Simpleng ultrasonic acoustic levitation gamit ang arduino at hcsr04 ultrasonic sensor

Napakaganyak ng makita ang isang bagay na lumulutang sa hangin o libreng puwang na eksaktong tungkol sa isang proyekto laban sa gravity. Ang bagay (karaniwang isang maliit na piraso ng papel o thermocol) ay inilalagay sa pagitan ng dalawang mga ultrasonic transduser na bumubuo ng mga tunog ng tunog na tunog. Ang bagay ay lumulutang sa hangin dahil sa mga alon na ito na tila anti-gravity. Ito ay hindi lamang isang cool na pagtingin sa proyekto ng levitation ng Arduino, ngunit mayroon din itong maraming mga praktikal na aplikasyon. Ang mga mananaliksik ay nagtatrabaho sa Ultrasonic Robotic Grippers, na gumagana nang halos katulad nito, at ang mga griper na ito ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa paggalaw ng mga bagay nang hindi hinahawakan ang mga ito.

Kinakailangan ang Component

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ultrasonic Module HC-SR04
• IC o L239d H-Bridge Module L239D
• Vero Board Doted Vero
• Diode 4007
• Capacitor (PF) 104

Karagdagang Kinakailangan para sa 8v To 12v Power Supply

• Voltage Regulator LM 7809
• Pinangunahan ang Power Supply ng Driver 12V 2Amp

Karagdagang Materyal: Ang ilang kawit ng hookup, lalaking header, babae hanggang babaeng jumper wire

Diagram ng Ultrasonic Levitation Circuit

Ang kumpletong Arduino Levitation circuit ay ipinapakita sa ibaba at ang gumaganang prinsipyo ng circuit ay napaka-simple. Ang pangunahing bahagi ng proyektong ito ay isang Arduino, L239D motor na nagmamaneho ng IC, at ultrasonic transducer na nakolekta mula sa module ng ultrasonic sensor HCSR04. Pangkalahatan, ang ultrasonic sensor ay nagpapadala ng isang acoustic wave ng isang signal ng dalas sa pagitan ng 25khz hanggang 50 kHz, at sa proyektong ito, gumagamit kami ng HCSR04 ultrasonic transducer. Nakagawa na kami dati ng maraming mga proyekto ng ultrasonic sensor, kung saan ang HCSR04 ay pangunahing ginagamit upang sukatin ang distansya. Sa proyektong ito, na-solder namin ang transducer mula sa module.

Ayon sa datasheet, ang dalas ng pagtatrabaho ng ultrasonic transduser na ito ay 40 kHz. Kaya, ang layunin ng paggamit ng Arduino at ang maliit na piraso ng code na ito ay upang makabuo ng isang 40KHz high-frequency oscillation signal para sa aking ultrasonic sensor o transducer at ang pulso na ito ay inilapat sa pag-input ng duel motor driver na IC L239D (Pin 2 & 6 mula sa Arduino Mga A0 & A1 pin) upang himukin ang ultrasonic transducer. Sa wakas, inilalapat namin ang mataas na dalas na ito ng 40KHz oscillation signal kasama ang pagmamaneho ng boltahe sa pamamagitan ng pagmamaneho ng IC (karaniwang 8 to12 boltahe na ibinigay sa ^ika- 8 na pin ng L239D IC, Vcc2) sa transduser ng ultrasonic. Bilang isang resulta kung saan gumagawa ang ultrasonic transducer ng mga tunog ng tunog na tunog. Naglagay kami ng dalawang harapan ng transduser sa kabaligtaran na direksyon sa paraang may natitirang puwang sa pagitan nila. Ang mga tunog ng tunog na tunog ay naglalakbay sa pagitan ng dalawang transduser at pinapayagan ang bagay na lumutang.

Mangyaring tandaan na ang L293D ay may dalawahang pag-input ng boltahe, ang isa ay upang mapatakbo ang IC mismo, na pinalakas mula sa Arduino 5v sa proyektong ito at isa pang Vcc2 (8 ^th) na inilapat sa output voltage na pagmamaneho ng boltahe at ang VCC pin na ito ay maaaring tanggapin hanggang sa 36v. Ang IC na ito ay may 2 Paganahin ang mga pin, 4 na input-output pin, 4 na ground pin. Ang konsepto ng paggamit ng IC na ito ay nagmula sa konsepto ng paggamit ng isang microcontroller at ang chip na ito kung saan maaari nating baguhin ang direksyon at bilis ng 2 motor nang paisa-isa sa pamamagitan lamang ng pagbibigay ng isang lohikal o digital signal mula sa microcontroller.

Sa circuit na ito, gumagamit lamang kami ng dalawang mga input ng IC L293D, input pin 1 (2), at input pin 2 (7). Upang paganahin ang dalawang mga pin na ito, dapat nating panatilihing mataas ang IC Paganahin ang PIN 1, kaya kinunan namin ang pin na ito sa IC pin 16 na kung saan ay input Vcc 1, upang malaman ang higit pa, mangyaring sundin ang L293D Datasheet.

Ang paggamit ng isang 100nf capacitor ay opsyonal para sa paghawak lamang ng lakas ng IC at bilang isang supply ng kuryente, gumagamit kami ng 12V 2Amp LED driver, pagkatapos ay ihulog ang boltahe sa 9v gamit ang Voltage regulator IC LM7809 at ibigay sa ^ika- 8 na pin ng L139D na may mga karaniwang batayan. Ayon sa Arduino, Cc, at Arduino forum, sinusuportahan ng Arduino UNO board ang 7 hanggang 12 volts ng pag-input, ngunit mas ligtas na ilagay ang 9V Max.

Programming Arduino para sa Ultrasonic Levitation

Ang pag-coding ay napakasimple, sa kaunting mga linya lamang. Gamit ang maliit na code na ito sa tulong ng isang timer at makagambala ng mga pag-andar, gumagawa kami ng mataas o mababa (0/1) at bumubuo ng isang oscillating signal na 40Khz sa Arduino A0 at A1 output pin.

Una, magsimula sa isang phase shift array.

byte TP = 0b10101010;

At bawat segundo port ay tumatanggap ng kabaligtaran signal. Pagkatapos nito sa ilalim ng walang bisa na pag-set up, tinutukoy namin ang lahat ng mga analog port bilang isang output gamit ang linya ng code na ito.

DDRC = 0b11111111;

Pagkatapos ay ipasimuno namin ang timer 1 at huwag paganahin ang lahat ng makagambala upang maitakda bilang zero.

Sa pamamagitan ng code na ito, noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Pagkatapos, isa ang naka-configure upang mag-trigger ng isang ihambing ang nakakagambala na orasan sa 80KHZ. Ang Arduino ay tumatakbo sa 16000000 MHZ ÷ 200 = 80,000 kHz square waves na nabuo gamit ang pagpapaandar na ito.

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

Pagkatapos nito, ang linya na ito ay aktibo, ihambing ang timer makagambala.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

At sa wakas, buhayin ang abala gamit ang piraso ng code.

nakakagambala ();

Ang bawat makagambala ay binabaligtad ang estado ng mga analog port, pinapalitan nito ang 80 kHz square signal ng alon sa isang buong-alon na signal ng pagbibisikleta sa 40Khz. At pagkatapos ipadala namin ang halaga sa Arduino output A0 at A1 port.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Invert TP para sa susunod na pagtakbo}

At walang mailalagay o kinakailangan upang tumakbo sa ilalim ng mga loop.

Pagbuo ng Ultrason Levitation Setup

Mangyaring tandaan na para sa proyektong ito, ang wastong pag-mount ng mga ultrasonic transduser ay mahalaga. Dapat silang harapin ang bawat isa sa kabaligtaran na direksyon na napakahalaga at dapat ay nasa parehong linya sila upang ang mga ultrasonic sound wave ay maaaring maglakbay at mag-intersect sa bawat isa sa magkabilang direksyon. Para sa mga ito, maaari kang kumuha ng dalawang maliliit na piraso ng kahoy o MD board, nut bolt, at pandikit. Maaari kang gumawa ng dalawang butas upang ganap na magkasya ang transducer ng drill machine. Sa stand, maaari mong i-hang ang pag-aayos ng ultrasonic transducer.

Sa kasong ito, gumamit ako ng dalawang piraso ng karton at pagkatapos ay naayos ang ultrasonic Transducer sa tulong ng pandikit mula sa glue gun. Nang maglaon, para sa paggawa ng stand, gumamit ako ng isang simpleng mga kable ng casing at inayos ang lahat gamit ang pandikit.

Narito ang ilang mga larawan ng ultrasonic levitation na nagpapakita ng pagtatrabaho ng proyekto.

Gumagana din ang ultrasonic levitation o acoustic levitation kung ang isang panig ay naka-mount sa ultrasonic transducer ngunit isang reflector ang kakailanganin sa kasong iyon na kikilos bilang hadlang upang magamit ito sa hoverboard sa hinaharap at anti-gravity na transportasyon. Maaari mo ring suriin ang kumpletong gumaganang video sa ibaba.

Inaasahan kong naunawaan mo ang proyekto at nasiyahan sa pagbuo ng isang bagay na masaya. Kung mayroon kang anumang mga katanungan, mangyaring iwanan ang mga ito sa seksyon ng komento sa ibaba, maaari mo ring gamitin ang aming mga forum para sa iba pang mga teknikal na katanungan.