0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Левитрон на датчике холла своими руками

Левитрон своими руками: самодельная схема устройства для левитации в магнитном поле

Идея устройства очень проста, электромагнит поднимает в воздух магнит, а для создания эффекта левитации в магнитном поле, он подключен к высокочастотному источнику, который то поднимает, то опускает объект.

Шаг 1: Схема устройства

Схема на удивление проста и я полагаю, что у вас не составит труда собрать левитрон своими руками. Вот список компонентов:

  • светодиод (любого цвета — это опционально)
  • транзистор Irfz44n (или любой подходящий mosfet)
  • диод HER207 (с таким же успехом должен работать 1n4007)
  • резисторы 1k и 330Om (последний необязателен)
  • датчик Холла A3144 (либо аналогичный)
  • медный обмоточный провод диаметром 0.3 — 0.4 мм и длиной 20 м
  • неодимовые магниты (я использовал 5 * 1 мм)
  • 5 вольтовый зарядник для телефона

Шаг 2: Сборка

Приступим к сборке. Сперва нам нужно сделать рамку для электромагнита примерно таких размеров: диаметр 6 мм, высота мотка примерно 23 мм, и диаметр ушек около 25 мм. Как видите, изготовить её можно из обычного листа, картона и суперклея. теперь закрепим начало мотка на рамке и расслабимся — нам нужно будет сделать около 550 оборотов, неважно в каком набавлении. Я сделал 12 слоёв, что отняло у меня 1.5 часа.

Шаг 3: Спайка

Спаиваем всё по схеме, без каких-либо нюансов. Датчик Холла припаян к проводам, т.к. он будет помещён в катушку. Когда всё спаяете, поместите датчик в катушку, закрепите его, подвесьте катушку и подайте ток. Поднеся магнит, вы почувствуете, что он притягивается или отталкивается, в зависимости от полюса, и пытается зависнуть в воздухе, но неудачно.

Шаг 4: Настройка

После 30 минут, потраченных над разгадкой вопроса, «почему эта штука не работает?», я пришел в отчаяние и прибегнул к крайним мерам — начал читать спецификацию к датчику, которую создают для таких людей как я. В спецификации имелись картинки, на которых было изображено, какая из сторон чувствительная.

Вытащив датчик и согнув его таким образом, чтобы плоская сторона с надписями была параллельна земле, я вернул его на место — самодельное устройство стало работать заметно лучше, но магнит всё ещё не левитировал. Понять в чём проблема удалось достаточно быстро: магнит в форме таблетки — не самый лучший экземпляр для левитации. Было достаточно сместить центр тяжести к нижней части магнита (я сделал это при помощи куска толстой бумаги ). Кстати, не забудьте проверить, какая сторона магнита притягивается к катушке. Теперь всё работало более или менее нормально и осталось закрепить и защитить датчик.

Какие еще нюансы есть в этом проекте? Сначала я хотел использовать адаптер на 12V, но электромагнит быстро грелся, и мне пришлось переключить его на 5V, я не заметил никаких ухудшений в работе, а нагрев был практически устранён. Диод и ограничивающий резистор были практически сразу отключены. Также я снял с катушки синюю бумагу — мотки медной проволоки смотрятся гораздо красивее.

Левитрон на датчике холла своими руками

Левитрон позволяет осуществлять магнитную подвеску объектов с небольшим весом путем управления магнитным полем, создаваемым катушкой L1. Обратная связь происходит с помощью датчика Холла, выпаянного со старого 3,5″ дисковода (от дискет). Под воздействием внешнего магнитного поля на клеммах H+ и H- возникает разность потенциалов в зависимости от направления поля и его положения.

Схема электрическая левитрона с датчиком Холла

Датчики Холла такого типа довольно низкого качества, но их вполне достаточно для этого применения. Некоторые используют дорогие ратиометрические датчики, но они дороги и довольно труднодоступны. Датчик, который использован тут, является линейным устройством, но его легко спутать с цифровыми, что также часто стоят на дисководах. Чтобы избежать ошибки, проверьте его с помощью обычного мультиметра или осциллографа.

