LED αναβολής: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Εγώ και η ομάδα μου ξεκινήσαμε να κάνουμε ένα αναμμένο LED να κινείται. Μετά από λίγο καιρό στο googling, συνάντησα ένα βίντεο από την SparkFun Electronics, το οποίο μπορείτε να βρείτε εδώ, στο οποίο βασίσαμε τον σχεδιασμό μας. Το φως μας κινείται με έναν ηλεκτρομαγνήτη πάνω από το φως. Επιλέξαμε αυτόν τον σχεδιασμό επειδή απαιτεί μόνο έναν ηλεκτρομαγνήτη για να ανυψώσει το LED. Για την επίτευξη της ασύρματης μεταφοράς ισχύος χρησιμοποιήσαμε ένα πρωτεύον πηνίο προσαρτημένο στο κάτω μέρος του ηλεκτρομαγνήτη διέγερσης και ένα δευτερεύον πηνίο συγκολλημένο στο LED. Η μονάδα LED διαθέτει λευκό LED, δευτερεύον πηνίο και ισχυρό μόνιμο μαγνήτη. Σχεδίασα τη δομή και εκτύπωσα 3D όλα τα μέρη.

Βήμα 1: Σχεδιασμός της δομής

Χρησιμοποίησα τη Solidworks για να σχεδιάσω τη δομή. Η βάση προορίζεται να φιλοξενήσει μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Υπάρχουν σήραγγες μέσω της βάσης, πόδια και κορυφαία κομμάτια για τη διαδρομή καλωδίων. Δεν είχαμε το χρόνο να εκτυπώσουμε μια πλακέτα κυκλώματος, οπότε η διακοπή της πλακέτας κυκλώματος έμεινε αχρησιμοποίητη.

Βήμα 2: Τυλίξτε τον ηλεκτρομαγνήτη

Για να τυλίξουμε τον ηλεκτρομαγνήτη, χρησιμοποιήσαμε ένα τρυπάνι για να γυρίσουμε ένα μπουλόνι με ροδέλες ως φράγματα. Πήγαμε πολύ αργά για να βεβαιωθούμε ότι το καλώδιο δεν επικαλύπτεται. Το να το κάνω με αυτόν τον τρόπο πήρε πολύ χρόνο. Νομίζω ότι θα ήταν καλό να εξοικονομήσουμε πολύ χρόνο και να είμαστε λιγότερο προσεκτικοί με την επικάλυψη κατά την περιέλιξη. Υπολογίσαμε ότι υπάρχουν 1500 στροφές στον ηλεκτρομαγνήτη.

Βήμα 3: Τροφοδοτικά

Για δοκιμές, χρησιμοποιήσαμε μεταβλητό τροφοδοτικό DC. Αφού όλα λειτουργούσαν, χρησιμοποίησα έναν παλιό φορτιστή φορητού υπολογιστή 19V και έναν ρυθμιστή τάσης 12V για να τροφοδοτήσω τη ράγα 12V. Χρησιμοποίησα έναν ρυθμιστή 5V από την έξοδο του ρυθμιστή 12V για να τροφοδοτήσω τη δύναμη στη ράγα 5V. Είναι πολύ σημαντικό να συνδέσετε όλους τους χώρους σας μαζί. Είχαμε προβλήματα με τα κυκλώματά μας πριν το κάνουμε αυτό. Χρησιμοποιήσαμε πυκνωτές στα τροφοδοτικά 12V και 5V για να μειώσουμε τυχόν θόρυβο στις ράγες τροφοδοσίας στην πλακέτα.

Βήμα 4: Κύκλωμα Levitation

Το κύκλωμα μετεωρισμού είναι το πιο δύσκολο μέρος αυτού του έργου. Η μαγνητική διέγερση επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα εφέ αίθουσας για να κρίνει την απόσταση από τον μόνιμο μαγνήτη στον ηλεκτρομαγνήτη και ένα κύκλωμα σύγκρισης για να ενεργοποιήσει ή να απενεργοποιήσει τον ηλεκτρομαγνήτη. Καθώς ο αισθητήρας δέχεται ένα ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο, ο αισθητήρας εξάγει χαμηλότερη τάση. Αυτή η τάση συγκρίνεται με μια ρυθμιζόμενη τάση που προέρχεται από ένα ποτενσιόμετρο. Χρησιμοποιήσαμε ένα op-amp για να συγκρίνουμε τις δύο τάσεις. Η έξοδος του ενισχυτή ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί ένα mosfet καναλιού Ν για να επιτρέψει τη ροή ρεύματος μέσω του ηλεκτρομαγνήτη. Όταν ο μόνιμος μαγνήτης (προσαρτημένος στη λυχνία LED) είναι πολύ κοντά στον ηλεκτρομαγνήτη, όπου θα απορροφηθεί μέχρι τον ηλεκτρομαγνήτη, ο ηλεκτρομαγνήτης απενεργοποιείται και όταν είναι πολύ μακριά, όπου θα πέσει από διαρροή, ο ηλεκτρομαγνήτης ανάβει. Όταν βρεθεί μια ισορροπία, ο ηλεκτρομαγνήτης ενεργοποιείται και απενεργοποιείται πολύ γρήγορα, πιάνοντας και απελευθερώνοντας τον μαγνήτη, επιτρέποντάς του να κινείται. Το ποτενσιόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ρυθμίσει την απόσταση που ο μαγνήτης θα αιωρείται.

