चुंबकीय उत्तोलन - यह क्या है और यह कैसे संभव है। डू-इट-खुद लेविट्रॉन एक नियंत्रित निलंबन के साथ एक इलेक्ट्रो-मैग्नेटिक लेविटेटिंग मैकेनिज्म कैसे बनाएं

उत्तोलन(लेट से। लेविटास"हल्कापन, हल्कापन") - एक भौतिक घटना जिसमें कोई वस्तु बिना किसी ठोस सतह को छुए अंतरिक्ष में दिखाई देती है। लोग अक्सर इस घटना को जादू, भूत, यूएफओ और अन्य अविश्वसनीय घटनाओं से जोड़ते हैं।
दूसरी ओर, चुंबकीय क्षेत्र में धात्विक वस्तुओं के लिए उत्तोलन एक अपेक्षाकृत सरल भौतिक घटना है।

मेरा सुझाव है कि आप अपने आप को डिज़ाइन किए गए डिवाइस से परिचित कराएं धातु की वस्तुओं का उत्तोलन. ऑपरेशन का सिद्धांत सरल है। किसी वस्तु को अंतरिक्ष में लटकने के लिए, एक स्थायी चुंबक के बजाय, एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट द्वारा नियंत्रित एक विद्युत चुंबक का उपयोग इस तरह से करना आवश्यक है कि धातु की वस्तु विद्युत चुंबक से एक निश्चित दूरी पर मँडराती हुई प्रतीत हो। अंतरिक्ष में किसी वस्तु की स्थिति की निगरानी एक ऑप्टिकल जोड़ी द्वारा की जाती है, जिसमें एक इन्फ्रारेड फोटो और एलईडी होते हैं। यदि वस्तु बहुत अधिक ऊपर उठती है, तो फोटोडायोड कम प्रदीप्त होगा - इलेक्ट्रोमैग्नेट वाइंडिंग के माध्यम से करंट कम हो जाएगा और इसका आकर्षक बल भी कम हो जाएगा। यदि वस्तु बहुत नीचे गिरती है, तो फोटोडायोड अधिक प्रकाशित होगा, इलेक्ट्रोमैग्नेट वाइंडिंग के माध्यम से करंट बढ़ेगा, और इसका आकर्षक बल बढ़ेगा।

चावल। विद्युत चुम्बकीय उत्तोलन उपकरण की 1 योजना

नियंत्रण योजना चुंबकीय उत्तोलन उपकरण(चित्र 1) एक 1458 या 4558 ऑपरेशनल एम्पलीफायर (op amp) और हीट सिंक के साथ एक शक्तिशाली MOSFET का उपयोग करता है। संदर्भ वोल्टेज विभक्त R3-R4 से लिया जाता है और op-amp के गैर-इनवर्टिंग इनपुट 3 को खिलाया जाता है। नियंत्रित वोल्टेज की आपूर्ति डिवाइडर R2-VD2 से OU के इनपुट 2 तक की जाती है। R2-VD2 पर वोल्टेज में मामूली बदलाव के साथ, एक बेमेल संकेत दिखाई देता है, जो बार-बार प्रवर्धित होता है और ट्रांजिस्टर VT1 में वोल्टेज को बदलता है।

एक बड़े पुराने रिले के फ्रेम पर एक इलेक्ट्रोमैग्नेट लपेटा जा सकता है। कॉइल में 0.4-0.5 मिमी के व्यास के साथ तार के 1200 मोड़ होते हैं। लोहे की कोर का व्यास 8-10 मिमी है।

उपयोग किए गए फोटोडायोड के लिए कोई विशेष मानदंड नहीं हैं, आप उस मॉडल का उपयोग कर सकते हैं जो आपके पास है। लेकिन चूंकि उनकी विशेषताएं भिन्न होती हैं, प्रतिरोधक R1 फोटोडायोड के दिए गए मापदंडों के लिए सर्किट के सटीक संचालन को समायोजित करता है।

यदि आपको डिवाइस की स्थिरता में समस्या है (ऑब्जेक्ट कंपन करता है), तो आपको लूप के समय स्थिरांक को बदलने की आवश्यकता हो सकती है। ऐसा करने के लिए, प्रायोगिक रूप से कैपेसिटर C1 के मान को 22 माइक्रोफ़ारड से 1 माइक्रोफ़ारड तक चुनना आवश्यक है, जब तक कि सर्किट स्थिर रूप से काम करना शुरू न कर दे।

इस पाठ का विचार "एयर बोन्साई" नामक किकस्टार्टर क्राउडफंडिंग प्लेटफॉर्म की परियोजना से प्रेरित था, जो वास्तव में एक सुंदर और रहस्यमयी परियोजना थी जिसे जापानियों ने बनाया था।

लेकिन किसी भी पहेली को अंदर देखकर समझाया जा सकता है। वास्तव में, यह चुंबकीय उत्तोलन है, जब ऊपर से उड़ती हुई कोई वस्तु होती है, और एक विद्युत चुंबक एक सर्किट द्वारा नियंत्रित होता है। आइए इस रहस्यमयी परियोजना को साकार करने के लिए मिलकर प्रयास करें।

