می کنیم.

قسمت شناور

این مورد شامل یک آهنربا شناور در بالای پایه است که می تواند یک گلدان کوچک گیاهی یا موارد دیگر را حمل کند.

آهنربای بالایی توسط میدان مغناطیسی آهنرباهای پایینی بلند می شود، زیرا آنها قطب های یکسانی دارند. با این حال، به عنوان یک قاعده، تمایل به سقوط و کشیدن به سمت یکدیگر دارد. برای جلوگیری از واژگونی و افتادن بالای آهنربا، آهنرباهای الکتریکی میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند تا به لطف حسگر اثر هال، قسمت شناور را به تعادل برساند. آهنرباهای الکتریکی توسط دو محور X و Y کنترل می شوند که به موجب آن آهنربای بالایی متعادل و شناور نگه داشته می شود.

کنترل الکترومغناطیس آسان نیست و نیاز به یک کنترل کننده PID دارد که در مرحله بعد به تفصیل مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مرحله 2: کنترل کننده PID (PID)

از ویکی پدیا: "کنترل کننده متناسب-انتگرال-متمایز کننده (PID) دستگاهی در یک حلقه کنترل با بازخورد است. در سیستم های کنترل خودکار برای تولید سیگنال کنترل به منظور به دست آوردن دقت و کیفیت لازم فرآیند گذرا استفاده می شود. کنترل کننده PID یک سیگنال کنترلی تولید می کند که مجموع سه عبارت است، که اولی متناسب با تفاوت بین سیگنال ورودی و سیگنال بازخورد (سیگنال خطا)، دومی انتگرال سیگنال خطا، سومی مشتق است. از سیگنال خطا

به عبارت ساده: "کنترل کننده PID مقدار "خطا" را به عنوان تفاوت بین [ورودی] اندازه گیری شده و تنظیم مورد نظر محاسبه می کند. کنترل کننده سعی می کند با تنظیم [خروجی] خطا را به حداقل برساند."

بنابراین، شما به PID می‌گویید چه چیزی را اندازه‌گیری کند (ورودی)، چه مقداری را می‌خواهید و متغیری که به داشتن این مقدار در خروجی کمک می‌کند. سپس کنترل کننده PID خروجی را تنظیم می کند تا ورودی برابر با تنظیمات باشد.

مثلا: در خودرو سه مقدار داریم (ورودی، تنظیم، خروجی) به ترتیب – سرعت، سرعت دلخواه و زاویه پدال گاز.

در این پروژه:

1. ورودی یک مقدار جریان بیدرنگ از سنسور سالن است که به طور مداوم به روز می شود زیرا موقعیت آهنربای شناور در زمان واقعی تغییر می کند.
2. نقطه تنظیم مقداری از سنسور سالن است که وقتی آهنربای شناور در موقعیت تعادل، در مرکز پایه آهنرباها قرار دارد، اندازه گیری می شود. این شاخص ثابت است و در طول زمان تغییر نمی کند.
3. سیگنال خروجی سرعت کنترل آهنرباهای الکتریکی است.

با تشکر از جامعه آردوینو برای نوشتن یک کتابخانه PID که استفاده از آن بسیار آسان است. اطلاعات بیشتر در مورد PID آردوینو را می توانید در وب سایت رسمی آردوینو بیابید. ما باید از یک جفت کنترلر PID در آردوینو استفاده کنیم، یکی برای محور X و دیگری برای محور Y.

مرحله 3: لوازم جانبی

لیست اجزای درس مناسب است. در زیر لیستی از قطعاتی که باید برای این پروژه بخرید آمده است، قبل از شروع مطمئن شوید که همه چیز را دارید. برخی از قطعات بسیار محبوب هستند و احتمالاً آنها را در انبار خود یا در خانه پیدا خواهید کرد.

