Levitacija LED: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Jaz in moja ekipa smo se odločili, da bomo prižgali LED. Po kratkem googlanju sem naletel na videoposnetek podjetja SparkFun Electronics, ki ga lahko najdete tukaj, v katerem smo zasnovali naš dizajn. Naša svetloba lebdi z enim elektromagnetom nad svetlobo. Za to zasnovo smo se odločili, ker za levitacijo LED potrebuje le en elektromagnet. Za dosego brezžičnega prenosa energije smo uporabili primarno tuljavo, pritrjeno na dno levitacijskega elektromagneta, in sekundarno tuljavo, spajkano na LED. LED modul ima belo LED, sekundarno tuljavo in močan trajni magnet. Oblikoval sem strukturo in 3D dele natisnil.

1. korak: Oblikovanje strukture

Za oblikovanje strukture sem uporabil Solidworks. Podstavek je namenjen tiskanemu vezju. Skozi podnožje, noge in zgornje dele potekajo predori, ki vodijo žice. Nimamo časa za tiskanje tiskanega vezja, zato je izklop vezja ostal neuporabljen.

2. korak: navijanje elektromagneta

Za navijanje elektromagneta smo z vrtalnikom zavrteli vijak s podložkami kot oviro. Hodili smo zelo počasi, da se prepričamo, da se žica ne prekriva. Tako početje je trajalo dolgo. Mislim, da bi bilo dobro prihraniti veliko časa in biti manj previdni pri prekrivanju med navijanjem. Ocenili smo, da je v elektromagnetu 1500 obratov.

3. korak: Napajalniki

Za testiranje smo uporabili spremenljiv enosmerni napajalnik. Ko je vse delovalo, sem za napajanje 12V tirnice uporabil stari 19V polnilec za prenosni računalnik in 12V napetostni regulator. Uporabil sem 5V regulator iz izhoda 12V regulatorja za napajanje 5V tirnice. Zelo pomembno je, da vse svoje podlage povežete skupaj. Pred tem smo imeli težave z našimi vezji. Uporabili smo kondenzatorje v 12V in 5V napajalnikih za zmanjšanje hrupa v električnih vodilih na plošči.

4. korak: Levitacijsko vezje

Levitacijski krog je najtežji del tega projekta. Magnetno levitacijo dosežemo s senzorjem Hallovega učinka za presojo razdalje od stalnega magneta do elektromagneta in s primerjalnim vezjem za vklop ali izklop elektromagneta. Ker senzor prejme močnejše magnetno polje, senzor odda nižjo napetost. Ta napetost se primerja z nastavljivo napetostjo, ki prihaja iz potenciometra. Za primerjavo obeh napetosti smo uporabili op-amp. Izhod operacijskega ojačevalnika vklopi ali izklopi N-kanalni MOSFET, ki omogoča pretok toka skozi elektromagnet. Ko je trajni magnet (pritrjen na LED) preblizu elektromagneta, kjer ga sesa do elektromagneta, se elektromagnet izklopi, in ko je predaleč, kjer bi padel iz levitacije, elektromagnet vklopi. Ko najdemo ravnovesje, se elektromagnet zelo hitro vklopi in izklopi, pri tem ujame in sprosti magnet, kar mu omogoča levitacijo. S potenciometrom lahko prilagodite razdaljo, do katere bo magnet lebdel.

Na sliki zaslona osciloskopa lahko vidite signal izhoda senzorja za Hall -ov učinek in vklop in izklop magneta. Ko se LED približa senzorju, se rumena črta poveča. Ko je magnet na zeleni črti je nizka. Ko je zunaj, je zelena črta visoka.

Odvisno od okolja in tega, kar uporabljate kot generator valovne oblike, boste morda morali dodati majhen kondenzator iz izhoda senzorja na tla. To bo omogočilo, da bo večina hrupa šla naravnost na tla, čistilni signal iz senzorja pa bo uporabil op-amp.

5. korak: Brezžično napajalno vezje

Za brezžični prenos energije smo okoli nosilca senzorja zavili primarno tuljavo s 25 zavoji z magnetno žico 24. Nato smo naredili sekundarno tuljavo, tako da smo okoli 25 zavojev okoli cevi papirja ovili magnetno žico velikosti 32. Ko je bila zavita, smo tuljo zdrsnili s papirja in jo spajkali na LED. Odstranite emajlirano prevleko magnetne žice, kjer spajkate.

Za vklop in izklop MOSFET smo uporabili generator kvadratnih valov pri 1 MHz, ki omogoča pretok toka skozi primarno tuljavo od 0 do 12V pri 1 MHz. Za testiranje smo uporabili Analogno odkritje za generator funkcij. Končna različica uporablja 555 časovni generator generatorja kvadratnih valov za preklop MOSFET -a. Vendar pa je to vezje povzročilo veliko hrupa, ki je motil električne tirnice. Naredil sem škatlo, obloženo z aluminijasto folijo, ki ima razdelilnik za ločevanje generatorja valov in levitacijskega kroga. To je znatno zmanjšalo količino hrupa.

6. korak: Montaža

Za 3D tiskanje podlage in nog sem uporabil Chroma Strand Labs ABS. Med tiskanjem so se noge preveč zvijale, zato sem ponovno natisnil s Chroma Strand Labs PETg. PETg se je zelo malo deformiral. Vsi deli se prilegajo skupaj brez uporabe lepila. V njem smo morali izrezati nekaj zarez, da bi dodali dodatno razdaljo za žice. Morda boste morali brusiti območja, ki se dotikajo drugih kosov, da se ohlapneje prilegajo.

Načrtujemo tiskanje vezja in spajkanje komponent nanj, tako da se vse prilega notranjosti izreza vezja.