In questo articolo esamineremo l'elettronica di questi dispositivi, il principio di funzionamento e il metodo di configurazione. Fino ad ora, ho trovato descrizioni di prodotti pronti molto belli e piuttosto costosi. In ogni caso, durante una rapida ricerca, i prezzi partono da diecimila rubli. Propongo una descrizione di un kit cinese per il montaggio fai-da-te al costo di 1.500 rubli.
Prima di tutto, è importante chiarire di cosa si parlerà esattamente. Esistono un grande numero di levitatori magnetici e la varietà delle specifiche realizzazioni è sbalorditiva. Le opzioni in cui i magneti permanenti si avvicinano a causa della particolare costruzione con poli dello stesso nome rivolti l'uno verso l'altro non interessano più nessuno, ma ci sono varianti più ingegnose. Ad esempio, questa:
Il principio di funzionamento è stato descritto più volte; in breve, un magnete permanente pende in un campo magnetico generato da un solenoide, la cui intensità dipende dal segnale del sensore Hall.
Il polo opposto del magnete non si rovescia grazie al fatto che è integrato nel modello del globo, spostando notevolmente il centro di gravità verso il basso. Il circuito elettronico del dispositivo è molto semplice e richiede quasi nessuna regolazione.
Esistono varianti di progetti simili su Arduino, ma appartengono alla categoria "perché semplice quando si può complicare".
Questo articolo è dedicato a un'altra variante, dove invece del sospensione si utilizza un supporto:
Al posto del globo è possibile usare un fiore o qualsiasi altra cosa che la fantasia suggerisca. La produzione in serie di tali giocattoli è avviata, ma i prezzi non sono incoraggianti. Nelle profondità di AliExpress ho trovato questo set di pezzi,
che rappresenta il modulo elettronico del supporto. Il prezzo è di 1.500 rubli, se si sceglie il metodo "Seller's metod".
Dopo aver parlato con il venditore, , e le istruzioni per la configurazione in cinese. Ciò che mi ha colpito particolarmente è che il venditore ha fornito un link a un video in cui un esperto spiega tutto in dettaglio anch'esso in cinese. Tuttavia, la costruzione assemblata richiede una messa a punto attenta e accurata; non è possibile avviarla “al volo”. Ecco perché ho deciso di arricchire il web russo con un'istruzione in russo.
Procediamo con ordine. La scheda di circuito è stata realizzata in un ottimo posto; a quanto pare, è anche a quattro strati, cosa del tutto superflua. La qualità di esecuzione è elevata e la serigrafia è ben fatta e dettagliata. Innanzitutto, è più facile saldare i sensori Hall, ed è molto importante posizionarli correttamente. La foto in primo piano è allegata.
La superficie sensibile dei sensori deve trovarsi a metà altezza dei solenoidi.
Il terzo sensore, piegato a forma di ‘G’, può essere alzato un po' di più. La sua posizione, tra l'altro, non è molto critica: serve per l'accensione automatica dell'alimentazione.
Ti consiglio di fissare i solenoidi in modo che i morsetti dall'inizio dell'avvolgimento si trovino nella parte superiore. In questo modo si allineeranno meglio e si ridurrà il rischio di cortocircuito. Quattro solenoidi formano un quadrato; è necessario collegare diagonalmente le coppie. Sulla mia scheda, una diagonale era contrassegnata come X1,Y1 e l'altra come X2,Y2.
Non è certo che tu riceva lo stesso modello. Ciò che conta è il principio: prendiamo una diagonale, colleghiamo insieme i morsetti interni delle bobine e colleghiamo i morsetti esterni al circuito. I campi magnetici creati da ciascuna coppia di bobine devono essere opposti.
È necessario fissare quattro colonne di magneti permanenti in modo che tutti puntino nella stessa direzione. Non importa se con il polo nord o sud, l'importante è che non siano disallineati.
Dopo di che possiamo tranquillamente occuparci dei componenti e inserirli secondo la serigrafia. La stagnatura e la metallizzazione sono magnifiche; saldare una tale scheda è un vero piacere.
È ora di approfondire il funzionamento del circuito elettronico.
Il nodo J3 è posizionato un po' separato — U5A — Q5. L'elemento J3 è il sensore Hall più alto e con gambe piegate. Non è nient'altro che un interruttore automatico per accendere l'alimentazione del dispositivo. Il sensore J3 determina la presenza di un galleggiante sopra tutta la struttura. Se il galleggiante è installato, l'alimentazione si accende. Se viene rimosso, si spegne. Questo è molto logico, poiché senza il galleggiante il funzionamento del circuito perde significato.