हमें पता चला कि किकस्टार्टर डिवाइस का सर्किट बिना किसी माइक्रोकंट्रोलर के काफी जटिल था। इसके एनालॉग सर्किटरी को खोजने का कोई तरीका नहीं था। वास्तव में, यदि आप अधिक बारीकी से देखें, उत्तोलन का सिद्धांत काफी सरल है। हमें एक चुंबकीय भाग को दूसरे चुंबकीय भाग के ऊपर "फ्लोटिंग" करने की आवश्यकता है। आगे का मुख्य काम यह सुनिश्चित करना था कि उड़ने वाला चुंबक गिरे नहीं।

एक सुझाव यह भी था कि एक Arduino के साथ ऐसा करना वास्तव में एक जापानी डिवाइस की योजना को समझने की कोशिश करने से कहीं अधिक आसान है। वास्तव में, सब कुछ बहुत सरल निकला।

चुंबकीय उत्तोलन में दो भाग होते हैं: एक आधार भाग और एक तैरता हुआ (उड़ान भरने वाला) भाग।

आधार

यह हिस्सा नीचे की तरफ होता है, जिसमें गोलाकार चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए एक चुंबक होता है और इस चुंबकीय क्षेत्र को नियंत्रित करने के लिए विद्युत चुंबक होते हैं।

प्रत्येक चुंबक के दो ध्रुव होते हैं: उत्तर और दक्षिण। प्रयोगों से पता चलता है कि विपरीत ध्रुव आकर्षित करते हैं और ध्रुवों की तरह प्रतिकर्षित करते हैं। चार बेलनाकार चुम्बकों को एक वर्ग में रखा जाता है और उनमें समान ध्रुवता होती है, जिससे किसी भी चुंबक को बाहर धकेलने के लिए ऊपर की ओर एक गोलाकार चुंबकीय क्षेत्र बनता है जिसके बीच में एक ही ध्रुव होता है।

सामान्य रूप से चार विद्युत चुम्बक होते हैं, उन्हें एक वर्ग में रखा जाता है, दो सममित चुम्बक एक जोड़ी होते हैं और उनका चुंबकीय क्षेत्र हमेशा विपरीत होता है। हॉल इफेक्ट सेंसर और सर्किट इलेक्ट्रोमैग्नेट्स को नियंत्रित करते हैं। हम विद्युत चुम्बकों पर उनके माध्यम से धारा द्वारा विपरीत ध्रुवों का निर्माण करते हैं।

तैरता हुआ भाग

आइटम में आधार के ऊपर तैरने वाला एक चुंबक शामिल है जो एक छोटे पौधे के बर्तन या अन्य वस्तुओं को ले जा सकता है।

नीचे के चुम्बकों के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा शीर्ष चुंबक को उठा लिया जाता है, क्योंकि उनके पास समान ध्रुव होते हैं। हालांकि, एक नियम के रूप में, यह गिरने और एक दूसरे की ओर खींचने के लिए जाता है। चुंबक के शीर्ष को पलटने और गिरने से रोकने के लिए, हॉल इफेक्ट सेंसर के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेट फ़्लोटिंग हिस्से को संतुलित करने के लिए धक्का देने या खींचने के लिए चुंबकीय क्षेत्र बनाएंगे। विद्युत चुम्बकों को दो X और Y अक्षों द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिससे शीर्ष चुंबक को संतुलित और तैरता रखा जाता है।

इलेक्ट्रोमैग्नेट को नियंत्रित करना आसान नहीं है और इसके लिए एक पीआईडी ​​​​नियंत्रक की आवश्यकता होती है, जिस पर अगले चरण में विस्तार से चर्चा की गई है।

चरण 2: पीआईडी ​​​​नियंत्रक (पीआईडी)

विकिपीडिया से: "आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न (पीआईडी) नियंत्रक प्रतिक्रिया के साथ एक नियंत्रण पाश में एक उपकरण है। इसका उपयोग स्वत: नियंत्रण प्रणाली में नियंत्रण संकेत उत्पन्न करने के लिए किया जाता है ताकि क्षणिक प्रक्रिया की आवश्यक सटीकता और गुणवत्ता प्राप्त हो सके। पीआईडी ​​​​नियंत्रक एक नियंत्रण संकेत उत्पन्न करता है जो तीन शब्दों का योग है, जिनमें से पहला इनपुट सिग्नल और फीडबैक सिग्नल (त्रुटि संकेत) के बीच के अंतर के समानुपाती होता है, दूसरा त्रुटि संकेत का अभिन्न अंग है, तीसरा व्युत्पन्न है त्रुटि संकेत की।

सरल शब्दों में: "पीआईडी ​​​​नियंत्रक" त्रुटि "मान की गणना मापा [इनपुट] और वांछित सेटिंग के बीच के अंतर के रूप में करता है। नियंत्रक [आउटपुट] को समायोजित करके त्रुटि को कम करने का प्रयास करता है।"

तो, आप पीआईडी ​​​​को बताएं कि क्या मापना है (इनपुट), आप कौन सा मूल्य चाहते हैं और एक चर जो आउटपुट पर इस मान को रखने में मदद करेगा। पीआईडी ​​​​नियंत्रक तब इनपुट को सेटिंग के बराबर बनाने के लिए आउटपुट को समायोजित करता है।

