Как самому собрать аналоговый левитрон
Начитался тут всяких интернетов и решил сваять свой собственный левитрон, без всяких цифровых глупостей. Сказано – сделано. Выкладываю муки творчества на всеобщее обозрение.
1.Краткое описание
Левитрон – это устройство, удерживающее объект в равновесии с силами гравитации с помощью магнитного поля. Давно известно, что невозможно левитировать объект, используя статичные магнитные поля. В школьной физике это называлось состоянием неустойчивого равновесия, насколько я помню. Однако, затратив немного желания, знаний, усилий, денег и времени, возможно левитировать объект динамически путем использования электроники в качестве обратной связи.
Получилось вот что:
2.Фунциональная схема
Электро-магнитные датчики, расположенные на торцах катушки, выдают напряжение, пропорциональное уровню магнитной индукции. В случае отсутствия внешнего магнитного поля эти напряжения будут одинаковы вне зависимости от величины тока катушки.
При наличии постоянного магнита вблизи нижнего датчика блок управления будет формировать сигнал, пропорциональный полю магнита, усиливать его до нужного уровня и передавать на ШИМ для управления током через катушку. Таким образом, возникает обратная связь и катушка будет генерировать такое магнитное поле, которое будет удерживать магнит в равновесии с силами гравитации.
Что-то заумно все получилось, попробую по другому:
— Нет никакого магнита — индукция на торцах катушки одинакова — сигнал с датчиков одинаков — блок управления выдает минимальный сигнал — катушка работает на всю мощь;
— Близко поднесли магнит — индукция сильно разная — сигналы от датчиков сильно разные — блок управления выдает максимальный сигнал — катушка отключается совсем — магнит никто не держит и он начинает падать;
— Манит падает — отдаляется от катушки — разница сигналов с датчиков уменьшается — блок управления уменьшает выходной сигнал — ток через катушку увеличивается — увеличивается индукция катушки — магнит начинает притягиваться;
— Манит притягивается — приближается к катушке — разница сигналов с датчиков увеличивается — блок управления увеличивает выходной сигнал — ток через катушку уменьшается — уменьшается индукция катушки — магнит начинает падать;
— Чудо — магнит не падает и не притягивается — вернее, и падает и притягивается несколько тысяч раз в секунду — то есть возникает динамическое равновесие — магнит просто висит в воздухе.
3.Конструкция
Главным элементом конструкции является электро-магнитная катушка (соленоид), которая и удерживает своим полем постоянный магнит.
На пластиковый каркас D36x48 плотно намотано 78 метров медного эмалированного провода диаметром 0.6 мм, получилось где-то 600 витков. По расчетам, при сопротивлении 4.8Ом и питании 12В, ток будет 2.5А, мощность 30Вт. Это необходимо для подбора внешнего блока питания. (По факту получилось 6.0Ом, вряд ли нарезали больше провода, скорее сэкономили на диаметре.)
Внутрь катушки вставлен стальной сердечник от дверной петли диаметром 20мм. На его торцах с помощью термоклея закреплены датчики, которые обязательно должны быть ориентированы в одинаковом направлении.
Катушка с датчиками закреплена на кронштейне из алюминиевой полосы, который, в свою очередь, крепится к корпусу, внутри которого находится плата управления.
На корпусе расположен светодиод, выключатель и гнездо питания.
Внешний блок питания (GA-1040U) взят с запасом по мощности и обеспечивает ток до 3.2А при 12В.
В качестве левтитрующего объекта используется N35H магнит D15x5 с приклеенной банкой из под кока-колы. Сразу скажу, что полная банка не годится, поэтому тонким сверлом делаем отверстия по торцам, сливаем ценный напиток (можно выпить если не боитесь стружки) и к верхнему колечку клеим магнит.
4.Принципиальная схема
Сигналы с датчиков U1 и U2 подаются на операционный усилитель OP1/4, включенный по дифференциальной схеме. Верхний датчик U1 подключен к инвертирующему входу, нижний U2 – к неинвертирующему, то есть сигналы вычитаются, и на выходе OP1/4 получаем напряжение, пропорциональное только уровню магнитной индукции, создаваемому постоянным магнитом вблизи нижнего датчика U2.
