Hướng dẫn công nghệ nam châm bay lơ lững | Việt Machine

♦ Bạn có thể mua Full bộ kit tự lắp ráp: Tại đây

HƯỚNG DẪN CỘNG NGHỆ NAM CHÂM BAY LƠ LỮNG – ĐỆM TỪ TRƯỜNG

Bước 1: Video hướng dẫn

Hãy xem đoạn video ở trên để xem nhanh cách làm đệm từ trường .

Xin lưu ý rằng hướng dẫn trong video rất đơn giản. Bạn cần nhìn vào video và làm theo tất cả các bước dưới đây để đảm bảo bạn có thể làm cho chậu cây của bạn có thể bay.

Bước 2: Cách hoạt động

Một đệm từ trường bao gồm hai phần, phần đế và khung lơ lững.

1. Phần đế

• Phần này nằm ở phía dưới, gồm nam châm để tạo ra một từ trường và nam châm điện để điều khiển từ trường đó.
• Mỗi nam châm có hai cực: bắc và nam. Các thí nghiệm cho thấy rằng khác cực hút nhau và cùng cực đẩy nhau. Bốn nam châm hình trụ được đặt trong một hình vuông và có cùng cực, tạo thành một từ trường để đẩy bất kỳ nam châm nào, có cùng cực và ở giữa chúng.
• Có bốn nam châm điện tất cả, chúng được thành một hình vuông, hai nam châm đối xứng là một cặp và từ trường của chúng luôn luôn là đối nhau.
• Cảm biến từ và mạch điều khiển các nam châm điện. Tạo các cực đối lập trên nam châm điện bằng cách cho dòng điện qua chúng.

2. Khung lơ lững

• Bao gồm một nam châm đặt trên phần đế, bạn có thể làm một cái khung nhựa cho nó.

Làm thế nào nó hoạt động?

Các nam châm hút trên khung lơ lững được nâng lên nhờ từ trường của nam châm hút phía dưới chính do chúng có cùng cực. Tuy nhiên nó có khuynh hướng quay trở lại để hút vào nam châm hút ở phần đế .
Để ngăn ngừa những nam châm từ xoay lại và hút vào phần đế, nam châm từ điện sẽ tạo ra từ trường để đẩy hoặc hút để cân đối nó, nhờ cảm ứng từ .
Các nam châm hút điện được tinh chỉnh và điều khiển theo hai trục X và Y, hiệu quả là nam châm hút trên được giữ cân đối với đế .
Để tinh chỉnh và điều khiển nam châm hút điện bạn phải có kiến ​ ​ thức về bộ tinh chỉnh và điều khiển PID .

Bước 3: Bộ điều khiển PID

PID là gì? 
Từ Wikipedia : “Bộ điều khiển PID và bộ điều khiển tỷ lệ vi tích phân” là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp và một loạt các ứng dụng khác yêu cầu điều khiển được điều chỉnh liên tục. {\ displaystyle e (t)} là sự khác biệt giữa điểm đặt mong muốn (SP) và giá trị đo được (PV) và áp dụng hiệu chỉnh dựa trên tỷ lệ, tích phân và đạo hàm (ký hiệu P, I và D tương ứng). ”

Một cách đơn thuần để hiểu : “ Một bộ điều khiển và tinh chỉnh PID giám sát giá trị ‘ sai số ’ là sự sai khác giữa [ Input ] đo và điểm đặt mong ước. Bộ điều khiển và tinh chỉnh cố gắng nỗ lực giảm thiểu sai số bằng cách kiểm soát và điều chỉnh [ đầu ra ]. ”
Vì vậy, bạn khai báo với PID nguồn vào đo lường và thống kê, nơi bạn muốn giám sát ( “ Setpoint ”, ) và biến để kiểm soát và điều chỉnh làm cho điều đó xảy ra ( “ đầu ra ”. )
Hiểu rõ hơn về PID trong Youtube :

Trong dự án này:

1. Input là giá trị thời gian thực hiện tại từ cảm biến hall, được cập nhật liên tục vì vị trí của nam châm lơ lững sẽ thay đổi theo thời gian thực.
2. Điểm đặt (Setpoint)là giá trị từ cảm biến Hall, được đo khi nam châm lơ lững ở vị trí cân bằng, ở giữa đế. Giá trị này được cố định và không thay đổi theo thời gian.
3. Output là tốc độ để điều khiển nam châm điện.

Tải thư viện Arduino PID tại https://playground.arduino.cc/Code/PIDLibrary
Chúng ta cần sử dụng một vài bộ tinh chỉnh và điều khiển PID trong Arduino, một cho trục X và một cho trục Y .

Bước 4: Danh sách linh kiện cần thiết

Bước 5: Công cụ

Dưới đây là list những công cụ, thường được sử dụng bởi bất kể ai .