उदाहरण के लिए: कार में हमारे तीन मान (इनपुट, सेट, आउटपुट) होंगे - क्रमशः गति, वांछित गति और गैस पेडल का कोण।

इस परियोजना में:

1. इनपुट हॉल सेंसर से एक वास्तविक समय का वर्तमान मूल्य है, जिसे लगातार अपडेट किया जाता है क्योंकि फ्लोटिंग चुंबक की स्थिति वास्तविक समय में बदल जाएगी।
2. सेटपॉइंट हॉल सेंसर का वह मान होता है जिसे तब मापा जाता है जब फ़्लोटिंग चुंबक चुंबक के आधार के केंद्र में संतुलन की स्थिति में होता है। यह सूचकांक निश्चित है और समय के साथ नहीं बदलता है।
3. आउटपुट सिग्नल इलेक्ट्रोमैग्नेट्स को नियंत्रित करने की गति है।

पीआईडी ​​​​लाइब्रेरी लिखने के लिए Arduino समुदाय का धन्यवाद जो उपयोग करने में बहुत आसान है। Arduino PID के बारे में अधिक जानकारी Arduino की आधिकारिक वेबसाइट पर देखी जा सकती है। हमें Arduino के तहत PID नियंत्रकों की एक जोड़ी का उपयोग करने की आवश्यकता है, एक X अक्ष के लिए और एक Y अक्ष के लिए।

चरण 3: सहायक उपकरण

पाठ के लिए घटकों की सूची सभ्य है। नीचे उन घटकों की एक सूची दी गई है जिन्हें आपको इस परियोजना के लिए खरीदना चाहिए, सुनिश्चित करें कि शुरू करने से पहले आपके पास सब कुछ है। कुछ घटक बहुत लोकप्रिय हैं और आप शायद उन्हें अपने गोदाम या घर पर पाएंगे।

चरण 4: उपकरण

यहां सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले टूल की सूची दी गई है:

• सोल्डरिंग आयरन
• हाथ आरी
• मल्टीमीटर
• छेद करना
• ऑसिलोस्कोप (वैकल्पिक, आप एक मल्टीमीटर का उपयोग कर सकते हैं)
• बेंच ड्रिल
• गर्म गोंद
• चिमटा

चरण 5: LM324 Op-amp, L298N ड्राइवर और SS495a

LM324 ओपैंप

ऑपरेशनल एम्पलीफायर्स (op-amps) आज उपयोग में आने वाले सबसे महत्वपूर्ण, व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले और बहुमुखी सर्किटों में से हैं।

हम हॉल सेंसर से सिग्नल को बढ़ाने के लिए एक ऑप amp का उपयोग करते हैं, जिसका उद्देश्य संवेदनशीलता को बढ़ाना है ताकि आर्डिनो चुंबकीय क्षेत्र में बदलाव को आसानी से पहचान सके। एम्पलीफायर से गुजरने के बाद, हॉल सेंसर के आउटपुट में कुछ mV का परिवर्तन, Arduino में कई सौ इकाइयों द्वारा बदल सकता है। पीआईडी ​​​​नियंत्रक के सुचारू और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए यह आवश्यक है।

हमारे द्वारा चुना गया सामान्य ऑप amp LM324 है, यह सस्ता है और आप इसे किसी भी इलेक्ट्रॉनिक्स स्टोर पर खरीद सकते हैं। LM324 में 4 आंतरिक एम्पलीफायर हैं जो लचीले उपयोग की अनुमति देते हैं, हालांकि इस परियोजना के लिए केवल दो एम्पलीफायरों की आवश्यकता है, एक एक्स अक्ष के लिए और एक वाई अक्ष के लिए।

मॉड्यूल L298N

L298N डबल एच-ब्रिज का उपयोग आमतौर पर दो DC मोटरों की गति और दिशा को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, या एक बाइपोलर स्टेपर मोटर को आसानी से चलाने के लिए किया जाता है। L298N का उपयोग 5 से 35 VDC की मोटरों के साथ किया जा सकता है।

एक अंतर्निहित 5V नियामक भी है, इसलिए यदि आपूर्ति वोल्टेज 12V तक है, तो आप बोर्ड से 5V बिजली की आपूर्ति भी जोड़ सकते हैं।

यह परियोजना एल298एन का उपयोग दो जोड़ी विद्युत चुंबक कॉइल को चलाने के लिए करती है और 5V आउटपुट का उपयोग Arduino और हॉल सेंसर को शक्ति प्रदान करने के लिए करती है।

मॉड्यूल पिनआउट:

• आउट 2: इलेक्ट्रोमैग्नेट्स एक्स की जोड़ी
• आउट 3: इलेक्ट्रोमैग्नेट्स वाई की एक जोड़ी
• इनपुट पावर: डीसी 12 वी इनपुट
• जीएनडी: ग्राउंड
• आउटपुट 5v: Arduino और हॉल सेंसर के लिए 5v
• EnA: आउटपुट 2 के लिए PWM सिग्नल सक्षम करें
• In1: आउटपुट 2 के लिए सक्षम करें
• In2: आउट 2 के लिए सक्षम करें
• In3: आउटपुट 3 के लिए सक्षम करें
• In4: आउटपुट 3 के लिए सक्षम करें
• EnB: Out3 के लिए PWM सिग्नल सक्षम करें

Arduino से कनेक्ट करना: हमें पिन EnA और EnB पर 2 जंपर्स को हटाने की जरूरत है, फिर 6 पिन In1, In2, In3, In4, EnA, EnB को Arduino से कनेक्ट करें।

SS495a हॉल सेंसर

SS495a एनालॉग आउटपुट के साथ एक लीनियर हॉल इफेक्ट सेंसर है। कृपया एनालॉग आउटपुट और डिजिटल आउटपुट के बीच अंतर पर ध्यान दें, आप इस प्रोजेक्ट में डिजिटल आउटपुट वाले सेंसर का उपयोग नहीं कर सकते हैं, इसमें केवल दो राज्य 1 या 0 हैं, इसलिए आप चुंबकीय क्षेत्र के आउटपुट को माप नहीं सकते हैं।

एक एनालॉग सेंसर के परिणामस्वरूप 250 से Vcc की वोल्टेज रेंज होगी, जिसे आप Arduino के एनालॉग इनपुट का उपयोग करके पढ़ सकते हैं। एक्स और वाई अक्ष दोनों में चुंबकीय क्षेत्र को मापने के लिए दो हॉल सेंसर की आवश्यकता होती है।

चरण 6: नियोडिमियम एनडीएफईबी (नियोडिमियम आयरन बोरॉन) मैग्नेट

विकिपीडिया से: "नियोडिमियम एक रासायनिक तत्व है, एक सुनहरे रंग के साथ चांदी-सफेद रंग की एक दुर्लभ-पृथ्वी धातु है। यह लैंथेनाइड समूह से संबंधित है। यह हवा में आसानी से ऑक्सीकरण करता है। इसकी खोज 1885 में ऑस्ट्रियाई रसायनज्ञ कार्ल एउर वॉन ने की थी। Welsbach।यह विमान के लिए एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम के साथ मिश्र धातुओं के एक घटक के रूप में प्रयोग किया जाता है - और रॉकेट विज्ञान।

नियोडिमियम एक धातु है जो फेरोमैग्नेटिक है (विशेष रूप से, यह एंटीफेरोमैग्नेटिक गुण प्रदर्शित करता है), जिसका अर्थ है कि लोहे की तरह, इसे चुंबक बनने के लिए चुंबकित किया जा सकता है। लेकिन इसका क्यूरी तापमान 19K (-254°C) है, इसलिए अपने शुद्धतम रूप में, इसका चुंबकत्व बेहद कम तापमान पर ही दिखाई देता है। हालांकि, लोहे जैसे संक्रमण धातुओं के साथ नियोडिमियम के यौगिकों में क्यूरी तापमान कमरे के तापमान से काफी ऊपर हो सकता है, और इनका उपयोग नियोडिमियम मैग्नेट बनाने के लिए किया जाता है।

स्ट्रॉन्ग एक शब्द है जिसका इस्तेमाल एक नियोडिमियम चुंबक का वर्णन करने के लिए किया जाता है। आप फेराइट मैग्नेट का उपयोग नहीं कर सकते क्योंकि उनका चुंबकत्व बहुत कमजोर होता है। फेराइट मैग्नेट की तुलना में नियोडिमियम मैग्नेट बहुत अधिक महंगे हैं। छोटे चुम्बकों का उपयोग आधार के लिए किया जाता है, बड़े चुम्बकों का फ़्लोटिंग / लेविटेटिंग भाग के लिए।

ध्यान! नियोडिमियम मैग्नेट का उपयोग करते समय आपको सावधान रहने की आवश्यकता है, क्योंकि उनका मजबूत चुंबकत्व आपको नुकसान पहुंचा सकता है, या वे आपकी हार्ड ड्राइव या चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के डेटा को तोड़ सकते हैं।

सलाह! आप दो चुम्बकों को क्षैतिज रूप से खींचकर अलग कर सकते हैं, आप उन्हें विपरीत दिशा में अलग नहीं कर सकते क्योंकि उनका चुंबकीय क्षेत्र बहुत मजबूत है। वे बहुत नाजुक भी होते हैं और आसानी से टूट जाते हैं।

स्टेप 7: बेस तैयार करें

हमने टेराकोटा के एक छोटे बर्तन का इस्तेमाल किया, जिसका इस्तेमाल आमतौर पर गूदेदार या कैक्टस उगाने के लिए किया जाता है। यदि उपयुक्त हो तो आप चीनी मिट्टी के बर्तन या लकड़ी के बर्तन का भी उपयोग कर सकते हैं। डीसी सॉकेट को पकड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले बर्तन के तल में एक छेद बनाने के लिए 8 मिमी ड्रिल का उपयोग करें।

