Kaip atlikti magnetinę levitaciją savo rankomis. Magnetinė levitacija – kas tai yra ir kaip tai įmanoma. Naminis klasikinio dizaino Levitron be jutiklio

.
Šiame straipsnyje Konstantinas, How-todo seminaras, parodys, kaip pasigaminti Levitroną.

Taigi, Levitron. Šio priblūdo veikimo principas paprastas, kaip savisriegio. Naudodami elektromagnetą pakeliame į orą kokios nors magnetinės medžiagos gabalėlį. Norėdami sukurti plūduriuojantį efektą, įjunkite ir išjunkite elektromagnetą aukštu dažniu.

Tai yra, mes tarsi pakeliame ir metame magnetinį mėginį.

Tokio įrenginio schema stebėtinai paprasta, ir ją nesunku pakartoti. Tiesą sakant, čia yra diagrama.

Mums reikalingos medžiagos ir komponentai.

Bet kokios spalvos LED, neprivaloma.
IRFZ44N tranzistorius, tiks beveik bet koks lauko valdiklis, panašus į parametrus.
Diodas, čia autorius naudoja HER207, kai kurie 1N4007 veiks taip pat sėkmingai.
Rezistoriai 1 kOhm ir 330Ohm (pastarasis neprivalomas).

Holo daviklis turiu A3144, taip pat galima pakeisti panasiu.
Vario apvija emaliuota viela, kurios skersmuo nuo 0,3 iki 0,4 mm, 20 metrų.Autorius turi 0,36 mm vielą.

Neodimio magnetas, pavyzdžiui, planšetinis kompiuteris, 5 x 1 mm, taip pat nėra ypač svarbus.

Kaip maitinimo šaltinis tinka nereikalingas penkių voltų telefono įkroviklis.

Klijai, popierius, lituoklis, lituoklis ... standartinis lituoklio komplektas.

Pereikime prie surinkimo. Pirmiausia turite pagaminti kartoninę ritę būsimojo elektromagneto korpusui.
Ritės parametrai yra tokie:
6 mm vidinės rankovės skersmuo, apvijos sluoksnio plotis apie 23 mm, o žandikaulių skersmuo, su parašte apie 25 mm.

Kaip matote, Konstantinas pastatė dėklą kartono ritiniui ir sąsiuvinio lapo išpjovą, kruopščiai sutepdamas juos superklijais.
Sutaisykime laido pradžią rėme, būkime kantrūs ir pradėkime vynioti apie 550 apsisukimų.

Apvijos kryptis nesvarbi. Jūs netgi galite jį suvynioti urmu, bet tai nėra mūsų metodas.

Apvyniojame 12 sluoksnių, sukame po eilutę, kiekvieną sluoksnį izoliuojant elektrine juosta.

Praleidę pusantros valandos, sutvirtiname laido galą, o ritę atidedame į šalį.

Mes pereiname prie litavimo, viskas pagal schemą, be jokių skirtumų.

Holo jutiklio išvados prailgintos laidais ir izoliuotos šilumos susitraukimu, nes jis turi būti dedamas į ritės vidų.

Tiesą sakant, viskas, belieka tik sukonfigūruoti, tam mes montuojame Hall jutiklį ritės viduje ir pritvirtiname improvizuotomis priemonėmis.

Pakabiname ritę, įjungiame maitinimą.

Pakėlus magnetą jaučiame, kad jis traukia arba atstumia, priklausomai nuo poliškumo.
Tam tikru atstumu magnetas bando pakabinti, bet ilgai nekabo.

Mes išnagrinėjame jutiklio dokumentaciją, kur jis specialiai parodytas nuotraukose, kurioje pusėje yra jautri zona.

Išimame ir sulenkiame taip, kad plokščioji pusė su užrašais baigtųsi lygiagreti žemei.

Sustumiame atgal, šį kartą viskas daug geriau.

Bet vis tiek neplaukia.

Problema slypi magneto formoje, būtent plokščioje „tabletės“ formoje.
Ne pats geriausias levitacijai. Pakanka tik perkelti svorio centrą žemyn. Mes tai suorganizuosime storu popieriumi.

Beje, prieš klijuodami atsvarą, nepamirškite pirmiausia pasižiūrėti, kurioje pusėje magnetas traukia ritę.

Dabar viskas daugiau ar mažiau veikia savaime, belieka sucentruoti ir pataisyti jutiklį.

Levitron, kaip žinote, yra ore besisukanti viršūnė virš dėžutės, kurioje veikia magnetinio lauko šaltinis. Levitron gali būti pagamintas iš populiaraus salės jutiklio.

Kas yra Levitron

DĖMESIO! Radote visiškai paprastą būdą sumažinti degalų sąnaudas! Netikite manimi? 15 metų patirtį turintis automechanikas taip pat nepatikėjo, kol nepabandė. Ir dabar jis sutaupo 35 000 rublių per metus benzinui!

Levitron yra žaislas. Nėra prasmės jo pirkti, jei žinote, kaip pasigaminti naminį įrenginį. Tokio „Levitron“ konstrukcijoje nebus nieko sudėtingo, jei yra įprastas salės jutiklis, pavyzdžiui, įsigytas automobilių platintojui ir paliktas naudoti ateityje.

