Levitirajuća LED: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Ja i moj tim krenuli smo u pravljenje upaljene LED diode. Nakon kratkog vremena googlanja, naišao sam na video zapis SparkFun Electronics, koji se može pronaći ovdje, u kojem smo zasnovali svoj dizajn. Naše svjetlo lebdi jednim elektromagnetom iznad svjetla. Odabrali smo ovaj dizajn jer zahtijeva samo jedan elektromagnet za levitaciju LED diode. Za postizanje bežičnog prijenosa energije koristili smo primarnu zavojnicu pričvršćenu na dno levitacijskog elektromagneta i sekundarnu zavojnicu lemljenu na LED. LED modul ima bijelu LED diodu, sekundarnu zavojnicu i jak stalni magnet. Dizajnirao sam strukturu i 3D dijelove ispisao.

Korak 1: Projektiranje strukture

Koristio sam Solidworks za projektiranje strukture. Baza je namijenjena za smještaj tiskane ploče. Tuneli prolaze kroz podnožje, noge i gornje dijelove za usmjeravanje žica. Nismo imali vremena za ispis tiskane pločice pa je prekid ploče ostao neiskorišten.

Korak 2: Namotajte elektromagnet

Za namotavanje elektromagneta upotrijebili smo bušilicu za okretanje vijka s podlošcima kao preprekama. Išli smo vrlo sporo kako bismo bili sigurni da se žica ne preklapa. Rad na ovaj način trajao je dugo. Mislim da bi bilo u redu uštedjeti puno vremena i biti manje oprezan s preklapanjem tijekom navijanja. Procijenili smo da u elektromagnetu ima 1500 zavoja.

Korak 3: Napajanja

Za testiranje smo koristili promjenjivo istosmjerno napajanje. Nakon što je sve radilo, upotrijebio sam stari punjač za prijenosno računalo od 19 V i regulator napona od 12 V za napajanje 12V šine. Koristio sam 5V regulator iz izlaza 12V regulatora za napajanje 5V šine. Vrlo je važno povezati sve svoje osnove zajedno. Imali smo problema s našim sklopovima prije nego što smo to učinili. Koristili smo kondenzatore za 12V i 5V napajanje kako bismo smanjili bilo kakvu buku u vodilicama na ploči.

Korak 4: Krug levitacije

Levitacijski krug najteži je dio ovog projekta. Magnetska levitacija postiže se pomoću Hall -ovog senzora za procjenu udaljenosti od stalnog magneta do elektromagneta i usporednog kruga za uključivanje ili isključivanje elektromagneta. Kako senzor prima jače magnetsko polje, senzor emitira niži napon. Taj se napon uspoređuje s podesivim naponom koji dolazi s potenciometra. Za usporedbu dva napona koristili smo op-amp. Izlaz op-pojačala uključuje ili isključuje N-kanalni MOSFET kako bi omogućio protok struje kroz elektromagnet. Kad je stalni magnet (pričvršćen na LED) preblizu elektromagneta, gdje će se usisati do elektromagneta, elektromagnet se isključuje, a kad je predaleko, gdje bi ispao iz levitacije, elektromagnet uključuje. Kada se pronađe ravnoteža, elektromagnet se vrlo brzo uključuje i isključuje, hvatajući i oslobađajući magnet, dopuštajući mu da levitira. Potenciometar se može koristiti za podešavanje udaljenosti magneta.

Na slici zaslona osciloskopa možete vidjeti signal s izlaza osjetnika Hall efekta i uključivanje i isključivanje magneta. Kako se LED približava senzoru, žuta linija se povećava. Kada je magnet na zelenoj liniji je niska. Kada je izvan zelene linije je visoka.

Ovisno o okruženju i onome što koristite kao generator valnog oblika, možda ćete morati dodati mali kondenzator s izlaza osjetnika na masu. To će omogućiti da većina šuma ide ravno na tlo, a op-pojačalo će koristiti čisti signal sa senzora.

Korak 5: Bežični strujni krug

Kako bismo upravljali bežičnim prijenosom energije, omotali smo primarnu zavojnicu od 25 zavoja s magnetskom žicom od 24 mjerača oko držača senzora. Zatim smo napravili sekundarnu zavojnicu omotavši magnetsku žicu od 32 mjerača oko cijevi papira za 25 zavoja. Nakon što je zamotan, skinuli smo zavojnicu s papira i lemili je na LED. Uvjerite se da ste uklonili emajlirani premaz magnetske žice na kojoj lemite.

Koristili smo generator četvrtastih valova na 1 MHz za uključivanje i isključivanje MOSFET -a koji omogućuje protok struje kroz primarnu zavojnicu od 0 do 12V na 1 MHz. Za testiranje smo koristili Analog Discovery za generator funkcija. Konačna verzija koristi sklop generatora kvadratnih valova s timerom 555 za prebacivanje MOSFET -a. Međutim, ovaj je krug proizveo hrpu buke koja je ometala strujne vodilice. Napravio sam kutiju obloženu aluminijskom folijom koja ima razdjelnik za odvajanje generatora valova i kruga levitacije. Time je značajno smanjena količina buke.

Korak 6: Montaža

Koristio sam Chroma Strand Labs ABS za 3D ispis baze i nogu. Noge su se previše iskrivile tijekom ispisa, pa sam ponovno tiskao s Chroma Strand Labs PETg. PETg se jako malo iskrivio. Svi se dijelovi uklapaju bez upotrebe ljepila. Morali smo izrezati nekoliko zareza kako bismo dodali dodatni razmak za žice. Možda ćete morati brusiti područja koja dodiruju druge komade kako biste omogućili labavije prianjanje.

Planiramo ispisati pločicu i lemiti komponente na nju tako da sve stane u izrez na ploči.