Prosta ultradźwiękowa lewitacja akustyczna z wykorzystaniem czujnika ultradźwiękowego arduino i hcsr04

To bardzo ekscytujące widzieć coś unoszącego się w powietrzu lub w wolnej przestrzeni, właśnie o to chodzi w projekcie antygrawitacyjnym. Przedmiot (w zasadzie mały kawałek papieru lub termokol) umieszcza się pomiędzy dwoma przetwornikami ultradźwiękowymi, które generują akustyczne fale dźwiękowe. Obiekt unosi się w powietrzu z powodu tych fal, które wydają się być antygrawitacyjne. To nie tylko fajnie wyglądający projekt lewitacji Arduino, ale ma również wiele praktycznych zastosowań. Naukowcy pracują nad ultradźwiękowymi chwytakami robotycznymi, które działają bardzo podobnie do tego, a te chwytaki mogą być przydatne do przenoszenia obiektów bez dotykania ich.

Wymagany składnik

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Moduł ultradźwiękowy HC-SR04
• Moduł mostka H IC lub L239d L239D
• Vero Board Dotted Vero
• Dioda 4007
• Kondensator (PF) 104

Dodatkowy wymóg dotyczący zasilania 8v do 12v

• Regulator napięcia LM 7809
• Zasilacz sterownika Led 12V 2Amp

Dodatkowy materiał: jakiś przewód przyłączeniowy, złącze męskie, przewód połączeniowy żeński do żeńskiego

Schemat obwodu lewitacji ultradźwiękowej

Pełny obwód lewitacji Arduino pokazano poniżej, a zasada działania obwodu jest bardzo prosta. Głównym elementem tego projektu jest Arduino, układ scalony sterujący silnikiem L239D oraz przetwornik ultradźwiękowy pobrany z modułu czujnika ultradźwiękowego HCSR04. Generalnie czujnik ultradźwiękowy przesyła falę akustyczną o częstotliwości od 25 kHz do 50 kHz, aw tym projekcie używamy przetwornika ultradźwiękowego HCSR04. Wcześniej stworzyliśmy wiele projektów czujników ultradźwiękowych, w których HCSR04 służy przede wszystkim do pomiaru odległości. W tym projekcie przetwornik zlutowaliśmy z modułu.

Zgodnie z arkuszem danych, częstotliwość robocza tego przetwornika ultradźwiękowego wynosi 40 kHz. Tak więc celem użycia Arduino i tego małego fragmentu kodu jest wygenerowanie sygnału oscylacyjnego o wysokiej częstotliwości 40 kHz dla mojego czujnika ultradźwiękowego lub przetwornika, a ten impuls jest podawany na wejście sterownika silnika podwójnego IC L239D (Pin 2 i 6 z Arduino A0 i A1) do napędzania przetwornika ultradźwiękowego. Na koniec, zastosowanie tego sygnału wysokiej częstotliwości 40kHz drgań oraz napięcie sterujące poprzez napęd IC (typowo 8 do12 danego napięcia na 8 ^th sworzeń L239D IC Vcc2) przetwornika ultradźwiękowego. W wyniku czego przetwornik ultradźwiękowy wytwarza akustyczne fale dźwiękowe. Umieściliśmy dwa przetworniki naprzeciw siebie w przeciwnym kierunku w taki sposób, aby między nimi pozostała wolna przestrzeń. Akustyczne fale dźwiękowe przemieszczają się między dwoma przetwornikami i umożliwiają unoszenie się obiektu.

Należy pamiętać, że L293D ma napięcie wejściowe podwójne, jedno jest mocą samego układu scalonego, który jest zasilany z Arduino 5V w tym projekcie i innymi Vcc2 (8 ^th) zastosowano do składnika wyjściowe napięcie sterujące i to VCC pin może przyjąć maksymalnie 36V. Ten układ scalony ma 2 styki włączające, 4 styki wejściowo-wyjściowe, 4 styki uziemiające. Koncepcja użycia tego układu pochodzi z koncepcji użycia mikrokontrolera i tego układu, w którym możemy indywidualnie zmieniać kierunek i prędkość 2 silników, po prostu dostarczając logiczny lub cyfrowy sygnał z mikrokontrolera.