Комбинация элементов C1,R6 и R7 является изюминкой данной схемы и позволяет достичь эффекта полной стабильности, магнит будет висеть как вкопанный. Как это работает? Постоянная составляющая сигнала проходит через делитель R6R7 и ослабляется в 11 раз. Переменная составляющая проходит через фильтр C1R7 без ослабления. Откуда вообще берется переменная составляющая? Постоянная часть зависит от положения магнита вблизи нижнего датчика, переменная часть возникает из-за колебаний магнита вокруг точки равновесия, т.е. от изменения положения во времени, т.е. от скорости. Нам интересно, чтобы магнит был неподвижен, т.е. его скорость была равна 0. Таким образом, в управляющем сигнале мы имеем две составляющих – постоянная отвечает за положение, а переменная – за стабильность этого положения.
Далее, подготовленный сигнал усиливается на OP1/3. С помощью переменного резистора P2 устанавливается необходимый коэффициент усиления на этапе настройки для достижения равновесия в зависимости от конкретных параметров магнита и катушки.
На OP1/1 собран простой компаратор, который отключает ШИМ и, соответственно, катушку, когда рядом нет магнита. Очень удобная вещь, не надо вынимать блок питания из розетки если убрали магнит. Уровень срабатывания задается переменным резистором P1.
Далее, управляющий сигнал подается на широтно-импульсный модулятор U3. Размах выходного напряжения 12В, частота выходных импульсов задается номиналами C2,R10 и P3, а скважность зависит от уровня входного сигнала на входе DTC.
ШИМ управляет переключением силового транзистора T1, а тот, в свою очередь, током через катушку.
Светодиод LED1 можно и не ставить, а вот диод SD1 нужен обязятельно, для слива лишнего тока и избежания перенапряжения в моменты выключения катушки из-за явления самоиндукции.
NL1 – это наша самодельная катушка, коей посвящен отдельный раздел.
В результате, в режиме равновесия, картина будет примерно такая: U1_OUT=2.9V, U2_OUT=3.6V, OP1/4_OUT=0.7V, U3_IN=1.8V, T1_OPEN=25%, NL1_CURR=0.5A.
Для наглядности прикладываю графики передаточной характеристики, АЧХ и ФЧХ, и осциллогаммы на выходе ШИМ и катушки.
5.Выбор компонентов
Устройство собрано из недорогих и доступных компонентов. Самой дорогой оказалась медная проволока WIK06N, за 78 метров WIK06N заплатил 1200 руб, все остальное, вместе взятое, обошлось значительно дешевле. Тут вообще широкое поле для экспериментов, можно обойтись без сердечника, можно взять проволоку потоньше. Главное не забывать, что индукция по оси катушки зависит от количества витков, тока по ним и геометрии катушки.
В качестве датчиков магнитного поля U1 и U2 используются аналоговые датчики Холла SS496A с линейной характеристикой вплоть до 840Гс, это самое то для нашего случая. При использовании аналогов с другой чувствительностью потребуется корректировка коэффициента усиления на OP1/3, а также проверка на уровень максимальной индукции на торцах вашей катушки (в нашем случае с сердечником она достигает 500Гс), чтобы датчики не входили в насыщение при пиковой нагрузке.
OP1 -это счетверенный операционный усилитель LM324N. При выключенной катушке выдает 20мВ вместо нуля на 14 выходе, но это вполне приемлемо. Главное не забыть выбрать из кучки 100К резисторов наиболее близкие по фактическому номиналу для установки в качестве R1,R2,R3,R4.
Номиналы C1,R6 и R7 выбраны путем проб и ошибок как самый оптимальный вариант для стабилизации магнитов разных калибров (тестировались N35H магниты D27x8, D15x5 и D12x3). Соотношение R6/R7 можно оставить как есть, а номинал C1 увеличивать до 2-5мкФ, в случае возникновения проблем.
При использовании очень маленьких магнитов, вам возможно будет не хватать коэффициента усиления, в этом случае урежьте номинал R8 до 500Ом.
D1 и D2 это обычные выпрямительные диоды 1N4001, тут подойдут любые.
В качестве широтно-импульсного модулятора U3 используется распространенная микросхема TL494CN. Частота работы задается элементами C2, R10 и P3 (по схеме 20кГц). Оптимальный диапазон 20-30кГц, при меньшей частоте появляется свист катушки. Вместо R10 и P3 можно просто поставить резистор 5.6K.