Turėtumėte žinoti, kad levitacijos poveikis visada stebimas gana siauroje zonoje. Tokios realybės šiek tiek apriboja meistrų veiksmų laisvę, tačiau, turėdami kantrybės ir laiko, visada galėsite efektyviai ir efektyviai sukonfigūruoti Levitron. Jis praktiškai nenukris ir nešoks.

Salės jutiklis Levitron

„Levitron“ salės jutikliui ir idėja jį pagaminti paprasta, kaip ir viskas, kas išradinga. Dėl magnetinio lauko stiprumo į orą pakyla bet kokios elektromagnetinių savybių turinčios medžiagos gabalas.

Norint sukurti „svyravimo“, sklandymo ore efektą, ryšys atliekamas dideliu dažniu. Kitaip tariant, magnetinis laukas tarsi pakelia ir meta medžiagą.

Prietaiso schema per paprasta ir net fizikos pamokų veltui nesėdėjęs moksleivis galės viską susikurti pats.

Mums reikia LED (jo spalva parenkama priklausomai nuo individualių pageidavimų).
RFZ 44N tranzistoriai (nors tiks bet koks lauko įrenginys, artimas šiems parametrams).
Diodas 1N 4007.
1k omų ir 330 omų rezistoriai.
Tiesą sakant, pats salės jutiklis (A3144 ar kitas).
Vario apvijos viela 0,3-0,4 mm dydžio (užteks apie 20 metrų).
Neodimio magnetas 5x1 mm tabletės pavidalu.
5 voltų įkroviklis skirtas mobiliajam telefonui.

Dabar išsamiai apie tai, kaip atliekamas surinkimas:

Rėmas elektromagnetui pagamintas iš lygiai tokių pačių parametrų kaip ir nuotraukoje. 6 mm - skersmuo, apie 23 mm - apvijos ilgis, 25 mm - skruosto skersmuo su parašte. Rėmas pagamintas iš kartono ir įprasto sąsiuvinio lapo, naudojant superklijus.

Varinės vielos galas pritvirtinamas prie ritės ir suvyniojamas (apie 550 apsisukimų). Nesvarbu, kuria kryptimi vėjas. Kitas laido galas taip pat pritvirtintas, o ritė atidedama.
Viską lituojame pagal schemą.

Salės jutiklis yra prilituojamas prie laidų ir uždedamas ant ritės. Būtina jį įkišti į ritės vidų, pritvirtinti improvizuotomis priemonėmis.

Dėmesio. Jutiklio jautri sritis (ją galite nustatyti iš salės jutiklio dokumentacijos) turi būti lygiagreti žemei. Todėl prieš įkišant jutiklį į ritę rekomenduojama šią vietą šiek tiek sulenkti.

Ritė pakabinama, maitinama per anksčiau lituotą plokštę. Ritė tvirtinama trikoju.

Dabar galite patikrinti, kaip veikia Levitron. Į ritę iš apačios galima atvesti bet kokią elektrifikuotą medžiagą. Priklausomai nuo poliškumo, ritė jį pritrauks arba atstums. Bet mums reikia, kad medžiaga kabėtų ore, plūduriuotų. Taip bus, jei medžiagos forma ritės atžvilgiu nėra per maža.

Pastaba. Jei tabletės magnetas yra mažas, jis neleis labai efektyviai. Gali nukristi. Norint pašalinti darbo trūkumus, reikia perkelti medžiagos svorio centrą į apačią - kaip apkrova tinka paprastas popieriaus lapas.

Kalbant apie LED, jums jo įdiegti nereikia. Kita vertus, jei norite daugiau efekto, galite surengti šou su foniniu apšvietimu.

Naminis klasikinio dizaino Levitron be jutiklio

Kaip matote, dėl salės jutiklio buvo galima padaryti gana įspūdingą žaislą. Tačiau tai visiškai nereiškia, kad negalite išsiversti be jutiklio. Priešingai, klasikinio dizaino naminis Levitron, tai tik didelis magnetas iš garsiakalbio (13-15 cm skersmens) ir mažas žiedinis magnetas viršui (2-3 cm skersmens), nenaudojant. jutiklis.

Viršutinės dalies ašis paprastai yra pagaminta iš seno rašiklio ar pieštuko. Svarbiausia, kad strypas būtų parinktas taip, kad jis tvirtai tilptų žiedo magneto centre. Tada nupjaunama perteklinė rankenos dalis (apie 10 cm ilgio, kartu su pritvirtintu magnetu viršuje, to ir reikia).

Klasikinė Levitron gamybos schema taip pat reiškia, kad yra keliolika skirtingų poveržlių, išpjautų iš storo popieriaus. Kam jie reikalingi? Jei minėtu atveju buvo naudojamas ir popierius, o kaip prisimename - svorio centrui perkelti žemyn arba, paprasčiau tariant, koregavimui. Čia tas pats. Poveržlės bus reikalingos idealiam viršūnės nustatymui (jei reikia, sodinamos po žiedo magnetu ant strypo).

Dėmesio. Norint, kad naminis viršus puikiai levituotų, reikia ne tik reguliuoti poveržlėmis, bet ir nesuklysti su poliškumu. Kitaip tariant, sulygiuokite žiedinį magnetą lygiai su dideliu magnetu.