Читать еще:  Самодельный самокат из старых велосипедов своими руками

Катушка левитрона представляет собой спиральную проволоку диаметром 0,4 мм на сердечнике — винт с поперечным сечением около 1 см кв. и длиной около 5 см. Под ним установлен датчик. Хорошей идеей является защита его пластиком, который не был бы поврежден неодимовым магнитом, если его случайно ударить об сердечник катушки. Объект, подвешенный под катушкой, должен быть снабжен неодимовым магнитом. Например цилиндрический магнит с поперечным сечением 15 мм и длиной 20 мм.

Для правильной работы устройства полярность катушки и магнита должны быть выбраны соответствующим образом. Это легко сделать с помощью простого компаса. Магнит должен быть направлен к Земле полюсом «S». Приведенная в действие катушка также должна смотреть на Землю с южным полюсом. Таким образом, катушка будет тянуть магнит, когда он находится в пределах своего магнитного поля.

Схема также содержит элементы, защищающие катушку и полевой транзистор от сгорания, когда объект прилипает к сердечнику или выпадает из поля. В этом случае схема управления катушкой закрыта, и ток там не течет. Итого:

  1. катушка точно и симметрично намотана,
  2. датчик расположен точно в центре сердечника,
  3. почти весь вес шара находится намного ниже магнита,
  4. катушка ориентирована точно вертикально.

Графики сигналов в контрольных точках

  • Uh+: напряжение на положительном выходе галлотрона,
  • Ua: напряжение на выходе повторителя A,
  • Ub: напряжение на выходе инвертирующего усилителя B,
  • Uc: напряжение на выходе триггера Шмидта C,
  • Ud: напряжение, управляемое полевым транзистором.

Что касается потребления тока, измерения цифровым мультиметром показали значение ниже 100 мА (рост при увеличении веса). Чтобы увеличить грузоподъемность, катушки также должны быть увеличены, как и поперечное сечение сердечника и / или его магнитная проницаемость. Можно попытаться использовать ферритовое, но такие сердечники имеют значение частот выше 100 кГц.

Транзистор имеет постоянный ток 7 А и сопротивление канала 30 мОм. В результате он вообще не нагревается. Однако вы можете поднять напряжение, управляющее затвором транзистора, чтобы уменьшить это сопротивление, что, в свою очередь, уменьшит потери тепла в транзисторе.

На самом деле, расстояние от левитирующего объекта зависит от силы электромагнита. Это означает, что чем больше произведение тока катушки и количества витков катушек, тем больше напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой. Но это еще не все. Кроме того, на расстояние также влияет проницаемость и площадь поперечного сечения сердечника, чувствительность и динамический диапазон датчика Холла, размер неодимового магнит (интенсивность магнитного поля).

Левитрон. История создания.

Однажды у меня возникла навязчивая идея подвесить предмет в воздухе за счёт лишь одного магнитного поля. И хотя теорема Ирншоу доказывает, что, используя только магниты невозможно удержать объект в гравитационном поле, с помощью дополнительных механизмов корректировки такая левитация возможна.

Конечно, самый простой в реализации способ корректировки — использование гироскопических сил. Но он не интересен в виду ограниченного времени висения. Поэтому было решено использовать для корректировки датчики Холла, определяющие смещения левитирующего магнита от положения неустойчивого равновесия и электромагниты для возврата его в точку равновесия.

Краткое гугление привело меня на форум радиокота, где, как оказалось, группа энтузиастов активно обсуждала реализацию подобных схем коррекции. Я решил не изобретать велосипед и собрать уже разработанную ими схему:

Принцип действия её прост. Когда левитирующий магнит смещается от положения равновесия, возникает изменение конфигурации магнитного поля, приводящее к возникновению разного напряжения на выходах датчиков Холла (SS495A). Каждый датчик Холла выдает сигнал на два дифференциально включённых операционных усилителя (LM324), на прямой вход одного и инвертирующий другого. Напряжение с ОУ идёт на затворы mosfet транзисторов (IRF7389), управляющих током через электромагниты. В результате электромагниты изменяют магнитное поле так, что левитирующий магнит возвращается назад в точку неустойчивого равновесия. То есть по факту магнит не висит, а совершает колебания вблизи точки равновесия с большой частотой и малой амплитудой.