• Cây hàn
• Cưa tay
• Đồng hồ vạn năng
• Thiết bị điều khiển Scew
• Osilloscope (bạn có thể sử dụng vạn năng thay thế)
• Bảng khoan
• Súng bắn keo nóng
• Kìm điện tử

Bước 6: Bộ điều khiển LM324 Opamp, L298N và SS495a

LM324 Op-amp

Các bộ khuếch đại hoạt động giải trí ( op-amps ) là 1 số ít mạch quan trọng, được sử dụng thoáng đãng và linh động nhất lúc bấy giờ .
Chúng tôi sử dụng opamp để khuếch đại tín hiệu từ cảm ứng từ, mục tiêu là tăng độ nhạy để arduino thuận tiện nhận ra sự biến hóa của từ trường. Khi chỉ biến hóa một vài mV ở đầu ra của cảm ứng từ, sau khi qua bộ khuếch đại nó hoàn toàn có thể biến hóa thành vài trăm mV trong Arduino. Điều này là thiết yếu để giữ cho bộ tinh chỉnh và điều khiển PID không thay đổi .
LM324 có 4 bộ khuếch đại, được cho phép bạn sử dụng linh động, tuy nhiên trong dự án Bất Động Sản này, tôi chỉ cần hai bộ khuếch đại, một cho trục X và một cho trục Y .

Mô-đun L298N

L298N thường được sử dụng trong tinh chỉnh và điều khiển vận tốc và hướng của hai động cơ DC, hoặc tinh chỉnh và điều khiển một động cơ bước lưỡng cực một cách thuận tiện. Mô-đun L298N hoàn toàn có thể được sử dụng với động cơ có điện áp từ 5 đến 35V DC .
Ngoài ra còn có một bộ kiểm soát và điều chỉnh 5V trên board, vì thế nếu điện áp phân phối của bạn lên đến 12V bạn cũng hoàn toàn có thể lấy ra nguồn 5V từ board .
Trong dự án Bất Động Sản này, tôi đã sử dụng L298N để tinh chỉnh và điều khiển hai cặp cuộn dây điện từ và sử dụng đầu ra 5V để cấp nguồn cho cảm ứng Arduino .
Sơ đồ mô-đun :

• Out 2: cặp nam châm điện X
• Out 3: cặp nam châm điện Y
• Cung cấp điện đầu vào: dc 12v đầu vào
• GND: Mặt đất
• 5v: 5v đầu ra cho Arduino và cảm biến từ
• EnA: Bật tín hiệu PWM cho Out 2
• In1: Bật tính hiệu out 2
• In2: Bật tính năng Out 2
• In3: Bật tính năng Out 3
• In4: Bật tính năng Out 3
• EnB: Bật tín hiệu PWM cho Out 3

Đấu nối với Arduino : tất cả chúng ta cần vô hiệu 2 bộ nối trong chân EnA và EnB, sau đó nối 6 chân In1, In2, In3, In4, EnA, EnB với Arduino. Chi tiết trong bước tiếp theo .

Cảm biến Từ SS495a

SS495a là cảm ứng Từ với đầu ra analog .
Lưu ý sự độc lạ giữa đầu ra analog và đầu ra digital, bạn không hề sử dụng cảm ứng với đầu ra digital trong dự án Bất Động Sản này, vì nó chỉ có hai trạng thái 1 hoặc 0, vì thế bạn không hề đo đầu ra của từ trường .
Một cảm ứng analog sẽ trả về một dải điện áp từ 250 mV đến Vcc, mà bạn hoàn toàn có thể đọc với Đầu vào analog của Arduino .

Bước 7: Chuẩn bị phần đế

Tôi sử dụng một chậu đất sét nhỏ với đường kính 3 3/4 “, thường được sử dụng để trồng hoa hoặc xương rồng. Bạn cũng hoàn toàn có thể sử dụng đồ vật khác .
Sử dụng một mũi khoan 8 mm để tạo ra một lỗ gần đáy chậu, được sử dụng để giữ giắc DC .

Bước 8: In 3D khung lơ lững

In 3d

In khung lơ lững đựng nam châm từ bằng tập tin STL tại đây. Bạn hoàn toàn có thể đặt in giá rẻ tại đây .

Cắt laser

Cắt hai miếng nhựa với tập tin mà tôi đã đính kèm dưới dạng AcrylicLaserCut. dwg. Đây là một tập tin autocad .
Miếng nhựa được sử dụng để tương hỗ nam châm từ và nam châm từ điện, phần còn lại để bao trùm mặt phẳng của chậu .
AcrylicLaserCut. dwg

Bước 9: Chuẩn bị mô-đun cảm biến Từ SS495a

Cắt breadboard pcb thành hai mảnh, một mảnh để đính kèm cảm biến từ và mảnh còn lại để gắn mạch LM324.

Gắn cảm ứng từ vuông góc với pcb. Lưu ý hai mặt cảm ứng xoay với nhau, hàn cố định và thắt chặt .
Sử dụng những dây để nối hai chân VCC của những cảm ứng với nhau, làm tựa như với những chân GND. Các chân đầu ra là riêng không liên quan gì đến nhau .

