В тази статия ще разгледаме електронното пълнене на такива устройства, принципа на работа и метода на конфигуриране. До сега съм виждал описания на готови фабрични продукти, много красиви и не много евтини. Във всеки случай, с бегло търсене, цените започват от десет хиляди рубли. Предлагам описание на китайски комплект за самосглобяване за 1.5 хиляди.
На първо място е необходимо да се изясни какво точно ще се обсъжда. Има голямо разнообразие от магнитни левитатори, а разнообразието от специфични изпълнения е невероятно. Такива опции, когато постоянните магнити, поради конструктивните характеристики, са разположени с еднакви полюси един към друг, сега не представляват интерес за никого, но има по-сложни опции. Например така:
Принципът на работа е описан многократно, накратко - в магнитното поле на соленоида виси постоянен магнит, чиято сила зависи от сигнала на датчика на Хол.
Противоположният полюс на магнита не се обръща поради факта, че е монтиран в модел на глобус, който забележимо измества центъра на тежестта надолу. Електронната схема на устройството е много проста и почти не се нуждае от конфигуриране.
Има опции за реализиране на такива проекти на arduino, но това е от поредицата „защо е просто, когато може да бъде трудно“.
Тази статия е посветена на друг вариант, при който вместо окачване се използва стойка:
Вместо глобус е възможно цвете или нещо друго, както казва фантазията. Установено е серийно производство на такива играчки, но цените не харесват никого. В необятността на Ali Express попаднах на такъв набор от части,
което е електронното пълнене на щанда. Емисионната цена е 1,5 хиляди рубли, ако е избран "Метод на продавача".
В резултат на комуникация с продавача, , и китайски инструкции за настройка. Това, което ме трогна особено, беше, че продавачът предостави връзка към видео, където специалистът също разказва всичко подробно на китайски. Междувременно сглобената структура изисква компетентна и старателна настройка, не е реалистично да я стартирате „в движение“. Ето защо реших да обогатя RuNet с инструкции на руски език.
И така, по ред. Печатната платка е направена на много добро място, както се оказа дори е четирислойна, което е напълно излишно. Изработката е на първо ниво, а ситопечатът е добре изчертан и детайлен. На първо място, по-удобно е да запоявате сензорите на Хол и е много важно да ги позиционирате правилно. Приложена е снимка в близък план.
Чувствителната повърхност на сензорите трябва да е на половината от височината на соленоидите.
Третият сензор, който е извит с буквата "G", може да се повдигне малко по-високо. Позицията му, между другото, не е особено критична - тя служи за автоматично включване на захранването.
Бих препоръчал да монтирате соленоидите така, че проводниците от началото на намотката да са отгоре. Така те стоят по-равномерно и рискът от късо съединение е по-малък. Четири соленоида образуват квадрат, необходимо е да свържете диагоналите по двойки. На моята дъска единият диагонал беше отбелязан с X1,Y1, а другият - с X2,Y2.
Не е фактът, че ще попаднете на същото. Принципът е важен: вземаме диагонала, свързваме вътрешните изводи на намотките заедно, външните - във веригата. Магнитните полета, създадени от всяка от двойките намотки, трябва да са противоположни.
Четири колони от постоянни магнити трябва да бъдат фиксирани така, че всички да гледат в една и съща посока. Няма значение дали е северният или южният полюс, важното е да няма раздор.
След това спокойно се занимаваме с детайлите и ги залепваме според копринения екран. Калайдисването и покритието са отлични, запояването на такава платка е удоволствие.
Сега е време да се задълбочим в работата на електронната верига.
Възелът J3 - U5A - Q5 е разположен малко отделно. Елемент J3 е сензорът на Хол, който е най-висок и на свити крака. Това не е нищо повече от устройство за автоматично включване. Сензор J3 определя самия факт на наличието на поплавък върху цялата конструкция. Поставихме поплавъка - захранването се включи. Премахнато - изключено. Това е много логично, защото без поплавък работата на веригата губи смисъл.
Ако не подадете захранване, поплавъкът се залепва плътно за една от магнитните колони. Обръщам внимание: това е правилно, както трябва да бъде. Поплавъкът трябва да бъде обърнат на тази страна. Започва да отблъсква само когато е строго в центъра на конструкцията. Но докато електрониката не работи, той неизбежно пада върху един от върховете на квадрата.
