Đèn LED bay lên: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Tôi và nhóm của mình bắt đầu làm một chiếc đèn LED sáng có thể bay lên. Sau một thời gian ngắn tìm hiểu xung quanh, tôi đã xem được một video từ SparkFun Electronics, có thể được tìm thấy ở đây, trong đó chúng tôi dựa trên thiết kế của mình. Ánh sáng của chúng ta bay lên nhờ một nam châm điện phía trên ánh sáng. Chúng tôi chọn thiết kế này vì nó chỉ yêu cầu một nam châm điện để đẩy đèn LED lên. Để đạt được sự truyền điện không dây, chúng tôi đã sử dụng một cuộn dây sơ cấp được gắn vào đáy của nam châm điện bay và một cuộn dây thứ cấp được hàn vào đèn LED. Mô-đun LED có đèn LED màu trắng, cuộn dây thứ cấp và nam châm vĩnh cửu mạnh. Tôi thiết kế cấu trúc và in 3D tất cả các bộ phận.

Bước 1: Thiết kế cấu trúc

Tôi đã sử dụng Solidworks để thiết kế cấu trúc. Phần đế được dùng để chứa một bảng mạch in. Có các đường hầm xuyên qua đế, chân và các mảnh trên cùng để định tuyến dây điện. Chúng tôi không có thời gian để in một bảng mạch, vì vậy việc cắt bảng mạch đã không được sử dụng.

Bước 2: Quấn nam châm điện

Để quấn nam châm điện, chúng tôi sử dụng máy khoan động lực để vặn một chiếc bu lông có vòng đệm làm thanh chắn. Chúng tôi đã đi rất chậm để đảm bảo dây không tự chồng lên nhau. Làm theo cách này mất nhiều thời gian. Tôi nghĩ sẽ ổn nếu tiết kiệm được nhiều thời gian và bớt cẩn thận với việc chồng chéo trong khi quấn dây. Chúng tôi ước tính có 1500 vòng quay trong nam châm điện.

Bước 3: Nguồn cung cấp

Để thử nghiệm, chúng tôi đã sử dụng nguồn điện một chiều có thể thay đổi được. Sau khi mọi thứ đã hoạt động, tôi sử dụng một bộ sạc máy tính xách tay 19V cũ và một bộ điều chỉnh điện áp 12V để cấp điện cho thanh ray 12V. Tôi đã sử dụng một bộ điều chỉnh 5V từ đầu ra của bộ điều chỉnh 12V để cấp nguồn cho đường ray 5V. Điều rất quan trọng là phải kết nối tất cả các khu đất của bạn lại với nhau. Chúng tôi đã gặp vấn đề với mạch của mình trước khi chúng tôi làm điều này. Chúng tôi đã sử dụng các tụ điện trên các nguồn điện 12V và 5V để giảm bất kỳ tiếng ồn nào trong các đường ray điện trên bo mạch.

Bước 4: Mạch Levitation

Mạch bay là phần khó nhất của dự án này. Từ tính bay lên được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến hiệu ứng hội trường để đánh giá khoảng cách từ nam châm vĩnh cửu đến nam châm điện và một mạch so sánh để bật hoặc tắt nam châm điện. Khi cảm biến nhận được từ trường mạnh hơn, cảm biến sẽ tạo ra điện áp thấp hơn. Điện áp này được so sánh với điện áp có thể điều chỉnh đến từ một chiết áp. Chúng tôi đã sử dụng một op-amp để so sánh hai điện áp. Đầu ra của op amp bật hoặc tắt mosfet kênh N để cho phép dòng điện chạy qua nam châm điện. Khi từ trường vĩnh cửu (gắn với đèn LED) quá gần nam châm điện, nơi nó sẽ bị hút vào nam châm điện, nam châm điện sẽ tắt và khi ở quá xa, nơi nó sẽ rơi ra khỏi lực bay, nam châm điện bật lên. Khi tìm thấy sự cân bằng, nam châm điện bật và tắt rất nhanh, bắt và giải phóng nam châm, cho phép nó bay lên. Chiết áp có thể được sử dụng để điều chỉnh khoảng cách mà nam châm sẽ di chuyển.

Trong hình ảnh màn hình máy hiện sóng, bạn có thể thấy tín hiệu từ đầu ra của cảm biến hiệu ứng Hall và việc bật và tắt nam châm. Khi đèn LED càng gần cảm biến, vạch màu vàng sẽ tăng lên. Khi nam châm nằm trên vạch xanh ở mức thấp. Khi nó nằm ngoài đường màu xanh lá cây là cao.

Tùy thuộc vào môi trường và những gì bạn sử dụng làm bộ tạo dạng sóng, bạn có thể cần thêm một tụ điện nhỏ từ đầu ra cảm biến xuống đất. Điều này sẽ cho phép hầu hết tiếng ồn được truyền thẳng xuống đất và tín hiệu sạch từ cảm biến sẽ được op-amp sử dụng.

Bước 5: Mạch nguồn không dây

Để xử lý việc truyền điện không dây, chúng tôi quấn một cuộn dây sơ cấp gồm 25 vòng với dây điện từ loại 24 xung quanh giá đỡ cảm biến. Sau đó, chúng tôi tạo một cuộn dây thứ cấp bằng cách quấn dây điện từ khổ 32 quanh một ống giấy trong 25 vòng. Sau khi nó được quấn, chúng tôi trượt cuộn dây ra khỏi giấy và hàn nó vào một đèn LED. Đảm bảo loại bỏ lớp tráng men của dây điện từ nơi bạn đang hàn.

Chúng tôi đã sử dụng bộ tạo sóng vuông ở 1 MHz để bật và tắt MOSFET cho phép dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp từ 0 đến 12V ở 1 MHz. Để thử nghiệm, chúng tôi đã sử dụng Analog Discovery cho một bộ tạo hàm. Phiên bản cuối cùng sử dụng mạch tạo sóng vuông hẹn giờ 555 để chuyển MOSFET. Tuy nhiên, mạch này tạo ra một loạt tiếng ồn gây nhiễu các đường ray điện. Tôi làm một cái hộp có lót giấy nhôm có vạch chia để ngăn cách giữa bộ tạo sóng và mạch bay. Điều này làm giảm đáng kể lượng tiếng ồn.

Bước 6: Lắp ráp

Tôi đã sử dụng Chroma Strand Labs ABS để in 3D phần đế và chân. Chân bị cong vênh quá nhiều trong khi in, vì vậy tôi đã in lại bằng Chroma Strand Labs PETg. PETg cong vênh rất ít. Tất cả các bộ phận khớp với nhau mà không cần sử dụng keo. Chúng tôi đã phải cắt một vài khía trong đó để thêm khoảng trống cho dây. Bạn có thể phải chà nhám các khu vực tiếp xúc với các mảnh khác để có thể nới lỏng hơn.

Chúng tôi đang có kế hoạch in một bảng mạch và hàn các thành phần vào nó để tất cả phù hợp với bên trong phần cắt bảng mạch.