W tym obwodzie wykorzystujemy tylko dwa wejścia układu scalonego L293D, pin wejściowy 1 (2) i pin wejściowy 2 (7). Aby włączyć te dwa piny, musimy utrzymać wysoki PIN IC Enable 1, więc strzeliliśmy ten pin do styku IC 16, który jest wejściem Vcc 1, aby dowiedzieć się więcej, postępuj zgodnie z arkuszem danych L293D.

Użycie kondensatora 100nf jest opcjonalne, aby po prostu utrzymać moc IC, a jako zasilacz używamy sterownika LED 12 V 2 A, następnie obniżamy napięcie do 9 V za pomocą regulatora napięcia IC LM7809 i dostarczamy do 8- ^tego pinu L139D ze wspólną masą. Według forum Arduino, Cc i Arduino, płyta Arduino UNO obsługuje od 7 do 12 woltów wejścia, ale bezpieczniej jest umieścić 9 V Max.

Programowanie Arduino do lewitacji ultradźwiękowej

Kodowanie jest bardzo proste, składa się z kilku linijek. Używając tego małego kodu za pomocą timera i funkcji przerwań, tworzymy wysoki lub niski (0/1) i generujemy oscylujący sygnał o częstotliwości 40 kHz do pinów wyjściowych Arduino A0 i A1.

Najpierw zacznij od tablicy przesunięcia fazowego.

bajt TP = 0b10101010;

I co drugi port odbiera ten przeciwny sygnał. Następnie, w konfiguracji pustej przestrzeni, definiujemy wszystkie porty analogowe jako wyjście za pomocą tego wiersza kodu.

DDRC = 0b11111111;

Następnie inicjalizujemy zegar 1 i wyłączamy wszystkie przerwania, aby ustawić je na zero.

Według tego kodu

noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Następnie pierwszy zegar jest skonfigurowany do wyzwalania zegara przerwania porównawczego przy 80 KHZ. Arduino działa z częstotliwością 16000000 MHZ ÷ 200 = fale prostokątne 80 000 kHz są generowane za pomocą tej funkcji.

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

Następnie ta linia się aktywuje, porównaj przerwanie timera.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

I na koniec aktywuj przerwanie za pomocą tego fragmentu kodu.

przerwania ();

Każde przerwanie odwraca stan portów analogowych, co zamienia sygnał fali prostokątnej 80 kHz w pełnookresowy sygnał cykliczny o częstotliwości 40 kHz. Następnie wysyłamy wartość do wyjścia Arduino A0 i portu A1.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Odwróć TP dla następnego uruchomienia}

I pod pętlami nie ma nic, co można by umieścić ani co trzeba.

Budowanie ultradźwiękowej konfiguracji lewitacji

Należy pamiętać, że w przypadku tego projektu ważny jest prawidłowy montaż przetworników ultradźwiękowych. Powinny być zwrócone do siebie w przeciwnym kierunku, co jest bardzo ważne i powinny znajdować się w tej samej linii, aby ultradźwiękowe fale dźwiękowe mogły podróżować i przecinać się w przeciwnych kierunkach. W tym celu możesz wziąć dwa małe kawałki drewna lub płyty MD, śrubę z nakrętką i klej. Możesz wykonać dwa otwory, aby idealnie dopasować przetwornik do wiertarki. Na statywie można zawiesić układ przetwornika ultradźwiękowego.

W tym przypadku użyłem dwóch kawałków kartonu, a następnie zamocowałem przetwornik ultradźwiękowy za pomocą kleju z pistoletu do kleju. Później do wykonania stojaka użyłem prostej puszki do okablowania i naprawiłem wszystko klejem.

Oto kilka zdjęć lewitacji ultradźwiękowej, które pokazują działanie projektu.

Lewitacja ultradźwiękowa lub lewitacja akustyczna działa również, jeśli jedna strona jest zamontowana z przetwornikiem ultradźwiękowym, ale w tym przypadku potrzebny będzie reflektor, który będzie działał jako przeszkoda, aby można go było w przyszłości używać w deskorolce i transporcie antygrawitacyjnym. Możesz również obejrzeć pełny działający film poniżej.

Mam nadzieję, że zrozumiałeś projekt i podobało Ci się tworzenie czegoś fajnego. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy poniżej, możesz również skorzystać z naszych forów, aby uzyskać odpowiedzi na inne pytania techniczne.