مرحله 4: ابزار

در اینجا لیستی از ابزارهایی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند آورده شده است:

• آهن لحیم کاری
• اره دستی
• مولتی متر
• مته
• اسیلوسکوپ (اختیاری، می توانید از مولتی متر استفاده کنید)
• مته نیمکت
• چسب گرم
• انبر

مرحله 5: LM324 Op-amp، درایور L298N و SS495a

LM324 Opamp

آمپلی فایرهای عملیاتی (op-amp) یکی از مهم ترین، پرکاربردترین و همه کاره ترین مدارهایی هستند که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند.

ما از یک آپ امپ برای تقویت سیگنال از سنسور هال استفاده می کنیم که هدف آن افزایش حساسیت است تا آردوینو بتواند به راحتی تغییر در میدان مغناطیسی را تشخیص دهد. تغییر چند میلی ولت در خروجی سنسور هال پس از عبور از آمپلی فایر می تواند چندین صد واحد در آردوینو تغییر کند. این برای اطمینان از عملکرد صاف و پایدار کنترلر PID ضروری است.

آپمپ رایجی که ما انتخاب کردیم LM324 است، ارزان است و می توانید آن را در هر فروشگاه الکترونیکی خریداری کنید. LM324 دارای 4 تقویت کننده داخلی است که امکان استفاده انعطاف پذیر را فراهم می کند، با این حال این پروژه فقط به دو تقویت کننده نیاز دارد، یکی برای محور X و دیگری برای محور Y.

ماژول L298N

پل H دوبل L298N معمولاً برای کنترل سرعت و جهت دو موتور DC یا رانندگی یک موتور پله ای دوقطبی به راحتی استفاده می شود. L298N را می توان با موتورهای 5 تا 35 VDC استفاده کرد.

همچنین یک رگولاتور داخلی 5 ولت وجود دارد، بنابراین اگر ولتاژ تغذیه تا 12 ولت باشد، می توانید یک منبع تغذیه 5 ولت را نیز از برد وصل کنید.

این پروژه از L298N برای به حرکت درآوردن دو جفت سیم پیچ آهنربای الکتریکی استفاده می کند و از خروجی 5 ولت برای تغذیه آردوینو و سنسور هال استفاده می کند.

پین‌آوت ماژول:

• خروجی 2: جفت الکترومغناطیس X
• از 3: یک جفت الکترومغناطیس Y
• برق ورودی: ورودی 12 ولت DC
• GND: زمین
• خروجی 5 ولت: 5 ولت برای آردوینو و سنسورهای هال
• EnA: سیگنال PWM را برای خروجی 2 فعال کنید
• In1: برای خروجی 2 فعال کنید
• In2: برای Out 2 فعال کنید
• In3: برای خروجی 3 فعال کنید
• In4: برای خروجی 3 فعال کنید
• EnB: سیگنال PWM را برای Out3 فعال کنید

اتصال به آردوینو: باید 2 جامپر روی پین های EnA و EnB را برداریم، سپس 6 پایه In1، In2، In3، In4، EnA، EnB را به آردوینو وصل کنیم.

سنسور هال SS495a

SS495a یک سنسور خطی جلوه هال با خروجی آنالوگ است. لطفا به تفاوت خروجی آنالوگ و خروجی دیجیتال توجه کنید، در این پروژه نمی توانید از سنسور با خروجی دیجیتال استفاده کنید، فقط دو حالت 1 یا 0 دارد، بنابراین نمی توانید خروجی میدان های مغناطیسی را اندازه گیری کنید.

یک سنسور آنالوگ باعث ایجاد محدوده ولتاژ 250 تا Vcc می شود که می توانید با استفاده از ورودی آنالوگ آردوینو آن را بخوانید. برای اندازه گیری میدان مغناطیسی در هر دو محور X و Y، دو سنسور هال مورد نیاز است.

مرحله 6: آهنرباهای نئودیمیم NdFeB (نئودیمیم آهن بور).

