Levitating LED: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Ben ve ekibim yanan bir LED'i havaya kaldırmak için yola çıktık. Kısa bir süre dolaştıktan sonra, tasarımımızı temel aldığımız SparkFun Electronics'in burada bulunabilecek bir videosuna rastladım. Işığımız, ışığın üzerinde bir elektromıknatısla yükselir. Bu tasarımı seçtik çünkü LED'i havaya kaldırmak için yalnızca bir elektromıknatıs gerekiyor. Kablosuz güç aktarımını sağlamak için, havaya kaldırma elektromıknatısının altına bağlı bir birincil bobin ve LED'e lehimlenmiş ikincil bir bobin kullandık. LED modülünde beyaz bir LED, ikincil bir bobin ve güçlü bir kalıcı mıknatıs bulunur. Yapıyı tasarladım ve tüm parçaları 3D olarak yazdırdım.

Adım 1: Yapıyı Tasarlamak

Yapıyı tasarlamak için Solidworks kullandım. Taban, bir baskılı devre kartı barındırmak içindir. Kabloları yönlendirmek için taban, bacaklar ve üst parçalar arasında tüneller vardır. Bir devre kartı yazdıracak vaktimiz olmadı, bu yüzden devre kartı kesmesi kullanılmadı.

Adım 2: Elektromıknatısın Sarılması

Elektromıknatısı sarmak için, bariyer olarak rondelalı bir cıvatayı döndürmek için bir elektrikli matkap kullandık. Telin üst üste gelmediğinden emin olmak için çok yavaş gittik. Bu şekilde yapmak uzun sürdü. Bence çok zaman kazanmak ve sarım sırasında üst üste binme konusunda daha az dikkatli olmak iyi olur. Elektromıknatısta 1500 dönüş olduğunu tahmin ettik.

3. Adım: Güç Kaynakları

Test için değişken bir DC güç kaynağı kullandık. Her şey çalıştıktan sonra, 12V rayına güç sağlamak için eski bir 19V dizüstü bilgisayar şarj cihazı ve 12V voltaj regülatörü kullandım. 5V rayına güç sağlamak için 12V regülatörün çıkışından 5V regülatör kullandım. Tüm topraklarınızı birbirine bağlamak çok önemlidir. Bunu yapmadan önce devrelerimizle ilgili sorunlarımız vardı. Karttaki güç raylarındaki gürültüyü azaltmak için 12V ve 5V güç kaynaklarında kapasitörler kullandık.

Adım 4: Kaldırma Devresi

Havaya kaldırma devresi bu projenin en zor kısmı. Manyetik kaldırma, kalıcı mıknatıstan elektromıknatısa olan mesafeyi yargılamak için bir salon etkisi sensörü ve elektromıknatısı açıp kapatmak için bir karşılaştırıcı devre kullanılarak gerçekleştirilir. Sensör daha güçlü bir manyetik alan aldığında sensör daha düşük bir voltaj verir. Bu voltaj, bir potansiyometreden gelen ayarlanabilir bir voltajla karşılaştırılır. İki voltajı karşılaştırmak için bir op-amp kullandık. Op amp çıkışı, akımın elektromıknatıstan akmasına izin vermek için bir N-kanallı mosfet'i açar veya kapatır. Kalıcı manyetik (LED'e bağlı), elektromıknatısa çekileceği elektromıknatısa çok yakın olduğunda, elektromıknatıs kapanır ve çok uzakta olduğunda, levitasyondan düşeceği yerde, elektromıknatıs açılır. Bir denge bulunduğunda, elektromıknatıs çok hızlı bir şekilde açılır ve kapanır, mıknatısı yakalayıp serbest bırakarak havaya yükselmesine izin verir. Potansiyometre, mıknatısın üzerinde duracağı mesafeyi ayarlamak için kullanılabilir.

Osiloskop ekran görüntüsünde hall efekt sensör çıkışından gelen sinyali ve mıknatısın açılıp kapandığını görebilirsiniz. LED sensöre yaklaştıkça sarı çizgi artar. Mıknatıs yeşil çizgideyken düşüktür. Kapalı olduğunda yeşil çizgi yüksektir.

Ortama ve dalga formu üreteci olarak ne kullandığınıza bağlı olarak, sensör çıkışından toprağa küçük bir kapasitör eklemeniz gerekebilir. Bu, gürültünün çoğunun doğrudan toprağa gitmesine ve sensörden gelen temiz sinyalin op-amp tarafından kullanılmasına izin verecektir.

Adım 5: Kablosuz Güç Devresi

Kablosuz güç aktarımını halletmek için, sensör tutucunun etrafına 24 ayar mıknatıs teli ile 25 turluk bir birincil bobin sardık. Daha sonra 32 gauge mıknatıs teli bir kağıt tüpünün etrafına 25 tur sararak ikincil bir bobin yaptık. Sarıldıktan sonra bobini kağıttan kaydırdık ve bir LED'e lehimledik. Lehim yaptığınız mıknatıs telinin emaye kaplamasını çıkardığınızdan emin olun.

Bir MOSFET'i açıp kapatmak için 1 MHz'de bir kare dalga üreteci kullandık, bu da akımın birincil bobinden 1 MHz'de 0'dan 12V'ye akmasına izin verdi. Test için bir fonksiyon üreteci için bir Analog Discovery kullandık. Son sürüm, MOSFET'i değiştirmek için bir 555 zamanlayıcı kare dalga üreteci devresi kullanır. Ancak bu devre, güç raylarına müdahale eden bir sürü gürültü üretti. Dalga üretecini ve havaya yükselme devresini ayırmak için ayırıcısı olan alüminyum folyo kaplı bir kutu yaptım. Bu, gürültü miktarını önemli ölçüde azalttı.

Adım 6: Montaj

Tabanı ve bacakları 3D yazdırmak için Chroma Strand Labs ABS kullandım. Bacaklar yazdırırken çok fazla büküldü, bu yüzden Chroma Strand Labs PETg ile yeniden yazdırdım. PETg çok az eğildi. Tüm parçalar yapıştırıcı kullanılmadan birbirine oturur. Kablolar için fazladan boşluk eklemek için birkaç çentik kesmek zorunda kaldık. Daha gevşek bir uyum sağlamak için diğer parçalarla temas eden alanları zımparalamanız gerekebilir.

Bir devre kartı yazdırıp bileşenleri lehimlemeyi planlıyoruz, böylece hepsi devre kartı kesimine sığacak.