Bet tai dar ne viskas. Tiek pirmuoju atveju (naudojant salės jutiklį), tiek antruoju, būtina pasiekti idealų traukos šaltinio tolygumą. Kitaip tariant, uždėkite didelį magnetą ant visiškai lygaus paviršiaus. Tam naudojami įvairaus storio mediniai padėkliukai. Jei magnetas nesėdi tolygiai, stovai dedami iš vienos pusės arba iš kelių pusių, taip reguliuojamas lygumas.

Platforma Levitrons

„Levitron“ platformos schema paprastai išsiskiria tuo, kad yra ne vienas, o keli šaltinio magnetai. Tokiu atveju ore plūduriuojanti medžiaga arba viršus linkęs nukristi ant vieno iš magnetų, pasislinkusių nuo vertikalios ašies. Norėdami to išvengti, turite mokėti reguliuoti centrinę gravitacijos zoną ir tai padaryti puikiai.

Ir čia į pagalbą ateina tos pačios ritės, kurių viduje įdėtas salės jutiklis. Tegul būna dvi tokios ritės, kurios turi būti dedamos tiksliai per platformos vidurį, tarp magnetų. Diagramoje ji atrodys taip (1 ir 2 yra magnetai).

Iš diagramos tampa aišku, kad ričių valdymo tikslas yra sukurti horizontalią jėgą, svorio centrą. Ši jėga formaliai vadinama Fss ir yra nukreipta į pusiausvyros ašį, kai įvyksta poslinkis, diagramoje pažymėtas X.

Jei sujungsite rites taip, kad impulsas sukurtų atvirkštinio poliškumo zoną, poslinkio problema gali būti išspręsta. Bet kuris fizikas tai patvirtins.

Bet koks senas DVD grotuvas pasirenkamas kaip dėklas platformos Levitron statybai. Iš jo išimami visi „vidūs“, sumontuojami magnetai, ritės, o viršutinė dalis grožio dėlei užsegama praktišku dangteliu iš plonos, galbūt permatomos medžiagos (kuri praleidžia magnetinį lauką).

Salės jutikliai turi išsikišti per platformos angas, turi būti lituojami ant nesulenktų jungties kojelių.

Kalbant apie magnetus, tai gali būti apvalūs 4 mm storio elementai. Pageidautina, kad vieno iš magnetų skersmuo būtų didesnis nei antrojo. Pavyzdžiui, 25 ir 30 mm.

Taip pat yra sudėtingesnių „Levitrons“ versijų, pagamintų pagal mažo rutulio viduje esančio viršaus išvyniojimo schemą. Šie levitronai taip pat gali būti pagaminti naudojant salės jutiklius – veiksmingus komponentus, kurie padarė perversmą automobilių pramonėje ir kitose žmogaus veiklos srityse.

Kaip žinote, Žemė dėl egzistuojančios pasaulio tvarkos turi tam tikrą žmogaus svajonę ir visada siekė ją įveikti bet kokiomis priemonėmis. Magnetinė levitacija yra fantastinis terminas, o ne kasdienė realybė.

Iš pradžių tai reiškė hipotetinį gebėjimą nežinomu būdu įveikti gravitaciją ir perkelti žmones ar daiktus oru be pagalbinės įrangos. Tačiau dabar „magnetinės levitacijos“ sąvoka jau gana moksliška.

Remiantis šiuo reiškiniu, vienu metu kuriamos kelios naujoviškos idėjos. Ir visi jie ilgainiui žada puikias universalaus naudojimo galimybes. Tiesa, magnetinė levitacija bus vykdoma ne magiškais metodais, o pasitelkus gana specifinius fizikos pasiekimus, būtent sekciją, kuri tiria magnetinius laukus ir viską, kas su jais susiję.

Šiek tiek teorijos

Tarp žmonių, toli nuo mokslo, yra nuomonė, kad magnetinė levitacija yra valdomas magneto skrydis. Tiesą sakant, šis terminas reiškia, kad objektas įveikia gravitaciją naudodamas magnetinį lauką. Viena iš jo charakteristikų yra magnetinis slėgis, kuris naudojamas „kovoti“ su žemės gravitacija.

Paprasčiau tariant, kai gravitacija traukia objektą žemyn, magnetinis slėgis nukreipiamas taip, kad atstumtų jį priešinga kryptimi – aukštyn. Taip levituoja magnetas. Sunkumas įgyvendinant teoriją yra tas, kad statinis laukas yra nestabilus ir nefokusuoja tam tikrame taške, todėl jis gali nesugebėti veiksmingai atsispirti traukai. Todėl reikalingi pagalbiniai elementai, kurie suteiks magnetiniam laukui dinaminį stabilumą, kad magneto levitacija būtų reguliarus reiškinys. Tam naudojami įvairūs stabilizatoriai. Dažniausiai - elektros srovė per superlaidininkus, tačiau šioje srityje yra ir kitų pokyčių.

Techninė levitacija

Tiesą sakant, magnetinė įvairovė reiškia platesnį gravitacinės traukos įveikimo terminą. Taigi, techninė levitacija: metodų apžvalga (labai trumpa).