از ویکی پدیا: "نئودیمیم یک عنصر شیمیایی است، یک فلز خاکی کمیاب به رنگ سفید نقره ای با رنگ طلایی. متعلق به گروه لانتانید است. به راحتی در هوا اکسید می شود. در سال 1885 توسط شیمی دان اتریشی کارل اور فون کشف شد. Welsbach به عنوان جزئی از آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم برای هواپیما و علم موشک استفاده می شود.

نئودیمیم فلزی است که فرومغناطیسی است (به ویژه خواص ضد فرومغناطیسی از خود نشان می دهد) به این معنی که مانند آهن می تواند مغناطیسی شود تا به آهنربا تبدیل شود. اما دمای کوری آن 19K (254- درجه سانتیگراد) است، بنابراین در خالص ترین شکل، مغناطیس آن فقط در دماهای بسیار پایین خود را نشان می دهد. با این حال، ترکیبات نئودیمیم با فلزات واسطه مانند آهن می‌توانند دمای کوری بسیار بالاتر از دمای اتاق داشته باشند، و اینها برای ساخت آهنرباهای نئودیمیم استفاده می‌شوند.

قوی کلمه ای است که برای توصیف آهنربای نئودیمیم استفاده می شود. شما نمی توانید از آهنرباهای فریت استفاده کنید زیرا خاصیت مغناطیسی آنها بسیار ضعیف است. آهنرباهای نئودیمیوم بسیار گرانتر از آهنرباهای فریتی هستند. آهنرباهای کوچک برای پایه، آهنرباهای بزرگ برای قسمت شناور/معروف استفاده می شود.

توجه! هنگام استفاده از آهنرباهای نئودیمیم باید مراقب باشید، زیرا خاصیت مغناطیسی قوی آنها می تواند به شما آسیب برساند یا می تواند داده های هارد دیسک یا سایر دستگاه های الکترونیکی شما را که تحت تأثیر میدان های مغناطیسی قرار می گیرند، خراب کند.

مشاوره! شما می توانید دو آهنربا را با کشیدن آنها به صورت افقی جدا کنید، نمی توانید آنها را در جهت مخالف جدا کنید زیرا میدان مغناطیسی آنها بسیار قوی است. آنها همچنین بسیار شکننده هستند و به راحتی می شکنند.

مرحله 7: پایه را آماده کنید

ما از یک گلدان کوچک سفالی استفاده کردیم که معمولا برای پرورش ساکولنت یا کاکتوس استفاده می شود. در صورت مناسب بودن می توانید از قابلمه سرامیکی یا قابلمه چوبی نیز استفاده کنید. از یک مته 8 میلی متری برای ایجاد سوراخ در ته دیگ استفاده کنید که برای نگه داشتن سوکت DC استفاده می شود.

مرحله 8: پرینت سه بعدی قطعه شناور

اگر پرینتر سه بعدی دارید، عالی است. شما توانایی انجام هر کاری را با آن دارید. اگر چاپگر وجود ندارد - ناامید نشوید، زیرا. می توانید از یک سرویس چاپ سه بعدی ارزان استفاده کنید که در حال حاضر بسیار محبوب است.

برای برش لیزری، فایل ها نیز در بایگانی بالا هستند - فایل AcrylicLaserCut.dwg (این اتوکد است). قسمت اکریلیک برای حمایت از آهنرباها و آهنرباهای الکتریکی و بقیه برای پوشاندن سطح گلدان سفالی استفاده می شود.

مرحله 9: آماده سازی ماژول سنسور سالن SS495a

طرح PCB را به دو قسمت برش دهید، یکی برای اتصال سنسور هال و دیگری به مدار LM324. دو پیکاپ مغناطیسی را عمود بر PCB وصل کنید. از سیم های نازک برای اتصال دو پایه سنسورهای VCC به یکدیگر استفاده کنید، همین کار را با پایه های GND انجام دهید. خروجی مخاطبین جداگانه

مرحله 10: مدار Op-amp

سوکت و مقاومت ها را طبق نمودار به PCB لحیم کنید، توجه داشته باشید که دو پتانسیومتر را در یک جهت قرار دهید تا بعدا کالیبراسیون راحت تر انجام شود. LM324 را به جک وصل کنید سپس دو خروجی ماژول سنسور هال را به مدار آپ امپ متصل کنید.

