Проста ультразвукова акустична левітація за допомогою ардуїно та ультразвукового датчика hcsr04

Дуже захоплююче бачити, як щось пливе у повітрі чи вільному просторі, що є саме тим, про що йдеться в антигравітаційному проекті. Предмет (в основному невеликий шматочок паперу або термокол) розміщений між двома ультразвуковими перетворювачами, які генерують акустичні звукові хвилі. Об’єкт плаває в повітрі через ці хвилі, які, здається, мають антигравітацію. Це не тільки цікавий проект левітації Arduino, але він також має багато практичних застосувань. Дослідники працюють над ультразвуковими робототехнічними захоплювачами, які працюють дуже схоже на це, і ці захоплювачі можуть бути корисними при русі предметів, не торкаючись їх.

Необхідний компонент

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ультразвуковий модуль HC-SR04
• IC або L239d H-Bridge модуль L239D
• Дошка Vero пунктирною Vero
• Діод 4007
• Конденсатор (ПФ) 104

Додаткові вимоги до джерела живлення від 8 до 12 В

• Регулятор напруги LM 7809
• Світлодіодне джерело живлення 12V 2Amp

Додатковий матеріал: Деякий підключувальний дріт, чоловічий роз'єм, перемичка від жінки до жінки

Схема ультразвукової левітації

Повна схема Arduino Levitation показана нижче, і принцип роботи схеми дуже простий. Основним компонентом цього проекту є Arduino, мікросхема, що керує двигуном L239D, і ультразвуковий перетворювач, зібраний з модуля ультразвукового датчика HCSR04. Як правило, ультразвуковий датчик передає акустичну хвилю частотного сигналу від 25 кГц до 50 кГц, і в цьому проекті ми використовуємо ультразвуковий перетворювач HCSR04. Раніше ми побудували багато проектів ультразвукових датчиків, в яких HCSR04 в основному використовується для вимірювання відстані. У цьому проекті ми відпаяли перетворювач з модуля.

Згідно з технічним паспортом, робоча частота цього ультразвукового перетворювача становить 40 кГц. Отже, метою використання Arduino і цього невеликого фрагмента коду є генерація високочастотного сигналу коливань 40 кГц для мого ультразвукового датчика або перетворювача, і цей імпульс подається на вхід драйвера двостороннього двигуна IC L239D (Pin 2 і 6 від Arduino A0 та A1) для керування ультразвуковим перетворювачем. Нарешті, ми застосовуємо цей високочастотний сигнал коливання 40 кГц разом із рушійною напругою через провідну мікросхему (зазвичай від 8 до 12 напруги, поданої на 8- ^му висновку мікросхеми L239D, Vcc2) на ультразвуковому перетворювачі. В результаті чого ультразвуковий перетворювач створює акустичні звукові хвилі. Ми розмістили два перетворювачі лицем до лиця в протилежному напрямку таким чином, щоб між ними залишилося трохи простору. Акустичні звукові хвилі рухаються між двома перетворювачами і дозволяють об'єкту плавати.

Зверніть увагу, що L293D має подвійний вхід напруги, один для живлення самої ІС, яка живиться від Arduino 5v у цьому проекті, а інший Vcc2 (8- ^й) застосовується до вихідної напруги компонента, що виводить, і цей контакт VCC може приймати до 36 В. Цей мікросхем має 2 висновки включення, 4 висновки вводу-виводу, 4 висновки заземлення. Концепція використання цієї мікросхеми походить від концепції використання мікроконтролера і цього мікросхеми, де ми можемо змінювати напрямок і швидкість 2 двигунів окремо, просто подаючи логічний або цифровий сигнал від мікроконтролера.

У цій схемі ми використовуємо лише два входи IC L293D, вхідний штифт 1 (2) і вхідний штифт 2 (7). Щоб увімкнути ці два штифти, ми повинні підтримувати високий рівень PIN 1 Enable IC, тому ми прикріпили цей штифт до IC-штифта 16, який є вхідним Vcc 1.

Використання конденсатора 100 нф є необов’язковим, щоб просто утримувати живлення мікросхеми, і як джерело живлення ми використовуємо світлодіодний драйвер 12 В 2 А, потім опускаємо напругу до 9 В за допомогою регулятора напруги IC LM7809 і подаємо на 8- ^й контакт L139D із загальними підставами.. Згідно з форумом Arduino, Cc та Arduino, плата Arduino UNO підтримує вхідні напруги від 7 до 12 вольт, але безпечніше поставити 9 В макс.

Програмування Arduino для ультразвукової левітації

Кодування дуже просте, лише кілька рядків. Використовуючи цей маленький код за допомогою таймера та функцій переривання, ми робимо високий або низький (0/1) і генеруємо коливальний сигнал 40 кГц на вихідні висновки Arduino A0 та A1.

По-перше, почніть з масиву зсуву фаз.

байт TP = 0b10101010;

І кожен другий порт отримує цей протилежний сигнал. Після цього в налаштуваннях порожнечі ми визначаємо всі аналогові порти як вихід, використовуючи цей рядок коду.

DDRC = 0b11111111;

Потім ми ініціалізуємо таймер 1 і відключаємо всі переривання, щоб встановити як нуль.

За цим кодом, noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Потім таймер один налаштований на спрацьовування годинника переривання порівняння на частоті 80 кГц. Arduino працює на частоті 16000000 МГц ÷ 200 = 80000 кГц квадратних хвиль генеруються за допомогою цієї функції.

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

Після цього цей рядок активується, порівняйте таймер переривання.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

І нарешті, активуйте переривання, використовуючи цей фрагмент коду.

перериває ();

Кожне переривання змінює стан аналогових портів, що перетворює сигнал прямокутної хвилі 80 кГц у повнохвильовий циклічний сигнал на частоті 40 кГц. А потім ми надсилаємо значення на вихід Arduino A0 та порт A1.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; ТП = ~ ТП; // Інвертувати TP для наступного запуску}

І немає нічого підкласти або потрібно пробігти під петлі.

Створення установки ультразвукової левітації

Зверніть увагу, що для цього проекту важливо правильно встановити ультразвукові перетворювачі. Вони повинні повернутися один до одного в протилежному напрямку, що дуже важливо, і вони повинні знаходитися в одній лінії, щоб ультразвукові звукові хвилі могли рухатися і перетинати одна одну в протилежних напрямках. Для цього можна взяти два невеликі шматочки дерева або дошки МД, гайковий болт і клей. Ви можете зробити два отвори, щоб ідеально відповідати датчику за допомогою свердлильної машини. На підставці можна повісити ультразвуковий перетворювач.

У цьому випадку я використовував два шматки картону, а потім фіксував ультразвуковий перетворювач за допомогою клею з клейового пістолета. Пізніше для виготовлення підставки я використав простий кожух з електропроводкою і закріпив все клеєм.

Ось декілька фотографій ультразвукової левітації, які демонструють роботу проекту.

Ультразвукова левітація або акустична левітація також спрацьовує, якщо одна сторона встановлена ​​на ультразвуковому перетворювачі, але в такому випадку буде потрібен відбивач, який буде виконувати роль перешкоди, щоб його можна було використовувати в ховерборді в майбутньому та антигравітаційному транспорті. Ви також можете переглянути повне робоче відео нижче.

Сподіваюся, ви зрозуміли проект і сподобалось будувати щось цікаве. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів нижче. Ви також можете використовувати наші форуми для інших технічних питань.