Enkel ultraljud akustisk levitation med arduino och hcsr04 ultraljudssensor

Det är väldigt spännande att se något flyta i luften eller det fria utrymmet som exakt handlar om ett anti-gravitationsprojekt. Föremålet (i grunden en liten bit papper eller termokokal) placeras mellan två ultraljudsgivare som genererar akustiska ljudvågor. Objektet flyter i luften på grund av dessa vågor som verkar vara mot tyngdkraft. Detta är inte bara ett snyggt Arduino levitationsprojekt, men det har också många praktiska tillämpningar. Forskare arbetar med Ultrasonic Robotic Grippers, som fungerar mycket likt detta, och dessa gripare kan vara användbara för att flytta föremål utan att röra vid dem.

Komponent krävs

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ultraljudsmodul HC-SR04
• IC eller L239d H-Bridge-modul L239D
• Vero Board Prickad Vero
• Diod 4007
• Kondensator (PF) 104

Ytterligare krav på strömförsörjning 8 till 12 volt

• Spänningsregulator LM 7809
• Led Driver Strömförsörjning 12V 2Amp

Ytterligare material: Någon anslutningstråd, manlig huvud, kvinnlig till kvinnlig bygeltråd

Ultraljud Levitation Circuit Diagram

Den kompletta Arduino Levitation-kretsen visas nedan och kretsens arbetsprincip är mycket enkel. Den viktigaste komponenten i detta projekt är en Arduino, L239D motor drivande IC, och ultraljudsomvandlare uppsamlades från ultraljudssensormodulen HCSR04. Generellt sänder ultraljudssensorn en akustisk våg med en frekvenssignal mellan 25 kHz och 50 kHz, och i detta projekt använder vi HCSR04 ultraljudssändare. Vi har tidigare byggt många ultraljudssensorprojekt där HCSR04 främst används för att mäta avstånd. I det här projektet har vi lödd ut givaren från modulen.

Enligt databladet är denna ultraljudsgivares arbetsfrekvens 40 kHz. Så, syftet med att använda Arduino och denna lilla kod är att generera en 40 kHz högfrekvent svängningssignal för min ultraljudssensor eller givare och denna puls appliceras på ingången till duellmotordrivrutinen IC L239D (stift 2 och 6 från Arduino A0 & A1-stift) för att driva ultraljudsgivaren. Slutligen tillämpar vi denna högfrekventa 40KHz oscillationssignal tillsammans med drivspänning genom drivande IC (vanligtvis 8 till 12 spänning ges på den 8: ^e stiftet på L239D IC, Vcc2) på ultraljudsomvandlaren. Som ett resultat av vilken ultraljudsgivare producerar akustiska ljudvågor. Vi placerade två givare ansikte mot ansikte i motsatt riktning på ett sådant sätt att det finns något utrymme mellan dem. Akustiska ljudvågor rör sig mellan två givare och låter objektet flyta.

Observera att L293D har dubbla spänningsingångar, den ena är att driva själva IC: n, som drivs från Arduino 5v i detta projekt och en annan Vcc2 (8: ^e) appliceras på utgångskomponentens drivspänning och denna VCC-stift kan acceptera upp till 36v. Denna IC har 2 aktiveringsstift, 4 ingångsuttag, 4 jordstift. Konceptet att använda denna IC kommer från konceptet att använda en mikrokontroller och detta chip där vi kan ändra riktning och hastighet för två motorer individuellt genom att bara tillhandahålla en logisk eller digital signal från mikrokontrollern.

I den här kretsen använder vi bara två ingångar på IC L293D, ingångsstift 1 (2) och ingångsstift 2 (7). För att aktivera dessa två stift måste vi hålla IC Enable PIN 1 hög, så vi sköt denna pin till IC-stift 16 som är ingång Vcc 1, för att veta mer, följ L293D-databladet.

Användningen av en 100nf kondensator är valfri för att bara hålla IC-strömmen och som strömförsörjning använder vi en 12V 2Amp LED-drivrutin och släpper sedan ner spänningen till 9v med spänningsregulator IC LM7809 och levererar till 8: ^e stift av L139D med gemensamma skäl. Enligt Arduino-, Cc- och Arduino-forumet stöder Arduino UNO-styrelsen 7 till 12 volt ingång, men det är säkrare att sätta 9V Max.

Programmering Arduino för ultraljud levitation

Kodningen är väldigt enkel, bara några få rader. Med hjälp av den här lilla koden med hjälp av en timer och avbrottsfunktioner gör vi höga eller låga (0/1) och genererar en oscillerande signal på 40 kHz till Arduino A0 och A1 utgångsstift.

Börja först med en fasförskjutning.

byte TP = 0b10101010;

Och varannan port får denna motsatta signal. Efter det under den ogiltiga installationen definierar vi alla analoga portar som en utgång med denna kodrad.

DDRC = 0b11111111;

Sedan initialiserar vi timern 1 och inaktiverar alla avbrott för att ställa in som noll.

Med den här koden, noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Därefter är timer en konfigurerad att utlösa en jämför avbrottsklocka vid 80 KHz. Arduino körs vid 16000000 MHz ÷ 200 = 80.000 kHz kvadratiska vågor genereras med den här funktionen.

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

Därefter aktiveras denna rad, jämför timeravbrott.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

Och slutligen, aktivera avbrott med denna kod.

avbryter ()

Varje avbrott reverserar tillståndet för de analoga portarna, detta förvandlar 80 kHz fyrkantvågssignal till en fullvågscykelsignal vid 40 KHz. Och sedan skickar vi värdet till Arduino-utgång A0 och A1-port.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Invertera TP för nästa körning}

Och det finns inget att sätta eller behöva springa under öglorna.

Bygga Ultrasonic Levitation Setup

Observera att för detta projekt är det viktigt att montera ultraljudsgivare korrekt. De ska möta varandra i motsatt riktning vilket är mycket viktigt och de ska vara i samma linje så att ultraljudsvågor kan färdas och korsa varandra i motsatta riktningar. För detta kan du ta två små bitar av trä eller MD-kort, mutterbult och lim. Du kan göra två hål så att givaren passar perfekt med borrmaskinen. På stativet kan du hänga upp ultraljudsgivararrangemanget.

I det här fallet använde jag två bitar kartong och fixade sedan ultraljudssändaren med hjälp av lim från limpistolen. Senare, för att göra stativet, använde jag en enkel kabeldragningslåda och fixade allt med lim.

Här är några bilder av ultraljudsvävning som visar hur projektet fungerar.

Ultraljudslevitation eller akustisk levitation fungerar också om en sida är monterad med ultraljudssändaren, men i det fallet behövs en reflektor som fungerar som ett hinder så att den kan användas i hoverboard i framtiden och tyngdkraftstransport. Du kan också kolla in hela arbetsvideon nedan.

Jag hoppas att du förstod projektet och gillade att bygga något roligt. Om du har några frågor, vänligen lämna dem i kommentarfältet nedan, du kan också använda våra forum för andra tekniska frågor.