Регулаторът е проектиран по следния начин: две симетрични половини, два диференциални усилвателя, всеки получава сигнал от собствен сензор на Хол и управлява H - мост, чийто товар е двойка соленоиди.
Един от усилвателите LM324, например U1D, получава сигнала от сензора J1, другите два, U1B и U1C, служат като драйвери за H-мост, образуван от транзистори Q1, Q2, Q3, Q4. Докато поплавъкът е в центъра на квадрата, U1D усилвателят трябва да е в баланс и двете рамена на H-моста са затворени. Веднага щом поплавъкът се придвижи към един от соленоидите, сигналът от сензора J1 се променя, около половината от H-моста се отваря и соленоидите индуцират противоположни магнитни полета. Този, който е най-близо до плувката, трябва да я отблъсне. и което е по-нататък - напротив, да привлича. В резултат на това плувката се връща там, откъдето е дошла. Ако поплавъкът лети твърде далеч назад, другото рамо на Н-моста ще се отвори, полярността на захранването на двойката соленоиди ще се промени и поплавъкът отново ще отиде в центъра.
Вторият диагонал на транзисторите Q6, Q7, Q8, Q9 работи по същия начин. Разбира се, ако объркате фазирането на намотките или инсталирането на сензорите, всичко ще бъде напълно различно и устройството няма да работи.
Но кой ви пречи всичко да е както трябва?
Сега, след като разбрахме електронната схема, проблемът с настройката се изчисти.
Необходимо е да фиксирате поплавъка в центъра и да нагласите плъзгачите на потенциометрите R10 и R22 така, че двете рамена на двата H-моста да са затворени. Е, да речем, "поправи" - развълнувах се, вероятно можете да държите поплавъка с ръцете си, по-точно с едната ръка, и да завъртите два многооборотни резистора на свой ред с другата ръка. Както се оказа, тези резистори не са просто многооборотни - буквално половин оборот на един от тях и настройката лети. Откъде растат ръцете ми е тайна, но на пипане не можах да уловя промените в поведението на поплавъка в зависимост от позицията на плъзгача на потенциометъра. Смея да предположа, че разработчикът е имал същите трудности и затова е предоставил два такива джъмпера на дъската.
Виждате ли двата джъмпера горе вляво и вдясно? Те прекъсват веригата между двойката соленоиди и H-моста. Ползите от тях са две: като премахнете един от джъмперите, можете напълно да изключите единия диагонал, а като включите амперметъра вместо другия, можете да видите в какво състояние е Н-мостът на другия диагонал .
Като лирично отклонение отбелязвам, че ако H-мостовете са напълно отворени и на двата диагонала, консумираният ток може да достигне три ампера. При такива условия ще бъде много трудно за транзистора Q5 да остане жив. За щастие, той издържа на такова натоварване за кратко време, но трябва да завъртите два многооборотни резистора и не е известно предварително къде.
Така че за предварителна настройка силно препоръчвам да се занимавате с всеки диагонал поотделно: изключете втория с джъмпер, така че Q5 да не пуши.
Тъй като токът, преминаващ през соленоидите, може да промени посоката си, китайците имат такива амперметри във фермата, в които стрелката е вертикално в средата на скалата. Ето защо те се чувстват добре и комфортно: те издърпват джъмперите, залепват амперметрите в пролуките и спокойно завъртат резисторите, докато стрелките стигнат до нула.
Трябваше да оставя един джъмпер отворен и да включа стар съветски тестер в режим на амперметър с граница на измерване от 10 ампера в другата празнина. Ако токът се оказа обърнат, тестерът излезе от скалата тъпо наляво и аз търпеливо завъртях винта, докато тестерът се върна на нула. Това е единственият начин да го настроите правилно. Тогава беше възможно да се включат и двата диагонала и да се регулира настройката, като се постигне максимална стабилност на поплавъка. Можете също така да контролирате общия ток, консумиран от устройството: толкова по-малко е. толкова по-прецизна е настройката.
По навик отпечатах тялото на Levitron на 3D принтер. Не се получи толкова красиво, колкото в готовата играчка за десет хиляди, но ме интересуваше техническият принцип, а не естетиката.
Източник: www.habr.com