- Thành phần bắt buộc
- Sơ đồ mạch bay siêu âm
- Lập trình Arduino cho Siêu âm Levitation
- Xây dựng thiết lập Levitation siêu âm
Thật thú vị khi nhìn thấy một thứ gì đó lơ lửng trong không trung hoặc trong không gian tự do, chính xác là dự án chống trọng lực. Đối tượng (về cơ bản là một mảnh giấy nhỏ hoặc thermocol) được đặt giữa hai đầu dò siêu âm tạo ra sóng âm thanh. Vật thể lơ lửng trong không khí do các sóng này dường như có tác dụng chống lại trọng lực. Đây không chỉ là một dự án bay Arduino trông rất thú vị mà nó còn có nhiều ứng dụng thực tế. Các nhà nghiên cứu đang làm việc trên Máy gắp rô-bốt siêu âm, hoạt động rất giống với thiết bị này và những bộ kẹp này có thể hữu ích trong việc di chuyển các vật thể mà không cần chạm vào chúng.
Thành phần bắt buộc
- Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
- Mô-đun siêu âm HC-SR04
- IC hoặc L239d Mô-đun H-Bridge L239D
- Bảng Vero Chấm Vero
- Diode 4007
- Tụ điện (PF) 104
Yêu cầu bổ sung cho nguồn điện 8v đến 12v
- Bộ điều chỉnh điện áp LM 7809
- Bộ nguồn Led Driver 12V 2Amp
Chất liệu bổ sung: Một số dây móc, tiêu đề nam, dây nhảy nữ sang nữ
Sơ đồ mạch bay siêu âm
Toàn bộ mạch Arduino Levitation được trình bày bên dưới và nguyên lý hoạt động của mạch rất đơn giản. Thành phần chính của dự án này là Arduino, IC điều khiển động cơ L239D và đầu dò siêu âm được thu thập từ mô-đun cảm biến siêu âm HCSR04. Nói chung, cảm biến siêu âm truyền một sóng âm của tín hiệu tần số từ 25khz đến 50 kHz và trong dự án này, chúng tôi đang sử dụng đầu dò siêu âm HCSR04. Trước đây chúng tôi đã xây dựng nhiều dự án cảm biến siêu âm, trong đó HCSR04 chủ yếu được sử dụng để đo khoảng cách. Trong dự án này, chúng tôi đã hàn đầu dò ra khỏi mô-đun.
Theo bảng thông số, tần số làm việc của đầu dò siêu âm này là 40 kHz. Vì vậy, mục đích của việc sử dụng Arduino và đoạn mã nhỏ này là tạo ra tín hiệu dao động tần số cao 40KHz cho cảm biến siêu âm hoặc bộ chuyển đổi của tôi và xung này được áp dụng cho đầu vào của IC điều khiển động cơ đấu L239D (Pin 2 & 6 từ Arduino Chân A0 & A1) để dẫn động đầu dò siêu âm. Cuối cùng, chúng tôi áp dụng tín hiệu dao động tần số cao 40KHz này cùng với điện áp điều khiển thông qua IC điều khiển (thường là điện áp 8 đến 12 được cung cấp trên chân thứ 8 của IC L239D, Vcc2) trên đầu dò siêu âm. Kết quả là đầu dò siêu âm tạo ra sóng âm thanh. Chúng tôi đặt hai đầu dò đối mặt với nhau theo hướng ngược lại sao cho có khoảng trống giữa chúng. Sóng âm truyền giữa hai đầu dò và cho phép vật nổi.
Xin lưu ý rằng L293D có đầu vào điện áp kép, một là cấp nguồn cho chính IC, được cấp nguồn từ Arduino 5v trong dự án này và một Vcc2 (thứ 8) khác được áp dụng cho điện áp điều khiển thành phần đầu ra và chân VCC này có thể chấp nhận lên đến 36v. IC này có 2 chân Enable, 4 chân xuất-nhập, 4 chân nối đất. Khái niệm sử dụng vi mạch này xuất phát từ khái niệm sử dụng vi điều khiển và chip này, nơi chúng ta có thể thay đổi hướng và tốc độ của 2 động cơ riêng lẻ bằng cách cung cấp tín hiệu logic hoặc tín hiệu số từ vi điều khiển.
Trong mạch này, chúng tôi chỉ sử dụng hai đầu vào của IC L293D, chân đầu vào 1 (2) và chân đầu vào 2 (7). Để kích hoạt hai chân này, chúng ta phải giữ cho IC Enable PIN 1 ở mức cao, vì vậy chúng tôi bắn chân này vào chân IC 16 là đầu vào Vcc 1, để biết thêm, vui lòng theo dõi Bảng dữ liệu L293D.
