Levitating LED: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Mig og mit team satte os for at lave en tændt LED svæve. Efter kort tid at have googlet rundt stødte jeg på en video fra SparkFun Electronics, som kan findes her, hvor vi baserede vores design ud fra. Vores lys svæver med en elektromagnet over lyset. Vi valgte dette design, fordi det kun kræver en elektromagnet for at svæve LED'en. For at opnå den trådløse kraftoverførsel brugte vi en primær spole fastgjort til bunden af levitationselektromagneten og en sekundær spole loddet til LED'en. LED -modulet har en hvid LED, en sekundær spole og en stærk permanent magnet. Jeg designede strukturen og 3D -printede alle delene.

Trin 1: Design af strukturen

Jeg brugte Solidworks til at designe strukturen. Basen er beregnet til at rumme et printkort. Der er tunneler gennem basen, benene og topstykkerne for at føre tråde. Vi havde ikke tid til at få printet et printkort, så printkortets udskæring gik ubrugt.

Trin 2: Vikling af elektromagneten

For at sno elektromagneten brugte vi en boremaskine til at dreje en bolt med skiver som barrierer. Vi gik meget langsomt for at sikre, at ledningen ikke overlappede sig selv. Det tog lang tid at gøre det på denne måde. Jeg tror, det ville være fint at spare meget tid og være mindre forsigtig med overlapning, mens man snoede sig. Vi anslog, at der er 1500 omdrejninger i elektromagneten.

Trin 3: Strømforsyninger

Til test brugte vi en variabel jævnstrømforsyning. Efter alt fungerede, brugte jeg en gammel 19V bærbar oplader og en 12V spændingsregulator til at levere strøm til 12V skinnen. Jeg brugte en 5V regulator fra output fra 12V regulatoren til at levere strøm til 5V skinnen. Det er meget vigtigt at forbinde alle dine grunde sammen. Vi havde problemer med vores kredsløb, før vi gjorde dette. Vi brugte kondensatorer på tværs af 12V og 5V strømforsyningerne til at reducere enhver støj i strømskinnerne på kortet.

Trin 4: Levitation Circuit

Levitationskredsløbet er den sværeste del af dette projekt. Magnetisk levitation udføres ved hjælp af en hall -effektsensor til at bedømme afstanden fra den permanente magnet til elektromagneten og et komparator kredsløb til at tænde eller slukke elektromagneten. Da sensoren modtager et stærkere magnetfelt, afgiver sensoren en lavere spænding. Denne spænding sammenlignes med en justerbar spænding, der kommer fra et potentiometer. Vi brugte en op-amp til at sammenligne de to spændinger. Op-forstærkerens output tænder eller slukker en N-kanal mosfet for at tillade strøm at strømme gennem elektromagneten. Når den permanente magnet (fastgjort til LED) er for tæt på elektromagneten, hvor den vil blive suget op til elektromagneten, slukker elektromagneten, og når den er for langt væk, hvor den ville falde ud af levitation, vil elektromagneten tænder. Når en balance er fundet, tænder og slukker elektromagneten meget hurtigt, fanger og slipper magneten, så den kan svæve. Potentiometeret kan bruges til at justere den afstand, magneten vil svæve.

I oscilloskopets skærmbillede kan du se signalet fra hall -effektfølerens sensorudgang og magneten tænde og slukke. Når LED'en kommer tættere på sensoren, øges den gule linje. Når magneten er på, er den grønne linje lav. Når den er slukket, er den grønne linje høj.

Afhængigt af miljøet og hvad du bruger som en bølgeformgenerator, skal du muligvis tilføje en lille kondensator fra sensorens udgang til jorden. Dette gør det muligt for størstedelen af støjen at gå direkte til jorden, og det rene signal fra sensoren skal bruges af op-amp.

Trin 5: Trådløst strømkredsløb

For at håndtere den trådløse strømoverførsel viklede vi en primær spole på 25 omdrejninger med 24 gauge magnetledning rundt om sensorholderen. Vi lavede derefter en sekundær spole ved at vikle 32 gauge magnettråd rundt om et rør papir i 25 omgange. Når det var pakket ind, gled vi spolen af papiret og lodde det til en LED. Sørg for at fjerne emaljebelægningen på magnettråden, hvor du lodder.

Vi brugte en firkantbølge generator ved 1 MHz til at tænde og slukke en MOSFET, som tillader strøm at strømme gennem den primære spole fra 0 til 12V ved 1 MHz. Til test brugte vi en Analog Discovery til en funktionsgenerator. Den sidste version bruger et 555 timer firkantbølge generator kredsløb til at skifte MOSFET. Dette kredsløb producerede imidlertid en masse støj, der forstyrrede strømskinnerne. Jeg lavede en aluminiumsfolie foret boks, der har en opdeler til at adskille bølgegeneratoren og levitationskredsløbet. Dette reducerede mængden af støj betydeligt.

Trin 6: Montering

Jeg brugte Chroma Strand Labs ABS til 3D -print af bund og ben. Benene skævede for meget under udskrivning, så jeg genprintede med Chroma Strand Labs PETg. PETg skævvred meget lidt. Alle delene passer sammen uden brug af lim. Vi var nødt til at skære et par hak i den for at tilføje ekstra afstand til ledninger. Du skal muligvis slibe de områder, der kommer i kontakt med andre stykker, ned for at give en løsere pasform.

Vi planlægger at få printet et printkort og lodde komponenterne til det, så det hele passer ind i printkortets udskæring.