Στην εικόνα της οθόνης του παλμογράφου, μπορείτε να δείτε το σήμα από την έξοδο του αισθητήρα εφέ αίθουσας και τον μαγνήτη που ενεργοποιείται και απενεργοποιείται. Καθώς η λυχνία LED πλησιάζει τον αισθητήρα, η κίτρινη γραμμή αυξάνεται. Όταν ο μαγνήτης είναι στην πράσινη γραμμή είναι χαμηλός. Όταν είναι εκτός, η πράσινη γραμμή είναι υψηλή.

Ανάλογα με το περιβάλλον και το τι χρησιμοποιείτε ως γεννήτρια κυματομορφής, ίσως χρειαστεί να προσθέσετε έναν μικρό πυκνωτή από την έξοδο του αισθητήρα στη γείωση. Αυτό θα επιτρέψει στο μεγαλύτερο μέρος του θορύβου να μεταβεί κατευθείαν στη γείωση και το καθαρό σήμα από τον αισθητήρα να χρησιμοποιηθεί από τον ενισχυτή.

Βήμα 5: Ασύρματο κύκλωμα ισχύος

Για να χειριστούμε την ασύρματη μεταφορά ισχύος, τυλίξαμε ένα κύριο πηνίο 25 στροφών με σύρμα μαγνήτη 24 μετρητών γύρω από τη θήκη του αισθητήρα. Στη συνέχεια φτιάξαμε ένα δευτερεύον πηνίο τυλίγοντας σύρμα μαγνήτη 32 μετρητών γύρω από ένα σωλήνα χαρτιού για 25 στροφές. Μόλις τυλίχθηκε, γλιστρήσαμε το πηνίο από το χαρτί και το συγκολλήσαμε σε ένα LED. Βεβαιωθείτε ότι έχετε αφαιρέσει την επίστρωση σμάλτου του σύρματος μαγνήτη όπου κολλάτε.

Χρησιμοποιήσαμε μια γεννήτρια τετραγωνικού κύματος στα 1 MHz για να ενεργοποιήσουμε και να απενεργοποιήσουμε ένα MOSFET, το οποίο επιτρέπει τη ροή ρεύματος μέσω του κύριου πηνίου από 0 έως 12V σε 1 MHz. Για δοκιμές, χρησιμοποιήσαμε μια Αναλογική Ανακάλυψη για μια γεννήτρια συναρτήσεων. Η τελική έκδοση χρησιμοποιεί ένα κύκλωμα γεννήτριας τετραγωνικού κύματος χρονοδιακόπτη 555 για να αλλάξει το MOSFET. Ωστόσο, αυτό το κύκλωμα παρήγαγε ένα σωρό θόρυβο που παρεμβαίνει στις ράγες ισχύος. Έφτιαξα ένα κουτί με επένδυση από φύλλο αλουμινίου που έχει ένα διαχωριστικό για να διαχωρίζει τη γεννήτρια κυμάτων και το κύκλωμα μετεωρισμού. Αυτό μείωσε σημαντικά την ποσότητα θορύβου.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση

Χρησιμοποίησα το Chroma Strand Labs ABS για τρισδιάστατη εκτύπωση της βάσης και των ποδιών. Τα πόδια στρέφονταν πολύ κατά την εκτύπωση, οπότε επανεκτύπωσα με το Chroma Strand Labs PETg. Το PETg παραμορφώθηκε πολύ λίγο. Όλα τα μέρη ταιριάζουν μεταξύ τους χωρίς τη χρήση κόλλας. Έπρεπε να κόψουμε μερικές εγκοπές για να προσθέσουμε επιπλέον διάκενο για καλώδια. Mayσως χρειαστεί να τρίψετε τις περιοχές που έρχονται σε επαφή με άλλα κομμάτια για να επιτρέψετε μια πιο χαλαρή εφαρμογή.

Σχεδιάζουμε να τυπώσουμε μια πλακέτα κυκλώματος και να κολλήσουμε τα εξαρτήματα σε αυτήν, έτσι ώστε να ταιριάζει στο εσωτερικό της διακοπής της πλακέτας κυκλώματος.