Ничего не найдено :(
    В гостях у Самоделкина! » Электроника » Arduino » Магнитная левитация с помощью катушки соленоида

    Магнитная левитация с помощью катушки соленоида



    В статье «Левитирующий в магнитном поле глобус» рассказывалось о интересном опыте по левитации предмета в магнитном поле. Статья вызвала определенный интерес и дисскусию, которая затем переместилась в статью самодельщика ino53 По мотивам публикации «Левитирующий в магнитном поле глобус».

    В продолжении темы о магнитной левитации мы сегодня рассмотрим статью мастера-самодельщика Tuenhidiy. В статье он представляет свое устройство для левитации мелких предметов. Для наглядности он использует в качестве "левитируещего" предмета, детскую игрушку - светящийся шарик.

    Давайте посмотрим небольшое демонстрационное видео.

    Конечно, это устройство не такое зрелищное, как глобус, но и в изготовлении оно попроще.

    Инструменты и материалы:
    -Катушка индуктивности;
    -Arduino Nano;
    -KY-024 линейный магнитный датчик Холла;
    -Транзистор NPN TO-220 или TIP122;
    -Резистор 10К;
    -Диод N4007;
    -Печатная плата 5Х7 см;
    -Винтовой разъем - 2 шт;
    -Штекер питания постоянного тока + разъем - 2 шт;
    -Источник питания постоянного тока 5 В и 12 В;
    -Ленточный кабель 8 и 16 проводов;
    -Кабель питания;
    -Неодимовые магниты;
    -Угловая труба из ПВХ Ø 42 мм - 2 шт;
    -Труба ПВХ Ø42 мм - 1 метр;
    -Тройник из ПВХ Ø 42 мм;
    -Заглушка из ПВХ трубы Ø 42 мм - 2 шт;
    -Переходной тройник с Ø60мм на Ø42мм - 2 шт;
    -Заглушка ПВХ трубы Ø 60 мм - 4 шт;
    -Сверлильный станок;
    -Ножовка;
    -Паяльные принадлежности;

    Шаг первый: схема
    Схема проекта представлена на эскизе.

    Шаг второй: выбор модуля Холла
    На рынке продается много модулей магнитных датчиков, и, согласно описанию, они могут выводить как цифровые, так и аналоговые сигналы, но это не так. Мастер приобрел несколько модулей, и они имеют только цифровой сигнал. В конце концов, он выбрал модуль KY-024.
    Линейный магнитный датчик Холла KY-024 реагирует на присутствие магнитного поля. Он имеет потенциометр для регулировки чувствительности датчика и обеспечивает как аналоговые, так и цифровые выходы. Этот модуль состоит из линейного датчика Холла 49E, двойного дифференциального компаратора LM393, потенциометра, светодиодов и резисторов.

    49E - это линейный датчик на эффекте Холла. Он может измерять как северную, так и южную полярность магнитного поля, и относительную силу поля. Это работает следующим образом:
    Если магнитное поле отсутствует, 49E будет выдавать напряжение около половины напряжения источника, около 2,5 В.
    Если южный полюс магнита расположен рядом с маркированной стороной 49E, то выходное напряжение будет линейно возрастать по направлению к напряжению источника (примерно до 4,2 В).
    Если северный полюс магнита расположен рядом с маркированной стороной 49E, то выходное напряжение будет линейно падать относительно силы магнитного поля (упадет примерно до 0,86 В).

    Шаг третий: магнитная катушка
    Данная магнитная катушка снята с магнитного замка. Мастер снял металлический корпус и сердечник, оставив только катушку. Ее рабочее напряжение составляет 24 В постоянного тока.

    С помощью мультиметра он измерил сопротивление катушки, оно составляет 15,0 Ом. В этом проекте мастер использует 12 В постоянного тока для питания этой катушки.

    Шаг четвертый: подготовка деталей
    Сначала нужно подготовить модуля Холла. Демонтируем с платы элемент Холла 49E. На место элемента припаивает провода.


    Теперь нужно смонтировать плату.
    Согласно схемы он спаял все соединения и компоненты на прототипе печатной платы размером 50x70 мм.


    Шаг четвертый: определение полярности магнитной катушки и неодимовых магнитов
    Перед сборкой необходимо определить полярность магнитной катушки и неодимовых магнитов.
    Мастер использовал простую программу для считывания аналогового значения с модуля датчика Холла.
    int HallValue = 0;
    void setup() 
      {
        Serial.begin(9600);
      }
    void loop() 
      {
        HallValue = analogRead(A1);
        Serial.println(HallValue);
      }

    Или можно использовать мультиметр для измерения выходного напряжения датчика.
    Затем он подключил магнитную катушку к источнику питания 12 В постоянного тока и модуль Холла к Arduino Nano. Помещает поочередно два конца катушки рядом с датчиком Холла 49E и считывает значения Холла на последовательном мониторе Arduino IDE.
    Если магнитного поле нет, значение составляет около 512.
    Если значение чтения увеличивается с 512, это южный полюс.
    Если значение чтения падает до 512, это северный полюс.
    Так же он определил полярность магнитов и пометил их.