Bước 10: Mạch Opamp

Hàn khung IC và những điện trở để pcb theo sơ đồ, quan tâm đặt hai chiết áp trong cùng một hướng để kiểm soát và điều chỉnh thuận tiện .
Gắn LM324 vào khung IC, sau đó nối hai đầu ra của mô-đun cảm ứng từ với mạch op-amp .
Hai dây đầu ra LM324 nối với Arduino. Đầu vào 12V nối với đầu vào 12V của mô-đun L298N, đầu ra 5V của mô-đun L298N được nối với 5V của chiết áp .

Bước 11: Lắp ráp nam châm điện

Lắp ráp những nam châm từ điện lên tấm nhựa, cố định và thắt chặt chúng tại bốn lỗ gần TT. Vặn những vít để tránh vận động và di chuyển .
Bởi vì nam châm hút điện đối xứng xuyên qua tâm, chúng luôn ở cực ngược nhau, sao cho những dây bên trong nam châm từ điện được nối với nhau, những dây ở bên ngoài của nam châm từ điện được nối với L298N .
Kéo dây xuống dưới tấm nhựa thông qua những lỗ gần đó để nối với L298N .

Lời khuyên: Dây đồng được phủ một lớp cách điện, vì vậy bạn phải tháo nó bằng dao trước khi bạn có thể hàn chúng lại với nhau, hãy sử dụng Ống co nhiệt sau khi hàn.

Bước 12: Gắn mô-đun cảm biến và nam châm

Sử dụng keo nóng để dán mô-đun cảm ứng giữa nam châm từ điện, một ở phía trước và một ở mặt sau .
Bước tiếp theo là lắp ráp những nam châm hút trên tấm nhựa. Kết hợp hai nam châm hút D15 * 4 mm và nam châm từ D15 * 3 mm với nhau để tạo thành một hình tròn trụ, nam châm từ và nam châm hút điện có cùng chiều cao .
Lắp ráp những nam châm từ giữa những cặp nam châm hút điện, quan tâm những cực của mặt trên nam châm hút phải giống nhau .

Bước 13: Đầu cắm nguồn DC và đầu ra 5V L298N

Hàn giắc nguồn DC với hai dây nối lại bằng ống co nhiệt. Giắc nguồn DC được nối với nguồn vào của mô-đun L298N, đầu ra 5V của nó sẽ cấp nguồn cho Arduino .

Bước 14: L298N và Arduino

Nối mô-đun L298N với Arduino theo sơ đồ trên .

L298N ===> Arduino

Out 5V = ==> VCC
GND = ==> GND
EnA = ==> 7
In1 = ==> 6
In2 = ==> 5
In3 = ==> 4
In4 = ==> 3
EnB = ==> 2

 Bước 15: Nối Arduino Pro Mini

Vì Arduino pro mini không có bất kể cổng tiếp nối đuôi nhau nào, bạn cần nối một serial port bên ngoài .
FTDI Basic sẽ được sử dụng để lập trình ( và cấp nguồn ) cho Pro Mini .

Bước 16: Chuẩn bị khung lơ lững

Gắn hai nam châm từ D35 * 5 với nhau để tăng từ tính .

Bước 17: Giá trị điểm đặt chuẩn

Tải chương trình ReadSetpoint. ino về Arduino. Chương trình này sẽ đọc những giá trị của cảm ứng từ và gửi nó đến máy tính trải qua cổng tiếp nối đuôi nhau. Mở cổng COM để xem nó .
Cắm 12V DC vào giắc nguồn DC, bạn hoàn toàn có thể sử dụng osilloscope để đọc giá trị cảm ứng .
Quan sát những giá trị trên màn hình hiển thị, kiểm soát và điều chỉnh bằng cách kiểm soát và điều chỉnh hai chiết áp. Giá trị tốt nhất là 560, lúc đó đầu ra của cảm ứng là khoảng chừng 2.5 V .
Sau khi thiết lập điểm đặt, đặt nam châm hút lơ lững phía trên phần đế và lắc nó để xem đổi khác điểm đặt trên màn hình hiển thị .

Mẹo: Đánh dấu cặp nam châm điện và chiết áp tương ứng trong trục X và Y để bạn có thể dễ dàng sửa chúng sau này.

ReadSetpoint. ino

Bước 18: Tải chương trình chính

Tải chương trình chính Levitation. ino .
Sử dụng keo để cố định và thắt chặt nam châm hút và giá đỡ nam châm từ, được in 3D trước đó .

Mẹo: Sau khi tải chương trình chính, bạn có thể thực hiện các điều chỉnh nhỏ trên bộ chiết áp để làm cho khung lơ lững cố định ở giữa.

Bước 20: Đặt tất cả cùng nhau

Đầu tiên gắn giắc nguồn DC vào chậu, sau đó đặt các phần còn lại vào chậu.

Cuối cùng, đặt tấm nhựa còn lại lên miệng chậu .

Bước 20: Chuẩn bị khung lơ lững

Gắn chậu gỗ vào mảnh nam châm lơ lững.
Tôi đã sử dụng một cây xương rồng nhỏ để trồng vào chậu. Bạn có thể sử dụng cây xương rồng hoặc hoa hoặc cây cảnh nhỏ nhỏ và nhẹ khác.

Bước 21: Hoàn thành và thưởng thức

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử