LED levitante: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Io e la mia squadra abbiamo deciso di far levitare un LED acceso. Dopo un breve periodo di ricerca su Google, mi sono imbattuto in un video di SparkFun Electronics, che può essere trovato qui, in cui abbiamo basato il nostro design. La nostra luce levita con un elettromagnete sopra la luce. Abbiamo scelto questo design perché richiede solo un elettromagnete per far levitare il LED. Per ottenere il trasferimento di potenza wireless abbiamo utilizzato una bobina primaria fissata alla parte inferiore dell'elettromagnete a levitazione e una bobina secondaria saldata al LED. Il modulo LED ha un LED bianco, una bobina secondaria e un potente magnete permanente. Ho progettato la struttura e stampato in 3D tutte le parti.

Passaggio 1: progettazione della struttura

Ho usato Solidworks per progettare la struttura. La base è destinata ad ospitare un circuito stampato. Ci sono tunnel attraverso la base, le gambe e i pezzi superiori per instradare i cavi. Non abbiamo avuto il tempo di stampare un circuito stampato, quindi il ritaglio del circuito è rimasto inutilizzato.

Passaggio 2: avvolgimento dell'elettromagnete

Per avvolgere l'elettromagnete, abbiamo usato un trapano elettrico per girare un bullone con rondelle come barriere. Siamo andati molto lentamente per assicurarci che il filo non si sovrapponesse. Farlo in questo modo ha richiesto molto tempo. Penso che sarebbe bene risparmiare un sacco di tempo e stare meno attenti con la sovrapposizione durante l'avvolgimento. Abbiamo stimato che ci sono 1500 spire nell'elettromagnete.

Passaggio 3: alimentatori

Per i test, abbiamo utilizzato un alimentatore CC variabile. Dopo che tutto ha funzionato, ho usato un vecchio caricatore per laptop da 19 V e un regolatore di tensione da 12 V per fornire alimentazione al binario da 12 V. Ho usato un regolatore 5V dall'uscita del regolatore 12V per fornire alimentazione alla guida 5V. È molto importante collegare insieme tutti i tuoi terreni. Abbiamo avuto problemi con i nostri circuiti prima di farlo. Abbiamo utilizzato condensatori sugli alimentatori da 12 V e 5 V per ridurre il rumore nelle linee di alimentazione della scheda.

Passaggio 4: circuito di levitazione

Il circuito di levitazione è la parte più difficile di questo progetto. La levitazione magnetica viene eseguita utilizzando un sensore ad effetto hall per valutare la distanza dal magnete permanente all'elettromagnete e un circuito comparatore per accendere o spegnere l'elettromagnete. Poiché il sensore riceve un campo magnetico più forte, il sensore emette una tensione inferiore. Questa tensione viene confrontata con una tensione regolabile proveniente da un potenziometro. Abbiamo usato un amplificatore operazionale per confrontare le due tensioni. L'uscita dell'amplificatore operazionale accende o spegne un mosfet a canale N per consentire alla corrente di fluire attraverso l'elettromagnete. Quando il magnete permanente (attaccato al LED) è troppo vicino all'elettromagnete, dove verrà risucchiato fino all'elettromagnete, l'elettromagnete si spegne, e quando è troppo lontano, dove cadrebbe per levitazione, l'elettromagnete Accende. Quando viene trovato un equilibrio, l'elettromagnete si accende e si spegne molto rapidamente, catturando e rilasciando il magnete, permettendogli di levitare. Il potenziometro può essere utilizzato per regolare la distanza di stazionamento del magnete.

Nell'immagine dello schermo dell'oscilloscopio, è possibile vedere il segnale dall'uscita del sensore ad effetto hall e l'accensione e lo spegnimento del magnete. Man mano che il LED si avvicina al sensore, la linea gialla aumenta. Quando il magnete è sulla linea verde è basso. Quando è spento la linea verde è alta.

A seconda dell'ambiente e di cosa si usa come generatore di forme d'onda, potrebbe essere necessario aggiungere un piccolo condensatore dall'uscita del sensore a terra. Ciò consentirà alla maggior parte del rumore di andare direttamente a terra e il segnale pulito dal sensore verrà utilizzato dall'amplificatore operazionale.

Passaggio 5: circuito di alimentazione wireless

Per gestire il trasferimento di potenza wireless, abbiamo avvolto una bobina primaria di 25 spire con un filo magnetico di calibro 24 attorno al supporto del sensore. Abbiamo quindi realizzato una bobina secondaria avvolgendo un filo smaltato da 32 gauge attorno a un tubo di carta per 25 giri. Una volta avvolto, abbiamo fatto scorrere la bobina dalla carta e l'abbiamo saldata a un LED. Assicurati di rimuovere il rivestimento smaltato del filo smaltato nel punto in cui stai saldando.

Abbiamo utilizzato un generatore di onde quadre a 1 MHz per accendere e spegnere un MOSFET che consente alla corrente di fluire attraverso la bobina primaria da 0 a 12 V a 1 MHz. Per i test, abbiamo utilizzato un Analog Discovery per un generatore di funzioni. La versione finale utilizza un circuito generatore di onde quadre timer 555 per commutare il MOSFET. Tuttavia, questo circuito produceva un mucchio di rumore che interferiva con i binari di alimentazione. Ho realizzato una scatola rivestita di un foglio di alluminio che ha un divisore per separare il generatore di onde e il circuito di levitazione. Ciò ha ridotto significativamente la quantità di rumore.

Passaggio 6: assemblaggio

Ho usato Chroma Strand Labs ABS per stampare in 3D la base e le gambe. Le gambe si sono deformate troppo durante la stampa, quindi ho ristampato con Chroma Strand Labs PETg. Il PETg si è deformato molto poco. Tutte le parti si incastrano senza l'uso di colla. Abbiamo dovuto tagliare alcune tacche per aggiungere spazio extra per i cavi. Potrebbe essere necessario carteggiare le aree che entrano in contatto con altri pezzi per consentire una vestibilità più ampia.

Stiamo progettando di stampare un circuito stampato e saldarvi i componenti in modo che tutto si adatti all'interno del ritaglio del circuito.