In diesem Artikel werden wir die elektronische Ausstattung solcher Geräte, das Funktionsprinzip und die Einstellungsmethoden behandeln. Bisher habe ich Beschreibungen von fertiggestellten Fabrikprodukten gesehen, die sehr ansprechend und recht teuer sind. Bei einer kurzen Preissuche beginnen die Preise bei etwa zehntausend Rubel. Ich präsentiere eine Beschreibung eines chinesischen DIY-Kits zum Selbstbau für 1.500 Rubel.
Zunächst müssen wir klären, worum es genau geht. Es gibt eine Vielzahl von magnetischen Levitatoren, und die Vielfalt der spezifischen Umsetzungen ist beeindruckend. Solche Varianten, bei denen Permanentmagnete aufgrund der Konstruktionsmerkmale mit gleichen Polen zueinander positioniert sind, sind heutzutage uninteressant, aber es gibt cleverere Alternativen. Zum Beispiel eine solche:
Das Funktionsprinzip wurde mehrfach beschrieben; kurz gesagt hängt dort ein Permanentmagnet im Magnetfeld einer Spule, deren Feldstärke von dem Signal des Hall-Sensors abhängt.
Der Magnet bleibt seiner Position treu, da er im Modell des Globus eingebaut ist, was den Schwerpunkt nach unten verschiebt. Die elektronische Schaltung des Geräts ist sehr einfach und benötigt kaum Anpassungen.
Es gibt Varianten solcher Projekte auf Arduino, aber das gehört zur Kategorie „warum einfach, wenn es auch kompliziert geht“.
Dieser Artikel widmet sich einer anderen Variante, bei der anstelle einer Aufhängung ein Ständer verwendet wird:
Anstelle eines Globus kann eine Blume oder etwas anderes verwendet werden, je nach Fantasie. Die Serienproduktion solcher Spielzeuge ist etabliert, aber die Preise sind alles andere als erfreulich. Auf AliExpress habe ich ein solches Set von Teilen gefunden,
das die elektronische Ausstattung des Ständers darstellt. Der Preis beträgt 1.500 Rubel, wenn die „Seller’s method“ gewählt wird.
Nach Rücksprache mit dem Verkäufer , und die Anleitung zur Einrichtung in chinesischer Sprache. Was mich besonders berührt hat, ist, dass der Verkäufer einen Link zu einem Video bereitgestellt hat, in dem ein Fachmann alles detailliert ebenfalls auf Chinesisch erklärt. Währenddessen erfordert die zusammengestellte Konstruktion eine sorgfältige und präzise Justierung, sie lässt sich nicht einfach „sofort“ starten. Das ist der Grund, warum ich beschlossen habe, das Internet mit einer Anleitung auf Russisch zu bereichern.
Nun, der Reihe nach. Die Leiterplatte wurde an einem sehr guten Ort gefertigt, wie sich herausstellte, ist sie sogar vierlagig, was völlig überflüssig ist. Die Ausführungsqualität ist hervorragend und die Siebdruckgrafik ist durchdacht und detailliert. In erster Linie ist es einfacher, die Hall-Sensoren einzulöten, wobei es sehr wichtig ist, sie richtig zu platzieren. Nahaufnahmen sind angehängt.
Die empfindliche Oberfläche der Sensoren sollte sich auf der Hälfte der Höhe der Solenoide befinden.
Der dritte Sensor, der in Form des Buchstabens „G“ gebogen ist, kann etwas höher positioniert werden. Seine Position ist übrigens nicht besonders kritisch — er dient zur automatischen Einschalttaktung.
Ich empfehle, die Solenoide so zu befestigen, dass die Anschlüsse von Anfang der Wicklung nach oben zeigen. So stehen sie gerader und das Risiko von Kurzschlüssen ist geringer. Vier Solenoide bilden ein Quadrat, und es ist notwendig, die Diagonalen paarweise zu verbinden. Auf meiner Platine war eine Diagonale mit X1, Y1 und die andere mit X2, Y2 gekennzeichnet.
Es ist nicht sicher, dass Sie die gleiche erhalten werden. Wichtig ist das Prinzip: Nehmen Sie die Diagonale, verbinden Sie die inneren Anschlüsse der Spulen miteinander und die äußeren mit der Schaltung. Die von jedem Spulenpaar erzeugten magnetischen Felder sollten entgegengesetzt sein.
Die vier Säulen aus Permanentmagneten müssen so befestigt werden, dass sie alle in die gleiche Richtung zeigen. Es ist egal, ob mit dem Nord- oder Südpole, Hauptsache, sie sind nicht durcheinander.
Danach kümmern wir uns in aller Ruhe um die kleinen Teile und stecken sie gemäß der Siebdruckvorlage ein. Das Verzinnen und die Metallisierung sind hervorragend, das Löten einer solchen Platine macht viel Freude.
Jetzt ist es an der Zeit, sich mit der Funktionsweise des elektronischen Schaltkreises vertraut zu machen.
Der etwas abseits gelegene Knoten J3 — U5A — Q5. Das Element J3 ist der Hall-Sensor, der am höchsten steht und auf gebogenen Beinen angebracht ist. Er dient als automatischer Einschalter des Geräts. Der Sensor J3 erkennt das Vorhandensein des Schwimmers über der gesamten Konstruktion. Wenn der Schwimmer eingesetzt ist, schaltet sich die Stromversorgung ein. Wird er entfernt, schaltet sich das Gerät aus. Dies ist sehr logisch, da ohne den Schwimmer die Funktion der Schaltung keinen Sinn ergibt.
