Zwevende LED: 6 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Ik en mijn team wilden een verlichte LED laten zweven. Na een korte tijd googelen, kwam ik een video tegen van SparkFun Electronics, die hier te vinden is, waarop we ons ontwerp hebben gebaseerd. Ons licht zweeft met één elektromagneet boven het licht. We hebben voor dit ontwerp gekozen omdat er maar één elektromagneet nodig is om de LED te laten zweven. Om de draadloze vermogensoverdracht te bereiken, hebben we een primaire spoel gebruikt die aan de onderkant van de levitatie-elektromagneet is bevestigd en een secundaire spoel die aan de LED is gesoldeerd. De LED-module heeft een witte LED, een secundaire spoel en een sterke permanente magneet. Ik heb de structuur ontworpen en alle onderdelen in 3D geprint.

Stap 1: De structuur ontwerpen

Ik heb Solidworks gebruikt om de structuur te ontwerpen. De basis is bedoeld om een printplaat te huisvesten. Er zijn tunnels door de basis, poten en bovenstukken om draden te leiden. We hadden geen tijd om een printplaat te laten printen, dus de printplaatuitsparing bleef ongebruikt.

Stap 2: De elektromagneet opwinden

Om de elektromagneet op te winden, gebruikten we een boormachine om een bout met ringen als barrières te draaien. We gingen heel langzaam om ervoor te zorgen dat de draad zichzelf niet overlapte. Op deze manier doen heeft lang geduurd. Ik denk dat het goed zou zijn om veel tijd te besparen en minder voorzichtig te zijn met overlap tijdens het opwinden. We schatten dat er 1500 windingen in de elektromagneet zitten.

Stap 3: Voedingen

Voor het testen hebben we een variabele gelijkstroomvoeding gebruikt. Nadat alles werkte, gebruikte ik een oude 19V-laptoplader en een 12V-spanningsregelaar om de 12V-rail van stroom te voorzien. Ik gebruikte een 5V-regelaar van de uitgang van de 12V-regelaar om de 5V-rail van stroom te voorzien. Het is erg belangrijk om al uw terreinen met elkaar te verbinden. We hadden problemen met onze circuits voordat we dit deden. We gebruikten condensatoren over de 12V- en 5V-voedingen om eventuele ruis in de stroomrails op het bord te verminderen.

Stap 4: Levitatiecircuit

Het levitatiecircuit is het moeilijkste onderdeel van dit project. Magnetische levitatie wordt bereikt met behulp van een hall-effectsensor om de afstand van de permanente magneet tot de elektromagneet te beoordelen en een comparatorcircuit om de elektromagneet in of uit te schakelen. Omdat de sensor een sterker magnetisch veld ontvangt, geeft de sensor een lagere spanning af. Deze spanning wordt vergeleken met een instelbare spanning afkomstig van een potentiometer. We gebruikten een op-amp om de twee spanningen te vergelijken. De uitgang van de opamp schakelt een N-kanaals mosfet aan of uit om stroom door de elektromagneet te laten vloeien. Wanneer de permanente magnetische (bevestigd aan de LED) te dicht bij de elektromagneet is, waar deze naar de elektromagneet wordt gezogen, schakelt de elektromagneet uit, en wanneer deze te ver weg is, waar hij uit levitatie zou vallen, zal de elektromagneet gaat aan. Wanneer een balans is gevonden, gaat de elektromagneet zeer snel aan en uit, waarbij de magneet wordt opgevangen en losgelaten, waardoor deze kan zweven. De potentiometer kan worden gebruikt om de afstand in te stellen waarop de magneet zal zweven.

In het schermbeeld van de oscilloscoop kunt u het signaal van de uitgang van de hall-effectsensor en de magneet zien in- en uitschakelen. Naarmate de LED dichter bij de sensor komt, wordt de gele lijn groter. Als de magneet op de groene lijn staat is laag. Als het uit is, is de groene lijn hoog.

Afhankelijk van de omgeving en wat u als golfvormgenerator gebruikt, moet u mogelijk een kleine condensator toevoegen van de sensoruitgang naar aarde. Hierdoor kan het grootste deel van de ruis rechtstreeks naar de grond gaan en kan het schone signaal van de sensor door de op-amp worden gebruikt.

Stap 5: Draadloos stroomcircuit

Om de draadloze stroomoverdracht af te handelen, hebben we een primaire spoel van 25 windingen met 24 gauge magneetdraad om de sensorhouder gewikkeld. Vervolgens maakten we een secundaire spoel door een magneetdraad van 32 gauge 25 omwentelingen om een koker papier te wikkelen. Toen het eenmaal was ingepakt, hebben we de spoel van het papier geschoven en op een LED gesoldeerd. Zorg ervoor dat u de emaillaag van de magneetdraad verwijdert waar u aan het solderen bent.

We gebruikten een blokgolfgenerator op 1 MHz om een MOSFET aan en uit te zetten die stroom door de primaire spoel laat stromen van 0 naar 12V bij 1 MHz. Voor het testen hebben we een Analog Discovery gebruikt voor een functiegenerator. De definitieve versie gebruikt een 555 timer blokgolfgeneratorcircuit om de MOSFET te schakelen. Dit circuit produceerde echter een hoop lawaai dat de stroomrails stoorde. Ik heb een met aluminiumfolie beklede doos gemaakt met een scheidingswand om de golfgenerator en het levitatiecircuit te scheiden. Dit verminderde de hoeveelheid geluid aanzienlijk.

Stap 6: Montage

Ik heb Chroma Strand Labs ABS gebruikt om de basis en poten in 3D te printen. De poten krompen te veel tijdens het printen, dus heb ik opnieuw geprint met Chroma Strand Labs PETg. De PETg vervormde zeer weinig. Alle onderdelen passen in elkaar zonder het gebruik van lijm. We moesten er een paar inkepingen in maken om extra ruimte voor draden toe te voegen. Mogelijk moet u de gebieden die in contact komen met andere stukken schuren om een lossere pasvorm mogelijk te maken.

We zijn van plan om een printplaat te laten printen en de componenten erop te solderen zodat alles in de uitsparing van de printplaat past.