T1 это полевой транзистор IRFZ44N, подойдет и любой другой из этой же серии. При выборе других транзисторов может потребоваться установка радиатора, ориентируйтесь на минимальные значения сопротивления канала и заряда затвора.
SD1 это диод шоттки VS-25CTQ045, тут я хватанул с большим запасом, подойдет и обычный быстродействующий диод, но, возможно, будет сильно греться.
LED1 желтый светодиод L-63YT, здесь, как говорится, на вкус и цвет, можно их и побольше наставить, чтобы все светилось разноцветными огнями.
U4 это стабилизатор напряжения 5В L78L05ACZ для питания датчиков и операционного усилителя. При использовании внешнего блока питания с дополнительным выходом 5В, можно обойись и без него, но конденсаторы лучше оставить.
6.Заключение
Все получилось как задумано. Устройство стабильно работает круглые сутки, потребляет всего 6Вт. Ни диод, ни катушка, ни транзистор не греются. Прикладываю еще пару фоток и финальное видео:
7. Дисклаймер
Я не электронщик и не писатель, просто решил поделиться опытом. Может что-то покажется вам слишком очевидным, а что-то слишком сложным, а о чем-то забыл упомянуть вообще. Не стесняйтесь вносить конструктивные предложения и по тексту и по улучшению схемы, чтобы люди могли запросто это повторить, если будет такое желание.
- Научно-популярное
- DIY или Сделай сам
Особенности левитрона
Левитрон — приспособление, которое при вращении повисает в воздухе над основной коробкой. В ней, в свою очередь, размещены магниты, создающие встречное магнитное поле, не дающее волчку покинуть локацию этого поля.
Что это такое?
Левитрон формирует отталкивающее волчок магнитное поле, позволяя тому перемещаться лишь в определённой точке. Магнитный поток, создаваемый основной коробкой с магнитами, уравновешивает подвес волчка со всех сторон. Отталкивающее магнитное поле образует в воздухе своеобразную гравитационную подушку, одинаковую по силовым линиям с любой из сторон, если смотреть относительно горизонтальной плоскости, параллельной верхней грани коробки.
Волчку, зависшему над упаковкой с магнитами, обязательно нужно вращательное движение, и должно оно быть с относительно постоянной угловой скоростью. Если этот волчок (парящую болванку) остановить, то он перевернётся и притянется, так как нижний его полюс, обращённый к коробке, сменится на противоположный. Этот принцип работы лежит в основе всех подобных установок, в которых роль упругого материала, не дающего грузу упасть, выполняют силовые линии. Второе обязательное условие, помимо вращения, — магниты в упаковке должны быть развёрнуты одним и тем же полюсом вверх.
Для предотвращения соскальзывания и переворачивания они вставлены в несквозные отверстия и жёстко зафиксированы, например, при помощи универсального клея.
Виды изделий
Левитирующая фоторамка состоит из внешнего и внутреннего контуров. Во внешнем размещены направляющие и сосредотачивающие своё поле магниты. Во внутреннем — магнит самого волчка. В сам внутренний контур вставляются одна или две фотографии. Вращаясь, контур с волчком демонстрирует лицевую и оборотную стороны вставленных фото. Рамка с таким устройством способна эффектно украсить стол. Например, геймер, увлекающийся популярными онлайн-играми, помещает две направленные в обе стороны фотографии одного или двух любимых персонажей. Внутренний контур такой фоторамки выполнен, например, в виде сердца, символизирующего любовь и симпатию к этим вымышленным героям. А попав во время стриминга в изображение с веб-камеры, геймер выделится этой «фишкой» и привлечёт внимание новых подписчиков его же собственного видеоканала. В иных случаях левитирующая фоторамка становится предметом интерьера комнаты, украшением для дома.
Левитирующая подставка для посуды включает встроенный в дно, например, салатницы или вазы для цветов, магнит волчка. Однако несимметричные ручки у посуды, например, у литровой кастрюли для приготовления первых блюд на одного человека или скоровороды, разбалансируют волчок.
Предмет посуды перевернётся, притянувшись и опрокинув на стол приготовленное блюдо.
