Levitujúca LED: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Ja a môj tím sme sa rozhodli vytvoriť rozsvietenú LED diódu. Po krátkom čase googlenia som narazil na video od SparkFun Electronics, ktoré nájdete tu, z ktorého sme vychádzali pri návrhu. Naše svetlo levituje s jedným elektromagnetom nad svetlom. Vybrali sme si tento dizajn, pretože na levitáciu LED diódy je potrebný iba jeden elektromagnet. Na dosiahnutie bezdrôtového prenosu energie sme použili primárnu cievku pripevnenú k spodnej časti levitačného elektromagnetu a sekundárnu cievku spájkovanú s LED diódou. LED modul má bielu LED, sekundárnu cievku a silný permanentný magnet. Navrhol som štruktúru a 3D diely vytlačil všetky diely.

Krok 1: Navrhovanie štruktúry

Na návrh štruktúry som použil Solidworks. Základňa je určená pre umiestnenie dosky s plošnými spojmi. Základňou, nohami a hornými kusmi vedú tunely na vedenie drôtov. Nemali sme čas na vytlačenie dosky plošných spojov, takže výrez na doske zostal nevyužitý.

Krok 2: Navíjanie elektromagnetu

Na navíjanie elektromagnetu sme použili elektrickú vŕtačku na otáčanie skrutky s podložkami ako závorami. Išli sme veľmi pomaly, aby sme sa uistili, že sa drôt neprekrýva. Urobiť to týmto spôsobom trvalo dlho. Myslím, že by bolo v poriadku ušetriť veľa času a byť menej opatrní s prekrytím pri navíjaní. Odhadujeme, že v elektromagnetu je 1 500 závitov.

Krok 3: Napájacie zdroje

Na testovanie sme použili variabilný zdroj jednosmerného prúdu. Potom, čo všetko fungovalo, použil som starú 19V nabíjačku na laptop a regulátor napätia 12 V na napájanie 12V koľajnice. Na napájanie 5V koľajnice som použil 5V regulátor z výstupu regulátora 12V. Je veľmi dôležité prepojiť všetky vaše pozemky. Predtým sme to urobili, mali sme problémy s našimi obvodmi. Na zníženie hluku v napájacích koľajniciach na doske sme použili kondenzátory napäťových zdrojov 12 V a 5 V.

Krok 4: Levitačný obvod

Levitačný okruh je najťažšia časť tohto projektu. Magnetická levitácia sa vykonáva pomocou senzora s Hallovým efektom na posúdenie vzdialenosti od permanentného magnetu k elektromagnetu a porovnávacieho obvodu na zapnutie alebo vypnutie elektromagnetu. Keď snímač prijíma silnejšie magnetické pole, senzor vydáva nižšie napätie. Toto napätie je v porovnaní s nastaviteľným napätím pochádzajúcim z potenciometra. Na porovnanie dvoch napätí sme použili operačný zosilňovač. Výstup operačného zosilňovača zapína alebo vypína N-kanálový mosfet, aby prúd mohol prúdiť elektromagnetom. Keď je permanentný magnet (pripevnený k LED) príliš blízko elektromagnetu, kde bude nasávaný k elektromagnetu, elektromagnet sa vypne a keď je príliš ďaleko, kde by vypadol z levitácie, elektromagnet vzrušuje. Keď sa nájde rovnováha, elektromagnet sa veľmi rýchlo zapne a vypne, magnet zachytí a uvoľní, čo mu umožní levitovať. Potenciometrom je možné nastaviť vzdialenosť, nad ktorou sa magnet bude vznášať.

Na obrázku osciloskopu vidíte signál z výstupu snímača s Hallovým efektom a zapínanie a vypínanie magnetu. Keď sa dióda LED priblíži k senzoru, žltá čiara sa zvyšuje. Keď je magnet na zelenej čiare, je nízka. Keď je vypnutá, zelená čiara je vysoká.

V závislosti od prostredia a toho, čo používate ako generátor priebehov, bude možno potrebné pridať malý kondenzátor z výstupu snímača na zem. To umožní, aby väčšina hluku prešla priamo na zem a operačný zosilňovač použil čistý signál zo snímača.

Krok 5: Bezdrôtový napájací obvod

Aby sme zvládli bezdrôtový prenos energie, omotali sme primárnu cievku s 25 závitmi magnetickým drôtom s priemerom 24 okolo držiaka senzora. Potom sme vyrobili sekundárnu cievku tak, že sme omotali magnetický drôt s priemerom 32 okolo rúrky papiera na 25 otáčok. Akonáhle bol zabalený, stiahli sme cievku z papiera a spájkovali sme ju s LED diódou. Uistite sa, že ste odstránili smaltovaný povlak magnetického drôtu, na ktorom spájkujete.

Na zapnutie a vypnutie MOSFETu sme použili generátor obdĺžnikových vĺn pri 1 MHz, ktorý umožňuje prietoku prúdu primárnou cievkou od 0 do 12 pri 1 MHz. Na testovanie sme použili generátor funkcií Analog Discovery. Konečná verzia používa na prepnutie MOSFETu obvod generátora obdĺžnikových vĺn s časovačom 555. Tento obvod však produkoval veľa hluku, ktorý rušil napájacie koľajnice. Vyrobil som krabicu lemovanú hliníkovou fóliou, ktorá má rozdeľovač na oddelenie generátora vĺn a levitačného obvodu. Tým sa výrazne znížilo množstvo hluku.

Krok 6: Zostavenie

Na 3D tlač základne a nôh som použil Chroma Strand Labs ABS. Nohy sa pri tlači príliš zdeformovali, a tak som znova vytlačil s Chroma Strand Labs PETg. PETg sa zdeformoval veľmi málo. Všetky diely do seba zapadajú bez použitia lepidla. Museli sme v ňom vyrezať niekoľko zárezov, aby sme pridali dodatočný priestor pre drôty. Možno budete musieť zbrúsiť oblasti, ktoré sa dotýkajú iných kúskov, aby ste mohli voľnejšie sedieť.

Plánujeme vytlačiť dosku plošných spojov a spájkovať s ňou súčiastky tak, aby sa všetko zmestilo do výrezu dosky plošných spojov.