चरण 8: फ्लोटिंग पार्ट को 3डी प्रिंट करें

यदि आपके पास 3D प्रिंटर है, तो बढ़िया। आपके पास इसके साथ सब कुछ करने की क्षमता है। यदि कोई प्रिंटर नहीं है - निराशा न करें, क्योंकि। आप एक सस्ती 3डी प्रिंटिंग सेवा का उपयोग कर सकते हैं जो अभी बहुत लोकप्रिय है।

लेज़र कटिंग के लिए, फ़ाइलें ऊपर के संग्रह में भी हैं - AcrylicLaserCut.dwg फ़ाइल (यह ऑटोकैड है)। ऐक्रेलिक भाग का उपयोग मैग्नेट और इलेक्ट्रोमैग्नेट का समर्थन करने के लिए किया जाता है, बाकी का उपयोग टेराकोटा पॉट की सतह को कवर करने के लिए किया जाता है।

चरण 9: SS495a हॉल सेंसर मॉड्यूल तैयार करना

पीसीबी लेआउट को दो टुकड़ों में काटें, एक टुकड़ा हॉल सेंसर को जोड़ने के लिए और दूसरा LM324 सर्किट को। पीसीबी के लंबवत दो चुंबकीय पिकअप संलग्न करें। VCC सेंसर के दो पिनों को एक साथ जोड़ने के लिए पतले तारों का उपयोग करें, GND पिन के साथ भी ऐसा ही करें। आउटपुट संपर्क अलग से।

चरण 10: ऑप-एम्प सर्किट

बाद में आसान अंशांकन के लिए दो पोटेंशियोमीटर को एक ही दिशा में रखने पर ध्यान देते हुए, आरेख के बाद पीसीबी को सॉकेट और प्रतिरोधों को मिलाएं। LM324 को जैक से कनेक्ट करें, फिर हॉल सेंसर मॉड्यूल के दो आउटपुट को ऑप-एम्प सर्किट से कनेक्ट करें।

LM324 के दो आउटपुट तारों को Arduino से कनेक्ट करें। L298N मॉड्यूल के 12V इनपुट के लिए 12V इनपुट, L298N मॉड्यूल के 5V आउटपुट से 5V पोटेंशियोमीटर।

चरण 11: इलेक्ट्रोमैग्नेट्स को असेंबल करना

ऐक्रेलिक शीट पर विद्युत चुम्बकों को इकट्ठा करें, वे केंद्र के पास चार छेदों में तय होते हैं। हिलने-डुलने से बचने के लिए पेंच कसें। क्योंकि विद्युत चुम्बक केंद्र में सममित होते हैं, वे हमेशा विपरीत ध्रुवों पर होते हैं, ताकि विद्युत चुम्बकों के अंदर के तार आपस में जुड़े रहें, और विद्युत चुम्बकों के बाहर के तार L298N से जुड़े रहें।

L298N से जुड़ने के लिए तारों को ऐक्रेलिक शीट के नीचे आसन्न छिद्रों के माध्यम से चलाएं। तांबे के तार को एक इन्सुलेट परत के साथ कवर किया गया है, इसलिए इससे पहले कि आप उन्हें एक साथ सोल्डर कर सकें, आपको इसे चाकू से निकालना होगा।

चरण 12: सेंसर मॉड्यूल और मैग्नेट

सोलनॉइड्स के बीच सेंसर मॉड्यूल को ठीक करने के लिए गर्म गोंद का उपयोग करें, ध्यान दें कि प्रत्येक सेंसर को दो सोलनॉइड्स के साथ चौकोर होना चाहिए, एक आगे और एक पीछे। दो सेंसरों को यथासंभव केंद्रीय रूप से कैलिब्रेट करने का प्रयास करें ताकि वे ओवरलैप न हों, जो सेंसर को सबसे कुशल बना देगा।

अगला कदम ऐक्रेलिक आधारित मैग्नेट को इकट्ठा करना है। एक सिलेंडर बनाने के लिए दो D15*4mm मैग्नेट और एक D15*3mm चुंबक को एक साथ मिलाकर, यह मैग्नेट और इलेक्ट्रोमैग्नेट को समान ऊंचाई का कारण बनेगा। विद्युत चुम्बकों के जोड़े के बीच चुम्बकों को इकट्ठा करें, ध्यान दें कि आरोही चुम्बकों के ध्रुव समान होने चाहिए।

चरण 13: डीसी पावर कनेक्टर और L298N 5V आउटपुट

डीसी पावर जैक को दो तारों से मिलाएं और हीट सिकुड़ने वाली ट्यूबिंग का उपयोग करें। DC पावर कनेक्टर को L298N मॉड्यूल के इनपुट से कनेक्ट किया, इसका 5V आउटपुट Arduino को पावर सप्लाई करेगा।

चरण 14: L298N और Arduino

ऊपर दिए गए आरेख के अनुसार L298N मॉड्यूल को Arduino से कनेक्ट करें:

L298N → अरुडिनो
5 वी → वीसीसी
जीएनडी → जीएनडी
ईएनए → 7
बी 1 → 6
बी 2 → 5
बी 3 → 4
बी 4 → 3
एनबी → 2