Звуковая колонка должна быть круглой, однородной, работать от аккумулятора «на борту», быть беспроводной, например, звуковоспроизводящий динамик с Bluetooth. Все детали тщательно уравновешиваются отбалансированной компоновкой. При работающей на «басах» виброотдаче колонка колеблется, будучи парящей в воздухе.
Прочие подарки и сувениры: часы с видом циферблата сверху, стакан или кружка со смещённым центром тяжести (из-за наличия ручки сбоку), цветочный горшок, маленькая ёлка в виде сувенира, мини-дерево, выполненное как бонсай. А также искусственная луна (желтоватый шар с лунной текстурой поверхности), круглая декоративная мини-полка и другие подарки должны быть тщательно отцентрованы. Малейший дисбаланс центра масс способен превратить левитрон в непонятный с виду предмет, притянувшийся «не той» стороной и стоящий криво.
Это же относится к объёмным предметам, сохранившим лёгкость по общей собственной массе. Например, это может быть декоративное облако с разноцветной светодиодной подсветкой, оригинальная фигурка в виде пенопластового снеговика с нарисованным лицом и многое другое.
Все эти изделия не обходятся без платформы с основным набором магнитов, формирующих магнитное кольцо с гравитационным провалом в центре, в котором и балансирует волчок.
Как сделать своими руками?
В домашних условиях воссоздать левитрон крайне просто. Первым делом необходим подходящий чертёж изделия, без которого изготовление качественной, по-настоящему безотказной левитирующей площадки и подвижного объекта крайне затруднительно.
Подготовка
Подбор инструментария включает в себя: болгарку с набором отрезных дисков по дереву и металлу, лобзик с пильными полотнами по дереву, электродрель с корончатыми, конусными и/или перьевыми свёрлами, строительный маркер, (штанген) циркуль, карандаш, рулетку, линейку-угольник, транспортир.
Из материалов, кроме плоских цилиндрических магнитов, потребуются: доска из натуральной древесины или отрезок бруса, универсальный клей (можно применить «Момент-1» или термоклей в пистолете), а также дополнительные материалы. Нередко вместо набора неодимовых магнитов применяют мощный ферритовый (классический) магнитик, извлечённый из динамика большой мощности и габаритов. В последнем случае это динамические головки сабвуферов, входящих в стационарную электроакустическую установку. Потребуется очень аккуратное извлечение ферритового магнита: несмотря на твёрдость, он очень легко ломается, и собрать его отколовшиеся части окажется весьма трудным делом.
Кольцевой магнит, получивший сколы, а тем более треснувший насквозь, выдаст неидеальное, разбалансированное магнитное поле, в котором волчок, скорее всего, гарантированно завалится набок.
Схема изготовления
Для изготовления левитрона выполните следующие шаги.
- Разметьте отрезок доски, в которой размещаются магниты, по внешней дуге окружности с помощью циркуля. Выпилите с помощью лобзика требуемый кусок.
- Отшлифуйте края, доведя деревянную основу до состояния идеального круга. Это делается при помощи болгарки или точила, но идеальнее всего доводка деревянного круга выполняется всё-таки на токарном или сверлильном станке, в патроне которого зажата ось. В центре просверливается небольшое отверстие для этой оси, а закреплена она может быть при помощи поперечных штифтов.
- Разметьте под магниты глухие отверстия — идеально круглые выемки. С помощью дрели и сверлящей коронки, конусно-ступенчатого сверла, либо фрезы на фрезере подходящего размера высверлите их. Так, 6 магнитов располагаются в виде правильного шестигранника, 13 — в виде 13-угольника, и так далее. Магнитов может быть и больше.
- Запрессуйте эти магниты. Они должны входить плотно — отверстия предварительно высверливаются точь-в-точь по диаметру магнитов. Для большей надёжности посадите их на клей. Опытные мастера разводят эпоксидный клей с образовавшимися при сверлении опилками (деревянной стружкой) и «намертво» заливают магниты, чтобы те не имели никаких шансов выпасть. Шероховатая внутренняя поверхность высверленных под магниты отверстий (выемок) надёжно удерживает эпоксидную заливку — изделие получается практически «вечным».
- Основание с магнитами готово. Они расположены одним и тем же полюсом — например, N — вверх. Этим же полюсом к ним повёрнут магнит волчка. Для изготовления самого волчка сделайте следующее. Отрежьте кусок от цельного карандаша — длина его составит 4 см. Убедитесь, что конец карандаша заострён идеально, лучше это сделать точилкой.
