LED levitant: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Jo i el meu equip ens vam proposar fer un levitat LED encès. Després de poc temps fent un recorregut per Google, vaig trobar un vídeo de SparkFun Electronics, que es pot trobar aquí, en el qual basàvem el nostre disseny. La nostra llum levita amb un electroimant per sobre de la llum. Vam escollir aquest disseny perquè només requereix un electroimant per levitar el LED. Per aconseguir la transferència de potència sense fils, hem utilitzat una bobina primària connectada a la part inferior de l’electroimant de levitació i una bobina secundària soldada al LED. El mòdul LED té un LED blanc, una bobina secundària i un fort imant permanent. Vaig dissenyar l'estructura i vaig imprimir en 3D totes les parts.

Pas 1: dissenyar l'estructura

Vaig fer servir Solidworks per dissenyar l’estructura. La base està destinada a allotjar una placa de circuit imprès. Hi ha túnels a través de la base, les potes i les peces superiors per encaminar els cables. No vam tenir temps d’imprimir una placa de circuit, de manera que el tall de la placa de circuits va quedar inutilitzat.

Pas 2: Enrotllar l’electroimant

Per enrotllar l’electroimant, hem utilitzat un trepant elèctric per girar un cargol amb volanderes com a barreres. Vam anar molt a poc a poc per assegurar-nos que el cable no es superposés. Fer-ho d’aquesta manera va trigar molt de temps. Crec que estaria bé estalviar molt de temps i tenir menys precaució amb la superposició mentre es realitza. Es calcula que hi ha 1500 girs a l’electroimant.

Pas 3: fonts d'alimentació

Per fer proves, hem utilitzat una font d'alimentació de corrent continu. Després que tot funcionés, vaig utilitzar un carregador de portàtil de 19V i un regulador de tensió de 12V per subministrar energia al carril de 12V. He utilitzat un regulador de 5V des de la sortida del regulador de 12V per subministrar energia al carril de 5V. És molt important connectar tots els terrenys. Abans de fer això, teníem problemes amb els nostres circuits. Hem utilitzat condensadors de les fonts d’alimentació de 12V i 5V per reduir el soroll dels rails elèctrics de la placa.

Pas 4: Circuit de levitació

El circuit de levitació és la part més difícil d’aquest projecte. La levitació magnètica s’aconsegueix mitjançant un sensor d’efecte hall per jutjar la distància de l’imant permanent a l’electroimant i un circuit comparador per encendre o apagar l’electroimant. A mesura que el sensor rep un camp magnètic més fort, el sensor genera una tensió inferior. Aquesta tensió es compara amb una tensió ajustable provinent d’un potenciòmetre. Hem utilitzat un amplificador operacional per comparar les dues tensions. La sortida de l'amplificador operatiu activa o desactiva un mosfet de canal N per permetre que el corrent flueixi a través de l'electroimant. Quan l’imant permanent (unit al LED) està massa a prop de l’electroimant, on serà aspirat fins a l’ electroimant, l’electroimant s’apaga i, quan està massa lluny, on cauria fora de la levitació, l’electroimant s'encén. Quan es troba una balança, l’electroimant s’encén i s’apaga molt ràpidament, captant i deixant anar l’imant, cosa que li permet levitar. El potenciòmetre es pot utilitzar per ajustar la distància que mourà l'imant.

A la imatge de la pantalla de l’oscil·loscopi, podeu veure el senyal de la sortida del sensor d’efecte hall i l’imant que s’encén i s’apaga. A mesura que el LED s’acosta al sensor, la línia groga augmenta. Quan l'imant està a la línia verda és baixa. Quan està fora, la línia verda és alta.

Segons l'entorn i el que utilitzeu com a generador de formes d'ona, és possible que hàgiu d'afegir un condensador petit des de la sortida del sensor a terra. Això permetrà que la major part del soroll vagi directament a terra i que el senyal net del sensor sigui utilitzat per l’amplificador operacional.

Pas 5: circuit d'alimentació sense fils

Per gestionar la transferència de potència sense fils, vam embolicar una bobina primària de 25 voltes amb fil d’imant de calibre 24 al voltant del suport del sensor. Després vam fer una bobina secundària embolicant un fil d’imant de calibre 32 al voltant d’un tub de paper durant 25 voltes. Un cop embolicada, vam lliscar la bobina del paper i la vam soldar a un LED. Assegureu-vos d’eliminar el recobriment d’esmalt del cable d’imant on esteu soldant.

Hem utilitzat un generador d’ones quadrades a 1 MHz per activar i desactivar un MOSFET que permet que el corrent circuli per la bobina primària de 0 a 12V a 1 MHz. Per fer proves, hem utilitzat un descobriment analògic per a un generador de funcions. La versió final utilitza un circuit de generador d’ones quadrades amb temporitzador 555 per canviar el MOSFET. Tanmateix, aquest circuit va produir un munt de sorolls que interferien amb els rails elèctrics. Vaig fer una caixa folrada amb paper d'alumini que tenia un divisor per separar el generador d'ones i el circuit de levitació. Això va reduir significativament la quantitat de soroll.

Pas 6: Muntatge

He utilitzat Chroma Strand Labs ABS per imprimir en 3D la base i les potes. Les cames es deformaven massa mentre imprimia, així que vaig tornar a imprimir amb Chroma Strand Labs PETg. El PETg es va deformar molt poc. Totes les parts encaixen sense fer servir cola. Hem hagut de tallar-hi algunes osques per afegir més espai als cables. És possible que hagueu de polir les zones que entren en contacte amb altres peces per permetre un ajust més fluix.

Tenim previst imprimir una placa de circuit i soldar-ne els components perquè quedi tot dins del tall de la placa de circuit.