Wenn die Stromversorgung nicht eingeschaltet ist, haftet der Schwimmer fest an einer der magnetischen Säulen. Ich weise darauf hin: Das ist korrekt und so sollte es sein. Der Schwimmer muss genau auf dieser Seite ausgerichtet sein. Er beginnt erst dann, sich zu bewegen, wenn er sich exakt in der Mitte der Konstruktion befindet. Solange die Elektronik nicht funktioniert, fällt er unweigerlich auf eine der Spitzen des Quadrats.
Der Regler ist so aufgebaut: zwei symmetrische Hälften, zwei Differentialverstärker, wobei jeder ein Signal von seinem eigenen Hall-Sensor erhält und den H-Brücken-Antrieb steuert, der die Last aus einem Paar von Solenoiden bildet.
Einer der LM324-Verstärker, zum Beispiel U1D, empfängt das Signal vom Sensor J1, während die beiden anderen – U1B und U1C – Treiber des H-Brückenschaltkreises sind, der aus den Transistoren Q1, Q2, Q3, Q4 besteht. Solange der Schwimmer in der Mitte des Quadrats bleibt, sollte der Verstärker U1D im Gleichgewicht sein, und beide Arme der H-Brücke sind geschlossen. Sobald sich der Schwimmer in Richtung eines der Solenoide bewegt, ändert sich das Signal vom Sensor J1, ein Teil der H-Brücke wird geöffnet, und die Solenoide erzeugen entgegengesetzte Magnetfelder. Dasjenige, das dem Schwimmer näher ist, sollte ihn abstoßen, während das weiter Entfernte ihn anziehen sollte. Infolgedessen bewegt sich der Schwimmer zurück dorthin, wo er herkam. Wenn der Schwimmer zu stark zurückschlägt, wird das andere Bein der H-Brücke geöffnet, die Polarität der Stromversorgung des Solenoidpaars ändert sich, und der Schwimmer bewegt sich wieder zur Mitte.
Die zweite Diagonale auf den Transistoren Q6, Q7, Q8, Q9 funktioniert genau gleich. Natürlich, wenn die Phasierung der Spulen oder die Montage der Sensoren durcheinander geraten, wird alles ganz anders sein, und das Gerät wird nicht funktionieren.
Aber wer hindert Sie daran, alles richtig zusammenzubauen?
Jetzt, wo wir das elektronische Schaltbild verstanden haben, ist die Frage der Einstellung geklärt.
Der Schwimmer muss in der Mitte fixiert werden, und die Potentiometer R10 und R22 sollten so eingestellt werden, dass beide Arme der H-Brücken geschlossen sind. Nun, sagen wir, „fixiert“ – das war vielleicht etwas übertrieben, man könnte den Schwimmer mit einer Hand halten und mit der anderen abwechselnd die beiden Mehrdrehpotentiometer einstellen. Wie sich herausstellte, sind diese Potentiometer nicht ohne Grund mehrdrehend – schon bei einer halben Umdrehung an einem von ihnen kann die Einstellung verloren gehen. Woher das kommt – das bleibt ein Geheimnis, aber ich konnte beim Fühlen keine Veränderungen im Verhalten des Schwimmers in Abhängigkeit von der Position des Potentiometer-Schiebers feststellen. Ich wage zu vermuten, dass der Entwickler ähnliche Schwierigkeiten hatte und deshalb auf der Platine zwei solcher Brücken eingeplant hat.
Sehen Sie oben links und rechts die beiden Jumper? Sie unterbrechen die Verbindung zwischen einem Paar von Solenoiden und der H-Brücke. Ihr Nutzen ist zweifach: Wenn einer der Jumper entfernt wird, kann eine der Diagonalen komplett deaktiviert werden, und wenn man stattdessen einen Amperemeter anschließt, kann man sehen, in welchem Zustand sich die H-Brücke der anderen Diagonale befindet.
Als poetische Anmerkung möchte ich hinzufügen, dass wenn auf beiden Diagonalen die H-Brücken komplett geöffnet sind, der Strom bis zu drei Ampere erreichen kann. Unter diesen Bedingungen wird es für den Transistor Q5 sehr schwierig sein, zu überleben. Glücklicherweise hält er kurzfristig eine solche Belastung aus, aber Sie müssen schließlich zwei Mehrwertwiderstände einstellen, und es ist im Voraus unklar, wohin das führen wird.
Daher empfehle ich dringend, für die Grundeinstellung mit jeder Diagonale separat zu arbeiten: Die zweite sollte mit einem Jumper ausgeschaltet werden, damit Q5 nicht raucht.
Da der Strom, der durch die Magnetventile fließt, die Richtung ändern kann, haben die Chinesen Amperemeter, bei denen die Nadel senkrecht in der Mitte der Skala steht. Das macht es für sie angenehm und komfortabel: Sie ziehen die Jumper heraus, stecken die Amperemeter in die Unterbrechungen und drehen geduldig die Widerstände, bis die Zeiger auf Null gehen.
Ich musste eine Brücke offenlassen und in die Unterbrechung einen alten sowjetischen Tester im Amperemetermodus mit einer Messgrenze von 10 Ampere einfügen. Wenn der Strom umgekehrt war, schlug der Tester lautlos nach links aus, und ich drehte geduldig an der Schraube, bis der Tester auf Null zurückkehrte. Nur so konnte ich eine Voreinstellung vornehmen. Danach konnte ich beide Diagonalen einschalten und die Einstellung anpassen, um maximale Stabilität des Schwimmers zu erreichen. Es ist auch möglich, den Gesamtstrom zu überwachen, den das Gerät verbraucht: je geringer dieser ist, desto genauer die Einstellung.
Gewohnheitsmäßig habe ich das Gehäuse des Levitron auf einem 3D-Drucker gedruckt. Es sah nicht so schön aus wie das fertige Spielzeug für zehntausend, aber ich interessierte mich für das technische Prinzip, nicht für die Ästhetik.
Quelle: habr.com
