В тази статия ще разгледаме електронната част на подобни устройства, принципа на работа и методите за настройка. Досега съм срещал описания на готови фабрични изделия, които са много красиви и сравнително скъпи. По всяко време, при бързо търсене, цените започват от десет хиляди рубли. Предлагам описание на китайски комплект за самостоятелно сглобяване за 1,5 хиляди.
Преди всичко е нужно да уточним, за какво точно става дума. Съществуват безброй магнитни левитатори, а разнообразието от конкретни реализации поражда вдъхновение. Варианти, при които постоянните магнити поради особеностите на конструкцията са разположени с еднакви полюси един към друг, вече не се интересуват от никого, но има и по-ходови варианти. Например
Принципът на работа е описан многократно, накратко – там постоянен магнит виси в магнитното поле на соленоида, чиято интензивност зависи от сигнала на Холовия датчик.
Противоположният полюс на магнит не се обръща благодарение на това, че е вграден в макет на глобус, който значително измества центъра на тежестта надолу. Електронната схема на устройството е много проста и почти не изисква настройка.
Има варианти за реализиране на подобни проекти на Arduino, но това е от поредицата „защо просто, когато може да бъде сложно“.
Тази статия е посветена на друг вариант, при който вместо окачване се използва поставка:
Вместо глобус може да е цвете или нещо друго, каквото подскаже фантазията. Серийното производство на такива играчки е наложено, но цените не радват никого. В али експрес попаднах на такъв комплект детайли,
който представлява електронната част на поставката. Цена на въпроса – 1,5 хиляди рубли, ако е избран „Метод на продавача“.
След разговор с продавача, , и инструкция за настройка на китайски език. Това, което ме зарадва особено, е, че продавачът предостави връзка на видео, където специалист всичко подробно разказва също на китайски. Междувременно, сглобената конструкция изисква грамотна и съвестна настройка, „на сляпо“ не може да се стартира. Затова реших да обогатя рунет с инструкции на руски.
И така, по реда. Платката е направена на много добро място, оказа се, че е дори четирислойна, което е абсолютно излишно. Качеството на изпълнение е на високо ниво и всичко е нарисувано умно и подробно с шълкографија. На първо място, по-удобно е да се впоят сензорите на Хол, като е много важно да ги разположите правилно. Прилага се снимка в детайли.
Чувствителната повърхност на сензорите трябва да бъде на половината височина на соленоидите.
Третият сензор, който е извит като буква „Г“, може да се повдигне малко по-високо. Неговото положение, между другото, не е особено критично - той служи за автоматично включване на захранването.
Бих препоръчал да закрепите соленоидите така, че изводите от началото на навивката да са отгоре. Така ще стоят по-равно и рискът от късо съединение е по-малък. Четирите соленоида образуват квадрат, необходимо е свързването на диагоналите по двойки. На моята платка една диагонал е обозначена X1,Y1, а другата - X2,Y2.
Не е факт, че ще намерите същото. Важен е принципът: взимаме диагонал, свързваме вътрешните изводи на намотките заедно, а външните - в схемата. Магнитните полета, създавани от всяка от двойките намотки, трябва да бъдат противоположни.
Четирите стълба с постоянни магнити трябва да се закрепят така, че да гледат в една посока. Не е важно дали с северен или южен полюс, важното е да не са разнобой.
След това спокойно разглеждаме детайлите и ги вмъкваме според шълкографията. Луженето и метализацията са великолепни, да се запоява такава платка е истинско удоволствие.
Сега е времето да се запознаете с работата на електронната схема.
Няколко разположения отделно е възел J3 - U5A - Q5. Елемент J3 е онзи сензор на Хол, който е най-висок и на извити крака. Това не е нищо повече от автоматично включване на захранването на устройството. Сензор J3 определя самия факт на наличие на поплавък над цялата конструкция. Поставихте поплавка - захранването се включи. Премахнахте - изключи се. Това е много логично, защото без поплавък работата на схемата губи смисъл.
Ако не се подава захранване, поплавъкът се залепва за един от магнитните стълбове. Подчертавам: това е правилно, така трябва да бъде. Поплавъкът трябва да бъде обърнат именно с тази страна. Той започва да се отблъсква само когато е точно в центъра на конструкцията. Но докато електрониката не работи, той неизбежно ще падне на един от върховете на квадрата.
