Enkel ultralyd akustisk levitasjon ved hjelp av arduino og hcsr04 ultralydsensor

Det er veldig spennende å se noe flyte i luften eller ledig plass som er akkurat det et tyngdekraftsprosjekt handler om. Objektet (i utgangspunktet et lite stykke papir eller termokolade) plasseres mellom to ultralydstransdusere som genererer akustiske lydbølger. Objektet flyter i luften på grunn av disse bølgene som ser ut til å være anti-tyngdekraften. Dette er ikke bare et kult utseende Arduino levitasjonsprosjekt, men det har også mange praktiske anvendelser. Forskere jobber med Ultrasonic Robotic Grippers, som fungerer veldig likt dette, og disse gripperne kan være nyttige i bevegelse av gjenstander uten å berøre dem.

Komponent påkrevd

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ultralydsmodul HC-SR04
• IC eller L239d H-bromodul L239D
• Vero Board Prikket Vero
• Diode 4007
• Kondensator (PF) 104

Tilleggskrav til 8 v til 12 v strømforsyning

• Spenningsregulator LM 7809
• Led Driver Strømforsyning 12V 2Amp

Tilleggsmateriale: Noe oppkoblingstråd, mannlig overskrift, kvinnelig til kvinnelig hoppetråd

Ultralyds levitasjonskretsdiagram

Den komplette Arduino Levitation-kretsen er vist nedenfor, og arbeidsprinsippet til kretsen er veldig enkelt. Hovedkomponenten i dette prosjektet er en Arduino, L239D motordrivende IC og ultralydtransduser samlet fra ultralydsensormodulen HCSR04. Generelt overfører ultralydsensoren en akustisk bølge av et frekvenssignal mellom 25 kHz og 50 kHz, og i dette prosjektet bruker vi HCSR04 ultralydtransduser. Vi har tidligere bygget mange ultralydssensorprosjekter der HCSR04 primært brukes til å måle avstand. I dette prosjektet har vi loddet ut svingeren ut fra modulen.

I følge databladet er arbeidsfrekvensen for denne ultralydtransduseren 40 kHz. Så, formålet med å bruke Arduino og denne lille koden er å generere et 40 KHz høyfrekvent oscillasjonssignal for ultralydssensoren eller transduseren min, og denne pulsen påføres inngangen til duellmotordriveren IC L239D (Pin 2 og 6 fra Arduino A0 & A1-pinner) for å drive ultralydtransduseren. Til slutt, bruker vi disse høyfrekvente 40kHz oscillasjonssignal sammen med drivspenning via driv IC (typisk 8 til 12 spenningen som leveres på 8 ^th pinnen av L239D IC, Vcc2) på den ultrasoniske transduceren. Som et resultat av hvilken ultralydtransduser produserer akustiske lydbølger. Vi plasserte to transdusere ansikt til ansikt i motsatt retning på en slik måte at det er igjen litt mellomrom mellom dem. Akustiske lydbølger beveger seg mellom to transdusere og lar objektet flyte.

Vær oppmerksom på at L293D har dobbel spenningsinngang, den ene er å drive selve IC-en, som får strøm fra Arduino 5v i dette prosjektet, og en annen Vcc2 (8. ^th) påført utgangskomponentens drivspenning, og denne VCC-pinnen kan akseptere opptil 36v. Denne ICen har 2 aktiveringspinner, 4 inngangsutgangspinner, 4 bakkepinner. Konseptet med å bruke denne IC kommer fra konseptet med å bruke en mikrokontroller og denne brikken der vi kan endre retning og hastighet på to motorer individuelt ved bare å gi et logisk eller digitalt signal fra mikrokontrolleren.

I denne kretsen bruker vi bare to innganger av IC L293D, inngangsstift 1 (2) og inngangsstift 2 (7). For å aktivere disse to pinnene, må vi holde IC Enable PIN 1 høy, så vi skjøt denne pinnen til IC pin 16 som er inngang Vcc 1, for å vite mer, følg L293D databladet.

Bruken av en 100nF kondensator er valgfri for bare holde IC kraft og som en strømforsyning, bruker vi en 12V 2Amp LED driveren, og deretter slippe spenningen til 9v ved bruk Spenningsregulator IC LM7809 og tilførsel til 8 ^th tapp av L139D med felles grunnlag. I følge Arduino-, Cc- og Arduino-forumet støtter Arduino UNO-styret 7 til 12 volt inngang, men det er tryggere å sette 9V Max.

Programmering av Arduino for ultralyds levitasjon

Kodingen er veldig enkel, bare med få linjer. Ved å bruke denne lille koden ved hjelp av en tidtaker og avbrytingsfunksjoner, lager vi høyt eller lavt (0/1) og genererer et oscillerende signal på 40 KHz til Arduino A0 og A1 utgangspinner.

Først begynner du med et faseskift.

byte TP = 0b10101010;

Og annenhver port mottar dette motsatte signalet. Etter det under ugyldig oppsett, definerer vi alle de analoge portene som en utgang ved hjelp av denne kodelinjen.

DDRC = 0b11111111;

Deretter initialiserer vi timeren 1 og deaktiverer alle avbrudd for å sette som null.

Ved denne koden, noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Deretter er tidtakeren konfigurert til å utløse en sammenligningsavbruddsklokke ved 80 KHz. Arduino kjører ved 16000000 MHz ÷ 200 = 80.000 kHz firkantbølger genereres ved hjelp av denne funksjonen.

OCR1A = 200; TCCR1B - = (1 << WGM12); TCCR1B - = (1 << CS10);

Etter det aktiveres denne linjen, sammenlign timeravbrudd.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

Og til slutt, aktiver avbryt ved hjelp av denne koden.

avbryter ();

Hver avbrudd reverserer tilstanden til de analoge portene, dette gjør 80 kHz firkantbølgesignal til et fullbølgesyklus ved 40 KHz. Og så sender vi verdien til Arduino-utgang A0 og A1-port.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Inverter TP for neste løp}

Og det er ingenting å sette eller behov for å løpe under løkkene.

Bygging av ultralyds levitasjonsoppsett

Vær oppmerksom på at riktig montering av ultralydtransdusere er viktig for dette prosjektet. De skal vende mot hverandre i motsatt retning, noe som er veldig viktig, og de skal være i samme linje slik at ultralydbølger kan bevege seg og krysse hverandre i motsatt retning. For dette kan du ta to små trebiter eller MD-kort, mutterbolt og lim. Du kan lage to hull som passer perfekt til svingeren ved boremaskinen. På stativet kan du henge opp ultrasonisk svingeroppstilling.

I dette tilfellet brukte jeg to stykker papp og deretter fikset ultralydtransduser ved hjelp av lim fra limpistolen. Senere, for å lage stativet, brukte jeg en enkel ledningsdekselboks og fikset alt med lim.

Her er noen bilder av ultralyds levitasjon som viser hvordan prosjektet fungerer.

Ultralyds levitasjon eller akustisk levitasjon fungerer også hvis den ene siden er montert med ultralydtransduseren, men i så fall vil det være behov for en reflektor, som vil fungere som en hindring, slik at den kan brukes i hoverboard i fremtiden og tyngdekraftstransport. Du kan også sjekke ut den komplette arbeidsvideoen nedenfor.

Jeg håper du forsto prosjektet og likte å bygge noe morsomt. Hvis du har spørsmål, kan du legge dem igjen i kommentarfeltet nedenfor. Du kan også bruke forumene våre for andre tekniske spørsmål.