Jednoduchá ultrazvuková akustická levitace pomocí ultrazvukového senzoru arduino a hcsr04

Je velmi vzrušující vidět něco plovoucího ve vzduchu nebo ve volném prostoru, což je přesně to, o čem antigravitační projekt je. Objekt (v podstatě malý kousek papíru nebo termokol) je umístěn mezi dva ultrazvukové měniče, které generují zvukové zvukové vlny. Objekt plave ve vzduchu kvůli těmto vlnám, které se zdají být antigravitační. Nejde jen o skvěle vypadající levitační projekt Arduino, ale má také mnoho praktických aplikací. Vědci pracují na ultrazvukových robotických chapadlech, která fungují velmi podobně jako tato, a tato chapadla mohou být užitečná při pohybu objektů bez dotyku.

Komponenta požadována

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ultrazvukový modul HC-SR04
• IC nebo L239d H-Bridge modul L239D
• Vero Board tečkované Vero
• Dioda 4007
• Kondenzátor (PF) 104

Dodatečný požadavek na napájení 8v až 12v

• Regulátor napětí LM 7809
• Napájení LED ovladače 2 V 2 Amp

Dodatečný materiál: Nějaký propojovací vodič, zástrčka zástrčky, propojovací kabel ze zásuvky na zásuvku

Ultrazvukové schéma levitace

Kompletní obvod Arduino Levitation je zobrazen níže a pracovní princip obvodu je velmi jednoduchý. Hlavní součástí tohoto projektu je Arduino, integrovaný obvod řízení motoru L239D a ultrazvukový měnič shromážděný z modulu ultrazvukového snímače HCSR04. Ultrazvukový senzor obecně přenáší akustickou vlnu frekvenčního signálu mezi 25 kHz až 50 kHz a v tomto projektu používáme ultrazvukový převodník HCSR04. Dříve jsme postavili mnoho projektů ultrazvukových senzorů, ve kterých se HCSR04 primárně používá k měření vzdálenosti. V tomto projektu jsme pájeli převodník ven z modulu.

Podle datového listu je pracovní frekvence tohoto ultrazvukového převodníku 40 kHz. Účelem použití Arduina a tohoto malého kousku kódu je tedy generovat 40kHz vysokofrekvenční oscilační signál pro můj ultrazvukový senzor nebo převodník a tento impuls se aplikuje na vstup ovladače motoru duelu IC L239D (Pin 2 & 6 od Arduina Piny A0 a A1) k pohonu ultrazvukového měniče. Nakonec jsme použít tento vysokofrekvenční 40kHz oscilační signál spolu s řízením napětí přes hnací IC (obvykle 8 až 12 napětí uvedeného na 8 ^th kolík L239D IC, Vcc2) na ultrazvukového měniče. Výsledkem je, že ultrazvukový měnič produkuje zvukové zvukové vlny. Umístili jsme dva měniče tváří v tvář v opačném směru takovým způsobem, že mezi nimi zůstal nějaký prostor. Akustické zvukové vlny cestují mezi dvěma měniči a umožňují objektu plavat.

Upozorňujeme, že L293D má vstup duální napětí, jeden je moc IC sám, který je napájen z Arduino 5V do tohoto projektu a další Vcc2 (8 ^th) aplikována na výstup komponentního hnací napětí a to VCC pin může přijmout až 36V. Tento IC má 2 aktivační piny, 4 vstupně-výstupní piny, 4 uzemňovací piny. Koncept použití tohoto IC vychází z konceptu použití mikrokontroléru a tohoto čipu, kde můžeme individuálně měnit směr a rychlost 2 motorů pouhým poskytnutím logického nebo digitálního signálu z mikrokontroléru.

V tomto obvodu používáme pouze dva vstupy IC L293D, vstupní pin 1 (2) a vstupní pin 2 (7). Chcete-li povolit tyto dva piny, musíme udržovat IC Enable PIN 1 na vysoké úrovni, takže jsme tento pin vystřelili na IC pin 16, který je vstupem Vcc 1. Chcete-li vědět více, postupujte podle datového listu L293D.

Použití 100nF kondenzátor je ponecháno jen držet moc IC a jako zdroj napájení, můžeme použít ovladač 12V 2Amp LED, pak pokles napětí na 9V pomocí napěťového regulátoru IC LM7809 a napájení až 8 ^th kolík L139D se společnými důvodů. Podle fóra Arduino, Cc a Arduino podporuje deska Arduino UNO vstup 7 až 12 voltů, ale je bezpečnější dát 9V Max.

Programování Arduina pro ultrazvukovou levitaci

Kódování je velmi jednoduché, jen z několika řádků. Pomocí tohoto malého kódu pomocí funkcí časovače a přerušení vytváříme vysoké nebo nízké (0/1) a generujeme oscilační signál 40 kHz na výstupní piny Arduino A0 a A1.

Nejprve začněte s polem fázového posuvu.

bajt TP = 0b10101010;

A každý druhý port přijímá tento opačný signál. Poté v rámci nastavení void definujeme všechny analogové porty jako výstup pomocí tohoto řádku kódu.

DDRC = 0b11111111;

Poté inicializujeme časovač 1 a deaktivujeme všechna přerušení, aby byla nastavena na nulu.

Tímto kódem

noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Potom je časovač jeden nakonfigurován tak, aby spouštěl hodiny přerušení porovnávání při 80KHZ. Arduino běží při 16000000 MHZ ÷ 200 = pomocí této funkce se generují čtvercové vlny 80 000 kHz.

OCR1A = 200; TCCR1B - = (1 << WGM12); TCCR1B - = (1 << CS10);

Poté se tento řádek aktivuje, porovnejte přerušení časovače.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

A nakonec aktivujte přerušení pomocí tohoto kódu.

přerušení ();

Každé přerušení obrátí stav analogových portů, čímž se signál obdélníkové vlny 80 kHz změní na cyklický signál plné vlny při 40 kHz. A pak pošleme hodnotu na Arduino výstup A0 a A1 port.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Invertovat TP pro další běh}

A není nic, co by se dalo nebo potřebovalo pro běh pod smyčkami.

Vytváření nastavení ultrazvukové levitace

Vezměte prosím na vědomí, že pro tento projekt je důležité správně namontovat ultrazvukové měniče. Měli by směřovat proti sobě v opačném směru, což je velmi důležité, a měli by být ve stejné linii, aby ultrazvukové zvukové vlny mohly cestovat a protínat se navzájem v opačných směrech. K tomu si můžete vzít dva malé kousky dřeva nebo MD desky, maticový šroub a lepidlo. Můžete vytvořit dva otvory, které perfektně zapadnou do převodníku pomocí vrtačky. Na stojan můžete zavěsit uspořádání ultrazvukového měniče.

V tomto případě jsem použil dva kousky lepenky a poté fixoval ultrazvukový snímač pomocí lepidla z lepicí pistole. Později jsem pro výrobu stojanu použil jednoduchou krabici elektroinstalace a vše zafixoval lepidlem.

Zde je několik obrázků ultrazvukové levitace, které ukazují fungování projektu.

Ultrazvuková levitace nebo akustická levitace také funguje, pokud je jedna strana namontována s ultrazvukovým měničem, ale v takovém případě bude zapotřebí reflektor, který bude působit jako překážka, aby mohl být v budoucnu použit v hoverboardu a v antigravitační přepravě. Můžete si také prohlédnout kompletní pracovní video níže.

Doufám, že jste pochopili projekt a bavilo vás stavět něco zábavného. Pokud máte nějaké dotazy, nechte je prosím v sekci komentářů níže, můžete také použít naše fóra pro další technické dotazy.