- Накрутите отрезок изоленты или скотча на карандаш. Это понадобится, чтобы кольцевой магнит равномерно, равноудалённо от центра наделся на отрезок карандаша. В данном случае, полюс N кольцевого магнита повернётся вниз — встречно к магнитам в отрезке деревянного основания, изготовленного по предыдущей инструкции.
Поэкспериментируйте с массой и уровнем расположения центра тяжести волчка. Это даст ему возможность вращаться и парить над основой левитатора без перекосов. Продолжайте центровать волчок, при каждой проверке закручивая его вокруг своей оси, пока его не перестанет мотать в разные стороны.
В качестве альтернативы — электромагнитное основание для волчка. Вместо магнитов берутся готовые круглые, или изготавливаются самостоятельно, катушки с железными сердечниками. Требуется предельная точность во всём — от расположения катушек до числа их витков. Расположите их идеально ровно, равноудаленно от волчка. Возможно, потребуется плата с импульсным драйвером — последовательная подача постоянных импульсов тока или синусоиды переменного напряжения превратит левитрон в воздушный безрамный двигатель. Недостаток — такой левитрон работает от батареек. Впрочем, и обычный, механический, на постоянных магнитах, левитирующий сувенир не вращается бесконечно, так как ни одна из магнитных установок не является вечным двигателем. Крутить его хотя бы пальцами всё равно придётся.
В следующем видео инструкция по изготовлению представлена более подробно.
Магнитный левитатор-ночник
Левитирующие предметы всегда выглядят захватывающе, тем более если они ещё и светятся. О таком устройстве и пойдёт речь. Следуя этой инструкции, можно изготовить очень необычный ночник.
Основа устройства – электромагнит и аналоговый датчик холла, расположенный на нижней части сердечника электромагнита. Датчик холла обнаруживает поле постоянного магнита, удерживаемого в воздухе и через операционный усилитель, управляет током катушки электромагнита. При приближении магнита ток в электромагните падает, магнит начинает удаляться от датчика холла и ток начинает течь опять, снова притягивая магнит.
Устройство было бы совсем простым, так что в этом левитаторе организована передача энергии в левитирующую часть. Устройство питается от 12 В, источника питания хватит на 1-2 А. Удерживать в воздухе будем неодимовый магнит, к которому прикреплена полезная нагрузка (плата со светодиодами, вторичная катушка, корпус). В ходе экспериментов было установлено, что чем больше неодимовый магнит, тем меньше необходимо энергии от источника питания для его удержания, так что был выбран магнит 20 на 10 мм. С помощью такого магнита удалось удерживать в воздухе вес до 40 грамм (без учёта веса магнита).
Для начала необходимо изготовить электромагнит, в качестве сердечника которого использован болт 7 на 70 мм, в нижней части обязательно необходимо установить шайбу в идеале диаметром с саму катушку. Катушка намотана эмалированным проводом диаметром 0,35 мм, количество витков не имеет значения, главное набрать необходимое сопротивление 10-15 Ом (в моём случае 13 Ом). Катушку на первых слоях старался наматывать виток к витку, но потом всё пошло не по плану, и намотка велась «в навал», что не сказалось на качестве электромагнита. Под катушкой необходимо закрепить датчик холла точно по центру магнитопровода (в моём случае это центр шляпки болта). Датчик ставится плоской стороной в сторону катушки. Это можно сделать с помошью двустороннего скотча или термоклея (как в моём случае на этапе прототипирования).
Верхняя часть схемы отвечает за левитацию. Схема построена на одном операционном усилителе LM2904 (можно заменить на LM358, они полностью взаимозаменяемы). ОУ и датчик холла запитаны от 5 В, через LDO стабилизатор LP2981. ОУ (OP1.1) сравнивает напряжение с датчика холла с напряжением заданным делителем R1-R2-R3 и как только напряжение на выводе 2 превысит напряжение на выводе 3 (магнит удаляется от катушки) открывает через R5 составной транзистор Т1 (можно поставить практически любой транзистор на ток от 1 А), а при спаде напряжения от датчика холла (магнит достаточно приблизился к катушке), ОУ притягивает вывод 1 к земле и транзистор закрывается, прекращая ток в электромагните (магнит начинает удаляться от катушки). Левитация происходит за счёт постоянного колебания этого процесса.
