Левитиращ светодиод: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Аз и екипът ми се заехме да направим светещ светодиод да левитира. След кратко време в гугъл, попаднах на видеоклип от SparkFun Electronics, който може да се намери тук, в който ние базирахме нашия дизайн. Нашата светлина левитира с един електромагнит над светлината. Избрахме този дизайн, защото изисква само един електромагнит, за да левитира светодиода. За да постигнем безжичен трансфер на мощност, използвахме първична намотка, прикрепена към дъното на левитационния електромагнит и вторична намотка, запоена към светодиода. LED модулът има бял светодиод, вторична намотка и силен постоянен магнит. Проектирах структурата и 3D частите бяха отпечатани.

Стъпка 1: Проектиране на структурата

Използвах Solidworks за проектиране на структурата. Основата е предназначена за поставяне на печатна платка. Има тунели през основата, краката и горните части за прокарване на проводници. Нямахме време да отпечатаме платка, така че прекъсването на печатната платка остана неизползвано.

Стъпка 2: Навиване на електромагнита

За да навием електромагнита, използвахме електрическа бормашина, за да завъртим болт с шайби като бариери. Отидохме много бавно, за да сме сигурни, че проводникът не се припокрива. Правенето по този начин отне много време. Мисля, че би било добре да спестите много време и да бъдете по -малко внимателни с припокриването при навиване. Изчислихме, че в електромагнита има 1500 завъртания.

Стъпка 3: Захранвания

За тестване използвахме променливо DC захранване. След като всичко заработи, използвах старо зарядно устройство за лаптоп от 19V и регулатор на напрежението 12V, за да захранвам 12V шината. Използвах 5V регулатор от изхода на 12V регулатора за захранване на 5V шината. Много е важно да свържете всичките си основи заедно. Имахме проблеми с нашите вериги, преди да направим това. Използвахме кондензатори в 12V и 5V захранвания, за да намалим шума в релсите на платката.

Стъпка 4: Верига за левитация

Левитационната верига е най -трудната част от този проект. Магнитната левитация се осъществява с помощта на сензор за ефект на Хол, за да се прецени разстоянието от постоянния магнит до електромагнита и сравнителна верига за включване или изключване на електромагнита. Тъй като сензорът получава по -силно магнитно поле, сензорът извежда по -ниско напрежение. Това напрежение се сравнява с регулируемо напрежение, идващо от потенциометър. Използвахме оп-усилвател, за да сравним двете напрежения. Изходът на операционния усилвател включва или изключва N-канал MOSFET, за да позволи на тока да тече през електромагнита. Когато постоянният магнит (прикрепен към светодиода) е твърде близо до електромагнита, където ще бъде засмукан до електромагнита, електромагнитът се изключва, а когато е твърде далеч, където би паднал от левитацията, електромагнитът включва се. Когато се намери баланс, електромагнитът се включва и изключва много бързо, улавяйки и освобождавайки магнита, позволявайки му да левитира. Потенциометърът може да се използва за регулиране на разстоянието, на което магнитът ще се движи.

В изображението на екрана на осцилоскопа можете да видите сигнала от изхода на сензора за ефекта на Хол и включването и изключването на магнита. С приближаването на светодиода към сензора жълтата линия се увеличава. Когато магнитът е върху зелената линия е ниска. Когато е извън зелената линия е висока.

В зависимост от околната среда и това, което използвате като генератор на вълнова форма, може да се наложи да добавите малък кондензатор от изхода на сензора към земята. Това ще позволи по-голямата част от шума да отиде направо на земята и чистият сигнал от сензора да се използва от оп-усилвателя.

Стъпка 5: Безжична захранваща верига

За да се справим с безжичното прехвърляне на енергия, увихме първична намотка от 25 оборота с магнитна жица с 24 габарита около държача на сензора. След това направихме вторична намотка, като обвихме магнитна жица с диаметър 32 около тръба хартия за 25 оборота. След като беше увит, ние плъзнахме намотката от хартията и я запоявахме към светодиод. Не забравяйте да премахнете емайловото покритие на магнитния проводник, където запоявате.

Използвахме генератор на квадратна вълна на 1 MHz, за да включим и изключим MOSFET, който позволява токът да тече през първичната намотка от 0 до 12V при 1 MHz. За тестване използвахме Analog Discovery за генератор на функции. Последната версия използва 555 таймер генератор на квадратна вълна за превключване на MOSFET. Тази верига обаче произведе куп шум, който пречеше на релсите. Направих кутия, облицована с алуминиево фолио, която има разделител за разделяне на генератора на вълни и левитационната верига. Това значително намали количеството шум.

Стъпка 6: Монтаж

Използвах Chroma Strand Labs ABS за 3D отпечатване на основата и краката. Краката се изкривиха прекалено много по време на отпечатването, така че препечатах отново с Chroma Strand Labs PETg. PETg се деформира много малко. Всички части се сглобяват без използване на лепило. Трябваше да изрежем няколко прореза в него, за да добавим допълнително разстояние за проводниците. Може да се наложи да шлайфате зоните, които се допират до други парчета, за да позволите по -свободно прилягане.

Планираме да отпечатаме платка и да запояваме компонентите към нея, така че всичко да се побере в изреза на платката.