دو سیم خروجی LM324 را به آردوینو وصل کنید. ورودی 12 ولت به ورودی 12 ولت ماژول L298N، خروجی 5 ولت ماژول L298N به پتانسیومتر 5 ولت.

مرحله 11: مونتاژ الکترومغناطیس

الکترومغناطیس ها را روی ورق اکریلیک جمع کنید، آنها در چهار سوراخ نزدیک مرکز ثابت می شوند. برای جلوگیری از حرکت، پیچ ها را محکم کنید. از آنجایی که الکترومغناطیس‌ها در مرکز متقارن هستند، همیشه روی قطب‌های مخالف قرار دارند، بنابراین سیم‌های داخل آهن‌رباها به هم وصل می‌شوند و سیم‌های بیرونی آهن‌رباها به L298N متصل می‌شوند.

سیم ها را زیر ورق اکریلیک از سوراخ های مجاور عبور دهید تا به L298N متصل شوید. سیم مسی با یک لایه عایق پوشانده شده است، بنابراین قبل از اینکه بتوانید آنها را به هم لحیم کنید باید آن را با چاقو جدا کنید.

مرحله 12: ماژول حسگر و آهنرباها

برای تثبیت ماژول سنسور بین شیر برقی از چسب حرارتی استفاده کنید، توجه داشته باشید که هر سنسور باید مربع باشد و دو شیر برقی یکی در جلو و دیگری در پشت باشد. سعی کنید تا حد امکان دو سنسور را به صورت مرکزی تنظیم کنید تا با هم تداخل نداشته باشند و این کار باعث می شود سنسور کارآمدتر باشد.

مرحله بعدی مونتاژ آهنرباهای مبتنی بر اکریلیک است. با ترکیب دو آهنربای D15*4mm و یک آهنربای D15*3mm با هم برای تشکیل یک استوانه، باعث می شود که آهنرباها و آهنرباهای الکتریکی هم ارتفاع شوند. آهنرباها را بین جفت آهنرباهای الکتریکی جمع کنید، توجه داشته باشید که قطب های آهنرباهای صعودی باید یکسان باشند.

مرحله 13: اتصال برق DC و خروجی 5 ولت L298N

جک برق DC را با دو سیم لحیم کنید و از لوله های هیت شرینک استفاده کنید. با اتصال کانکتور برق DC به ورودی ماژول L298N، خروجی 5 ولت آن برق آردوینو را تامین می کند.

مرحله 14: L298N و آردوینو

ماژول L298N را طبق نمودار بالا به آردوینو وصل کنید:

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

مرحله 15: برنامه نویس آردوینو پرو مینی

از آنجایی که آردوینو پرو مینی پورت USB به سریال ندارد، باید یک برنامه نویس خارجی وصل کنید. FTDI Basic برای برنامه نویسی (و تغذیه) Pro Mini استفاده خواهد شد.

15.01.2018 , 7,129 بازدید

این محصول خانگی یک لویترون با سیستم تعلیق کنترل شده است. طراحی و مدار بسیار ساده است، بنابراین حتی یک آماتور رادیویی نه چندان باتجربه و یک عاشق خانگی قادر به مونتاژ آن خواهند بود. این مقاله یک دستورالعمل گام به گام برای مونتاژ Levitron را شرح می دهد، به دنبال آن، نباید هیچ مشکلی در عملکرد وجود داشته باشد!

