Levitating LED: 6 Steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Jag och mitt team bestämde oss för att göra en tänd LED -svävning. Efter en kort tid med att googla stötte jag på en video från SparkFun Electronics, som du hittar här, där vi baserade vår design. Vårt ljus svävar med en elektromagnet ovanför ljuset. Vi valde denna design eftersom den bara kräver en elektromagnet för att sväva LED. För att uppnå den trådlösa kraftöverföringen använde vi en primärspole fäst vid botten av levitationselektromagneten och en sekundärspole som är lodad till lysdioden. LED -modulen har en vit LED, en sekundärspole och en stark permanentmagnet. Jag designade strukturen och 3D -tryckt alla delar.

Steg 1: Designa strukturen

Jag använde Solidworks för att designa strukturen. Basen är avsedd att rymma ett kretskort. Det finns tunnlar genom basen, benen och toppstyckena för att dra ledningar. Vi hade inte tid att skriva ut ett kretskort, så kretskortets urkoppling gick oanvänd.

Steg 2: Lindning av elektromagneten

För att linda elektromagneten använde vi en borrmaskin för att vrida en bult med brickor som spärrar. Vi gick väldigt långsamt för att se till att tråden inte överlappade sig själv. Att göra på det här sättet tog lång tid. Jag tror att det skulle vara bra att spara mycket tid och vara mindre försiktig med överlappning under lindning. Vi uppskattade att det finns 1500 varv i elektromagneten.

Steg 3: Strömförsörjning

För testning använde vi en variabel likström. När allt fungerade använde jag en gammal 19V bärbar datorladdare och en 12V spänningsregulator för att strömförsörja 12V -skenan. Jag använde en 5V -regulator från utgången från 12V -regulatorn för att leverera ström till 5V -skenan. Det är mycket viktigt att koppla ihop alla dina grunder. Vi hade problem med våra kretsar innan vi gjorde detta. Vi använde kondensatorer över 12V- och 5V -nätaggregaten för att minska buller i strömskenorna på kortet.

Steg 4: Levitationskrets

Levitationskretsen är den svåraste delen av detta projekt. Magnetisk svävning åstadkoms med hjälp av en hall -effektsensor för att bedöma avståndet från den permanenta magneten till elektromagneten och en komparatorkrets för att slå på eller av elektromagneten. Eftersom sensorn får ett starkare magnetfält matar sensorn ut en lägre spänning. Denna spänning jämförs med en justerbar spänning som kommer från en potentiometer. Vi använde en op-amp för att jämföra de två spänningarna. Utgången från op-förstärkaren slår på eller stänger av en N-kanals mosfet för att strömmen ska strömma genom elektromagneten. När den permanenta magneten (ansluten till lysdioden) är för nära elektromagneten, där den kommer att sugas upp till elektromagneten, stängs elektromagneten av, och när den är för långt bort, där den skulle falla ur svävning, kommer elektromagneten sätter på. När en balans finns, slås elektromagneten på och av mycket snabbt, fångar upp och släpper magneten, så att den kan sväva. Potentiometern kan användas för att justera avståndet som magneten kommer att sväva.

I oscilloskopets skärmbild kan du se signalen från halleffektsensorutgången och magneten slås på och av. När lysdioden kommer närmare sensorn ökar den gula linjen. När magneten är på är den gröna linjen låg. När den är avstängd är den gröna linjen hög.

Beroende på miljön och vad du använder som en vågformsgenerator kan du behöva lägga till en liten kondensator från sensorutgången till jord. Detta gör att det mesta av bullret kan gå rakt till marken och ren signal från sensorn som ska användas av op-amp.

Steg 5: Trådlös strömkrets

För att hantera den trådlösa kraftöverföringen lindade vi en primärspole på 25 varv med 24 gauge magnettråd runt sensorhållaren. Vi gjorde sedan en sekundärspole genom att svepa 32 gauge magnettråd runt ett pappersrör i 25 varv. När det var inlindat, gled vi av spolen från papperet och lödde det till en lysdiod. Se till att ta bort emaljbeläggningen på magnettråden där du lödder.

Vi använde en fyrkantvågsgenerator vid 1 MHz för att slå på och av en MOSFET som gör att ström kan flöda genom primärspolen från 0 till 12V vid 1 MHz. För testning använde vi en analog upptäckt för en funktionsgenerator. Den slutliga versionen använder en 555 timer fyrkantig våggeneratorkrets för att byta MOSFET. Denna krets producerade dock en massa buller som störde kraftskenorna. Jag gjorde en aluminiumfoliefodrad låda som har en avdelare för att separera våggeneratorn och levitationskretsen. Detta minskade mängden buller avsevärt.

Steg 6: Montering

Jag använde Chroma Strand Labs ABS för att 3D -skriva ut basen och benen. Benen snedde sig för mycket under utskriften, så jag tryckte om igen med Chroma Strand Labs PETg. PETg förvrängde väldigt lite. Alla delar passar ihop utan att använda lim. Vi var tvungna att skära några hack i den för att lägga till extra spelrum för ledningar. Du kan behöva slipa ner de områden som kommer i kontakt med andra bitar för att få en lösare passform.

Vi planerar att få ett kretskort tryckt och lödda komponenterna till det så att allt passar inuti kretskortets urkoppling.