Ultrazvukový levitačný stroj využívajúci ARDUINO: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Je veľmi zaujímavé vidieť niečo, čo pláva vo vzduchu alebo vo voľnom priestore, ako mimozemské vesmírne lode. presne o tom je antigravitačný projekt. Objekt (v podstate malý kúsok papiera alebo termocol) je umiestnený medzi dva ultrazvukové meniče, ktoré generujú akustické zvukové vlny. Objekt pláva vo vzduchu kvôli týmto vlnám, ktoré sa zdajú byť gravitačné.

v tomto návode prediskutujeme ultrazvukovú levitáciu a zostrojíme levitačný stroj pomocou Arduina

Krok 1: Ako je to možné

Aby ste pochopili, ako funguje akustická levitácia, musíte najskôr vedieť niečo o gravitácii, vzduchu a zvuku. Po prvé, gravitácia je sila, ktorá spôsobuje, že sa objekty navzájom priťahujú. Obrovský predmet, podobne ako Zem, ľahko priťahuje objekty, ktoré sú blízko neho, ako jablká visiace zo stromov. Vedci sa nerozhodli, čo presne spôsobuje túto príťažlivosť, ale veria, že existuje všade vo vesmíre.

Za druhé, vzduch je tekutina, ktorá sa v zásade správa rovnako ako kvapaliny. Rovnako ako kvapaliny, aj vzduch je tvorený mikroskopickými časticami, ktoré sa navzájom pohybujú. Aj vzduch sa pohybuje ako voda - niektoré aerodynamické testy namiesto vzduchu prebiehajú pod vodou. Častice v plynoch, podobne ako tie, ktoré tvoria vzduch, sú od seba jednoducho ďalej a pohybujú sa rýchlejšie ako častice v kvapalinách.

Po tretie, zvuk je vibrácia, ktorá prechádza médiom, ako je plyn, kvapalina alebo pevný predmet. ak zasiahnete zvon, zvon vibruje vo vzduchu. Keď sa jedna strana zvončeka pohybuje, tlačí molekuly vzduchu vedľa seba, čím sa zvyšuje tlak v tejto oblasti vzduchu. Táto oblasť vyššieho tlaku je kompresia. Keď sa strana zvona pohybuje späť, rozťahuje molekuly od seba a vytvára oblasť nižšieho tlaku, ktorá sa nazýva zriedkavosť. Bez tohto pohybu molekúl by zvuk nemohol cestovať, a preto vo vákuu nie je žiadny zvuk.

akustický levitátor

Základný akustický levitátor má dve hlavné časti - prevodník, ktorý je vibračným povrchom, ktorý vytvára zvuk, a reflektor. Prevodník a reflektor majú často konkávne povrchy, ktoré pomáhajú zamerať zvuk. Zvuková vlna odchádza z prevodníka a odráža sa od reflektora. Tri základné vlastnosti tejto cestujúcej odrazovej vlny jej pomáhajú zavesiť predmety vo vzduchu.

keď sa zvuková vlna odráža od povrchu, interakcia medzi jej kompresiami a vzácnymi chybami spôsobuje interferenciu. Kompresie, ktoré vyhovujú iným kompresiám, sa navzájom zosilňujú a kompresie, ktoré spĺňajú zriedkavé chyby, sa navzájom vyvažujú. Niekedy sa odraz a rušenie môžu spojiť a vytvoriť stojatú vlnu. Stojaté vlny sa skôr pohybujú tam a späť alebo vibrujú v segmentoch, než aby cestovali z miesta na miesto. Táto ilúzia ticha je to, čo dáva stojatým vlnám názov. Stojaté zvukové vlny majú definované uzly alebo oblasti minimálneho tlaku a antinódy alebo oblasti maximálneho tlaku. Uzly stojatej vlny sú dôvodom akustickej levitácie.

