LED de levitare: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Eu și echipa mea ne-am propus să facem un levitat LED aprins. După un timp scurt de căutare, am dat peste un videoclip de la SparkFun Electronics, care poate fi găsit aici, în care ne-am bazat designul. Lumina noastră levitează cu un electromagnet deasupra luminii. Am ales acest design deoarece necesită un singur electromagnet pentru a levita LED-ul. Pentru a realiza transferul de energie fără fir, am folosit o bobină primară atașată la fundul electromagnetului de levitație și o bobină secundară lipită la LED. Modulul LED are un LED alb, o bobină secundară și un magnet permanent puternic. Am proiectat structura și am imprimat 3D toate piesele.

Pasul 1: Proiectarea structurii

Am folosit Solidworks pentru a proiecta structura. Baza este menită să găzduiască o placă cu circuite imprimate. Există tuneluri prin bază, picioare și piese superioare pentru a direcționa firele. Nu am avut timp să imprimăm o placă de circuite, deci decupajul plăcii de circuite a rămas nefolosit.

Pasul 2: Înfășurarea electromagnetului

Pentru a înfășura electromagnetul, am folosit un burghiu electric pentru a roti un șurub cu șaibe ca bariere. Am mers foarte încet pentru a ne asigura că firul nu se suprapune. A făcut acest lucru a durat mult. Cred că ar fi bine să economisești foarte mult timp și să fii mai puțin atent cu suprapunerea în timpul înfășurării. Am estimat că există 1500 de ture în electromagnet.

Pasul 3: surse de alimentare

Pentru testare, am folosit o sursă de curent continuu variabilă. După ce totul a funcționat, am folosit un încărcător de laptop vechi de 19V și un regulator de tensiune de 12V pentru a alimenta șina de 12V. Am folosit un regulator de 5V de la ieșirea regulatorului de 12V pentru a furniza energie șinei de 5V. Este foarte important să conectați toate terenurile împreună. Am avut probleme cu circuitele noastre înainte de a face acest lucru. Am folosit condensatori pe sursele de alimentare de 12V și 5V pentru a reduce zgomotul din șinele de alimentare de pe placă.

Pasul 4: Circuitul de levitație

Circuitul de levitație este cea mai grea parte a acestui proiect. Levitația magnetică se realizează folosind un senzor de efect de hală pentru a evalua distanța de la magnetul permanent la electromagnet și un circuit de comparare pentru a porni sau opri electromagnetul. Pe măsură ce senzorul primește un câmp magnetic mai puternic, senzorul produce o tensiune mai mică. Această tensiune este comparată cu o tensiune reglabilă provenită de la un potențiometru. Am folosit un amplificator opțional pentru a compara cele două tensiuni. Ieșirea amplificatorului op oprește sau oprește un mosfet cu canal N pentru a permite curentului să curgă prin electromagnet. Când magnetul permanent (atașat la LED) este prea aproape de electromagnet, unde va fi aspirat până la electromagnet, electromagnetul se oprește și când este prea departe, unde ar cădea din levitație, electromagnetul se aprinde. Când se găsește un echilibru, electromagnetul pornește și se oprește foarte repede, prinzând și eliberând magnetul, permițându-i să leviteze. Potențiometrul poate fi utilizat pentru a regla distanța pe care o va plasa magnetul.

În imaginea ecranului osciloscopului, puteți vedea semnalul de la ieșirea senzorului de efect de hală și magnetul pornit și oprit. Pe măsură ce LED-ul se apropie de senzor, linia galbenă crește. Când magnetul este pe linia verde este scăzut. Când este oprit, linia verde este mare.

În funcție de mediu și de ceea ce utilizați ca generator de formă de undă, poate fi necesar să adăugați un condensator mic de la ieșirea senzorului la masă. Acest lucru va permite ca majoritatea zgomotului să meargă direct la sol și semnalul curat de la senzor să fie utilizat de amplificatorul op.

Pasul 5: Circuit de alimentare fără fir

Pentru a gestiona transferul de energie fără fir, am înfășurat o bobină primară de 25 de ture cu sârmă magnetică de calibru 24 în jurul suportului senzorului. Apoi am realizat o bobină secundară înfășurând un fir magnetic cu 32 de calibre în jurul unui tub de hârtie pentru 25 de ture. Odată ce a fost înfășurat, am scos bobina de pe hârtie și am lipit-o pe un LED. Asigurați-vă că îndepărtați stratul de smalț al firului magnetic unde lipiți.

Am folosit un generator de unde pătrate la 1 MHz pentru a porni și opri un MOSFET care permite curentului să curgă prin bobina primară de la 0 la 12V la 1 MHz. Pentru testare, am folosit o descoperire analogică pentru un generator de funcții. Versiunea finală utilizează un circuit generator de undă pătrată cu temporizator 555 pentru a comuta MOSFET-ul. Cu toate acestea, acest circuit a produs o grămadă de zgomot care interferează cu șinele de alimentare. Am făcut o cutie căptușită cu folie de aluminiu care are un separator pentru a separa generatorul de unde și circuitul de levitație. Acest lucru a redus semnificativ cantitatea de zgomot.

Pasul 6: Asamblare

Am folosit Chroma Strand Labs ABS pentru a imprima 3D baza și picioarele. Picioarele s-au deformat prea mult în timpul imprimării, așa că am re-tipărit cu Chroma Strand Labs PETg. PETg s-a deformat foarte puțin. Toate piesele se potrivesc fără utilizarea lipiciului. A trebuit să tăiem câteva crestături pentru a adăuga spațiu liber pentru fire. Este posibil să trebuiască să șlefuiți zonele care intră în contact cu alte piese pentru a permite o potrivire mai slabă.

Planificăm să imprimăm o placă de circuite și să lipim componentele, astfel încât să se potrivească totul în interiorul tăieturii plăcii de circuite.