LEWITACJA ULTRADŹWIĘKOWA Maszyna z wykorzystaniem ARDUINO: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

To bardzo interesujące zobaczyć coś unoszącego się w powietrzu lub wolnej przestrzeni, jak statki kosmiczne obcych. o to właśnie chodzi w projekcie antygrawitacyjnym. Obiekt (w zasadzie mały kawałek papieru lub termokolu) umieszcza się pomiędzy dwoma przetwornikami ultradźwiękowymi, które generują akustyczne fale dźwiękowe. Obiekt unosi się w powietrzu z powodu tych fal, które wydają się być antygrawitacyjne.

w tym samouczku omówmy lewitację ultradźwiękową i zbudujmy maszynę do lewitacji za pomocą Arduino

Krok 1: Jak to możliwe?

Aby zrozumieć, jak działa lewitacja akustyczna, najpierw musisz wiedzieć trochę o grawitacji, powietrzu i dźwięku. Po pierwsze, grawitacja to siła, która powoduje, że obiekty przyciągają się nawzajem. Ogromny obiekt, taki jak Ziemia, z łatwością przyciąga obiekty znajdujące się blisko niego, takie jak jabłka zwisające z drzew. Naukowcy nie zdecydowali dokładnie, co powoduje to przyciąganie, ale uważają, że istnieje ono wszędzie we wszechświecie.

Po drugie, powietrze jest płynem, który zachowuje się zasadniczo tak samo jak ciecze. Podobnie jak ciecze, powietrze składa się z mikroskopijnych cząsteczek, które poruszają się względem siebie. Powietrze również porusza się jak woda – w rzeczywistości niektóre testy aerodynamiczne odbywają się pod wodą, a nie w powietrzu. Cząsteczki w gazach, takie jak te, które tworzą powietrze, są po prostu dalej od siebie i poruszają się szybciej niż cząstki w cieczach.

Po trzecie, dźwięk jest wibracją, która przemieszcza się przez medium, takie jak gaz, ciecz lub ciało stałe. jeśli uderzysz w dzwon, dzwon wibruje w powietrzu. Gdy jedna strona dzwonu się wysuwa, popycha cząsteczki powietrza obok siebie, zwiększając ciśnienie w tym obszarze powietrza. Ten obszar wyższego ciśnienia to kompresja. Gdy bok dzwonu cofa się, rozrywa cząsteczki, tworząc obszar o niższym ciśnieniu zwany rozrzedzeniem. Bez tego ruchu cząsteczek dźwięk nie mógłby się przemieszczać, dlatego w próżni nie ma dźwięku.

lewitator akustyczny

Podstawowy lewitator akustyczny składa się z dwóch głównych części – przetwornika, będącego wibrującą powierzchnią, która wytwarza dźwięk, oraz reflektora. Często przetwornik i odbłyśnik mają wklęsłe powierzchnie, które pomagają skupić dźwięk. Fala dźwiękowa oddala się od przetwornika i odbija się od reflektora. Trzy podstawowe właściwości tej wędrującej, odbijającej fali pozwalają na unoszenie obiektów w powietrzu.

kiedy fala dźwiękowa odbija się od powierzchni, interakcja między jej ściskaniem a rozrzedzeniem powoduje zakłócenia. Uciski, które odpowiadają innym uciskom wzmacniają się nawzajem, a uciski, które odpowiadają za rozrzedzenie, równoważą się nawzajem. Czasami odbicie i interferencja mogą się łączyć, tworząc falę stojącą. Fale stojące wydają się przesuwać w przód iw tył lub wibrować segmentami, zamiast przemieszczać się z miejsca na miejsce. Ta iluzja bezruchu jest tym, co nazywa fale stojące. Stojące fale dźwiękowe mają określone węzły lub obszary o minimalnym ciśnieniu i antywęzły, czyli obszary maksymalnego ciśnienia. Węzły fali stojącej są przyczyną lewitacji akustycznej.

