Аппарат ультразвуковой левитации под управлением Aрдуино - Своими руками
Своими руками

Аппарат ультразвуковой левитации под управлением Aрдуино

>

Аппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноИнтересный проект имитирующий левитацию сделала группа самодельщиков с ником EDISON SCIENCE CORNER.
Устройство работает с использованием двух ультразвуковых датчиков направленны друг к другу.
Инструменты и материалы:
-Ардуино Уно;
-Ультразвуковой модуль HC-SR04;
-Модуль L298N;
-Макетная плата;
-Аккумулятор 7,4 В;
-Провода;
-Паяльное оборудование;
Аппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноШаг первый: как это работает
Чтобы понять, как работает акустическая левитация, сначала нужно немного узнать о гравитации, воздухе и звуке.* Во-первых, гравитация — это сила, заставляющая объекты притягиваться друг к другу. Огромный объект, такой как Земля, легко притягивает к себе объекты, находящиеся рядом, например, яблоки, свисающие с деревьев. Ученые не пришли к единому мнению, что именно вызывает силу притяжения, но они считают, что она существует повсюду во Вселенной.
Во-вторых, воздух — это жидкость, которая ведет себя практически так же, как жидкости. Как и жидкости, воздух состоит из микроскопических частиц, которые движутся относительно друг друга. Воздух также движется, как и вода — на самом деле, некоторые аэродинамические испытания проводятся под водой, а не в воздухе. Частицы в газах, как и те, что составляют воздух, просто находятся дальше друг от друга и движутся быстрее, чем частицы в жидкостях.
В-третьих, звук — это вибрация, которая распространяется через среду, например, газ, жидкость или твердый объект. Если ударить в колокольчик, он завибрирует в воздухе.

* В утверждении авторов есть спорные моменты, но это их личное мнение.
Акустический левитатор состоит из двух основных частей — преобразователя, который представляет собой вибрирующую поверхность, издающую звук, и отражателя. Часто преобразователь и отражатель имеют вогнутые поверхности, помогающие сфокусировать звук. Звуковая волна распространяется от преобразователя и отражается от отражателя. Свойства этой бегущей отражающей волны помогают ей «подвешивать» объекты в воздухе.

Когда звуковая волна отражается от поверхности, взаимодействие между ее сжатием и разрежением вызывает интерференцию. Сжатия, которые встречаются с другими сжатиями, усиливают друг друга, а сжатия, которые встречаются с разрежением, уравновешивают друг друга. Иногда отражение и интерференция могут образовывать стоячую волну. Кажется, что стоячие волны движутся вперед и назад или колеблются сегментами, а не перемещаются с места на место. Эта иллюзия неподвижности и дает название стоячим волнам.

Стоячие звуковые волны имеют определенные узлы или области минимального давления и пучности или области максимального давления. Узлы стоячей волны являются причиной акустической левитации.

Размещая отражатель на правильном расстоянии от преобразователя, акустический левитатор создает стоячую волну. Когда ориентация волны параллельна силе тяжести, части стоячей волны имеют постоянное давление вниз, а другие — постоянное давление вверх. Помещая между ними какой-то небольшой легкий предмет, мы и имеем эффект левитации.
Аппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноШаг второй: схема
Принцип работы схемы очень прост. Основным компонентами этого проекта является Arduino, драйвер двигателя L298 и ультразвуковой преобразователь, собранный из модуля ультразвукового датчика HCSR04. Как правило, ультразвуковой датчик передает акустическую волну на частоте от 25 кГц до 50 кГц. Эти ультразвуковые волны создают стоячие волны с узлами и пучностями.

Рабочая частота данного ультразвукового преобразователя составляет 40 кГц.
Итак, цель использования Arduino состоит в том, чтобы генерировать высокочастотный колебательный сигнал 40 кГц для ультразвукового датчика или преобразователя, и этот импульс подается на вход IC L293D драйвера двигателя (от контактов Arduino A0 и A1 ) для управления ультразвуковым преобразователем. В результате ультразвуковой преобразователь производит акустические звуковые волны.
Аппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноШаг третий: изготовление преобразователя
Сначала нужно демонтировать ультразвуковые датчики. Затем нужно снять защитный колпачок и нарастить провода.
Дальше отрезаем две пластинки от платы. Сверлим отверстие под винт. Ультразвуковые датчики размещаем на концах плат.

Положение ультразвуковых преобразователей очень важно. Они должны быть обращены друг к другу и они должны находиться на одной линии, чтобы ультразвуковые звуковые волны могли распространяться и пересекаться друг с другом в противоположных направлениях.
Аппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноШаг четвертый: сборка
Дальше нужно закачать на Ардуино код. Используя этот код с помощью таймера и функций прерывания генерируется сигнал 40 кГц на выходные контакты Arduino A0 и A1.
Код можно скачать здесь.
Собираем устройство согласно схемы.
Аппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноАппарат ультразвуковой левитации под управлением AрдуиноШаг пятый: работа аппарата и улучшения
Размещение датчика очень важно, поэтому нужно постараться установить его в правильном положении.
Мощность устройства небольшая и «работать» оно будет только с небольшими легкими предметами, например, бумагой или пенопластом.
Для питания устройства нужен ток не менее 2 А.

Устройство рабочее, а вот попытка сделать более мощный аппарат, для более тяжелых предметов, не удалась.
Работу устройства, а также его сборку можно посмотреть на видео.

SitesReady

Только те, кто предпринимают абсурдные попытки, смогут достичь невозможного. - Альберт Эйнштейн

Follow us

Don't be shy, get in touch. We love meeting interesting people and making new friends.