    Шаг пятый: сборка
    Теперь нужно собрать стойку и устройство.
    Сначала собирает верхнюю часть устройства.

    В заглушке сверлит отверстие и вкручивает фитинг.


    В фитинг вкручивает шпильку и обрезал до нужной длины.

    Устанавливает катушку. Полярность нужно определить, как на фото.

    Затем он приклеил одну гайку M10 поверх магнитной катушки. Таким образом можно отрегулировать длину подвесного болта, которая находится в магнитной катушке.

    Датчик Холла также был приклеен снизу катушки надписью вниз. Как можно видеть на картинке, стальной сердечник был отрегулирован с зазором с датчиком Холла, около 5 мм.

    Магнитную катушку нужно установить в отрезок от ПВХ-трубы и закрыть крышкой. Он прорезал в трубе окно, чтобы магнитная катушка могла рассеивать тепло.

    Два переходных тройника от Ø60мм до Ø42мм использовались в качестве основания левитатора. Также они содержат плату управления и модуль KY-024. Все кабели были пропущены внутри рамы трубы.
    Он установил две вилки питания (12 и 5 В постоянного тока) на торцевые заглушки из ПВХ диаметром 60 мм и просверлил одно отверстие для кабеля программирования Arduino. Все они расположены на задней панели левитатора. На передней стороне устанавливает потенциометр.



    Шаг шестой: программирование
    Код Ардуино можно скачать ниже.

    Шаг седьмой: калибровка
    Процесс ПИД делится на две группы: прямого и обратного действия. Магнитная левитация - это ПИД-регулятор обратного действия. Это означает, что его выходной сигнал имеет тенденцию уменьшаться по мере увеличения измеряемого сигнала (входа).
    В формуле PID вместо добавления ( Kd * производная от ошибки ) мы вычитаем ( Kd * производная от входных данных ), потому что установка (уставка) левитации (в данном случае) постоянна (330).
    Output += - KP*Error - KI*Integral + KD*Derivative;

    «Производная» часть рассчитывается следующим образом:
    dInput = (Input - Previous_Input);
    Derivative = dInput / timeChange;

    Мастер откалибровал левитатор вручную, и окончательные параметры ПИД-регулятора следующие:
    double timeChange = 0.1;
    double KP = 0.6;
    double KI = 0.4;
    double KD = 0.01;

    Чтобы точно настроить и посмотреть, как работает левитатор, нужно включить режим отладки и прочитать данные в последовательном порту IDE.

    В приведенной ниже диаграмме показана работа PID обратного действия. Мастер использовал функцию Pivot в Excel для создания графика из последовательных данных IDE.

    Аннотация диаграммы:
    Красная линия - Уставка (в данном случае 330).
    Зеленая кривая - Вход (обратная связь от датчика Холла).
    Синяя кривая - Выход (сигнал ШИМ на магнитную катушку).
    Для правильной работы устройства необходимо сделать следующие настройки и соблюдать следующие условия:
    Нужно отрегулировать потенциометр на модуле KY-24 на чувствительность.
    Необходимо отрегулировать длину шпильки, которая находится внутри магнитной катушки.
    Калибровка уставки и коэффициентов ПИД.
    Выбор правильных плавающих нагрузок плюс вес магнита. Если он слишком легкий или слишком тяжелый, левитатор не сработает. И последнее, груз должен быть симметричной формы.


    В качестве ливитирующего предмета мастер использовал шарик со светодиодом внутри.




    Он также тестировал другие нагрузки, например, болты. Если болт тяжелее шарика со светодиодами, нужно уменьшить уставку с 330 до 320.

    Источник (Source)
    Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

    Кабельный трассировщик на Arduino

    Устройство определения спелости овощей и фруктов по их цвету

    0
    Идея
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    0
    Описание
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    0
    Исполнение
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    Итоговая оценка: 0.0 из 10 (голосов: 0 / История оценок)

    Добавить комментарий

    2 комментария
    ino53
    Цитата: sergeyp
    А Ардуино для чего? Схема прекрасно работает без неё... 

    Ну как для чего... 

    Как то таксисты заказывали небольшие ЦМУ за задним стеклом, когда ждут клиента, включают, вроде лучше... Но вот смотрят они на платку ЦМУ и спрашивают, а за что платить то? И если на плате стоит что то такое:

    пускай ни к чему не подключенное, то расчет шел без проблем... xaxa 

    sergeyp

       А Ардуино для чего? Схема прекрасно работает без неё...    :)))

    Привет, Гость!


    Зарегистрируйтесь

    Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы...

    Войти

    Добавьте самоделку

    Добавьте тему

    Онлайн чат

    Последние комментарии

    Все комментарии