Enkel ultralyds akustisk levitation ved hjælp af arduino og hcsr04 ultralydssensor

Det er meget spændende at se noget flyde i luften eller i det frie rum, der er præcis, hvad et anti-tyngdekraft projekt handler om. Objektet (dybest set et lille stykke papir eller termokol) placeres mellem to ultralydstransducere, der genererer akustiske lydbølger. Objektet svæver i luften på grund af disse bølger, der ser ud til at være af tyngdekraft. Dette er ikke kun et sejt Arduino levitation projekt, men det har også mange praktiske anvendelser. Forskere arbejder på Ultrasonic Robotic Grippers, som fungerer meget lig dette, og disse grippers kan være nyttige til at flytte genstande uden at røre ved dem.

Komponent påkrævet

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

Yderligere krav til 8v til 12v strømforsyning

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

Yderligere materiale: Noget tilslutningstråd, mandhoved, hun til hun-jumpertråd

Ultralyds Levitation Circuit Diagram

Det komplette Arduino Levitation-kredsløb er vist nedenfor, og arbejdsprincippet for kredsløbet er meget simpelt. Hovedkomponenten i dette projekt er en Arduino-, L239D-motordrevet IC og ultralydstransducer indsamlet fra ultralydssensormodulet HCSR04. Generelt transmitterer ultralydssensoren en akustisk bølge af et frekvenssignal mellem 25 kHz og 50 kHz, og i dette projekt bruger vi HCSR04 ultralydstransducer. Vi har tidligere bygget mange ultralydssensorprojekter, hvor HCSR04 primært bruges til at måle afstand. I dette projekt har vi loddet transduceren ud fra modulet.

Ifølge databladet er denne ultralydstransducers arbejdsfrekvens 40 kHz. Så formålet med at bruge Arduino og dette lille stykke kode er at generere et 40KHz højfrekvent svingningssignal til min ultralydssensor eller transducer, og denne puls påføres input af duelmotordriveren IC L239D (Pin 2 & 6 fra Arduino A0 & A1-ben) til at drive ultralydstransduceren. Endelig anvender vi denne højfrekvente 40 kHz svingning signal sammen med kørsel spænding gennem kørsel IC (typisk 8 til 12 spænding angivet på 8 ^th pin af L239D IC, Vcc2) på ultralydstransduceren. Som et resultat af hvilken ultralydstransducer producerer akustiske lydbølger. Vi placerede to transducere ansigt til ansigt i den modsatte retning på en sådan måde, at der er noget mellemrum mellem dem. Akustiske lydbølger bevæger sig mellem to transducere og lader objektet flyde.

Bemærk, at L293D har dobbelt spændingsindgang, den ene er at tænde selve IC'en, som får strøm fra Arduino 5v i dette projekt, og en anden Vcc2 (8. ^th), der anvendes til outputkomponents drivspænding, og denne VCC-pin kan acceptere op til 36v. Denne IC har 2 aktiverede ben, 4 input-output pins, 4 jordben. Konceptet med at bruge denne IC kommer fra konceptet med at bruge en mikrocontroller og denne chip, hvor vi kan ændre retning og hastighed på 2 motorer individuelt ved blot at give et logisk eller digitalt signal fra mikrocontrolleren.

I dette kredsløb bruger vi kun to indgange på IC L293D, input pin 1 (2) og input pin 2 (7). For at aktivere disse to ben skal vi holde IC Enable PIN 1 høj, så vi skød denne pin til IC pin 16, som er input Vcc 1, hvis du vil vide mere, skal du følge L293D-databladet.

Brugen af en 100nF kondensator er valgfri for bare holde IC magt og som en strømforsyning, bruger vi en 12V 2Amp LED-driver, så drop spændingen til 9V hjælp Voltage regulator IC LM7809 og levering til 8 ^th pin af L139D med fælles grunde. Ifølge Arduino-, Cc- og Arduino-forumet understøtter Arduino UNO-styret 7 til 12 volt input, men det er sikrere at sætte 9V Max.

Programmering af Arduino til ultralyds levitation

Kodningen er meget enkel, kun med få linjer. Ved hjælp af denne lille kode ved hjælp af en timer og afbrydelsesfunktioner laver vi højt eller lavt (0/1) og genererer et oscillerende signal på 40 KHz til Arduino A0 og A1 output-pins.

Start først med et faseforskydningsarray.

byte TP = 0b10101010;

Og hver anden port modtager dette modsatte signal. Derefter under ugyldig opsætning definerer vi alle de analoge porte som et output ved hjælp af denne kodelinje.

DDRC = 0b11111111;

Derefter initialiserer vi timeren 1 og deaktiverer al afbrydelse for at indstille som nul.

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

Derefter er timer en konfigureret til at udløse et sammenligningsafbrydelsesur ved 80 KHz. Arduino kører ved 16000000 MHz ÷ 200 = 80.000 kHz genereres firkantbølger ved hjælp af denne funktion.

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

Derefter aktiveres denne linje, sammenlign timer-afbrydelse.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

Og endelig, aktiver afbrydelse ved hjælp af dette stykke kode.

afbryder ()

Hver afbrydelse vender tilstanden til de analoge porte, dette omdanner 80 kHz firkantbølgesignal til et fuldbølge-cyklus-signal ved 40 KHz. Og så sender vi værdien til Arduino output A0 og A1 port.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Inverter TP til næste kørsel}

Og der er intet at sætte eller behov for at løbe under løkkerne.

Opbygning af Ultrasonic Levitation Setup

Bemærk, at det for dette projekt er vigtigt at montere ultralydstransducere korrekt. De skal vende mod hinanden i den modsatte retning, hvilket er meget vigtigt, og de skal være i samme linje, så ultralydsbølger kan bevæge sig og krydse hinanden i modsatte retninger. Til dette kan du tage to små stykker træ eller MD-plade, møtrikbolt og lim. Du kan lave to huller, der passer perfekt til transduceren ved boremaskinen. På stativet kan du hænge ultralydstransducerarrangementet.

I dette tilfælde brugte jeg to stykker pap og fikset derefter ultralydstransducer ved hjælp af lim fra limpistolen. Senere brugte jeg en simpel kabler til kabler til fastgørelse af stativet og fikserede alt med lim.

Her er nogle billeder af ultralyds levitation, der viser projektets funktion.

Ultralyds levitation eller akustisk levitation fungerer også, hvis den ene side er monteret med ultralydstransduceren, men i det tilfælde er det nødvendigt med en reflektor, der fungerer som en hindring, så den kan bruges i hoverboard i fremtiden og tyngdekraftstransport. Du kan også tjekke den komplette arbejdsvideo nedenfor.

Jeg håber du forstod projektet og nød at bygge noget sjovt. Hvis du har spørgsmål, bedes du lade dem være i kommentarfeltet nedenfor, du kan også bruge vores fora til andre tekniske spørgsmål.