Levitirajuća LED: 6 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Ja i moj tim smo krenuli u pravljenje osvijetljene LED levitacije. Nakon kratkog vremena googlanja, naišao sam na video zapis SparkFun Electronics -a koji se može pronaći ovdje i na kojem smo zasnovali naš 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 zalemljenu na LED. LED modul ima bijelu LED diodu, sekundarnu zavojnicu i jak stalni magnet. Dizajnirao sam strukturu i 3D dijelove odštampao.

Korak 1: Dizajniranje 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 štampanje štampane ploče, pa je isključenje isključeno.

Korak 2: Namotajte elektromagnet

Za namotavanje elektromagneta upotrijebili smo bušilicu za okretanje vijka s podloškama kao preprekama. Išli smo vrlo sporo kako bismo bili sigurni da se žica ne preklapa. Ovakav postupak 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 funkcioniralo, upotrijebio sam stari punjač za prijenosno računalo od 19 V i regulator napona od 12 V za napajanje 12V šine. Koristio sam 5V regulator sa izlaza 12V regulatora za napajanje 5V šine. Vrlo je važno povezati sve svoje osnove zajedno. Imali smo problema sa našim kolima prije nego što smo to učinili. Koristili smo kondenzatore na izvorima napajanja 12V i 5V kako bismo smanjili bilo kakvu buku u vodilicama na ploči.

Korak 4: Krug levitacije

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

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

U zavisnosti od okruženja i onoga što koristite kao generator talasnog oblika, možda ćete morati da dodate mali kondenzator sa izlaza senzora na masu. Ovo će omogućiti da većina šuma ide direktno na zemlju, a op-pojačalo će koristiti čisti signal sa senzora.

Korak 5: Bežični strujni krug

Kako bismo upravljali bežičnim prijenosom energije, omotali smo primarni namotaj od 25 zavoja s magnetskom žicom od 24 mjerača oko držača senzora. Zatim smo napravili sekundarnu zavojnicu tako što smo omotali magnetsku žicu od 32 metra oko cijevi papira za 25 okreta. Nakon što je zamotan, skinuli smo zavojnicu s papira i lemili je na LED diodu. Uklonite emajlirani premaz magnetne žice na kojoj lemite.

Koristili smo generator četvrtastih valova na 1 MHz za uključivanje i isključivanje MOSFET -a koji omogućava 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 sa timom 555 za prebacivanje MOSFET -a. Međutim, ovaj krug proizveo je hrpu buke koja je ometala vodilice za napajanje. Napravio sam kutiju obloženu aluminijskom folijom koja ima razdjelnik za odvajanje generatora valova i kruga levitacije. Ovo je značajno smanjilo količinu buke.

Korak 6: Montaža

Koristio sam Chroma Strand Labs ABS za 3D ispis baze i nogu. Noge su se previše iskrivile tokom štampanja, pa sam ponovo štampao sa 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 ploču i lemiti komponente na nju tako da sve stane u izrez na ploči.