ไฟ LED ลอยได้: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ฉันและทีมเริ่มทำไฟ LED ให้ลอยขึ้น หลังจากค้นดูรอบๆ ช่วงเวลาสั้นๆ ฉันก็พบวิดีโอจาก SparkFun Electronics ที่สามารถพบได้ที่นี่ ซึ่งเราใช้การออกแบบของเราเป็นหลัก แสงของเราลอยได้ด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าหนึ่งตัวเหนือแสง เราเลือกการออกแบบนี้เนื่องจากต้องใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเพียงตัวเดียวในการทำให้ LED ลอยได้ เพื่อให้บรรลุการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย เราใช้ขดลวดปฐมภูมิที่ติดอยู่ที่ด้านล่างของแม่เหล็กไฟฟ้าลอยตัวและขดลวดทุติยภูมิที่บัดกรีกับ LED โมดูล LED มีไฟ LED สีขาว ขดลวดทุติยภูมิ และแม่เหล็กถาวรที่แข็งแรง ฉันออกแบบโครงสร้างและพิมพ์ 3 มิติทุกส่วน

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบโครงสร้าง

ฉันใช้ Solidworks เพื่อออกแบบโครงสร้าง ฐานมีไว้เพื่อใส่แผงวงจรพิมพ์ มีอุโมงค์ลอดฐาน ขา และท่อนบนเพื่อเดินสายไฟ เราไม่มีเวลาพิมพ์แผงวงจร เครื่องตัดแผงวงจรจึงไม่ได้ใช้

ขั้นตอนที่ 2: ไขลานแม่เหล็กไฟฟ้า

ในการไขลานแม่เหล็กไฟฟ้า เราใช้สว่านไฟฟ้าเพื่อหมุนโบลต์โดยใช้แหวนรองเป็นตัวกั้น เราดำเนินการช้ามากเพื่อให้แน่ใจว่าลวดไม่ทับซ้อนกัน การทำเช่นนี้ใช้เวลานาน ฉันคิดว่ามันคงจะดีถ้าประหยัดเวลาได้มาก และระมัดระวังให้น้อยลงด้วยการทับซ้อนกันขณะคดเคี้ยว เราประมาณว่ามี 1,500 รอบในแม่เหล็กไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 3: อุปกรณ์จ่ายไฟ

สำหรับการทดสอบ เราใช้แหล่งจ่ายไฟ DC แบบแปรผัน หลังจากที่ทุกอย่างทำงานได้ ฉันใช้ที่ชาร์จแล็ปท็อปรุ่นเก่า 19V และตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 12V เพื่อจ่ายพลังงานให้กับราง 12V ฉันใช้ตัวควบคุม 5V จากเอาต์พุตของตัวควบคุม 12V เพื่อจ่ายพลังงานให้กับราง 5V การเชื่อมต่อพื้นที่ทั้งหมดของคุณเข้าด้วยกันเป็นสิ่งสำคัญมาก เรามีปัญหากับวงจรของเราก่อนที่เราจะทำเช่นนี้ เราใช้ตัวเก็บประจุในอุปกรณ์จ่ายไฟ 12V และ 5V เพื่อลดเสียงรบกวนในรางจ่ายไฟบนบอร์ด

ขั้นตอนที่ 4: วงจรลอยตัว

วงจรลอยตัวเป็นส่วนที่ยากที่สุดของโครงการนี้ การลอยด้วยแม่เหล็กทำได้โดยใช้เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์เพื่อตัดสินระยะห่างจากแม่เหล็กถาวรไปยังแม่เหล็กไฟฟ้า และวงจรเปรียบเทียบเพื่อเปิดหรือปิดแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อเซ็นเซอร์ได้รับสนามแม่เหล็กที่แรงกว่า เซ็นเซอร์จะส่งแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า แรงดันไฟฟ้านี้ถูกเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้ซึ่งมาจากโพเทนชิออมิเตอร์ เราใช้ op-amp เพื่อเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าทั้งสอง เอาต์พุตของ op amp จะเปิดหรือปิดมอสเฟต N-channel เพื่อให้กระแสไหลผ่านแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อแม่เหล็กถาวร (ติด LED) อยู่ใกล้กับแม่เหล็กไฟฟ้ามากเกินไป ซึ่งจะถูกดูดขึ้นไปที่แม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้าจะปิด และเมื่ออยู่ไกลเกินไป แม่เหล็กไฟฟ้าจะหลุดออกจากการลอยตัว เปิด. เมื่อพบเครื่องชั่ง แม่เหล็กไฟฟ้าจะเปิดและปิดอย่างรวดเร็ว จับและปล่อยแม่เหล็กออก ปล่อยให้ลอยได้ สามารถใช้โพเทนชิออมิเตอร์เพื่อปรับระยะห่างที่แม่เหล็กจะเลื่อน