Регулаторът е устроен така: две симетрични половини, два диференциални усилвателя, всеки от които получава сигнал от своя сензор Хол и управлява H-мост, на който товара е двойка соленоиди.
Един от усилителите LM324, например, U1D — приема сигнала от сензора J1, а другите два — U1B и U1C служат като драйвери на H-моста, образуван от транзисторите Q1, Q2, Q3, Q4. Докато поплавъкът е в центъра на квадрата, усилвателят U1D трябва да бъде в баланс и и двата края на H-моста да са затворени. Веднага щом поплавъкът се измести към единия от соленоидите, сигналът от сензора J1 се променя, едната половина на H-моста се отваря и соленоидите индикират противоположни магнитни полета. Този, който е по-близо до поплавъка, трябва да го отблъсква, а който е по-далеч — обратно, да го привлича. В резултат поплавъкът отива обратно там, откъдето е дошъл. Ако поплавъкът се върне твърде силно, ще се отвори друга половина на H-моста, полярността на захранването на двойката соленоиди ще се промени и поплавъкът отново ще тръгне към центъра.
Втората диагонал на транзисторите Q6, Q7, Q8, Q9 работи точно така. Разбира се, ако се объркат фазировките на намотките или монтажа на сензорите, всичко ще бъде съвсем различно и устройството няма да работи.
Но кой ви пречи да сглобите всичко правилно?
Сега, когато се запознахме с електронната схема, въпросът с настройката стана ясен.
Трябва да закрепите поплавъка в центъра и да инсталирате двигателите на потенциометрите R10 и R22 по такъв начин, че и двете рамена на двата H-моста да бъдат затворени. Ами, да кажем, че „закрепване“ — може би се увлякох, вероятно е възможно да държите поплавъка с ръце, точнее, с една ръка, а с другата да въртите последователно двата многооборотни резистора. Както се оказа, тези резистори не са случайно многооборотни — буквално половин оборот на един от тях и настроиката се изплъзва. Откъде идват моите ръце — тайна, но на допир не успях да уловя промените в поведението на поплавъка в зависимост от положението на двигателя на потенциометъра. Смея да предполагам, че разработчикът е изпитвал подобни трудности, затова е предвидил на платката две такива перемычки.
Виждате ли отгоре вляво и вдясно два джъмпера? Те прекъсват веригата между двойката соленоиди и H-моста. Ползата от тях е двойна: премахвайки един от джъмперите, може да се изключи напълно една от диагоналите, а включвайки вместо друга амперметър, може да се види в какво състояние се намира H-мостът на другата диагонала.
Като лирично отклонение забелязвам, че ако и на двете диагонали H-мостовете са напълно отворени — консумираният ток може да достигне три ампера. В такива условия транзисторът Q5 ще бъде много трудно да оцелее. За щастие, краткосрочно той издържа такава натовареност, но вие трябва да въртите двата многооборотни резистора, при това предварително неизвестно накъде.
Така че за предварителна настройка настоятелно препоръчвам да се занимавате с всяка диагонала поотделно: втората да се изключва с джъмпер, за да не дими Q5.
Тъй като токът, преминаващ през соленоидите, може да променя посоката, китайците имат в инвентара си амперметри, при които стрелката е вертикално в средата на скалата. А затова им е добре и комфортно: изваждат джъмперите, включват амперметрите в разрезите и спокойно въртят резисторите, докато стрелките не стигнат нулите.
Пришеше ми да оставя една свързваща плоча отворена, а в разрив на друга да включа стар съветски тестер в режим амперметър с предел на измерване 10 ампера. Ако токът беше обратно, тестерът мълчаливо презареждаше наляво и търпеливо завъртях винта, докато тестерът не се върна на нулата. Само така успях да направя предварителната настройка. След това можех да включа и двата диагонала и да регулирам настройката, постигайки максимална стабилност на поплавъка. Също така мога да контролирам общия ток, потребяван от устройството: колкото по-малък е, толкова по-точна е настройката.
По навик, корпуса на левитрона го отпечатах на 3D принтер. Не стана толкова красив, колкото готовата играчка за десет хиляди, но интересуваше ме техническият принцип, а не естетиката.
Източник: habr.com