चरण 15: Arduino प्रो मिनी प्रोग्रामर

चूँकि Arduino pro mini में USB से सीरियल पोर्ट नहीं है, इसलिए आपको एक बाहरी प्रोग्रामर को कनेक्ट करना होगा। FTDI बेसिक का उपयोग प्रो मिनी को प्रोग्राम (और पावर) करने के लिए किया जाएगा।

1. संक्षिप्त विवरण

यह निकला:

2. कार्यात्मक आरेख

तार के सिरों पर स्थित विद्युत चुम्बकीय सेंसर चुंबकीय प्रेरण के स्तर के आनुपातिक वोल्टेज का उत्पादन करते हैं। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, ये वोल्टेज कॉइल करंट के परिमाण की परवाह किए बिना समान होंगे।

यदि निचले संवेदक के पास एक स्थायी चुंबक है, तो नियंत्रण इकाई चुंबक के क्षेत्र के लिए आनुपातिक संकेत उत्पन्न करेगी, इसे वांछित स्तर तक बढ़ाएं और कॉइल के माध्यम से वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए इसे PWM तक पहुंचाएं। इस प्रकार, प्रतिक्रिया होती है और कुंडल ऐसा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करेगा जो गुरुत्वाकर्षण बल के साथ चुंबक को संतुलन में रखेगा।

कुछ गड़बड़ सब कुछ निकला, मैं इसे अलग तरह से कोशिश करूँगा:
- कोई चुंबक नहीं है - कॉइल के सिरों पर प्रेरण समान है - सेंसर से संकेत समान है - नियंत्रण इकाई न्यूनतम संकेत देती है - कॉइल पूरी शक्ति से काम करती है;
- वे चुंबक को पास लाए - प्रेरण बहुत अलग है - सेंसर से संकेत बहुत अलग हैं - नियंत्रण इकाई अधिकतम संकेत देती है - कुंडल पूरी तरह से बंद हो जाता है - कोई भी चुंबक को पकड़ता नहीं है और यह गिरना शुरू हो जाता है;
- बेकन गिरता है - कॉइल से दूर चला जाता है - सेंसर से सिग्नल में अंतर कम हो जाता है - कंट्रोल यूनिट आउटपुट सिग्नल को कम कर देता है - कॉइल के माध्यम से करंट बढ़ जाता है - कॉइल का इंडक्शन बढ़ जाता है - चुंबक आकर्षित होने लगता है;
- बेकन्स आकर्षित होते हैं - कॉइल के पास जाते हैं - सेंसर से संकेतों में अंतर बढ़ता है - कंट्रोल यूनिट आउटपुट सिग्नल को बढ़ाता है - कॉइल के माध्यम से करंट कम हो जाता है - कॉइल का इंडक्शन कम हो जाता है - चुंबक गिरना शुरू हो जाता है;
- एक चमत्कार - चुंबक गिरता नहीं है और आकर्षित नहीं होता है - या बल्कि, यह गिरता है और प्रति सेकंड कई हजार बार आकर्षित होता है - अर्थात, एक गतिशील संतुलन उत्पन्न होता है - चुंबक बस हवा में लटका रहता है।

3. डिजाइन

0.6 मिमी के व्यास के साथ 78 मीटर तांबे के तामचीनी तार को D36x48 प्लास्टिक फ्रेम पर कसकर लपेटा जाता है, लगभग 600 मोड़। गणना के अनुसार, 4.8 ओम के प्रतिरोध और 12V की बिजली आपूर्ति के साथ, वर्तमान 2.5A होगा, शक्ति 30W होगी। बाहरी बिजली आपूर्ति के चयन के लिए यह आवश्यक है। (वास्तव में, यह 6.0 ओहम निकला, उन्होंने शायद ही अधिक तार काट दिया, बल्कि व्यास पर बचाया।)

20 मिमी के व्यास वाले डोर हिंज से एक स्टील कोर कॉइल के अंदर डाला जाता है। सेंसर इसके सिरों पर गर्म गोंद के साथ तय किए जाते हैं, जिन्हें उसी दिशा में उन्मुख होना चाहिए।

सेंसर के साथ कुंडल एक एल्यूमीनियम पट्टी ब्रैकेट पर लगाया जाता है, जो बदले में, आवास से जुड़ा होता है, जिसके अंदर नियंत्रण बोर्ड होता है।

मामले में एक एलईडी, एक स्विच और एक पावर सॉकेट है।

बाहरी बिजली की आपूर्ति (GA-1040U) को पावर रिजर्व के साथ लिया जाता है और 12V पर 3.2A तक का करंट प्रदान करता है।

एक चिपके कोका-कोला कैन के साथ एक N35H चुंबक D15x5 का उपयोग एक उड़ने वाली वस्तु के रूप में किया जाता है। मुझे तुरंत कहना होगा कि एक पूर्ण जार अच्छा नहीं है, इसलिए हम एक पतली ड्रिल के साथ सिरों पर छेद बनाते हैं, एक मूल्यवान पेय निकालते हैं (यदि आप चिप्स से डरते नहीं हैं तो आप पी सकते हैं) और शीर्ष रिंग में एक चुंबक को गोंद करें।