ในภาพหน้าจอออสซิลโลสโคป คุณสามารถเห็นสัญญาณจากเอาต์พุตเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ และการเปิดและปิดแม่เหล็ก เมื่อ LED เข้าใกล้เซ็นเซอร์มากขึ้น เส้นสีเหลืองจะเพิ่มขึ้น เมื่อแม่เหล็กอยู่บนเส้นสีเขียวจะต่ำ เมื่อปิดเส้นสีเขียวจะสูง

คุณอาจต้องเพิ่มตัวเก็บประจุขนาดเล็กจากเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ไปยังกราวด์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและสิ่งที่คุณใช้เป็นเครื่องกำเนิดสัญญาณ สิ่งนี้จะช่วยให้เสียงส่วนใหญ่ตรงไปที่พื้นและสัญญาณสะอาดจากเซ็นเซอร์ที่จะใช้โดย op-amp

ขั้นตอนที่ 5: วงจรไฟฟ้าไร้สาย

ในการจัดการการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย เราได้พันขดลวดหลัก 25 รอบด้วยลวดแม่เหล็ก 24 เกจรอบๆ ที่ยึดเซ็นเซอร์ จากนั้นเราทำขดลวดทุติยภูมิโดยพันลวดแม่เหล็ก 32 เกจรอบหลอดกระดาษเป็นเวลา 25 รอบ เมื่อห่อแล้ว เราก็เลื่อนขดลวดออกจากกระดาษแล้วบัดกรีเป็นไฟ LED ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ถอดการเคลือบอีนาเมลของลวดแม่เหล็กที่คุณบัดกรีออกแล้ว

เราใช้เครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมที่ 1 MHz เพื่อเปิดและปิด MOSFET ซึ่งช่วยให้กระแสไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิได้ตั้งแต่ 0 ถึง 12V ที่ 1 MHz สำหรับการทดสอบ เราใช้ Analog Discovery สำหรับตัวสร้างฟังก์ชัน รุ่นสุดท้ายใช้วงจรกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมไทม์เมอร์ 555 เพื่อสลับ MOSFET อย่างไรก็ตาม วงจรนี้ทำให้เกิดเสียงที่รบกวนรางไฟฟ้า ฉันทำกล่องอลูมิเนียมฟอยล์ที่มีตัวแบ่งเพื่อแยกเครื่องกำเนิดคลื่นและวงจรลอย สิ่งนี้ลดปริมาณเสียงรบกวนลงอย่างมาก

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบ

ฉันใช้ Chroma Strand Labs ABS เพื่อพิมพ์ 3 มิติที่ฐานและขา ขางอมากเกินไปขณะพิมพ์ ดังนั้นฉันจึงพิมพ์ใหม่ด้วย Chroma Strand Labs PETg PETg บิดเบี้ยวน้อยมาก ชิ้นส่วนทั้งหมดเข้ากันได้โดยไม่ต้องใช้กาว เราต้องตัดรอยบากเล็กน้อยเพื่อเพิ่มระยะห่างเพิ่มเติมสำหรับสายไฟ คุณอาจต้องขัดบริเวณที่สัมผัสกับชิ้นส่วนอื่นๆ เพื่อให้หลวมขึ้น

เรากำลังวางแผนที่จะพิมพ์แผงวงจรและประสานส่วนประกอบเข้ากับแผงวงจรเพื่อให้พอดีกับช่องเจาะแผงวงจร