У цій статті розглянемо електронну начинку подібних пристроїв, принцип роботи та метод налаштування. Досі мені зустрічалися описи готових фабричних виробів, дуже гарних і не дешевих. У всякому разі, при швидкому пошуку ціни починаються від десяти тисяч рублів. Я пропоную опис китайського набору для самостійного збирання за 1.5 тисячі.
Насамперед, необхідно уточнити, про що саме йтиметься. Існує безліч магнітних левітаторів, причому різноманітність конкретних реалізацій вражає уяву. Такі варіанти, коли постійні магніти через особливості конструкції розташовані однойменними полюсами один до одного, нині нікому не цікаві, але є варіанти хитріші. Наприклад такий:
Принцип роботи описаний неодноразово, коротко сказати — там постійний магніт висить у магнітному полі соленоїда, напруженість якого залежить від сигналу датчика холу.
Протилежним полюсом магніт не перевертається завдяки тому, що вмонтований у муляж глобуса, що помітно зміщує центр тяжіння вниз. Електронна схема пристрою дуже проста, і майже не потребує налаштування.
Зустрічаються варіанти реалізації подібних проектів на Ардуїно, але це з серії «навіщо просто, коли можна складно».
Ця стаття присвячена іншому варіанту, де замість підвісу використовується підставка:
Замість глобуса можлива квіточка, або щось інше, як підкаже фантазія. Серійне виробництво таких іграшок налагоджено, але ціни нікого не тішать. На просторах або експрес мені зустрівся такий набір деталей,
який є електронною начинкою підставки. Ціна питання - 1,5 тисячі рублів, якщо обрано "Seller`s metod".
За підсумками спілкування з продавцем, , та інструкцію з налаштування китайською мовою. Що мене особливо зворушило, продавець надав посилання на відео, де фахівець все докладно розповідає також китайською. Тим часом, зібрана конструкція вимагає грамотної та копіткої налагодження, «відразу» її запустити не реально. Ось чому я вирішив збагатити рунет інструкцією російською.
Отже, по порядку. Друковану плату робили в дуже хорошому місці, як виявилося, вона навіть чотиришарова, що зайве. Якість виконання на висоті та шовкографії все намальовано тлумачно та докладно. Насамперед зручніше впаяти датчики Холла, причому дуже важливо розташувати їх правильно. Фото крупним планом додається.
Чутлива поверхня датчиків має опинитися на половині висоти соленоїдів.
Третій датчик, який вигнутий буквою «Г», можна підняти трохи вище. Його становище, до речі, не є особливо критичним — він служить для автоматичного включення харчування.
Я б рекомендував кріпити соленоїди так, щоб висновки від початку обмотки виявилися зверху. Так вони рівні встануть, і ризик замикання менший. Чотири соленоїди утворюють квадрат, необхідно попарно з'єднати діагоналі. На моїй платі одна діагональ була позначена X1, Y1, а інша X2, Y2.
Не факт, що вам трапиться така сама. Важливим є принцип: беремо діагональ, внутрішні висновки котушок з'єднуємо разом, зовнішні — у схему. Магнітні поля, створювані кожною з пар котушок мають бути протилежними.
Чотири стовпчики постійних магнітів необхідно кріпити так, щоб вони дивилися в одну сторону. Не важливо, північним чи південним полюсом, важливо, щоб не на різнобій.
Після цього спокійно розуміємось на деталях і встромляємо їх згідно шовкографії. Лудіння та металізація чудові, паяти таку плату — одне задоволення.
Тепер настав час поринути в роботу електронної схеми.
Трохи окремо розташований вузол J3 – U5A – Q5. Елемент J3 - це той датчик Холла, який вище за всіх і на загнутих ногах. Це не що інше, як автомат увімкнення живлення пристрою. Датчик J3 визначає сам факт наявності поплавця над усією конструкцією. Поставили поплавець — харчування увімкнулося. Прибрали – вимкнулося. Це дуже логічно, оскільки без поплавця робота схеми втрачає сенс.
Якщо не подавати харчування, поплавець намертво прилипає до одного з магнітних стовпчиків. Звертаю увагу: це правильно, так і має бути. Поплавець має бути повернутий саме цією стороною. Відштовхуватись він починає лише тоді, коли знаходиться строго по центру конструкції. Але доки електроніка не працює, він неминуче звалюється на одну з вершин квадрата.