Atrodo, kad šiek tiek išsiaiškinom su magnetine technologija, bet yra ir elektrinis metodas. Skirtingai nuo pirmojo, antruoju galima manipuliuoti gaminiais, pagamintais iš įvairių medžiagų (pirmuoju atveju – tik įmagnetintų), net iš dielektrikų. Taip pat skirstoma elektrostatinė ir elektrodinaminė levitacija.

Kepleris numatė dalelių gebėjimą judėti veikiant šviesai. O egzistavimą įrodė Lebedevas. Dalelės judėjimas šviesos šaltinio kryptimi (optinė levitacija) vadinamas teigiama fotoforeze, o priešinga – neigiama.

Aerodinaminė levitacija, kuri skiriasi nuo optinės levitacijos, gana plačiai pritaikoma šiandieninėse technologijose. Beje, „pagalvė“ yra viena iš jos atmainų. Paprasčiausia oro pagalvė yra labai paprasta – nešiklio substrate išgręžiama daug skylių ir pro jas pučiamas suspaustas oras. Šiuo atveju oro pakėlimas subalansuoja objekto masę ir jis pakyla ore.

Paskutinis šiuo metu mokslui žinomas metodas yra levitacija naudojant akustines bangas.

Kokie yra magnetinės levitacijos pavyzdžiai?

Mokslininkai svajojo apie nešiojamus kuprinės dydžio įrenginius, galinčius reikšmingu greičiu „levituoti“ žmogų norima kryptimi. Mokslas iki šiol pasuko kitu keliu, praktiškesniu ir įmanomesniu – buvo sukurtas traukinys, judantis magnetinės levitacijos pagalba.

Supertraukinių istorija

Pirmą kartą kompozicijos, naudojant tiesinį variklį, idėją pateikė (ir net užpatentavo) vokiečių inžinierius išradėjas Alfredas Zeinas. Ir tai buvo 1902 m. Po to elektromagnetinės pakabos ir ja aprūpinto traukinio kūrimas pasirodė pavydėtinai reguliariai: 1906 m. Franklinas Scottas Smithas pasiūlė kitą prototipą, 1937–1941 m. nemažai patentų ta pačia tema gavo Hermanas Kemperis, o kiek vėliau britas Ericas Leisewaitas sukūrė veikiantį natūralaus dydžio variklio prototipą. 60-aisiais jis taip pat dalyvavo kuriant Tracked Hovercraft, kurio turėjo tapti daugiausiai, bet to nepadarė, nes dėl nepakankamo finansavimo 1973 metais projektas buvo uždarytas.

Tik po šešerių metų vėl Vokietijoje buvo pastatytas maglev traukinys ir jam suteikta licencija vežti keleivius. Hamburge nutiesta bandomoji trasa buvo nepilno kilometro ilgio, tačiau pati idėja taip įkvėpė visuomenę, kad traukinys veikė ir po parodos uždarymo, per tris mėnesius spėjęs pervežti 50 tūkst. Jo greitis pagal šiuolaikinius standartus nebuvo toks didelis – tik 75 km/val.

Nuo 1984 m. tarp Birmingamo oro uosto ir geležinkelio stoties kursuoja ne paroda, o komercinis maglevas (taip jie vadino traukinį naudojant magnetą) ir savo pareigas ėjo 11 metų. Trasos ilgis buvo dar trumpesnis – vos 600 m, o traukinys pakilo 1,5 cm virš bėgių.

Japoniška versija

Ateityje jaudulys dėl magnetinės levitacijos traukinių Europoje atslūgo. Tačiau 90-ųjų pabaigoje tokia aukštųjų technologijų šalis kaip Japonija jais aktyviai domėjosi. Jos teritorijoje jau buvo nutiesti keli gana ilgi maršrutai, kuriais skrenda maglevas, naudojant tokį reiškinį kaip magnetinė levitacija. Tai pačiai šaliai priklauso ir šių traukinių greičio rekordai. Paskutinis iš jų rodė didesnį nei 550 km/val. greičio apribojimą.

Tolesnės naudojimo perspektyvos

Viena vertus, „Maglevs“ patrauklūs dėl greitų kelionių galimybių: teoretikų skaičiavimais, artimiausiu metu juos bus galima išsklaidyti iki 1000 kilometrų per valandą greičiu. Juk juos varo magnetinė levitacija, o lėtėja tik oro pasipriešinimas. Todėl kompozicijai suteikiant kuo daugiau aerodinaminių kontūrų, jos poveikis labai sumažėja. Be to, dėl to, kad jie neliečia bėgių, tokie traukiniai dėvisi itin lėtai, o tai ekonomiškai labai apsimoka.

Kitas pliusas – sumažintas triukšmo efektas: lyginant su įprastais traukiniais, Maglevs juda beveik tyliai. Premija taip pat juose naudojama elektros energija, kuri leidžia sumažinti žalingą poveikį gamtai ir atmosferai. Be to, jis sugeba įveikti statesnius šlaitus, todėl nebereikia tiesti geležinkelio bėgių, aplenkiant kalvas ir šlaitus.

Energijos pritaikymai

Ne mažiau įdomia praktine kryptimi galima laikyti platų magnetinių guolių naudojimą pagrindiniuose mechanizmų mazguose. Jų montavimas išsprendžia rimtą pradinės medžiagos susidėvėjimo problemą.