طرح لویترون

آنچه برای ساخت لویترون نیاز دارید

1. ترانزیستور IRF740A [ارزان بخرید ]
2. مالتی پلکسر IN74LS157N
3. سنسور هال SS443A [ارزان بخرید ]
4. دیود 1N4007 [ارزان بخرید ]
5. LED 12 ولت
6. مقاومت ها [ارزان بخرید]
7. سوئیچ (سوئیچ نیست!!)
8. تخته مدار [ارزان بخرید ]
9. سیم سیم پیچ ∅ 0.4 میلی متر
10. آهنرباهای نئودیمیوم در اندازه های مختلف [ارزان بخرید ]
11. منبع تغذیه 5 ولت 3 آمپر [ارزان بخرید ]
12. تخته سه لا و پلاستیک نازک

ساخت لویترون

اولین مرحله مونتاژ کیس است که در آن کل مدار از جمله سیم پیچ نصب می شود. مورد را می توان طبق طرح زیر ساخته یا نسخه خود را ارائه کرد.

اول از همه، تمام جزئیات پایه پایین را از تخته سه لا برش می دهیم و آن را با چسب PVA مونتاژ می کنیم.

سپس المان های قفسه ها را برش زده و با کمک چسب به هم می چسبانیم.

بعد از اینکه بدنه مونتاژ شد، می توانید آن را به هر رنگی رنگ آمیزی کنید، بنابراین از نظر ظاهری محکم و جذاب می شود، البته این کار ضروری نیست.

قبل از مونتاژ مدار، لازم است که برد مدار را با استفاده از واشر در کیس نصب کنید. واشر به منظور اطمینان از فاصله بین کیس و تخته مورد نیاز است تا پایه های قطعات به طور کامل وارد سوراخ ها شده و در هنگام نصب مشکلی ایجاد نشود.

سپس قسمتی را که برای ال ای دی و سوئیچ سوراخ می کنیم برش می دهیم. این قسمت به طور اتفاقی یک پایه سیم پیچ خواهد بود.

با استفاده از چسب فوق العاده، این قسمت را روی قفسه نصب کنید.

اکنون باید میله را بردارید، قطر آن باید 10 میلی متر باشد.

سپس دیوارهای پلاستیکی را با قطر 45 میلی متر برش می دهیم.

با استفاده از چسب فوق العاده، لبه های بیرونی دیوارها و پایه را برای تثبیت می پوشانیم.

سیم را با دقت رد کنید.

سیم را با حاشیه برش می دهیم، برشی روی دیوار ایجاد می کنیم، انتهای سیم را در آنجا می گذاریم و با چسب حرارتی ثابت می کنیم تا شکفته نشود.

سپس به کمک تیغه تمام برجستگی ها را از بین می بریم.

کویل ما آماده است. حالا با کمک چسب فوق العاده آن را مانند عکس زیر روی بدنه نصب می کنیم.

سپس کلید و ال ای دی را روی کیس نصب می کنیم و بلافاصله آنها را به سیم های اختصاص داده شده برای آنها لحیم می کنیم.

سپس سیم های سیم پیچ و سنسور هال را لحیم کنید. سیم های سنسور سالن باید به اندازه ای بلند باشند که به انتهای سیم پیچ برسند.

سپس سنسورهای سالن را با ناحیه سنسور به سمت بیرون خم می کنیم.

حال به کمک نوار برق سنسورها را مانند شکل زیر محکم می کنیم. این روش اتصال در آینده به شما این امکان را می دهد که به راحتی فاصله بین سنسورها را تغییر دهید. علاوه بر این، لازم است سنسورها را با نوارهای لاستیکی لوازم التحریر ثابت کنید.

سپس سنسورها را داخل سوراخ سیم پیچ می کنیم و آنها را در مرکز قرار می دهیم. برای این منظور، یک آدامس روحانی اضافی روی آن گذاشته شد.

با کمک گیره های پلاستیکی تمام سیم ها را ثابت می کنیم.

اکنون Levitron ما آماده عملیات است!

تست لویترون

ما منبع تغذیه را وصل می کنیم.

با تغییر فاصله سنسورها، طول حرکت سیستم تعلیق را نیز تغییر می دهیم.

تنها کاری که باید انجام شود این است که آهنربا را در ناحیه حسگر قرار دهید و از شگفتی های شناور لذت ببرید!))

ویدیوی خانگی - لویترون با سیستم تعلیق کنترل شده