Регулятор влаштований так: дві симетричні половини, два диференціальні підсилювачі, кожен отримує сигнал від свого датчика Холла і керує H-мостом, навантаженням якому служить пара соленоїдів.
Один з підсилювачів LM324, наприклад, U1D приймає сигнал датчика J1, два інших U1B і U1C служать драйверами H-моста, утвореного транзисторами Q1, Q2, Q3, Q4. Поки поплавець знаходиться в центрі квадрата, підсилювач U1D повинен бути в балансі, і обидва плечі H-моста закриті. Ледве поплавець зміщується у бік одного з соленоїдів, змінюється сигнал із датчика J1, якась половинка H-моста відкривається, і соленоїди індукують протилежні магнітні поля. Той, який ближче до поплавця, повинен його відштовхувати. а який далі – навпаки, притягувати. В результаті поплавець іде туди, звідки прийшов. Якщо поплавець відлетить назад занадто сильно, буде відкрито інше плече H-моста, полярність живлення пари соленоїдів зміниться, і поплавець знову піде до центру.
Друга діагональ на транзисторах Q6, Q7, Q8, Q9 Працює так само. Зрозуміло, якщо наплутати фазування котушок або монтаж датчиків, все буде зовсім не так, і пристрій не працюватиме.
Але хто вам заважає зібрати все правильно?
Тепер, коли ми розібралися в електронній схемі, питання про налаштування прояснилося.
Треба закріпити поплавець у центрі, і встановити двигуни потенціометрів R10 і R22 таким чином, щоб обидва плечі обох H-мостів були закриті. Ну, скажімо, «закріпити» — це я погарячкував, напевно можна потримати поплавець руками, точніше, однією рукою, а другою рукою крутити почергово два багатооборотні резистори. Як з'ясувалося, ці резистори неспроста багатооборотні — буквально півоберта на одному з них, і налаштування злітає. Звідки ростуть мої руки - секрет, але на дотик я не зміг вловити змін поведінки поплавця в залежності від положення двигуна потенціометра. Наважусь припустити, що розробник зазнавав таких же труднощів, а тому передбачив на платі дві такі перемички.
Бачите вгорі ліворуч і праворуч два джампери? Вони розривають ланцюг між парою соленоїдів та H-мостом. Користь від них двояка: прибравши одну з перемичок, можна геть-чисто відключити одну з діагоналей, а ввімкнувши замість іншої амперметр, можна бачити, в якому стані знаходиться H-міст іншої діагоналі.
Як ліричний відступ зауважу, що якщо на обох діагоналях H-мости виявляться повністю відкритими - споживаний струм може досягати трьох ампер. У таких умовах транзистору Q5 буде дуже непросто залишитися живим. На щастя, короткочасно він таке навантаження витримує, але ж вам треба крутити два багатооборотні резистори, причому заздалегідь невідомо, куди.
Так що для попереднього налаштування я рекомендую возитися з кожною діагоналлю окремо: другу вимикати джампером, щоб Q5 не димив.
Оскільки струм, що проходить через соленоїди, може змінювати напрямок, китайці мають у господарстві такі амперметри, у яких стрілка стоїть вертикально посередині шкали. А тому їм добре і комфортно: висмикують джампери, встромляють амперметри в розриви, і спокійно крутять резистори доти, доки стрілки не підуть у нулі.
Мені довелося одну перемичку залишати відкритою, а в розрив іншою включати старий радянський тестер в режимі амперметра з межею виміру на 10 ампер. Якщо струм виявлявся зворотним, тестер глухо зашкалював ліворуч, і я терпляче крутив гвинтик, поки тестер не повертався до нуля. Тільки так і вдалося зробити попереднє налаштування. Далі можна було включити обидві діагоналі, та підганяти регулювання, домагаючись максимальної стійкості поплавця. Також можна контролювати загальний струм, який споживається пристроєм: чим він менший. тим точніше налаштування.
За звичкою корпус левітрону я надрукував на 3D принтері. Вийшло не настільки красиво, як у готовій іграшці за десять тисяч, але мене цікавив технічний принцип, а не естетика.
Джерело: habr.com