Вторая часть ОУ (OP1.2) отвечает за отключение электромагнита и схемы передачи энергии при отсутствии удерживаемого в воздухе предмета. Пока неодимовый магнит удерживается в воздухе, на выходе OP1.1 создаются колебания, которые сглаживаются RC-фильтром R8-C3 и приходят на неинвертирующий вход OP1.2 и пока напряжение не превышает напряжение на инвертирующем входе (устанавливается делителем R6-R10) на выходе будет земля. Но как только магнит уберут, колебания прекратятся, транзистор T1 будет открыт на полную и напряжение на неинвертирующем входе возрастёт. ОУ откроет транзисторы T2 (шунтирует базу Т1 на землю) и T3 (отключает TL491) и схема перейдёт в режим ожидания практически не потребляя энергии. Диод D1 использовал SN4007. На транзистор T1 установлен радиатор, так как в ходе настройки он возможно будет греться, но на отлаженной схеме нагрева на нём не должно быть.
Если требуется собрать простой магнитный левитатор, то нижняя часть схемы не нужна, за исключением входного конденсатора C4. Для настройки необходимо заменить резистор R1 на 1 кОм, а резисторы R2 и R3 на многооборотный переменный резистор на 5 кОм. Резистор R9 выкрутить в положение, чтобы транзистор T1 открылся (на его базе должно быть напряжение). Затем поднести неодимовый магнит на 1-1,5 см к электромагниту и начать вращать переменный резистор R2-R3. В определённый момент рукой почувствуете вибрации в магните, значит успех уже близок! Можно пробовать отпускать магнит, резистором очень аккуратно изменяя расстояние левитирующего магнита от электромагнита. Если магнит отталкивается или левитация не начинается, то необходимо перевернуть магнит или подключить катушку электромагнита наоборот. После успешной настройки, можно измерить сопротивление подстроечного резистора и переделать делитель с двух резисторов на три, как в моём случае. Резистор R2 я вынес на корпус и всегда можно аккуратно настроить расстояние от левитирующей части до электромагнита. В процессе настройки магнит будет не редко примагничиваться к сердечнику катушки с большой силой, так что необходимо защитить датчик холла на сердечнике, например залить его термоклеем или прикрепить к магниту мягкую прослойку. В моём случае на 3-4 раз такого примагничивания датчик холла раскололся на части от очередного удара.
Для передачи энергии в левитирующую часть использован простой Push-pull на TL494. Катушки L2, L3 по 23 витка эмалированным проводом 0,4 мм. Для удобства катушки я намотал на предварительный каркас и залил лаком, получилась бескаркасная катушка, которая при сборке опускается в корпус электромагнита.
Транзисторы T6, T7 выбраны для поверхностного монтажа, их можно заменить, например на IRFZ44n. Обвязка TL494 стандартная, конденсатор C6 и резисторы R22, R23 отвечают за частоту (в схеме указаны номиналы на частоту 100 кГц для управления двумя транзисторами, если не требуется менять частоту, то вместо R22 можно поставить перемычку), переменный резистор R20 отвечает за коэффициент заполнения. Им можно регулировать сколько энергии передастся в левитирующую часть. В моём случае коэффициент заполнения установлен максимальный, немного больше 0,4. Выводы 1 и 2 это выводы усилителя ошибки TL494, они использованы для прекращения генерации, когда под электромагнитом нечего удерживать. При открытии транзистора T3 напряжение на выводе 1 перевешивает напряжение на выводе 2 и генерация прекращается. Транзисторы T6, T7 поочерёдно открываются по цепочке R16-R13-D2 и R16-R21-D3, а закрываются через T4-R19 и T5-R24 соответственно. Диоды D2, D3 это диоды шоттки, которые оказались под рукой (маркировка 1M). На стоках транзисторов T6, T7 присутствуют выбросы напряжения, но так как транзисторы справляются, я не стал добавлять элементы для ограничения выбросов.
Плата магнитного левитатора и блок питания размещены в нижней части корпуса. На всякий случай в корпусе есть отверстия для охлаждения элементов, но в итоге ничего существенно не нагревается.