Читать еще:  Простая электростамеска из дрели своими руками

Рисунок платы я подглядел там же. Так что вооружившись текстолитом, лазерным принтером и термопрессом я приступил к её изготовлению:

Электромагниты я нашёл в шаговом двигателе старого FDD 5.25″. Они оказались чуть больше по размеру, чем я ожидал. Приклеил их на двухстороннем скотче.

Постоянные магниты для подставки и левитирующую фишку заказал в интернете.

Первый пуск! Полёт нормальный!

Грузоподъёмности вполне хватило что бы поднять фигурку тигрёнка.

В процессе тестирования и отладки левитроном крайне заинтересовался мой кот. И если сначала он лишь наблюдал со стороны, то потом…

Он осмелился подойти ближе. И через десяток секунд с силой ударил лапой по тигрёнку, что привело к его падению на подставку и расколу одного из магнитов…

Так что я решил сделать защитный корпус из фанеры. Нарисовал чертёж в OpenSCAD, вырезал в фаблабе Политеха на лазерном станке. Склеил термоклеем (кроме крышки, она держится на трении). В плате засверлил пару отверстий для крепления в корпусе. Получилось вот так:

Левитрон на Geek Picnic 2015 (Санкт-Петербург). Часть магнитов вынес наружу для красоты, накрыл тигра колбой для сохранности.

В последствии, корпус покрыл лаком, приклеил резиновые ножки, а датчики Холла для защиты от случайных сгибаний закрыл пластиковым куполом (см. первое фото)

Всем спасибо, кто дочитал! Надеюсь, кому-нибудь пригодится.

Это ладно, я вот тут вижу:

«Я решил не изобретать велосипед и собрать уже разработанную ими схему. Принцип ее действия прост»
Анекдот вспомнил:

Пишут как-то Ландау и Лифшиц «Электродинамику сплошных сред». Ландау диктовал, а Лифшиц записывал и обрабатывал текст.

Ну и в одной главе получали какую-то сумасшедшую формулу с использованием максвелловского тензора напряжений в анизотропной среде.

Так вот, приходит Лифшиц к Ландау и говорит:

— Кошмар! Мы вчера доказательство формулы выводили. Сорок страниц получилось. А сегодня я их случайно чаем залил. Все страницы кроме первой и последней невозможно прочитать. Что делать?

— Да ерунда, сделаем как обычно: в конце первой страницы пишем «очевидно, что» и переходим к последней.

Тут нужно пояснить для тех кто будет повторять схему. Индуктивность катушек должна быть желательно как можно больше. если витков будет мало, то быстродействие схемы недостаточное. Затворные резисторы большие (хотя много току операционники не выдадут). я бы лично перевел схему на компараторы. И заменил полевики на биполярники. В них не будет сквозных токов при переключении (а лучше отдельный драйвер сделать). если честно я бы вообще все переделал. Короче я прям горю желанием доработать и поставить у себя на столе.

можешь доработать и потом поделиться ?)

Да, мощность там будет нехилая.

Большая просьба, поделится схемой после доработки.

400 дней прошло) как жизнь хоть?)

@Shadow1809 собрал драйвера для управления, и вместо операционника поставил atmega168. Полет нормальный. Еще есть нюанс. Собранная мною схема будет работать и от 9 вольт) Так что магнит высоко висит, правда, при 9в небольшой шум все же есть.

Похожую схемку, кстати, лет 5 назад делал, но только тогда с электроникой было плохо, записал как математическую модель) А сейчас еще раз под чистую переделал весь проект (как шалаш), вынес мозг себе, коллегам, друзьям, знакомым, торговцам на али) Запчасти пришлось собирать в разных странах, не обошлось без помощи налогоплательщиков и нарушения законов одной страны) xx)

Хочу собрать такую штуку, но так, чтоб удерживала хотя бы пару кг. Это вообще реально? и что для этого надо? И мог бы ты как-то дать схему того, что собрал? Я новичок в этом деле, многое не понятно, но желание велико)

Свой левитатор я уже давно продал на аукционе) Схемки уже нет, увы. Да и сейчас вспомнить уж точно не смогу, проблемы с головой))

Читать еще:  Розы из лент своими руками. Мастер-классы

Вот похожий на мой левитатор, только элементная база у него другая. http://radiokot.ru/circuit/analog/games/26/

А вот обсуждение левитирующих площадок http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?t=4810 в этой теме форума где-то с середины идет обсуждение того левитатора, что я присылал выше. Еще там же на 47 странице я собрал всю важную информацию со всей темы.