Kaip žinia, klasikiniai guoliai gana greitai susidėvi – jie nuolat patiria dideles mechanines apkrovas. Kai kuriose srityse šių dalių keitimo poreikis reiškia ne tik papildomas išlaidas, bet ir didelę riziką mašiną prižiūrintiems žmonėms. išlaiko darbingumą daug kartų ilgiau, todėl juos naudoti itin patartina bet kokiomis ekstremaliomis sąlygomis. Visų pirma, branduolinės energijos, vėjo technologijų ar pramonės šakose, kurias lydi ypač žema / aukšta temperatūra.

Lėktuvai

Kilus problemai, kaip įgyvendinti magnetinę levitaciją, kyla pagrįstas klausimas: kada pagaliau bus pagamintas ir pažangiai žmonijai pristatytas visavertis lėktuvas, kuriame bus panaudota magnetinė levitacija? Juk yra netiesioginių įrodymų, kad tokie „NSO“ egzistavo. Paimkime, pavyzdžiui, seniausios epochos indiškus „vimanus“ ar Hitlerio „disketus“, kurie mums laiku jau yra arčiau, naudojant, be kita ko, elektromagnetinius kėlimo jėgos organizavimo būdus. Išsaugoti apytiksliai veikiančių modelių brėžiniai ir net nuotraukos. Klausimas lieka atviras: kaip įgyvendinti visas šias idėjas? Tačiau šiuolaikinių išradėjų verslas nesiekia toliau nei ne itin perspektyvūs prototipai. O gal tai vis dar per daug slapta informacija?

Šios pamokos idėją įkvėpė japonų sukurtas Kickstarter sutelktinio finansavimo platformos projektas „Air Bonsai“, tikrai gražus ir paslaptingas.

Bet bet kokią mįslę galima paaiškinti, jei pažvelgsi į vidų. Tiesą sakant, tai yra magnetinė levitacija, kai yra iš viršaus levituojantis objektas ir grandinės valdomas elektromagnetas. Pabandykime kartu įgyvendinti šį paslaptingą projektą.

Sužinojome, kad „Kickstarter“ grandinė buvo gana sudėtinga, be jokio mikrovaldiklio. Niekaip nepavyko rasti jos analoginės grandinės. Tiesą sakant, jei pažvelgsite atidžiau, levitacijos principas yra gana paprastas. Turite padaryti, kad magnetinis gabalas „plauktų“ virš kito magnetinio gabalo. Pagrindinis tolesnis darbas buvo neleisti levituojančiam magnetui nukristi.

Taip pat buvo pasiūlyta, kad tai padaryti naudojant „Arduino“ yra daug lengviau, nei bandyti suprasti japoniško įrenginio schemą. Tiesą sakant, viskas pasirodė daug paprasčiau.

Magnetinė levitacija susideda iš dviejų dalių: pagrindo ir plūduriuojančios (levitacinės) dalies.

Bazė

Ši dalis yra apačioje, kurią sudaro magnetas, sukuriantis apskritą magnetinį lauką, ir elektromagnetai, valdantys šį magnetinį lauką.

Kiekvienas magnetas turi du polius: šiaurės ir pietų. Eksperimentai rodo, kad priešingybės traukia, o tie patys poliai atstumia. Keturi cilindriniai magnetai dedami į kvadratą ir turi tą patį poliškumą, sudarydami apskritą magnetinį lauką į viršų, kad išstumtų bet kurį magnetą, kurio tarpuose yra tas pats polius.

Elektromagnetai paprastai yra keturi, jie yra išdėstyti kvadrate, du simetriški magnetai yra pora, o jų magnetinis laukas visada yra priešingas. Holo jutiklis ir grandinės pavaros elektromagnetai. Mes sukuriame priešingus elektromagnetų polius per juos srove.

Plaukiojanti dalis

Dalyje yra virš pagrindo plūduriuojantis magnetas, kuriame galima nešti nedidelį vazonėlį ar kitus daiktus.

Magnetą iš viršaus pakelia apatinių magnetų magnetinis laukas, nes jie turi tuos pačius polius. Tačiau, kaip taisyklė, jis linkęs kristi ir traukti vienas kitą. Kad magneto viršus neapsiverstų ir nenukristų, dėl Holo efekto jutiklio elektromagnetai sukurs magnetinius laukus, kuriuos galima stumti arba traukti, kad subalansuotų plūduriuojančią sekciją. Elektromagnetai valdomi dviem ašimis X ir Y, todėl viršutinis magnetas yra subalansuotas ir plūduriuoja.

Elektromagnetų valdymas nėra lengvas ir reikalauja PID valdiklio, kuris bus išsamiai aptartas kitame žingsnyje.

2 veiksmas: PID valdiklis (PID)

Iš Vikipedijos: "Proporcinis-integralinis-diferencijuojantis (PID) valdiklis yra valdymo kilpoje esantis įrenginys su grįžtamuoju ryšiu. Jis naudojamas automatinėse valdymo sistemose generuoti valdymo signalą, siekiant gauti reikiamą pereinamojo proceso tikslumą ir kokybę. PID valdiklis generuoja valdymo signalą, kuris yra trijų dalių suma, iš kurių pirmasis yra proporcingas skirtumui tarp įvesties signalo ir grįžtamojo signalo (klaidos signalo), antrasis yra klaidos signalo integralas, o trečiasis. yra klaidos signalo išvestinė.

Paprastais žodžiais tariant: „PID valdiklis apskaičiuoja „klaidos“ reikšmę kaip skirtumą tarp išmatuotos [įvesties] ir norimo nustatymo. Valdiklis bando sumažinti klaidą reguliuodamas [output].

Taigi jūs nurodote PID, ką matuoti (įvestis), kokios vertės norite, ir kintamąjį, kuris padės tai nustatyti. Tada PID valdiklis sureguliuoja išėjimą, kad įvestis būtų lygi nustatymui.

Pavyzdžiui: automobilyje turime tris reikšmes (įvestis, montavimas, išvestis) - atitinkamai greitį, norimą greitį ir akceleratoriaus pedalo kampą.

Šiame projekte:

Įvestis yra realaus laiko reikšmė iš salės jutiklio, kuri nuolat atnaujinama, nes plaukiojančio magneto padėtis keičiasi realiu laiku.
Nustatymo taškas yra holo jutiklio reikšmė, kuri matuojama, kai plūduriuojantis magnetas yra balansinėje padėtyje, magnetų pagrindo centre. Šis indeksas yra fiksuotas ir laikui bėgant nekinta.
Išvesties signalas yra elektromagnetų valdymo greitis.

Dėkojame Arduino bendruomenei už tai, kad parašėte PID biblioteką, kurią labai paprasta naudoti. Daugiau informacijos apie Arduino PID rasite oficialioje Arduino svetainėje. Turime naudoti porą Arduino PID valdiklių, vieną X ašiai ir vieną Y ašiai.

3 žingsnis: priedai

Pamokos priedų sąrašas pasirodo padorus. Žemiau pateikiamas komponentų, kuriuos turėtumėte įsigyti šiam projektui, sąrašas. Prieš pradėdami įsitikinkite, kad turite viską. Kai kurie komponentai yra labai populiarūs ir tikriausiai juos rasite savo sandėlyje ar namuose.

4 veiksmas: įrankiai

Čia yra dažniausiai naudojamų įrankių sąrašas:

Lituoklis
Rankinis pjūklas
Multimetras
Grąžtas
Osciloskopas (pasirinktinai, galite naudoti multimetrą)
Stalo grąžtas
Karšti klijai
Replės

5 veiksmas: LM324 Op-amp, L298N tvarkyklė ir SS495a

LM324 Op-amp

Operaciniai stiprintuvai (operaciniai stiprintuvai) yra vienos iš svarbiausių, plačiausiai naudojamų ir universaliausių šiandien naudojamų grandinių.

Hallo jutiklio signalui sustiprinti naudojame op-amp, kurio tikslas – padidinti jautrumą, kad arduino nesunkiai atpažintų besikeičiantį magnetinį lauką. Pakeitus kelis mV salės jutiklio išvestyje, praėjus per stiprintuvą, Arduino gali pasikeisti keliais šimtais vienetų. Tai būtina norint užtikrinti sklandų ir stabilų PID valdiklio veikimą.

Įprastas operacinės sistemos stiprintuvas, kurį pasirinkome, yra LM324, jis yra pigus ir jį galite nusipirkti bet kurioje elektronikos parduotuvėje. LM324 turi 4 vidinius stiprintuvus, kurie leidžia jį naudoti lanksčiai, tačiau šiame projekte reikia tik dviejų stiprintuvų, vieno X ašiai ir vieno Y ašiai.

L298N modulis

L298N dvigubas H tiltas dažniausiai naudojamas dviejų nuolatinės srovės variklių greičiui ir krypčiai valdyti arba vienam dvipoliam žingsniniam varikliui lengvai valdyti. L298N galima naudoti su 5–35 V nuolatinės srovės varikliais.

Taip pat yra įmontuotas 5V reguliatorius, tad jei maitinimo įtampa iki 12V, galima jungti ir 5V maitinimą iš plokštės.

Šiame projekte naudojamas L298N, kad būtų galima valdyti dvi poras solenoidinių ritinių, o 5 V išvestis naudojama „Arduino“ ir salės jutikliui maitinti.

Modulių sudėtis:

2 išėjimas: elektromagnetų pora X
3 išėjimas: elektromagnetų pora Y
Maitinimo įvestis: DC 12V įvestis
GND: Žemė
5v išvestis: 5v Arduino ir salės jutikliams
EnA: įjungia PWM signalą 2 išėjimui
In1: įgalinti 2 išvestį
In2: įgalinti 2 išėjimui
In3: įgalinti 3 išvestį
In4: įgalinti 3 išvestį
EnB: įjungia PWM signalą Out3

Arduino jungtis: turime pašalinti 2 trumpiklius iš kaiščių EnA ir EnB, tada prijungti 6 kaiščius In1, In2, In3, In4, EnA, EnB prie Arduino.