4. योजनाबद्ध आरेख

सेंसर U1 और U2 के सिग्नल ऑपरेशनल एम्पलीफायर OP1 / 4 को खिलाए जाते हैं, जो डिफरेंशियल सर्किट के अनुसार जुड़े होते हैं। ऊपरी सेंसर U1 इनवर्टिंग इनपुट से जुड़ा है, निचला U2 नॉन-इनवर्टिंग से जुड़ा है, यानी सिग्नल घटाए जाते हैं, और आउटपुट OP1 / 4 पर हमें केवल चुंबकीय प्रेरण के स्तर के लिए आनुपातिक वोल्टेज मिलता है। निचले संवेदक U2 के पास स्थायी चुंबक द्वारा निर्मित।

तत्वों C1, R6 और R7 का संयोजन इस योजना का मुख्य आकर्षण है और आपको पूर्ण स्थिरता के प्रभाव को प्राप्त करने की अनुमति देता है, चुंबक अपनी पटरियों पर लटका रहेगा। यह काम किस प्रकार करता है? सिग्नल का डीसी घटक डिवाइडर R6R7 से होकर गुजरता है और 11 बार क्षीण हो जाता है। चर घटक बिना क्षीणन के C1R7 फ़िल्टर से होकर गुजरता है। चर घटक कहाँ से आता है? स्थिर भाग निचले संवेदक के पास चुंबक की स्थिति पर निर्भर करता है, परिवर्तनीय भाग संतुलन बिंदु के आसपास चुंबक के दोलनों के कारण उत्पन्न होता है, अर्थात समय में स्थिति में बदलाव से, यानी गति से। हम इस तथ्य में रुचि रखते हैं कि चुंबक स्थिर है, अर्थात। इसकी गति 0 के बराबर थी। इस प्रकार, नियंत्रण संकेत में हमारे पास दो घटक होते हैं - स्थिति के लिए स्थिरांक जिम्मेदार होता है, और चर इस स्थिति की स्थिरता के लिए जिम्मेदार होता है।
इसके अलावा, तैयार किए गए सिग्नल को OP1/3 द्वारा प्रवर्धित किया जाता है। एक चर रोकनेवाला P2 की मदद से, चुंबक और कुंडल के विशिष्ट मापदंडों के आधार पर, संतुलन प्राप्त करने के लिए ट्यूनिंग चरण के दौरान आवश्यक लाभ निर्धारित किया जाता है।

ओपी 1/1 पर एक साधारण तुलनित्र इकट्ठा किया जाता है, जो पीडब्लूएम को बंद कर देता है और तदनुसार, कॉइल जब पास में कोई चुंबक नहीं होता है। एक बहुत ही सुविधाजनक चीज, अगर चुंबक को हटा दिया जाए तो आपको आउटलेट से बिजली की आपूर्ति को हटाने की जरूरत नहीं है। ट्रिगर स्तर चर रोकनेवाला P1 द्वारा निर्धारित किया गया है।

अगला, नियंत्रण संकेत पल्स-चौड़ाई न्यूनाधिक U3 पर लागू होता है। आउटपुट वोल्टेज रेंज 12V है, आउटपुट दालों की आवृत्ति C2, R10 और P3 के मूल्यों द्वारा निर्धारित की जाती है, और कर्तव्य चक्र DTC इनपुट पर इनपुट सिग्नल के स्तर पर निर्भर करता है।
PWM पावर ट्रांजिस्टर T1 के स्विचिंग को नियंत्रित करता है, जो बदले में कॉइल के माध्यम से करंट को नियंत्रित करता है।

LED1 LED को स्थापित नहीं किया जा सकता है, लेकिन SD1 डायोड अतिरिक्त करंट को निकालने के लिए आवश्यक है और उस समय ओवरवॉल्टेज से बचने के लिए जब कॉइल को स्व-प्रेरण की घटना के कारण बंद कर दिया जाता है।

NL1 हमारा होममेड कॉइल है, जो एक अलग सेक्शन के लिए समर्पित है।

नतीजतन, संतुलन मोड में, तस्वीर कुछ इस तरह होगी: U1_OUT=2.9V, U2_OUT=3.6V, OP1/4_OUT=0.7V, U3_IN=1.8V, T1_OPEN=25%, NL1_CURR=0.5A।

स्पष्टता के लिए, मैं PWM और कॉइल के आउटपुट पर ट्रांसफर विशेषता, आवृत्ति प्रतिक्रिया और चरण प्रतिक्रिया और ऑसिलोग्राम के ग्राफ लागू करता हूं।

5. घटकों का विकल्प

चुंबकीय क्षेत्र सेंसर U1 और U2 के रूप में, SS496A 840 गॉस तक की रैखिक विशेषता वाले एनालॉग हॉल सेंसर का उपयोग किया जाता है, यह हमारे मामले के लिए बहुत ही महत्वपूर्ण है। एक अलग संवेदनशीलता के साथ एनालॉग्स का उपयोग करते समय, आपको OP1 / 3 द्वारा लाभ को समायोजित करने की आवश्यकता होगी, साथ ही साथ अपने कॉइल के सिरों पर अधिकतम इंडक्शन के स्तर की जांच करें (हमारे मामले में, कोर के साथ, यह 500 गॉस तक पहुंचता है) , ताकि सेंसर पीक लोड पर संतृप्त न हों।

