Простая ультразвуковая акустическая левитация с использованием ультразвукового датчика arduino и hcsr04

Очень интересно видеть что-то парящее в воздухе или в свободном пространстве, и это именно то, о чем идет речь в антигравитационном проекте. Объект (в основном небольшой лист бумаги или термоколь) помещается между двумя ультразвуковыми преобразователями, которые генерируют акустические звуковые волны. Объект парит в воздухе из-за этих волн, которые кажутся антигравитационными. Это не только круто выглядящий проект с левитацией Arduino, но и имеет множество практических приложений. Исследователи работают над ультразвуковым роботизированным захватом, который работает очень похоже на этот, и эти захваты могут быть полезны при перемещении объектов, не касаясь их.

Компонент Требуется

• Ардуино Уно / Ардуино Нано ATMEGA328P
• Ультразвуковой модуль HC-SR04
• IC или L239d H-мостовой модуль L239D
• Доска Vero Пунктирная Vero
• Диод 4007
• Конденсатор (PF) 104

Дополнительные требования к источнику питания от 8 до 12 В

• Регулятор напряжения LM 7809
• Источник питания светодиодного драйвера 12V 2Amp

Дополнительные материалы: некоторые соединительные провода, штекерный разъем, перемычка между гнездом и гнездом

Схема ультразвуковой левитации

Полная схема Arduino Levitation показана ниже, а принцип работы схемы очень прост. Основным компонентом этого проекта является Arduino, ИС для привода двигателя L239D и ультразвуковой преобразователь, собранные из модуля ультразвукового датчика HCSR04. Как правило, ультразвуковой датчик передает акустическую волну частотного сигнала от 25 кГц до 50 кГц, и в этом проекте мы используем ультразвуковой преобразователь HCSR04. Ранее мы реализовали множество проектов ультразвуковых датчиков, в которых HCSR04 в основном используется для измерения расстояния. В этом проекте мы выпаяли преобразователь из модуля.

Согласно паспорту, рабочая частота этого ультразвукового преобразователя составляет 40 кГц. Итак, цель использования Arduino и этого небольшого фрагмента кода - генерировать высокочастотный колебательный сигнал 40 кГц для моего ультразвукового датчика или преобразователя, и этот импульс подается на вход IC L239D драйвера дуэльного двигателя (выводы 2 и 6 от Arduino Контакты A0 и A1) для управления ультразвуковым преобразователем. Наконец, мы применяем этот высокочастотный колебательный сигнал с частотой 40 кГц вместе с управляющим напряжением через управляющую ИС (обычно напряжение от 8 до 12 подается на 8- ^й вывод L239D IC, Vcc2) на ультразвуковой преобразователь. В результате ультразвуковой преобразователь создает акустические звуковые волны.. Мы поместили два преобразователя лицом к лицу в противоположном направлении таким образом, чтобы между ними оставалось некоторое пространство. Акустические звуковые волны проходят между двумя преобразователями и позволяют объекту плавать.

Обратите внимание, что L293D имеет двойной вход напряжения, один предназначен для питания самой IC, которая питается от Arduino 5 В в этом проекте, а другой Vcc2 (8- ^й) применяется для напряжения управления выходным компонентом, и этот вывод VCC может принимать до 36 В. Эта ИС имеет 2 контакта включения, 4 контакта ввода-вывода, 4 контакта заземления. Концепция использования этой ИС исходит из концепции использования микроконтроллера и этой микросхемы, где мы можем изменять направление и скорость двух двигателей индивидуально, просто предоставляя логический или цифровой сигнал от микроконтроллера.

В этой схеме мы используем только два входа микросхемы L293D: входной контакт 1 (2) и входной контакт 2 (7). Чтобы включить эти два контакта, мы должны поддерживать высокий уровень на контакте 1 IC Enable, поэтому мы подключили этот контакт к контакту 16 IC, который является входом Vcc 1, чтобы узнать больше, следуйте таблице данных L293D.

Использование конденсатора 100 нФ является необязательным, чтобы просто удерживать питание IC, а в качестве источника питания мы используем драйвер светодиода 12 В 2 А, затем понижаем напряжение до 9 В с помощью микросхемы регулятора напряжения LM7809 и подаем на 8- ^й контакт L139D с общей массой. Согласно форуму Arduino, Cc и Arduino, плата Arduino UNO поддерживает входное напряжение от 7 до 12 вольт, но безопаснее поставить 9V Max.

Программирование Arduino для ультразвуковой левитации

Кодировка очень проста, всего несколько строк. Используя этот небольшой код с помощью таймера и функций прерывания, мы устанавливаем высокий или низкий (0/1) и генерируем колебательный сигнал 40 кГц на выходные контакты Arduino A0 и A1.

Сначала начнем с массива фазового сдвига.

байт TP = 0b10101010;

И каждый второй порт получает этот противоположный сигнал. После этого при настройке void мы определяем все аналоговые порты как выход, используя эту строку кода.

DDRC = 0b11111111;

Затем мы инициализируем таймер 1 и отключаем все прерывания, чтобы установить их равными нулю.

По этому коду

noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Затем первый таймер настраивается на запуск тактовой частоты прерывания сравнения на частоте 80 кГц. Arduino работает на частоте 16000000 МГц ÷ 200 = 80000 кГц, прямоугольные волны генерируются с использованием этой функции.

OCR1A = 200; TCCR1B - = (1 << WGM12); TCCR1B - = (1 << CS10);

После этого эта строка активируется, сравните прерывание таймера.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

И, наконец, активируйте прерывание с помощью этого фрагмента кода.

прерывания ();

Каждое прерывание меняет состояние аналоговых портов на противоположное, это превращает прямоугольный сигнал 80 кГц в полноволновой циклический сигнал с частотой 40 кГц. Затем мы отправляем значение на выход Arduino A0 и порт A1.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Инвертируем TP для следующего прогона}

И нечего ставить или бегать под петли.

Создание установки ультразвуковой левитации

Обратите внимание, что для этого проекта важна правильная установка ультразвуковых преобразователей. Они должны быть обращены друг к другу в противоположном направлении, что очень важно, и они должны находиться на одной линии, чтобы ультразвуковые звуковые волны могли распространяться и пересекаться друг с другом в противоположных направлениях. Для этого можно взять два небольших куска дерева или ДВП, гайку-болт и клей. Вы можете проделать два отверстия, чтобы датчик точно поместился на сверлильном станке. На подставку можно повесить установку ультразвукового преобразователя.

В этом случае я использовал два куска картона, а затем закрепил ультразвуковой преобразователь с помощью клея из клеевого пистолета. Позже для изготовления подставки я использовал простую коробку для электропроводки и закрепил все клеем.

Вот несколько фотографий ультразвуковой левитации, которые показывают работу проекта.

Ультразвуковая левитация или акустическая левитация также работают, если на одной стороне установлен ультразвуковой преобразователь, но в этом случае потребуется отражатель, который будет действовать как препятствие, чтобы его можно было использовать в ховерборде в будущем и при транспортировке против гравитации. Вы также можете посмотреть полное рабочее видео ниже.

Надеюсь, вы поняли проект и вам понравилось создавать что-то интересное. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже, вы также можете использовать наш форум для других технических вопросов.