一个磁力悬浮器的DIY教程,是电磁铁和永久磁铁配合的结果——这比简单的将几个永久磁铁捆绑悬浮物体要高级多了。
我找来了一个微控制器(PLC或是单片机随你便)和一个红外传感器来侦查悬浮物的悬停高度,然后通过微处理器来设定电磁铁的电流值,从而让它乖乖地悬停在空中~把物体放在磁铁和传感器之间时,我可以通过一个开关来侦测高度从而确定电流强度。
当物体悬浮时,物体的重力和磁铁对物体产生的吸引力是相等的,所以我们选择悬浮物体的时候一定要使用非工业电磁铁,用较小的电磁力就可以摆平的物体啦~~而且这个小装置还能够进行动态调整以便物体保持完美的悬浮高度。
1 工具和材料
ATMega168微控制器
1个16-20MHz 晶体管
28针插座
双路全H桥集成电路卡
1个NPN型功率三极管
2个电磁铁
1个双色发光二极管
2个红外发光二极管
2个红外光敏二极管
1个5V稳压器
2个平行板电容
1个SPST电路转换开关
1个NO按钮
1个470欧姆电阻
1个5欧姆电阻
1个面包板
2个小盒
有机玻璃
焊锡
热熔胶
钢丝
乙烯软管
3个以上稀土磁铁,用于基座(规格:直径1/4"×厚度1/4")
2个以上稀土磁铁,用于悬浮物(规格:直径1/2"×厚1/8")
电烙铁
热熔胶枪
吸锡器
有机玻璃切割刀
带有多个固定夹的支架(固定电路板)
2制作基座
首先准备一个可以把各种线装进去的盒子。我使用的是The Source收音机盒,再用一个戒指盒装磁铁以及装配好的红外传感器。
首先在两个盒子背面上钻孔,以便让那些凌乱的电线自由贯通。另外需要为电源开关,功率开关,高度调节按钮,LED指示灯单独开孔。戒指盒的底板需要大面积切除,仅留下盒子的一小点余边就OK了。
利用较粗的钢丝将戒指盒和基座盒串接起来,然后折成你中意的形状和高度。接下来就是把电线一圈一圈地缠绕在钢丝支柱上,缠好之后用乙烯软管套接这些缠绕好的电线。
将钢丝的后端折成之字形,用热熔胶将端部粘接在盒子的上内壁。我用一块磁铁将戒指盒固定在钢丝支柱的另一端,当然也可以用热熔胶把戒指盒粘上去。
3 安装磁铁和传感器
首先将4根导线焊接到电磁线圈上。焊接这4根导线时,最好利用万用表来寻找和标记对应导线的接头,否则容易混淆。当然也不是特别重要,因为电磁线圈围绕着磁铁,在后续步骤中也可以对应起来,可是至少要注意两个电磁铁都是按照同样的方式连接起来的,否则,要是相互抵消没悬住东西可不能赖我~~
将电磁线圈放置在戒指盒后,将永久磁铁放置在电磁线圈中。
四根导线的排布组合方式。
剪一块有机玻璃来充当戒指盒的底部,利用底部余边将它托住。
将你的红外发射器和传感器用热熔胶粘在有机玻璃上。最后组装好,并且标记号各种导线。
4 建立电路
在制作电路板之前,先将电子元器件按照电路原理图组装在面包板上,然后再将这些电子器件焊好。电路原理图与hex文件一起放在附件中。Hex文件是微控制器加载的文件,在它的介绍里提供了Arduino-0007代码,读懂它之后,若你口味重,你都可以对这些代码进行微调或者改变,以便做出你自己需要的效果。
能匹配盒子大小的面包板。
安装和焊接芯片,电容等元器件。
电路原理图
程序代码
HEX文件
组装完大致就是这幅光景,看似一团乱麻,但是你一定要心如明镜!
特别提出,需要严格计划各个部位的动作,以便所有的器件在第一时间配合戒指盒做出反应。要是你不乖不听我劝告,轻则麻烦不断,重则胎死腹中。
值得提出的是,NPN功率管会发热滴,它要是愤怒起来足够引发一场小型“火灾”!我在基座的底部加了一块铝片充当热沉散热。你也可以增加一些类似的方法将盒子中多余的热量导出去,例如加个风扇啊什么的……
电路板做好,程序中的一部分代码会自动加载到微处理器芯片当中,然后测试线圈的极性是否安装正确。它对电磁线圈增加脉冲电流,测试上升,下降,同时在LED灯中有对应指示。如果你在电磁铁下面放置一个小磁铁,但是它不按照既定路线办事的话,则说明你把线接反了。
5 制作悬浮物
根据测试,太小或者太扁的物体好像都比较难悬浮起来。
需要一些胶带和纸筒,粘起来形成一个开口的小容器。
然后把2个规格为直径1/2"×厚1/8"稀土金属磁铁(在Digi-Key拍到的)装进里面。
悬浮测试成功!
我也成功地将一个骰子悬浮起来,这是骰子我用毛线编织的,立方体,打的奶奶结(反向,并且不牢的结)。
用彩色美术纸剪了个“红宝石”,也飘起来了!
6 向大家炫耀吧
剩下的,就是把它摆出来!为避免炫耀时出状况,咱还是先熟悉一下操作为好。手持物体置于磁铁下面,缓慢的将物体抬升,当到达将要浮起来的那个位置时按下按钮,这样就把当前位置设置成了默认的悬浮位置。
然后将悬浮物放低一点,LED指示灯会马上打亮。先在手中托放一段时间,直到它慢慢从你手中缓缓升起。这是为什么捏?微处理器需要响应设定高度值,并且激发电磁铁产生足够力量悬浮一个物体。而这是一个缓慢的,需要耐心的过程。
有时候,你会反感电磁铁发出的嗡嗡声严重影响了炫耀时的心情——你可以在电磁铁周围加几块衬板隔声,从而轻松地解决这个问题嘛。