OP1 LM324N क्वाड ऑप amp है। जब कॉइल बंद होता है, तो यह आउटपुट 14 पर शून्य के बजाय 20mV देता है, लेकिन यह काफी स्वीकार्य है। मुख्य बात यह है कि R1, R2, R3, R4 के रूप में स्थापना के लिए वास्तविक मूल्य में निकटतम 100K प्रतिरोधों के एक गुच्छा से चुनना न भूलें।

रेटिंग C1, R6 और R7 को अलग-अलग कैलीबर (N35H मैग्नेट D27x8, D15x5 और D12x3 का परीक्षण किया गया) के मैग्नेट को स्थिर करने के लिए सर्वोत्तम विकल्प के रूप में परीक्षण और त्रुटि द्वारा चुना गया था। R6 / R7 अनुपात को वैसे ही छोड़ा जा सकता है, और समस्याओं की स्थिति में C1 के मान को 2-5 माइक्रोफ़ारड तक बढ़ाया जा सकता है।

बहुत छोटे चुम्बकों का उपयोग करते समय, आपको पर्याप्त लाभ नहीं मिल सकता है, इस स्थिति में R8 के मान को घटाकर 500 ओम कर दें।

D1 और D2 साधारण 1N4001 रेक्टिफायर डायोड हैं, कोई भी यहाँ करेगा।

सामान्य TL494CN चिप का उपयोग पल्स-चौड़ाई न्यूनाधिक U3 के रूप में किया जाता है। ऑपरेटिंग आवृत्ति तत्वों C2, R10 और P3 (20 kHz योजना के अनुसार) द्वारा निर्धारित की जाती है। इष्टतम सीमा 20-30 kHz है, कम आवृत्ति पर कॉइल सीटी दिखाई देती है। R10 और P3 के बजाय, आप केवल 5.6K रोकनेवाला लगा सकते हैं।

T1 एक IRFZ44N क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर है, उसी श्रृंखला से कोई अन्य करेगा। अन्य ट्रांजिस्टर चुनते समय, रेडिएटर स्थापित करना आवश्यक हो सकता है, चैनल प्रतिरोध और गेट चार्ज के न्यूनतम मूल्यों द्वारा निर्देशित किया जाना चाहिए।
SD1 एक VS-25CTQ045 Schottky डायोड है, यहाँ मैंने इसे बड़े अंतर से पकड़ा है, एक नियमित हाई-स्पीड डायोड करेगा, लेकिन यह शायद बहुत गर्म हो जाएगा।

LED1 पीला LED L-63YT, यहाँ, जैसा कि वे कहते हैं, स्वाद और रंग, आप उन्हें थोड़ा और सेट कर सकते हैं ताकि सब कुछ बहुरंगी रोशनी से जगमगा उठे।

U4 एक 5V वोल्टेज रेगुलेटर L78L05ACZ है जो सेंसर और ऑप amp को पावर देता है। अतिरिक्त 5V आउटपुट के साथ बाहरी बिजली की आपूर्ति का उपयोग करते समय, आप इसके बिना कर सकते हैं, लेकिन कैपेसिटर को छोड़ना बेहतर है।

6। निष्कर्ष

7. अस्वीकरण

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इस लेख में, कॉन्स्टेंटिन, हाउ टू डू वर्कशॉप, हमें दिखाएगा कि लेविट्रॉन कैसे बनाया जाता है।

तो, लेविट्रॉन। इस प्रिब्लुडा के संचालन का सिद्धांत सरल है, जैसे स्व-टैपिंग स्क्रू। हम हवा में कुछ चुंबकीय सामग्री के एक टुकड़े को उठाने के लिए एक विद्युत चुंबक का उपयोग करते हैं। उड़ने का प्रभाव पैदा करने के लिए, इलेक्ट्रोमैग्नेट को उच्च आवृत्ति के साथ चालू और बंद किया जाता है।

यही है, जैसा कि यह था, हम एक चुंबकीय नमूना उठाते और फेंकते हैं।

ऐसी डिवाइस की योजना आश्चर्यजनक रूप से सरल है, और इसे दोहराना मुश्किल नहीं है। यहाँ योजनाबद्ध है।

हॉल सेंसर, मेरे पास यह A3144 है, इसे एक समान से भी बदला जा सकता है।
0.3 0.4 मिमी, 20 मीटर के व्यास के साथ कॉपर वाइंडिंग एनामेल्ड तार। लेखक के पास 0.36 मिमी का तार है।

चलिए विधानसभा की ओर बढ़ते हैं। पहले आपको भविष्य के इलेक्ट्रोमैग्नेट के शरीर के लिए एक कार्डबोर्ड कॉइल बनाने की जरूरत है।
कॉइल पैरामीटर इस प्रकार हैं:
आंतरिक आस्तीन का 6 मिमी व्यास, घुमावदार परत की चौड़ाई लगभग 23 मिमी और गाल का व्यास, मार्जिन के साथ लगभग 25 मिमी है।