Se non viene fornita alimentazione, il galleggiante si attacca saldamente a uno dei pilastri magnetici. Sottolineo: è corretto, deve essere così. Il galleggiante deve essere orientato esattamente da questo lato. Inizia a respingere solo quando è esattamente al centro della struttura. Ma finché l'elettronica non funziona, cadrà inevitabilmente su uno dei vertici del quadrato.
Il regolatore è strutturato in questo modo: due metà simmetriche, due amplificatori differenziali, ognuno dei quali riceve il segnale dal proprio sensore Hall e gestisce il ponte H, il cui carico è costituito da una coppia di solenoidi.
Uno dei amplificatori LM324, ad esempio, U1D, riceve il segnale dal sensore J1, mentre gli altri due, U1B e U1C, fungono da driver per il ponte H, formato dai transistor Q1, Q2, Q3, Q4. Finché il galleggiante si trova al centro del quadrato, l'amplificatore U1D deve essere in equilibrio, e entrambe le braccia del ponte H sono chiuse. Non appena il galleggiante si sposta verso uno dei solenoidi, il segnale dal sensore J1 cambia, una delle metà del ponte H si apre e i solenoidi generano campi magnetici opposti. Quello più vicino al galleggiante dovrebbe spingerlo via, mentre quello più lontano lo attira. Di conseguenza, il galleggiante ritorna da dove è venuto. Se il galleggiante si sposta troppo, si aprirà l'altra metà del ponte H, e la polarità di alimentazione della coppia di solenoidi cambierà, spingendo di nuovo il galleggiante verso il centro.
La seconda diagonale sui transistor Q6, Q7, Q8, Q9 funziona esattamente nello stesso modo. Naturalmente, se si confondono le fasi delle bobine o il montaggio dei sensori, tutto sarà diverso e il dispositivo non funzionerà.
Ma chi vi impedisce di assemblare tutto correttamente?
Ora che abbiamo chiarito lo schema elettronico, la questione della regolazione è risultata più chiara.
È necessario fissare il galleggiante al centro e installare i potenziometri R10 e R22 in modo che entrambe le braccia di entrambi i ponti H siano chiuse. Diciamo che "fissare" è un'esagerazione; probabilmente si può tenere il galleggiante con una mano e con l'altra ruotare alternativamente i due resistori multi-giro. Come si è scoperto, questi resistori non sono multi-giro per caso — basta una mezza rotazione su uno di essi e l'impostazione salta. Da dove nascono le mie mani è un mistero, ma non sono riuscito a percepire un cambiamento nel comportamento del galleggiante a seconda della posizione del potenziometro. Mi permetto di ipotizzare che anche il progettista ha incontrato difficoltà simili, e pertanto ha previsto due ponticelli sulla scheda.
Vedi in alto a sinistra e a destra i due jumper? Essi interrompono il circuito tra un paio di solenoidi e il ponte H. Il loro utilizzo è doppio: rimuovendo uno dei ponticelli, è possibile disattivare completamente una delle diagonali, mentre inserendo invece un amperometro, si può vedere in quale stato si trova il ponte H dell'altra diagonale.
A titolo di nota lirica, osserviamo che se i ponti H su entrambe le diagonali risultano completamente aperti, la corrente assorbita può raggiungere i tre ampere. In tali condizioni, il transistor Q5 avrà difficoltà a rimanere in vita. Fortunatamente, può sopportare brevemente un carico del genere, ma dovete girare due potenziometri multigiro, e non si sa in anticipo dove.
Quindi, per il setup iniziale, raccomando vivamente di lavorare su ciascuna diagonale separatamente: disattivare la seconda con un jumper, così Q5 non fumera.
Poiché la corrente che passa attraverso i solenoidi può cambiare direzione, i cinesi usano ammeter che mostrano l'ago in posizione verticale al centro della scala. E così si sentono bene e a loro agio: estraggono i jumper, inseriscono gli ammeter nei distacchi e girano i potenziometri finché gli aghi non tornano allo zero.
Ho dovuto lasciare un collegamento aperto e collegare un vecchio tester sovietico in modalità amperometrica con un limite di misura di 10 ampere nel punto di rottura. Se la corrente risultava inversa, il tester andava in sovraccarico a sinistra e giravo pazientemente la vite finché il tester non tornava a zero. Solo in questo modo sono riuscito a fare una preimpostazione. Poi si potevano accendere entrambe le diagonali e regolare la taratura, per ottenere la massima stabilità del galleggiante. Si può anche controllare la corrente totale consumata dal dispositivo: più è bassa, più precisa è la taratura.
Per abitudine, ho stampato il corpo del levitron su una stampante 3D. Non è venuto così bello come nel giocattolo pronto da diecimila, ma mi interessava il principio tecnico e non l'estetica.
Fonte: habr.com
