Ultraschallschwebemaschine mit ARDUINO - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

Es ist sehr interessant, etwas in der Luft oder im freien Raum schweben zu sehen, wie außerirdische Raumschiffe. Genau darum geht es bei einem Anti-Schwerkraft-Projekt. Das Objekt (im Grunde ein kleines Stück Papier oder Thermofolie) wird zwischen zwei Ultraschallwandler gelegt, die akustische Schallwellen erzeugen. Das Objekt schwebt aufgrund dieser Wellen, die scheinbar gegen die Schwerkraft sind, in der Luft.

In diesem Tutorial besprechen wir die Ultraschall-Levitation und bauen eine Levitationsmaschine mit Arduino

Schritt 1: Wie ist das möglich?

Um zu verstehen, wie akustische Levitation funktioniert, müssen Sie zunächst etwas über Schwerkraft, Luft und Schall wissen. Erstens ist die Schwerkraft eine Kraft, die bewirkt, dass sich Objekte gegenseitig anziehen. Ein riesiges Objekt wie die Erde zieht leicht Objekte an, die sich ihm nähern, wie Äpfel, die von Bäumen hängen. Wissenschaftler haben nicht genau entschieden, was diese Anziehungskraft verursacht, aber sie glauben, dass sie überall im Universum existiert.

Zweitens ist die Luft ein Fluid, das sich im Wesentlichen genauso verhält wie Flüssigkeiten. Luft besteht wie Flüssigkeiten aus mikroskopisch kleinen Partikeln, die sich relativ zueinander bewegen. Luft bewegt sich auch wie Wasser – tatsächlich finden einige aerodynamische Tests statt in der Luft unter Wasser statt. Die Partikel in Gasen, wie in der Luft, sind einfach weiter voneinander entfernt und bewegen sich schneller als die Partikel in Flüssigkeiten.

Drittens ist der Schall eine Schwingung, die sich durch ein Medium wie ein Gas, eine Flüssigkeit oder einen festen Gegenstand ausbreitet. Wenn Sie eine Glocke anschlagen, vibriert die Glocke in der Luft. Wenn sich eine Seite der Glocke nach außen bewegt, drückt sie die Luftmoleküle daneben und erhöht den Druck in diesem Bereich der Luft. Dieser Bereich höheren Drucks ist eine Kompression. Wenn sich die Seite der Glocke zurückbewegt, zieht sie die Moleküle auseinander, wodurch ein Bereich mit niedrigerem Druck entsteht, der als Verdünnung bezeichnet wird. Ohne diese Bewegung der Moleküle könnte sich der Schall nicht ausbreiten, weshalb es im Vakuum keinen Schall gibt.

akustischer Schwebekörper

Ein grundlegender akustischer Levitator besteht aus zwei Hauptteilen – einem Wandler, der eine vibrierende Oberfläche ist, die den Ton erzeugt, und einem Reflektor. Oft haben der Wandler und der Reflektor konkave Oberflächen, um den Schall zu fokussieren. Eine Schallwelle breitet sich vom Wandler weg und prallt vom Reflektor ab. Drei grundlegende Eigenschaften dieser wandernden, reflektierenden Welle helfen ihr, Objekte in der Luft zu schweben.

Wenn eine Schallwelle von einer Oberfläche reflektiert wird, verursacht die Wechselwirkung zwischen ihren Kompressionen und Verdünnungen Interferenzen. Kompressionen, die anderen Kompressionen entsprechen, verstärken sich gegenseitig, und Kompressionen, die Verdünnungen erfüllen, gleichen sich gegenseitig aus. Manchmal können sich Reflexion und Interferenz zu einer stehenden Welle kombinieren. Stehende Wellen scheinen sich in Segmenten hin und her zu bewegen oder zu vibrieren, anstatt sich von Ort zu Ort zu bewegen. Diese Illusion der Stille gibt stehenden Wellen ihren Namen. Stehende Schallwellen haben definierte Knoten oder Bereiche mit minimalem Druck und Bäuche oder Bereiche mit maximalem Druck. Die Knoten einer stehenden Welle sind der Grund für die akustische Levitation.