Umieszczając odbłyśnik w odpowiedniej odległości od przetwornika, lewitator akustyczny tworzy falę stojącą. Gdy kierunek fali jest równoległy do przyciągania grawitacji, części fali stojącej mają stałe ciśnienie skierowane w dół, a inne mają stałe ciśnienie skierowane w górę. Węzły mają bardzo małą presję.

abyśmy mogli umieszczać tam małe przedmioty i lewitować

Krok 2: Potrzebne komponenty

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Moduł ultradźwiękowy HC-SR04
• L239d Moduł mostka H L298
• Wspólna płytka drukowana
• Bateria 7.4 v lub zasilacz
• Przewód łączący.

Krok 3: Schemat obwodu

zasada działania obwodu jest bardzo prosta. Głównym elementem tego projektu jest Arduino, układ scalony sterujący silnikiem L298 i przetwornik ultradźwiękowy pobrane z modułu czujnika ultradźwiękowego HCSR04. Generalnie czujnik ultradźwiękowy przesyła falę akustyczną o częstotliwości sygnału od 25 kHz do 50 kHz, a w tym projekcie używamy przetwornika ultradźwiękowego HCSR04. Te fale ultradźwiękowe tworzą fale stojące z węzłami i antywęzłami.

Częstotliwość robocza tego przetwornika ultradźwiękowego wynosi 40 kHz. Tak więc celem użycia Arduino i tego małego fragmentu kodu jest wygenerowanie sygnału oscylacyjnego o wysokiej częstotliwości 40 kHz dla mojego czujnika ultradźwiękowego lub przetwornika, a impuls ten jest podawany na wejście sterownika silnika pojedynkowego IC L293D (z pinów Arduino A0 i A1) do sterowania przetwornikiem ultradźwiękowym. Na koniec stosujemy ten sygnał oscylacyjny o wysokiej częstotliwości 40 kHz wraz z napięciem sterującym przez układ napędowy (zwykle 7,4 V) na przetworniku ultradźwiękowym. W wyniku czego przetwornik ultradźwiękowy wytwarza akustyczne fale dźwiękowe. Umieściliśmy dwa przetworniki naprzeciw siebie w taki sposób, aby między nimi pozostała przestrzeń. Akustyczne fale dźwiękowe przemieszczają się między dwoma przetwornikami i umożliwiają unoszenie się obiektu. Obejrzyj wideo. Więcej informacji wszystko wyjaśnione w tym filmie

Krok 4: Wykonanie przetwornika

Najpierw musimy wylutować nadajnik i odbiornik z modułu ultradźwiękowego. Zdejmij również osłonę ochronną, a następnie podłącz do niej długie przewody. Następnie umieść nadajnik i odbiornik jeden na drugim pamiętaj, że położenie przetworników ultradźwiękowych jest bardzo ważne. Powinny być skierowane do siebie w przeciwnych kierunkach, co jest bardzo ważne, i powinny znajdować się w tej samej linii, aby ultradźwiękowe fale dźwiękowe mogły przemieszczać się i przecinać w przeciwnych kierunkach. Do tego użyłem arkusza piankowego, orzechów i botów

Proszę obejrzeć film o tworzeniu, aby uzyskać lepsze zrozumienie

Krok 5: Programowanie

Kodowanie jest bardzo proste, zaledwie kilka linijek. Używając tego małego kodu za pomocą funkcji timera i przerwań, ustawiamy wysoki lub niski (0 / 1) i generujemy sygnał oscylacyjny 40 kHz do pinów wyjściowych Arduino A0 i A1.

pobierz kod Arduino stąd

Krok 6: Połączenia

podłącz wszystko zgodnie ze schematem połączeń

pamiętaj, aby połączyć obie masy razem

Krok 7: Ważne rzeczy i ulepszenia

Umieszczenie przetwornika jest bardzo ważne, więc staraj się umieścić go we właściwej pozycji

Możemy podnosić tylko małe kawałki lekkich przedmiotów, takich jak termokol i papier

Powinien zapewniać co najmniej 2 ampery prądu

Następnie próbowałem lewitować duże obiekty, aby najpierw zwiększyć liczbę nie. Nadajników i odbiorników, które nie działały. Więc następnie próbowałem z wysokim napięciem, które również nie powiodło się.

Ulepszenia

Później zrozumiałem, że zawiodłem z powodu. Rozmieszczenie przetworników Jeśli używamy wielu nadajników, to powinniśmy ustawić w strukturze Curvy.

Krok 8: Dzięki

Wszelkie wątpliwości Skomentuj poniżej