Akustický levitátor umiestnite reflektor v správnej vzdialenosti od meniča, vytvorí stojatú vlnu. Keď je orientácia vlny rovnobežná s gravitačným ťahom, časti stojatej vlny majú konštantný tlak nadol a ostatné majú konštantný tlak nahor. Uzly majú veľmi malý tlak.

takže tam môžeme umiestniť malé predmety a levitovať

Krok 2: Potrebné súčasti

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ultrazvukový modul HC-SR04
• L239d H-Bridge modul L298
• Bežná pcb
• 7,4 V batéria alebo napájací zdroj
• Spojovací drôt.

Krok 3: Schéma zapojenia

pracovný princíp obvodu je veľmi jednoduchý. Hlavnou súčasťou tohto projektu je integrovaný obvod pohonu motora Arduino, L298 a ultrazvukový prevodník zozbieraný z modulu ultrazvukového senzora HCSR04. Ultrazvukový senzor spravidla vysiela akustickú vlnu frekvenčného signálu od 25 kHz do 50 kHz a v tomto projekte používame ultrazvukový prevodník HCSR04. Tieto ultrazvukové vlny vytvárajú stojaté vlny s uzlami a antinodami.

pracovná frekvencia tohto ultrazvukového prevodníka je 40 kHz. Účelom použitia Arduina a tohto malého kúsku kódu je vygenerovať vysokofrekvenčný oscilačný signál 40KHz pre môj ultrazvukový snímač alebo prevodník a tento impulz sa aplikuje na vstup ovládača motora IC IC L293D (z pinov Arduino A0 a A1) na ovládanie ultrazvukového meniča. Nakoniec aplikujeme tento vysokofrekvenčný 40KHz oscilačný signál spolu s budiacim napätím cez budiaci IC (zvyčajne 7,4 V) na ultrazvukový prevodník. V dôsledku toho ultrazvukový menič vytvára akustické zvukové vlny. Dva snímače sme umiestnili tvárou v tvár v opačnom smere tak, aby medzi nimi zostal určitý priestor. Akustické zvukové vlny sa pohybujú medzi dvoma meničmi a umožňujú objektu plávať. Pozrite si video. Viac informácií nájdete vo videu

Krok 4: Výroba prevodníka

Najprv musíme odpojiť vysielač a prijímač od ultrazvukového modulu. Odstráňte tiež ochranný kryt a potom k nemu pripojte dlhé vodiče. Potom umiestnite vysielač a prijímač jeden na druhý, pamätajte, že poloha ultrazvukových meničov je veľmi dôležitá. Mali by byť proti sebe v opačnom smere, čo je veľmi dôležité, a mali by byť v jednej línii, aby sa ultrazvukové zvukové vlny mohli pohybovať a navzájom sa pretínať v opačných smeroch. Na tento účel som použil penový plech, orechy a roboty

Pre lepšie pochopenie si pozrite video, ktoré tvorí

Krok 5: Programovanie

Kódovanie je veľmi jednoduché, má iba niekoľko riadkov. Použitím tohto malého kódu pomocou funkcií časovača a prerušenia robíme vysoké alebo nízke (0 /1) a generujeme oscilačný signál 40 kHz na výstupné piny Arduino A0 a A1.

odtiaľto si stiahnite kód Arduino

Krok 6: Pripojenia

zapojte všetko podľa schémy zapojenia

Nezabudnite spojiť obidva pozemky dohromady

Krok 7: Dôležité veci a vylepšenia

Umiestnenie prevodníka je veľmi dôležité, preto sa snažte umiestniť ho na správne miesto

Zdvíhame iba malé kúsky ľahkých predmetov, ako je termocol a papier

Mal by poskytovať najmenej 2 ampérový prúd

Ďalej som sa pokúsil levitovať veľké objekty, aby som najskôr zvýšil č. Vysielačov a prijímačov, ktoré nefungovali. Ďalej som to skúsil s vysokým napätím, ktoré tiež zlyhalo.

Impromenty

Neskôr som pochopil, že som zlyhal, pretože. Usporiadanie meničov, ak používame viac vysielačov, mali by sme alianovať v krivkovej štruktúre.

Krok 8: Ďakujem

Akékoľvek pochybnosti Napíšte komentár nižšie