Indem ein Reflektor im richtigen Abstand von einem Wandler platziert wird, erzeugt der akustische Levitator eine stehende Welle. Wenn die Welle parallel zur Schwerkraft ausgerichtet ist, haben Teile der stehenden Welle einen konstanten Druck nach unten und andere einen konstanten Druck nach oben. Die Knoten haben sehr wenig Druck.

damit wir kleine Gegenstände dort platzieren und schweben können

Schritt 2: Benötigte Komponenten

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ultraschallmodul HC-SR04
• L239d H-Brückenmodul L298
• Gemeinsame Leiterplatte
• 7,4 V Batterie oder Netzteil
• Verbindungsdraht.

Schritt 3: Schaltplan

Das Funktionsprinzip der Schaltung ist sehr einfach. Die Hauptkomponente dieses Projekts ist ein Arduino, ein L298-Motortreiber-IC und ein Ultraschallwandler, der vom Ultraschallsensormodul HCSR04 gesammelt wird. Im Allgemeinen sendet der Ultraschallsensor eine akustische Welle mit einem Frequenzsignal zwischen 25 kHz und 50 kHz, und in diesem Projekt verwenden wir den Ultraschallwandler HCSR04. Diese Ultraschallwellen bilden die stehenden Wellen mit Knoten und Bäuchen.

Die Arbeitsfrequenz dieses Ultraschallwandlers beträgt 40 kHz. Der Zweck der Verwendung von Arduino und diesem kleinen Codestück besteht also darin, ein 40-KHz-Hochfrequenz-Oszillationssignal für meinen Ultraschallsensor oder -wandler zu erzeugen, und dieser Impuls wird an den Eingang des Duell-Motortreibers IC L293D (von Arduino A0 & A1 Pins) angelegt) um den Ultraschallwandler anzutreiben. Schließlich legen wir dieses hochfrequente 40-KHz-Oszillationssignal zusammen mit der Ansteuerspannung über den Ansteuer-IC (typischerweise 7,4 V) am Ultraschallwandler an. Dadurch erzeugt der Ultraschallwandler akustische Schallwellen. Wir haben zwei Wandler in entgegengesetzter Richtung so platziert, dass zwischen ihnen etwas Platz bleibt. Akustische Schallwellen wandern zwischen zwei Wandlern und lassen das Objekt schweben. Bitte sehen Sie sich das Video an. Mehr Informationen alles in diesem Video erklärt

Schritt 4: Herstellung des Wandlers

Zuerst müssen wir den Sender und Empfänger vom Ultraschallmodul entlöten. Entfernen Sie auch die Schutzabdeckung und schließen Sie lange Drähte daran an. Stellen Sie dann Sender und Empfänger übereinander. Denken Sie daran, die Position der Ultraschallwandler ist sehr wichtig. Sie sollten sich in entgegengesetzter Richtung gegenüberstehen, was sehr wichtig ist, und sie sollten in derselben Linie liegen, damit sich Ultraschallwellen ausbreiten und sich in entgegengesetzte Richtungen schneiden können. Dafür habe ich Schaumstoffplatten, Nüsse und Bots verwendet

Bitte sehen Sie sich das Herstellungsvideo zum besseren Verständnis an

Schritt 5: Programmierung

Die Codierung ist sehr einfach, nur aus wenigen Zeilen. Mit diesem kleinen Code mit Hilfe eines Timers und Interrupt-Funktionen machen wir High oder Low (0 / 1) und erzeugen ein oszillierendes Signal von 40 kHz an Arduino A0- und A1-Ausgangspins.

Laden Sie hier Arduino-Code herunter

Schritt 6: Verbindungen

alles nach Schaltplan anschließen

Denken Sie daran, beide Gründe miteinander zu verbinden

Schritt 7: Wichtige Dinge und Verbesserungen

Die Platzierung des Schallkopfs ist sehr wichtig, also versuchen Sie ihn in der richtigen Position zu platzieren

Wir können nur kleine Stücke von leichten Gegenständen wie Thermocol und Papier heben

Sollte mindestens 2 Ampere Strom liefern

Als nächstes habe ich versucht, große Objekte zu schweben, dafür erhöhe ich zuerst die Anzahl. Von Sendern und Empfängern, die nicht funktionierten. Als nächstes habe ich es mit Hochspannung versucht, das ist auch fehlgeschlagen.

Verbesserungen

Später habe ich verstanden, dass ich daran gescheitert bin. Anordnung der Wandler Wenn wir mehrere Sender verwenden, sollten wir eine Curvy-Struktur bilden.

Schritt 8: Danke

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