Набор для пайки «Магнитный левитатор»

Левитация — это явление преодоления гравитации, при котором тело парит в воздухе. Несмотря на то, что тему левитации зачастую используют фантасты, в реальном мире уже существуют технологии левитации. Одна их таких технологий — магнитная левитация.

Устройство для динамической магнитной левитации состоит из электромагнитов, постоянных магнитов, датчиков магнитного поля и электронной схемы с микроконтроллером. Будучи включенным, левитатор заставляет удерживать в воздухе магнит и небольшие предметы, которые могут быть к нему прикреплены.

Ротонда Харитоновского парка Калибровочная деталь парящая над левитатором.

Набор рассчитан для людей имеющих некоторый опыт SMD пайки и умеющих паять компоненты формата 0805 и SOIC.

Чтобы спаять устройства понадобится паяльник, немного припоя и флюс, жидкий или гелевый. Помимо принадлежностей для пайки потребуется тонкая плоская отвертка для калибровки левитатора перед первым использованием. Если чего-то не хватает, вы можете приобрести это у нас в магазине RobotClass:

В корзину
В корзину
В корзину
В корзину
В корзину
В корзину

Состав набора

  • плата
  • набор магнитов и катушек индуктивности
  • набор стоек с гайками
  • набор винтиков для фиксации катушек индуктивности
  • 2 конденсатора 220мкф, 16 вольт
  • 3 датчика Холла
  • 4 светодиода
  • гнездо питания 5.5*2.1
  • операционный усилитель LM358
  • драйвер L293DD
  • микроконтроллер STC 8H1K28
  • подстроечный резистор 104
  • стабилизатор напряжения 78M05
  • резисторы 0805 330 Ом
  • резисторы 0805 100 кОм
  • резисторы 0805 4.7 кОм
  • резисторы 0805 0 Ом (перемычка)
  • конденсаторы 0805 0.1мкф

Резисторы

  • 330 Ом — R7,R8,R10,R11
  • 4.7 кОм — R1,R2
  • 100 кОм — R3,R4
  • 0 Ом — R6

Светодиоды

Следующий шаг: светодиоды LED1-LED4

Обратите внимание на полярность светодиода. Зеленый треугольник указывает на сторону с отрицательной полярностью светодиода.

Конденсаторы

На плате есть всего один конденсатор на 0,1 мкФ, площадка C3.

Микросхема драйвера

Этот драйвер необходим для работы с электромагнитами.

Обратите внимание, что у многовыводных чипов, как правило, на корпусе имеется маленькая точка, указывающая на первый контакт на чипе. Эту точку нужно совместить с аналогичной точкой на рисунке посадочной площадки на плате.

Микроконтроллер STC8H1K28

У микросхемы целых 32 ножки! Очень аккуратно припаиваем каждую. Так же можно опробовать метод пайки, называемый волной припоя.

Микросхема LM358

Это операционный усилитель в корпусе SOIC-8. Припаиваем его на место так, чтобы точка на микросхеме совпала с меткой на плате.

Стабилизатор напряжения 78M05

Этот стабилизатор преобразует подаваемые на вход 12 Вольт в 5 Вольт для питания электроники.

Электролитические конденсаторы

Теперь электролиты. Обратите внимание, что снизу конденсатора один край имеет скошенные углы указывающие на расположение положительного контакта, а на плате на шелкографии нарисован такой же силуэт указывающий на то какой стороной нужно размещать конденсатор на плате.

С верхней стороны конденсатора также имеется метка указывающая на отрицательный контакт.

Должно получиться вот так

Подстроечные потенциометры

Размещаем подстроечные резисторы. Обратите внимание на то что на плате отмечено с какой стороны должен находиться регулировочный винт резистора.

Гнездо питания

Припаиваем гнездо питания.

В результате должно получиться такая плата

С мелкой частью схемы разобрались, пришло время заняться расстановкой электромагнитной частью установки.

Установка электромагнитов

Продеваем «усы» катушки в отверстия, а с нижней стороны платы фиксируем катушку винтом.

Должно получиться примерно так…

Датчики магнитного поля

Припаиваем датчик Холла. Обратите внимание что датчик должен располагаться так чтобы сторона со скошенными углами была направлена к черточке, как это сделано на фото.
Сам же датчик по высоте должен располагаться примерно посередине катушки. В идеале, он должен быть на 2-3мм ниже чем расположено на фото.
Датчик находящийся рядом с надписью «Y+» должен быть подогнут на 90 градусов и располагаться примерно по центру платы. По высоте он должен быть примерно на уровне с остальными датчиками.

Остальные электромагниты

Теперь можно закрепить остальные катушки.

«Усы» катушек припаиваются залуженными концами к отверстиям. Обрезать их не рекомендую — лак довольно прочный и плохо обгорает от паяльника. Лучше вытащить лишнюю часть проводков обратно и там их аккуратно уложить.

Установка постоянных магнитов

Теперь монтируем магниты. Берем магниты среднего размера. Их должно быть 8 штук. разделяем на их на 4 группы по 2 штуки в каждом, вставляем винт и фиксируем их в плате на гайку.
Должно получиться вот так.
В наборе должно остаться еще три неиспользованных магнита: Два больших, но разной толщины и один маленький. Они должны быть собраны как на фото.

Включение и проверка

Теперь можно включить питание. Блок питания 12 Вольт с током 1-2 Ампера должен подойти.

Магнит далеко — ничего не происходит
Магнит близко — плата начинает переливаться огнями светодиодов, а сам магнит начинает отклонять к какому-либо из магнитов на плате. Что ж, самая простая часть набора закончилась, теперь нужно откалибровать левитатор!

Калибровка левитатора

Как вы уже могли обратить внимание в процессе сборки, на плате есть подписи «X+», «X-«, «Y+», «Y-» и датчики по центру что может напомнить вам двумерную координатную сетку к которой центр координат находился бы в центре области с катушками.

Эта картинка поможет понять что я имею в виду.

Но сейчас левитатор еще не откалиброван и если поместить в него магнит, он не будет висеть в воздухе, а быстро притянется к одному из магнитов.
Есть два потенциометра позволяющие его задать. Рядом с ними указано какой в какую сторону крутить регулятор чтобы совместить центр «магнитного» центра координат и центра платы.

Рекомендуется при калибровке повернуть плату так чтобы она лежала перед вами таким же образом.
Также, специально для облегчения настройки мы кладем в комплект распечатанную оградку которая при калибровке мешает магниту вылетать из зоны левитации.

Она надевается на катушки индуктивности. Затем в нее помещается магнит и он сразу начинает упираться в стенку. По направлению в которое отклоняется магнит можно понять куда именно смещена калибровка магнитного поля относительно центра.

Например, магнит притягивается в левый верхний угол относительно центра координат. То есть, значение Y больше чем нужно, а X — наоборот меньше. В таком случае нужно крутить регулятор оси Y нужно будет прокрутить против часовой стрелки, а регулятор оси X — по часовой стрелке.

После некоторого время уделенного настройке вы начнете ощущать как магнит отзывается на ваши манипуляции и станет отклоняться все меньше и меньше. В конце концов он зависнет в одной точке, а вы сможете положить на него какой-нибудь груз как это изображено в начале статьи.


Изменено:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.