Schwebende LED - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ich und mein Team machten uns daran, eine beleuchtete LED zum Schweben zu bringen. Nach kurzem Googeln bin ich auf ein Video von SparkFun Electronics gestoßen, das hier zu finden ist, auf dem wir unser Design aufbauen. Unser Licht schwebt mit einem Elektromagneten über dem Licht. Wir haben uns für dieses Design entschieden, weil es nur einen Elektromagneten benötigt, um die LED zum Schweben zu bringen. Um die drahtlose Energieübertragung zu erreichen, haben wir eine Primärspule verwendet, die an der Unterseite des Schwebeelektromagneten befestigt ist, und eine Sekundärspule, die an die LED gelötet ist. Das LED-Modul verfügt über eine weiße LED, eine Sekundärspule und einen starken Permanentmagneten. Ich habe die Struktur entworfen und alle Teile in 3D gedruckt.

Schritt 1: Entwerfen der Struktur

Ich habe Solidworks verwendet, um die Struktur zu entwerfen. Die Basis soll eine Leiterplatte aufnehmen. Es gibt Tunnel durch die Basis, Beine und Oberteile, um Drähte zu verlegen. Wir hatten keine Zeit, eine Platine bedrucken zu lassen, so dass der Platinenausschnitt ungenutzt blieb.

Schritt 2: Wickeln des Elektromagneten

Um den Elektromagneten aufzuwickeln, haben wir mit einer Bohrmaschine einen Bolzen mit Unterlegscheiben als Barrieren gedreht. Wir gingen sehr langsam, um sicherzustellen, dass sich der Draht nicht überlappte. Es hat lange gedauert, es so zu machen. Ich denke, es wäre in Ordnung, viel Zeit zu sparen und beim Wickeln weniger vorsichtig mit Überlappungen zu sein. Wir haben geschätzt, dass der Elektromagnet 1500 Umdrehungen hat.

Schritt 3: Netzteile

Zum Testen haben wir ein variables DC-Netzteil verwendet. Nachdem alles funktioniert hatte, habe ich ein altes 19-V-Laptopsladegerät und einen 12-V-Spannungsregler verwendet, um die 12-V-Schiene mit Strom zu versorgen. Ich habe einen 5-V-Regler vom Ausgang des 12-V-Reglers verwendet, um die 5-V-Schiene mit Strom zu versorgen. Es ist sehr wichtig, alle Ihre Gründe miteinander zu verbinden. Wir hatten Probleme mit unseren Schaltungen, bevor wir dies taten. Wir haben Kondensatoren an den 12-V- und 5-V-Netzteilen verwendet, um jegliches Rauschen in den Stromschienen auf der Platine zu reduzieren.

Schritt 4: Schwebekreislauf

Der Schwebekreislauf ist der schwierigste Teil dieses Projekts. Magnetschweben wird unter Verwendung eines Hall-Effekt-Sensors zum Beurteilen des Abstands vom Permanentmagneten zum Elektromagneten und einer Komparatorschaltung zum Ein- oder Ausschalten des Elektromagneten erreicht. Wenn der Sensor ein stärkeres Magnetfeld empfängt, gibt der Sensor eine niedrigere Spannung aus. Diese Spannung wird mit einer einstellbaren Spannung verglichen, die von einem Potentiometer kommt. Wir haben einen Operationsverstärker verwendet, um die beiden Spannungen zu vergleichen. Der Ausgang des Operationsverstärkers schaltet einen N-Kanal-Mosfet ein oder aus, damit Strom durch den Elektromagneten fließen kann. Wenn der Permanentmagnet (an der LED befestigt) zu nah am Elektromagneten ist, wo er vom Elektromagneten angesaugt wird, schaltet sich der Elektromagnet aus, und wenn er zu weit entfernt ist, wo er aus der Schwebe fallen würde, wird der Elektromagnet anmachen. Wenn ein Gleichgewicht gefunden ist, schaltet sich der Elektromagnet sehr schnell ein und aus, fängt den Magneten ein und gibt ihn wieder frei, sodass er schweben kann. Mit dem Potentiometer kann die Schwebestrecke des Magneten eingestellt werden.

Im Oszilloskop-Bildschirmbild sehen Sie das Signal vom Hall-Effekt-Sensorausgang und das Ein- und Ausschalten des Magneten. Wenn sich die LED dem Sensor nähert, nimmt die gelbe Linie zu. Wenn der Magnet auf der grünen Linie ist, ist niedrig. Wenn es ausgeschaltet ist, ist die grüne Linie hoch.

Abhängig von der Umgebung und dem, was Sie als Wellenformgenerator verwenden, müssen Sie möglicherweise einen kleinen Kondensator vom Sensorausgang zur Erde hinzufügen. Dadurch kann der größte Teil des Rauschens direkt auf Masse geleitet werden und das saubere Signal des Sensors vom Operationsverstärker verwendet werden.

Schritt 5: Drahtloser Stromkreis

Um die drahtlose Energieübertragung zu handhaben, haben wir eine Primärspule von 25 Windungen mit einem 24-Gauge-Magnetdraht um den Sensorhalter gewickelt. Wir machten dann eine Sekundärspule, indem wir einen 32-Gauge-Magnetdraht für 25 Umdrehungen um ein Papierrohr wickelten. Sobald es gewickelt war, zogen wir die Spule vom Papier und löteten sie an eine LED. Stellen Sie sicher, dass Sie die Emaillebeschichtung des Magnetdrahts entfernen, wo Sie löten.

Wir haben einen Rechteckwellengenerator bei 1 MHz verwendet, um einen MOSFET ein- und auszuschalten, der Strom durch die Primärspule von 0 bis 12 V bei 1 MHz fließen lässt. Zum Testen haben wir eine Analog Discovery für einen Funktionsgenerator verwendet. Die endgültige Version verwendet eine 555-Timer-Rechteckwellengeneratorschaltung, um den MOSFET zu schalten. Diese Schaltung erzeugte jedoch eine Menge Rauschen, das die Stromschienen störte. Ich habe eine mit Aluminiumfolie ausgekleidete Box hergestellt, die einen Teiler hat, um den Wellengenerator und die Schwebeschaltung zu trennen. Dadurch wurde die Geräuschentwicklung deutlich reduziert.

Schritt 6: Montage

Ich habe Chroma Strand Labs ABS verwendet, um die Basis und die Beine in 3D zu drucken. Die Beine haben sich beim Drucken zu stark verzogen, daher habe ich mit Chroma Strand Labs PETg erneut gedruckt. Das PETg verzog sich sehr wenig. Alle Teile passen ohne die Verwendung von Klebstoff zusammen. Wir mussten ein paar Kerben darin schneiden, um zusätzlichen Abstand für die Drähte zu schaffen. Möglicherweise müssen Sie die Bereiche abschleifen, die andere Teile berühren, um eine lockerere Passform zu ermöglichen.

Wir planen, eine Platine bedrucken zu lassen und die Bauteile so anzulöten, dass alles in den Platinenausschnitt passt.