Чтобы левитатор поднимал несколько килограмм нужны очень мощные постоянные магниты и не менее мощные электромагниты. Думаю, питание у него будет 220В с выпрямителем, ну или от автомобильного аккумулятора его питать)) Если будете собирать чтобы держал несколько килограмм, то рекомендую взять за основу левитатора от Апостола, а не мою или Крокодила (при чтении темы форума разберетесь кто есть кто). Из магазинов комплектующих очень рекомендую чип-дип и алиэкспресс. Но перед тем как собирать схему полностью лучше все-же собрать ее макет «на соплях». Чтобы убедиться, что все работает. Это все же не софт, это проектирование оборудования, любая маленькая ошибка будет стоить переделки всего проекта.

Добры день, наткнулся случайно на комментарий с левитроном и возник вопрос: а возможно ли добавить к парящей части катушку индуктивности, чтобы получить небольшой источник тока для светодиода? Цель, которой было бы классно добиться — летающая лампа.

Приветствую. Можете попробовать, но я с уверенностью не могу сказать как тогда поведет себя левитирующий объект. Возрастает сложность устройства и вес.

А так идея была похожая, но от нее отказался ввиду сложности. Но мне помог ТРИЗ. Проще взять оптоволокно и магнит с отверстием (как на фото ниже). Оптоволокно забирает свет со скрытого на плате светодиода и направляет его в центр левитирующего объекта. Свет, проходя через отверстие в центре магнита попадает на какой-нибудь рассеиватель (от ЖК дисплея какая-то белая пленка отлично подойдет). Так создается иллюзия того, что объект светится и вес левитирующего объекта почти не изменится. Подойдет оптоволокно с обычного ночника (на фото ниже).

Спасибо за ответ, прочитал)

Прости за навязчивость, просто последние знания получены ещё в радиокружке в (тогда ещё) Дворце пионеров лет так -дцать назад. Дело в том, что схемы в основном даются на напряжение 5v, а что сделать, если у меня стабильное питание в 12 v 2А? Через блок питания? Всё же погорит? Прочитал про КРЕНки, но пока не особо могу сообразить как сделать так, чтоб не катушки подавалось 12 v, а на микроконтроллер 5v? Может это всё есть у Апостола, да вот только я что-то его не нашёл

Да, у апостола как раз на +/- 12V DC. 0.6 — 3.5A) Я в понедельник приеду и скину схемки, у меня они в облаке должны были остаться, однако, из-за личных проблем и затянувшегося лечения я не могу вспомнить пароль. В понедельник или в выходные (по возможности), восстановлю и скину ссылку на архив с инфой, которую я собирал по левитаторам, там ее много должно быть и схемка левитатора апостола тоже должна быть.

Спасибо тебе огромное. Очень жду

Прости, я наверное тебя уже задолбал. Но мне правда не к кому обратиться. Решился делать по схеме Апостола, уже и детали на подходе, вот только никак не могу понять на сколько генри и с каким сопротивлением нужно купить катушки? А так же каким макаром подвести к операционным усилителям 15V? Это я по схеме смотрю. МОжет я слишком тупой, но уже обещал. Помоги пожалуйста

Насчет катушек не знаю, смотря какие постоянные магниты будут стоять. Чем мощней магниты, тем мощней электромагнитное поле должно быть. Сам не знаю, на форуме рекомендую глянуть. Или у китайских левитаторов посмотреть «на глазок», а потом с заданными параметрами посчитать.

В схеме ничего непонятного вроде нет, не знаю где именно запарка. Там много разных схем, не знаю по какой именно собираете. Там еще фишечка на некоторых схемах есть, в виде двухполярного питания.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector