Không bắt buộc đến "siêu năng lực", bạn vẫn hoàn toàn có thể làm bé quay lơ lửng thân không trung một bí quyết kỳ diệu.


Những màn ảo thuật luôn thật thú vị phải không nào? Hôm nay, chúng tớ sẽ hướng dẫn các bạn giải pháp để thực hiện màn ảo thuật "con quay lơ lửng" - một vào những màn trình diễn kinh điển trong ứng dụng từ trường phái nam châm. Đầu tiên, hãy chuẩn bị 2 thỏi nam châm từ lớn (nam châm này những bạn tất cả thể lấy trong những thùng loa cũ), 3 mẩu đất sét, 3 nắp chai nhựa và một tấm kính, rồi thực hiện theo hình dưới đây.

Bạn đang xem: Cách làm nam châm lơ lửng



Tiếp theo là chế tạo nhỏ quay. Sử dụng một que gỗ cùng 3 nam châm từ nhỏ có lỗ ở giữa, rồi gắn bọn chúng lại với nhau. Hãy tự mình điều chỉnh kích cỡ của dây cuốn để bé quay bao gồm thể quay một biện pháp cân bằng.

Tiếp đến là quay con quay bên trên tấm kính đã chuẩn bị vừa nãy, rồi nâng tấm kính lên. để ý rằng phải đặt bé quay ở phần chính giữa nam châm.

Và bây giờ, họ đã có một bé quay lơ lửng rất ngoạn mục.

Cùng xem video dưới đây để thấy rõ hơn các bước thực hiện.

Nguyên lý của hiện tượng này thực ra rất đơn giản, đó đó là lực từ trường của phái mạnh châm. Trước lúc quay, các bạn cần đặt làm thế nào cho nam châm lớn cùng đỉnh xoay của nhỏ quay cùng cực, như hình vẽ thì đó là cực Bắc. Về mặt logic, lực đẩy giữa các nam châm hút sẽ khiến nhỏ quay lơ lửng tại điểm cân bằng với trọng lực của con quay. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra bởi vì sao con quay lại... Quay? trên thực tế, lúc lực con quay chậm lại do ma cạnh bên với không khí, nhỏ quay sẽ rơi xuống như hình dưới.
Đó là để ngăn quán triệt con tảo bị lộn ngược trở lại. Trong khi đỉnh con quay và nam châm hút lớn phía dưới đẩy nhau thì cực còn lại của nhỏ quay sẽ gồm xu hướng rơi xuống vày sự hấp dẫn trái dấu dưới tác động của trọng lực.
Do đó, lực tảo sẽ giúp phần trên của bé quay bao gồm một moment xoắn luân phiên theo hướng của từ trường, giữ cho con quay được cân bằng thay do lộn ngược trở lại cùng rơi xuống.
Con con quay sẽ ngừng lại sau một khoảng thời gian ngắn, bởi sự tác động của lực ma sát với không khí. Nếu bọn họ có thể thực hiện thí nghiệm trong môi trường chân không (không gồm không khí), con quay có thể cù vĩnh viễn.

Xin lưu ý rằng lí giải trong clip rất đối chọi giản. Bạn đề xuất nhìn vào clip 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 với khung lơ lững.

Phần đếPhần này nằm tại vị trí phía dưới, gồm nam châm hút để tạo thành một sóng ngắn và nam châm điện để tinh chỉnh từ trường đó.Mỗi nam châm hút có hai cực: bắc cùng nam. Các thí nghiệm cho thấy rằng khác cực hút nhau và cùng cực đẩy nhau. Bốn nam châm hút từ hình trụ được đặt trong một hình vuông và có cùng cực, sinh sản thành một từ trường để đẩy ngẫu nhiên nam châm nào, bao gồm cùng rất và trung tâm chúng.Có bốn nam châm điện vớ cả, chúng được thành một hình vuông, hai nam châm hút từ đối xứng là một trong những cặp với từ ngôi trường của chúng luôn luôn luôn là đối nhau.Cảm biến đổi từ cùng mạch điều khiển và tinh chỉnh các nam châm hút điện. Tạo các cực trái chiều trên nam châm hút từ điện bằng cách cho chiếc điện qua chúng.Khung lơ lữngBao bao gồm một phái nam châm để lên phần đế, chúng ta cũng có thể làm một cái khung nhựa cho nó.

Làm nuốm nào nó hoạt động?

Các nam châm từ trên khung lơ lững được nâng lên nhờ sóng ngắn của nam châm hút phía dưới cũng chính vì chúng bao gồm cùng cực. Tuy nhiên nó có xu thế quay quay trở lại để hút vào nam châm hút từ ở phần đế.

Để ngăn chặn các nam châm xoay lại với hút vào phần đế, nam châm hút từ điện sẽ tạo ra trường đoản cú trường để đẩy hoặc hút để cân bằng nó, nhờ cảm ứng từ.

Các nam châm hút điện được tinh chỉnh và điều khiển theo nhì trục X và Y, hiệu quả là nam châm hút từ trên được giữ cân bằng với đế.

Để điều khiển nam châm hút từ điện bạn phải có kiến ​​thức về bộ tinh chỉnh và điều khiển PID.

Bước 3: Bộ tinh chỉnh và điều khiển PID

*

PID là gì? Từ Wikipedia : “Bộ tinh chỉnh và điều khiển PID và cỗ điều khiển xác suất vi tích phân” là 1 trong cơ chế bình luận vòng tinh chỉnh và điều khiển được sử dụng rộng thoải mái trong các khối hệ thống điều khiển công nghiệp và một loạt những ứng dụng khác yêu cầu điều khiển được điều chỉnh liên tục. displaystyle e (t) là sự khác biệt giữa vị trí đặt mong muốn (SP) và quý hiếm đo được (PV) và vận dụng hiệu chỉnh dựa trên tỷ lệ, tích phân và đạo hàm (ký hiệu P, I và D tương ứng). ”

Một cách dễ dàng và đơn giản để hiểu: “Một bộ điều khiển PID đo lường và thống kê giá trị ‘sai số’ là việc sai khác thân đo và điểm đặt mong muốn. Cỗ điều khiển cố gắng giảm thiểu sai số bằng cách điều chỉnh <đầu ra>.”

Vì vậy, chúng ta khai báo với PID nguồn vào đo lường, nơi bạn muốn đo lường (“Setpoint”,) và thay đổi để điều chỉnh làm cho điều ấy xảy ra (“đầu ra”.)

Hiểu rõ rộng về PID trong Youtube:

https://www.youtube.com/watch?v=UR0h
Omja
Hp0

Trong dự án công trình này:

Input là giá chỉ trị thời gian thực hiện tại từ cảm biến hall, được cập nhật liên tục bởi vị trí của nam châm hút lơ lững sẽ thay đổi theo thời gian thực.Điểm để (Setpoint)là giá trị từ cảm ứng Hall, được đo khi nam châm lơ lững ở vị trí cân bằng, trọng tâm đế. Giá trị này được cố định và thắt chặt và không đổi khác theo thời gian.Output là vận tốc để điều khiển nam châm hút điện.

Tải tủ sách Arduino PID tại https://playground.arduino.cc/Code/PIDLibrary

Chúng ta cần áp dụng một vài bộ tinh chỉnh PID trong Arduino, một mang đến trục X cùng một đến trục Y.

Bước 4: Danh sách linh phụ kiện cần thiết

 

*

Cuộn dây đồng- X4Arduino pro mini- X1Điện trở 5.6K ohm – X2Điện trở 180K ohm – X2Điện trở 47K ohm – X2Chiết áp 10K ohm – X2Tấm nhựa khổ A5 – X1Khung gỗ – X1Breadboard – X1Vít 3mm – X8Dây điện
Vật đặt lên khung lơ lững

Bước 5: Công cụ

 

Dưới đây là danh sách các công cụ, thường xuyên được áp dụng bởi bất kỳ ai.

Mỏ hàn
Cưa tay
Đồng hồ nước vạn năng
Tua vít
Osilloscope (bạn rất có thể sử dụng vạn năng cầm cố thế)Bảng khoan
Súng phun keo nóng
Kìm điện tử

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

*

LM324 Op-amp

Các bộ khuếch đại hoạt động (op-amps) là một số mạch quan lại trọng, được sử dụng thoáng rộng và linh hoạt độc nhất vô nhị hiện nay.

Chúng tôi áp dụng opamp để khuếch đại biểu hiện từ cảm ứng từ, mục tiêu là tăng mức độ nhạy để arduino dễ dãi nhận ra sự đổi khác của từ bỏ trường. Khi chỉ biến hóa một vài m
V ở áp sạc ra của cảm ứng từ, sau thời điểm qua bộ khuếch đại nó bao gồm thể thay đổi thành vài ba trăm m
V vào Arduino. Điều này là quan trọng để giữ đến bộ điều khiển và tinh chỉnh PID ổn định định.

LM324 tất cả 4 bộ khuếch đại, được cho phép bạn sử dụng linh hoạt, mặc dù trong dự án công trình này, tôi chỉ cần hai cỗ khuếch đại, một mang lại trục X và một mang lại trục Y.

Mô-đun L298N

L298N thường được áp dụng trong điều khiển vận tốc và vị trí hướng của hai hộp động cơ DC, hoặc điều khiển và tinh chỉnh một động cơ bước lưỡng cực một phương pháp dễ dàng. Mô-đun L298N có thể được thực hiện với cồn cơ có điện áp từ bỏ 5 mang đến 35V DC.

 

Ngoài ra còn tồn tại một bộ điều chỉnh 5V trên board, bởi vì vậy nếu điện áp cung cấp của công ty lên mang lại 12V chúng ta cũng có thể lấy ra nguồn 5V tự board.

Trong dự án này, tôi đã sử dụng L298N để tinh chỉnh hai cặp cuộn dây điện từ và áp dụng đầu ra 5V để cung cấp nguồn cho cảm ứng Arduino.

Sơ đồ mô-đun:

Out 2: cặp nam châm điện XOut 3: cặp nam châm từ điện YCung cấp điện đầu vào: dc 12v đầu vào
GND: mặt đất5v: 5v cổng đầu ra cho Arduino và cảm biến từ
En
A: bật tín hiệu PWM mang đến Out 2In1: nhảy tính hiệu out 2In2: Bật anh tài Out 2In3: Bật kĩ năng Out 3In4: Bật tài năng Out 3En
B: nhảy tín hiệu PWM cho Out 3

Đấu nối với Arduino: họ cần loại bỏ 2 cỗ nối trong chân En
A cùng En
B, kế tiếp nối 6 chân In1, In2, In3, In4, En
A, En
B cùng với Arduino. Chi ngày tiết trong cách tiếp theo.

Cảm trở thành Từ SS495a

SS495a là cảm biến Từ với cổng đầu ra analog.

Lưu ý sự biệt lập giữa áp ra output analog và cổng đầu ra digital, bạn không thể sử dụng cảm ứng với áp ra output digital trong dự án công trình này, bởi vì nó chỉ bao gồm hai tâm trạng 1 hoặc 0, vày vậy bạn không thể đo áp sạc ra của trường đoản cú trường.

Một cảm biến analog đã trả về một dải điện áp từ bỏ 250m
V mang đến Vcc, mà chúng ta có thể đọc cùng với Đầu vào analog của Arduino.

Bước 7: chuẩn bị phần đế

*

Tôi áp dụng một chậu đất nung nhỏ tuổi với đường kính 3 3 phần tư “, thường xuyên được sử dụng để trồng hoa hoặc xương rồng. Bạn cũng có thể sử dụng đồ dùng dụng khác.

Sử dụng một mũi khoan 8mm để tạo thành một lỗ gần lòng chậu, được thực hiện để duy trì 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 có thể đặt in giá bán rẻ tại đây.

Cắt laser

Cắt hai miếng vật liệu nhựa với tập tin cơ mà tôi đã đính kèm dưới dạng Acrylic
Laser
Cut.dwg. Đây là 1 trong những tập tin autocad.

Miếng nhựa được sử dụng để cung cấp nam châm và nam châm hút từ điện, phần còn lại để đậy phủ mặt phẳng của chậu.

Acrylic
Laser
Cut.dwg

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

 

*

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

Gắn cảm ứng từ vuông góc cùng với pcb. Lưu ý hai mặt cảm ứng xoay cùng với nhau, hàn gắng định.

Sử dụng những dây nhằm nối nhì chân VCC của các cảm biến với nhau, làm giống như với các chân GND. Các chân đầu ra output là riêng rẽ biệt.

Bước 10: Mạch Opamp

*

Hàn khung IC và những điện trở nhằm pcb theo sơ đồ, chú ý đặt hai phân tách áp vào cùng một hướng để điều chỉnh dễ dàng.

Gắn LM324 vào khung IC, sau đó nối hai đầu ra output của mô-đun cảm biến từ cùng với mạch op-amp.

Hai dây cổng đầu ra LM324 nối cùng với Arduino. Đầu vào 12V nối với đầu vào 12V của mô-đun L298N, cổng output 5V của mô-đun L298N được nối cùng với 5V của chiết áp.

Bước 11: gắn ráp nam châm từ điện

 

*

Lắp ráp các nam châm hút từ điện mặt trên tấm nhựa, cố định và thắt chặt chúng tại tư lỗ ngay gần trung tâm. Vặn các vít để tránh di chuyển.

Bởi vì nam châm hút điện đối xứng xuyên thẳng qua tâm, chúng luôn ở cực ngược nhau, thế nào cho các dây phía bên trong nam châm năng lượng điện được nối cùng với nhau, những dây ở bên ngoài của nam châm hút điện được nối với L298N.

Kéo dây xuống dưới tấm nhựa thông qua các lỗ sát gần đó để nối cùng với L298N.

Lời khuyên: Dây đồng được đậy một lớp phương pháp điện, vì vậy bạn phải cởi nó bằng dao trước khi bạn có thể hàn chúng lại cùng với nhau, hãy áp dụng Ống teo nhiệt sau khoản thời gian hàn.

Bước 12: đính mô-đun cảm ứng và phái nam châm

 

*

Sử dụng keo dán nóng để dán mô-đun cảm ứng giữa nam châm điện, một làm việc phía trước với một ở mặt sau.

Bước tiếp sau là gắn ráp các nam châm từ trên tấm nhựa. Kết vừa lòng hai nam châm hút D15 * 4mm và nam châm từ D15 * 3mm cùng nhau để tạo thành thành một hình trụ, nam châm và nam châm hút điện tất cả cùng chiều cao.

Lắp ráp các nam châm giữa những cặp nam châm hút điện, lưu ý các cực của phương diện trên nam châm phải tương tự nhau.

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

Hàn giắc mối cung cấp DC với nhị dây nối lại bằng ống co nhiệt. Giắc nguồn DC được nối với nguồn vào của mô-đun L298N, áp sạc ra 5V của nó sẽ cấp nguồn mang đến Arduino.

Bước 14: L298N cùng Arduino

 

*

Nối mô-đun L298N cùng với Arduino theo sơ thiết bị trên.

En

En

 Bước 15: Nối Arduino Pro Mini

*
 

Vì Arduino pro mini không có ngẫu nhiên cổng tiếp nối nào, bạn phải nối một serial port bên ngoài.

FTDI Basic sẽ tiến hành sử dụng nhằm lập trình (và cấp nguồn) đến Pro Mini.

Bước 16: chuẩn bị khung lơ lững

Gắn hai nam châm hút D35 * 5 với nhau nhằm tăng từ bỏ tính.

Bước 17: giá trị nơi đặt chuẩn

*

Tải lịch trình Read
Setpoint.ino về Arduino. Chương trình này đã đọc các giá trị của cảm biến từ cùng gửi nó đến máy tính thông qua cổng nối tiếp. Mở cổng COM để xem nó.

Cắm 12V DC vào giắc mối cung cấp DC, bạn cũng có thể sử dụng osilloscope để đọc quý hiếm cảm biến.

Quan sát các giá trị bên trên màn hình, điều chỉnh bằng phương pháp điều chỉnh hai chiết áp. Giá trị cực tốt là 560, thời gian đó cổng output của cảm ứng là khoảng tầm 2.5V.

Sau khi thiết lập điểm đặt, đặt nam châm hút từ lơ lững bên trên phần đế với lắc nó nhằm xem biến đổi điểm đặt trên màn hình.

Mẹo: Đánh vệt cặp nam châm hút từ điện và chiết áp tương xứng trong trục X với Y để chúng ta cũng có thể dễ dàng sửa bọn chúng sau này.

Read
Setpoint.ino

Bước 18: download chương trình chính

 

 

Tải công tác chính Levitation.ino.

Sử dụng keo dán giấy để cố định nam châm và giá đỡ nam giới châm, được in 3d trước đó.

Mẹo: Sau khi sở hữu chương trình chính, chúng ta có thể thực hiện những điều chỉnh nhỏ trên cỗ chiết áp để gia công cho size lơ lững thắt chặt và cố định ở giữa.

Bước 20: Ráp hoàn thiện

Đầu tiên đính giắc mối cung cấp DC vào chậu, kế tiếp đặt những phần còn sót lại vào chậu.

Xem thêm: Mua bán xe hyundai county đồng vàng, mua bán xe hyundai county cũ và mới giá tốt

Cuối cùng, để tấm nhựa còn lại lên mồm chậu.

*

Bước 21: xong và thưởng thức

*