Левитирующий блок состоит из неодимого магнита, вторичной катушки и простенькой схемы со светодиодами.
Катушка L1 намотана эмалированным проводом 0,3 мм на 200 витков. Далее напряжение выпрямляется диодным мостом и через резистор поступает на три светодиода. Светятся они не сильно ярко, но для ночника самое то.
Если нижняя часть примагнитится к корпусу электромагнита ничего страшного не случится, электромагнит отключится, а схема передачи энергии продолжит работать, разве что светиться будет ярче.
В итоге получился необычный светильник, который вызывает удивление у окружающих, а также открывает простор для творчества в подвешиваемой части.
В следующей части статьи речь пойдёт о подвешиваемом светильнике, который переливается всеми цветами.
Левитрон на Arduino
Добрый вечер! В этой публикации я расскажу о своей маленькой самоделке, задумал которую я достаточно давно.
Некоторое время назад я прочитал статью об интересных устройствах – левитронах, которые бывают как чисто механическими, так и с электронным управлением.
Естественно, захотел собрать себе такую игрушку, но, поискав в интернете, к своему удивлению обнаружил(по крайней мере на тот момент), что большинство схем были исключительно аналоговыми. Так как в аналоговой технике я понимаю мало, решил «изобрести» левитрон заново. Для экспериментов под рукой оказался Arduino Uno. Заказал в Китае линейный датчик Холла (что такое эффект Холла), а именно UGN3503UA, насобирал некоторое количество старых трансформаторов для намотки пробных катушек и приступил к экспериментам.
Вот что из этого получилось:
Как это работает. В нижней части катушки по центру установлен датчик Холла, измеряющий расстояние до неодимового магнита, который приклеен к «левитирующей» пробке. Датчик имеет три вывода — питание 5В и аналоговый выход, который подключен к АЦП Arduino.
Управляющая соленоидом схема собрана на полевом транзисторе.
Соленоид подключен к выводам J1, контакт 1 разъема J2 к ШИМ Arduino. Подключение датчика Холла к входу АЦП на схеме нет, но сложностей тут никаких быть не должно.
Количество витков катушки сказать не могу, так как в ходе экспериментов изготовил 3 или 4 катушки, мотал по принципу «сколько провода еще осталось на трансформаторе». Остальные параметры: сопротивление катушки около 12Ом, диаметр 30 мм, высота 10 мм, толщина провода 0,3 мм, катушка без сердечника.
Прошивка в первом варианте была крайне проста, при выходе значения из допустимого диапазона, схема или отключается или включается на полную мощность, на видео выше устройство как раз работает по такому алгоритму. В следующей версии прошивки МК пытается плавно регулировать напряжение на соленоиде, в результате чего снизилась склонность к возникновению колебаний в системе.
Прошивка
#define sensorPin A0 #define pwmPin 6 int sensorValue = 0; int levitPoint = 370; int deltaLevit = 5; int maxL, minL; byte induction = 128; void setup() < pinMode(pwmPin, OUTPUT); maxL = levitPoint - deltaLevit; minL = levitPoint + deltaLevit; >int sensorRead(int sensorPin) < int s = 0; for(byte i =0; i < 5; i++) return s/5; > void loop() < sensorValue = sensorRead(sensorPin); if (sensorValue < 490) < if (sensorValue < maxL) induction = 0; if (sensorValue >minL) induction = 250; if (sensorValue >= maxL and sensorValue else induction = 0; analogWrite(pwmPin, induction); > Питается схема от 12В, датчик запитан от встроенного стабилизатора Arduino. Потребление в максимальном режиме около одного ампера, в режиме висения 0.3-0.4 А.
Устройство заработало, но дольше одной минуты пока работать опасно, транзистор сильно нагревается, греется также и катушка, вплоть до расплавления клея (все собрано на термоклее).
Планирую в дальнейшем переделать соленоид и перевести схему на питание от 5 вольт, поставить более мощный транзистор, с радиатором. Ну и заменить Arduino на ATiny. Не помешает также поставить на входные цепи конденсатор большой емкости, или даже батарею конденсаторов для защиты блока питания (первый блок питания на 1,5А, сгорел через 10 секунд работы от скачков нагрузки).
На этом, пожалуй, закончу, спасибо за внимание.