SS495a salės jutiklis

SS495a yra linijinis Hall efekto jutiklis su analogine išvestimi. Atkreipkite dėmesį į skirtumą tarp analoginės išvesties ir skaitmeninės išvesties, šiame projekte negalite naudoti jutiklio su skaitmenine išvestimi, jis turi tik dvi būsenas 1 arba 0, todėl negalite išmatuoti magnetinių laukų išvesties.

Analoginis jutiklis suteiks įtampos diapazoną nuo 250 iki Vcc, kurį galėsite nuskaityti naudodami Arduino analoginį įvestį. Norint išmatuoti magnetinį lauką tiek X, tiek Y ašyse, reikalingi du Hall jutikliai.

6 veiksmas: NdFeB (neodimio-geležies-boro) neodimio magnetai

Iš Vikipedijos: "Neodimis yra cheminis elementas, retųjų žemių metalas, turintis sidabriškai baltą spalvą su auksiniu atspalviu. Priklauso lantanidų grupei. Lengvai oksiduojasi ore. 1885 m. atrado austrų chemikas Karlas Aueris von Welsbachas. Naudojamas kaip lydinių su aliuminiu ir magniu komponentas orlaiviams ir raketų mokslui.

Neodimis yra metalas, kuris yra feromagnetinis (ypač pasižymi antiferomagnetinėmis savybėmis), o tai reiškia, kad, kaip ir geležis, jis gali būti įmagnetintas, kad taptų magnetu. Tačiau jo Curie temperatūra yra 19 K (-254 ° C), todėl gryna jo magnetizmas pasireiškia tik esant ypač žemai temperatūrai. Tačiau neodimio junginių su pereinamaisiais metalais, tokiais kaip geležis, Curie temperatūra gali būti gerokai aukštesnė už kambario temperatūrą ir jie naudojami neodimio magnetams gaminti.

Stiprus yra žodis, naudojamas apibūdinti neodimio magnetą. Negalite naudoti ferito magnetų, nes jų magnetizmas per silpnas. Neodimio magnetai yra daug brangesni nei ferito magnetai. Pagrindui naudojami maži magnetai, plūduriuojančiai / levituojančiai daliai – dideli magnetai.

Dėmesio! Naudodami neodimio magnetus turite būti atsargūs, nes jų stiprus magnetizmas gali jums pakenkti arba sugadinti standžiojo disko ar kitų elektroninių prietaisų, kuriuos veikia magnetiniai laukai, duomenis.

Patarimas! Galite atskirti du magnetus traukdami juos horizontaliai, negalite atskirti jų priešinga kryptimi, nes jų magnetinis laukas yra per stiprus. Jie taip pat yra labai trapūs ir lengvai lūžta.

7 žingsnis: paruoškite pagrindą

Naudojamas nedidelis terakotos vazonas, kuris dažniausiai naudojamas sukulentams ar kaktusams auginti. Jei reikia, taip pat galite naudoti keraminį arba medinį puodą. Naudokite 8 mm grąžtą, kad puodo apačioje sukurtumėte skylę, kuri naudojama nuolatinės srovės lizdui laikyti.

8 veiksmas: 3D spausdinkite slankiąją dalį

Jei turite 3D spausdintuvą, puiku. Jūs turite galimybę su juo padaryti viską. Jei nėra spausdintuvo, nenusiminkite, nes galite naudotis pigia 3D spausdinimo paslauga, kuri šiuo metu yra labai populiari.

Pjovimui lazeriu failai taip pat yra aukščiau esančiame archyve – faile AcrylicLaserCut.dwg (tai autocad). Akrilo detalė naudojama magnetams ir elektromagnetams palaikyti, likusi dalis naudojama terakotinio puodo paviršiui padengti.

9 veiksmas: Paruoškite SS495a salės jutiklio modulį

Iškirpkite PCB išdėstymą į dvi dalis, vieną, kad pritvirtintumėte salės jutiklį, o kitą - prie LM324 grandinės. Pritvirtinkite du magnetinius jutiklius statmenai PCB. Naudokite plonus laidus, kad sujungtumėte du VCC jutiklių kaiščius, darykite tą patį su GND kaiščiais. Išvesties kontaktai yra atskiri.

10 veiksmas: operacinės stiprintuvo grandinė

Lituokite lizdą ir rezistorius prie PCB pagal diagramą, įsitikinkite, kad du potenciometrai yra ta pačia kryptimi, kad vėliau būtų lengviau kalibruoti. Prijunkite LM324 prie lizdo, tada prijunkite du salės jutiklio modulio išėjimus prie op-amp grandinės.

Prijunkite du LM324 išvesties laidus prie Arduino. 12V įvestis su 12V L298N modulio įvestimi, 5V L298N modulio išvestis į 5V potenciometrą.

11 veiksmas: elektromagnetų surinkimas

Surinkite elektromagnetus ant akrilo lakšto, jie pritvirtinami keturiose skylėse šalia centro. Priveržkite varžtus, kad išvengtumėte judėjimo. Kadangi elektromagnetai yra simetriški centre, jie visada yra priešais polius, todėl elektromagnetų viduje esantys laidai yra sujungti, o laidai elektromagnetų išorėje yra prijungti prie L298N.

Ištraukite laidus po akrilo lakštu per gretimas angas, kad prijungtumėte prie L298N. Varinė viela yra padengta izoliuotu sluoksniu, todėl prieš lituodami juos turite nuimti peiliu.