Việc sử dụng tụ điện 100nf là tùy chọn để chỉ giữ nguồn IC và để cung cấp điện, chúng tôi sử dụng trình điều khiển LED 12V 2Amp, sau đó giảm điện áp xuống 9v bằng cách sử dụng IC điều chỉnh điện áp LM7809 và cấp cho chân thứ 8 của L139D.. Theo diễn đàn Arduino, Cc và Arduino, bảng Arduino UNO hỗ trợ đầu vào từ 7 đến 12 volt, nhưng sẽ an toàn hơn nếu đặt 9V Max.
Lập trình Arduino cho Siêu âm Levitation
Việc mã hóa rất đơn giản, chỉ vài dòng. Sử dụng đoạn mã nhỏ này với sự trợ giúp của bộ hẹn giờ và các chức năng ngắt, chúng tôi đang tạo mức cao hoặc thấp (0/1) và tạo ra tín hiệu dao động 40Khz đến các chân đầu ra của Arduino A0 và A1.
Đầu tiên, hãy bắt đầu với mảng dịch chuyển pha.
byte TP = 0b10101010;
Và mỗi cổng thứ hai nhận được tín hiệu ngược lại này. Sau đó trong thiết lập void, chúng tôi xác định tất cả các cổng tương tự như một đầu ra bằng cách sử dụng dòng mã này.
DDRC = 0b11111111;
Sau đó, chúng tôi khởi tạo bộ định thời 1 và vô hiệu hóa tất cả các ngắt để đặt bằng 0.
Bằng mã này, noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;
Sau đó, bộ định thời một được cấu hình để kích hoạt đồng hồ ngắt so sánh ở 80KHZ. Arduino chạy ở 16000000 MHZ ÷ 200 = 80.000 kHz sóng vuông được tạo ra bằng chức năng này.
OCR1A = 200; TCCR1B - = (1 << WGM12); TCCR1B - = (1 << CS10);
Sau đó, dòng này kích hoạt, so sánh ngắt bộ định thời.
TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);
Và cuối cùng, kích hoạt ngắt bằng đoạn mã này.
ngắt ();
Mỗi ngắt sẽ đảo ngược trạng thái của các cổng tương tự, điều này biến tín hiệu sóng vuông 80 kHz thành tín hiệu chu kỳ toàn sóng ở 40Khz. Và sau đó chúng tôi gửi giá trị đến cổng A0 và A1 đầu ra của Arduino.
ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Đảo ngược TP cho lần chạy tiếp theo}
Và không có gì để đặt hoặc cần thiết để chạy dưới các vòng lặp.
Xây dựng thiết lập Levitation siêu âm
Xin lưu ý rằng đối với dự án này, việc lắp chính xác đầu dò siêu âm là rất quan trọng. Chúng phải đối mặt với nhau theo hướng ngược lại, điều này rất quan trọng và chúng phải nằm trên cùng một đường thẳng để sóng âm siêu âm có thể truyền đi và giao nhau theo các hướng ngược nhau. Đối với điều này, bạn có thể lấy hai miếng gỗ nhỏ hoặc bảng MD, bu lông đai ốc và keo. Bạn có thể tạo hai lỗ để lắp đầu dò một cách hoàn hảo bằng máy khoan. Trên giá đỡ, bạn có thể treo bố trí đầu dò siêu âm.
Trong trường hợp này, tôi sử dụng hai miếng bìa cứng và sau đó cố định Đầu dò siêu âm với sự trợ giúp của keo từ súng bắn keo. Sau đó, để làm giá đỡ, tôi đã sử dụng một hộp bọc dây đơn giản và cố định mọi thứ bằng keo.
Dưới đây là một số hình ảnh siêu âm bay cho thấy quá trình làm việc của dự án.
Bay siêu âm hoặc bay âm thanh cũng hoạt động nếu một bên được gắn với đầu dò siêu âm nhưng trong trường hợp đó sẽ cần một tấm phản xạ, vật phản xạ này sẽ hoạt động như một chướng ngại vật để nó có thể được sử dụng trong ván trượt trong tương lai và vận chuyển chống trọng lực. Bạn cũng có thể xem toàn bộ video làm việc bên dưới.
Tôi hy vọng bạn hiểu dự án và thích xây dựng một cái gì đó thú vị. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, vui lòng để lại trong phần bình luận bên dưới, bạn cũng có thể sử dụng diễn đàn của chúng tôi cho các câu hỏi kỹ thuật khác.