12 veiksmas: jutiklio modulis ir magnetai

Karštais klijais pritvirtinkite jutiklio modulį tarp elektromagnetų, atkreipkite dėmesį, kad kiekvienas jutiklis turi būti kvadratinis su dviem elektromagnetais, vienas priekyje ir vienas gale. Pabandykite sukalibruoti du jutiklius kuo centre, kad jie nesutaptų, todėl jutiklis bus efektyviausias.

Kitas žingsnis yra akrilo magnetų surinkimas. Sujungus du D15 * 4 mm magnetus ir D15 * 3 mm magnetą, kad susidarytų cilindras, magnetai ir elektromagnetai bus vienodo aukščio. Surinkite magnetus tarp elektromagnetų porų, atkreipkite dėmesį, kad į viršų nukreiptų magnetų poliai turi būti vienodi.

13 veiksmas: nuolatinės srovės maitinimo jungtis ir L298N 5 V išvestis

Lituokite nuolatinės srovės maitinimo lizdą dviem laidais ir naudokite termiškai susitraukiančius vamzdelius. Prijungta nuolatinės srovės maitinimo jungtis prie L298N modulio įvesties, jos 5V išėjimas tieks maitinimą Arduino.

14 veiksmas: L298N ir Arduino

Prijunkite L298N modulį prie Arduino vadovaudamiesi aukščiau pateikta schema:

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

15 veiksmas: „Arduino Pro Mini“ programuotojas

Kadangi Arduino pro mini neturi USB nuosekliojo prievado, reikia prijungti išorinį programuotoją. FTDI Basic bus naudojamas programuoti (ir maitinti) Pro Mini.

15.01.2018 , 7 129 peržiūros

Šis naminis produktas yra Levitron su kontroliuojama pakaba. Dizainas ir schema yra gana paprasta, todėl net nepatyręs radijo mėgėjas ir naminių gaminių mėgėjas galės jį surinkti. Straipsnyje aprašomos nuoseklios Levitron surinkimo instrukcijos, laikantis jo, neturėtų kilti problemų dėl veikimo!

Levitrono grandinė

Ko reikia norint pagaminti Levitron

IRF740A dvipolis tranzistorius [Pirkite pigiai ]
Multiplekseris IN74LS157N
Salės jutiklis SS443A [Pirkite pigiai ]
Diodas 1N4007 [Pirkite pigiai ]
12V LED
Rezistoriai [Pirkite pigiai]
Jungiklis (ne jungiklis!!)
Grandinės plokštė [Pirkite pigiai ]
Apvijos viela ∅ 0,4 mm
Įvairių dydžių neodimio magnetai [Pirkite pigiai ]
Maitinimas 5V 3A [Pirkite pigiai ]
Fanera ir plonas plastikas

„Levitron“ gamyba

Pirmas žingsnis yra surinkti korpusą, kuriame bus sumontuota visa grandinė, įskaitant ritę. Dėklas gali būti pagamintas pagal toliau pateiktą schemą arba galite sugalvoti savo versiją.

Visų pirma iš faneros išpjauname visas apatinio pagrindo detales ir surenkame PVA klijus.

Tada išpjauname stelažų elementus ir taip pat klijuojame juos klijų pagalba.

Surinkus kėbulą galite jį nudažyti bet kokia spalva, taip jis taps vientisas ir patrauklios išvaizdos, bet tai, žinoma, nėra būtina.

Prieš surenkant grandinę, plokštę būtina sumontuoti į korpusą naudojant tarpiklį. Tarpiklis reikalingas tam, kad būtų užtikrintas atstumas tarp korpuso ir plokštės, kad dalių kojelės visiškai įeitų į skylutes ir montuojant nekiltų problemų.

Tada išpjauname dalį, kur padarome skylutes šviesos diodui ir jungikliui. Šis elementas bus ritės laikiklis.

Naudodami super klijus, šią dalį montuojame ant stovo.

Dabar reikia pasiimti strypą, jo skersmuo turi būti 10 mm.

Tada išpjauname 45 mm skersmens plastikines sienas.

Super klijų pagalba padengiame išorinius sienų kraštus ir pagrindą tvirtinimui.

Atsargiai suveriame vielą.

Vielą nupjauname su parašte, sienoje padarome pjūvį, ten uždedame vielos galą ir pritvirtiname karštais klijais, kad nežydėtų.

Tada, naudodami ašmenis, pašalinkite visus nelygumus.

Mūsų ritė yra paruošta. Dabar super klijais jį montuojame ant korpuso, kaip toliau esančioje nuotraukoje.

Tada ant korpuso sumontuojame jungiklį ir šviesos diodą ir iškart prilituojame prie jiems priskirtų laidų.

Tada lituojame ritės laidus ir salės jutiklius. Holo jutiklio laidai turi būti pakankamai ilgi, kad pasiektų ritės galą.

Tada sulenkite salės jutiklius taip, kad jų sritis būtų į išorę.

Dabar, naudodami elektrinę juostą, pritvirtiname jutiklius, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Šis tvirtinimo būdas ateityje leis be problemų keisti atstumą tarp jutiklių. Be to, jutiklius būtina pritvirtinti guminėmis juostomis.