04.10.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~14 мин.

Платформенный левитрон своими руками

Цена: 79.99 USD

Если Вы всегда хотели узнать как работает Гравицапа, но боялись спросить… Приехала ко мне очередная познавательная игрушка – левитирующая платформа. Коробка с гордой надписью «Вызов гравитации» прекрасно пережила почтовую пересылку. Содержимое упаковано в плотный каркас из вспененного полиэтилена.

В «кармашках» лежали – основание платформы, сама платформа и блок питания.

Размер основания 170х170х25мм, платформа диаметром 50мм, толщина 10мм. Платформа обклеена мягким материалом напоминающим бархат Блок питания 12В на 2,5А. Ну что ж, подключим. И сразу сюрприз – блок питания не работает. На выходе пульсирует от 2.5 до 3.7В с периодичностью примерно в пару секунд. Разобрал БП

Вроде все ок, видимых следов вздутия конденсаторов, или перегоревших деталей не обнаружено, но… не работает. В отзывах на сайте я не нашел коллег по несчастью, у всех все работало. Видимо просто мне данный экземпляр попался с браком. Я, к сожалению, на «Вы» с аналоговой электроникой. Меня в свое время учили цифровой – микропроцессорным системам. Вот в них я с закрытыми глазами. А здесь, даже не знаю куда лезть и что проверять. Если кто в комментариях подскажет, что делать, на что обратить внимание, буду благодарен. А мы идем дальше. В основании и самой левитирующей части платформы находятся мощнейшие магниты. Чуть зазеваешься и они со страшной силой друг к другу притягиваются. И притягивают все вокруг себя))) Подключил я свой блок питания, благо у меня их в доме в достатке. Основание платформы засветилось и тихонько загудело. Ставим на нее аккуратно сверху левитирующую «шайбу». Она зависает и начинает медленно вращаться. Вау!!!

Если честно, это завораживает. Висит тяжеленькая такая шайба в воздухе и неторопливо вращается. Производитель обещал, что она выдержит вес в 400 грамм. Попробуем ее чем-то нагрузить. От легкого к тяжелому. Кладем мобильник – 168 грамм. Стакан, в него наливаем ~~виски~~ конечно же яблочный сок. Вертится как ни в чем не бывало. И по прежнему невозможно оторвать взгляд. Есть в этом что-то медитативное))) Как же оно все работает? Разбираем. Забавная конструкция. Даже аккумуляторы есть. Кнопка включение на корпусе не включает – выключает устройство. Оно всегда включено, когда вилка адаптера в розетке. Кнопка подключает аккумуляторы, как для зарядки, так и для работы при отсутствии доступа к электрической сети. Скорее всего, судя по размерам, аккумуляторы выполняют роль защиты от перебоев в электроэнергии. Если у вас крутится стакан с «яблочным соком», то это может быть актуально. Если честно, я не помню когда у меня последний раз выключали электричество, поэтому я после написания обзора выпаял аккумуляторы, и кнопку включения перевел в привычный режим «вкл – выкл». Аккумуляторы с контроллером заряда – разряда и защитой. Пригодятся в куче домашних самоделок. Двигаемся дальше. Отвинчиваем плату с катушками. Как все это работает. Основную нагрузку по левитации несет на себе большой кольцевой магнит в основании и кольцевой магнит — платформа, который собственно и висит в воздухе. Их сила взаимного отталкивания и выдерживает как раз 400 грамм обещанных производителем. Что же делает электроника? Датчик Холла определяет изменения в магнитном поле, также изменения в магнитном поле можно определить по изменению колебаний в четырех катушках. Изменения происходят при движении платформы в стороны и вверх-вниз. На основании данной информации контроллер при помощи реализованной в нем логики ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальный) регулятора изменяет интенсивность поля в катушках и возвращает левитирующую платформу в центр. При увеличении веса груза и опускании платформы ниже, также изменяется интенсивность электро-магнитного поля и катушки начинают помогать кольцевому магниту справиться с увеличившимся весом.

Давайте измерим потребление данной конструкции. Без платформы и при подвешивании голой платформы ток составляет 0.24А

Добавляем стакан. К сожалению, он пустой, содержимое было отдегустировано в ходе проведения экспериментов))) Ток увеличился до 0.33А Добавляем мобильник. Ток – 0.42А Потребление платформы достаточно небольшое. Но в момент установки платформы и изначальной ее стабилизации я наблюдал кратковременные пиковые токи до 2А. Таким образом характеристики комплектного БП 12В, 2.5А выглядят полностью обоснованными. Как всегда небольшое видео Резюме. Общее впечатление несколько подпортил неисправный блок питания. В остальном я получил полное удовольствие от игрушки. Строгое красивое основание с подсветкой, совершенно завораживающее вращение платформы и предметов на ней выглядит очень эффектно. Как подарок, особенно в офис – на мой взгляд просто отличный выбор. Туда я его и отнесу ☺ Спасибо за внимание, Удачи и Радости во всем, что Вас окружает! Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Когда-то из каких-то хороших, но разрушенных компьютерных колонок ко мне попала микросхема TDA1552Q. Ознакомившись с даташитом (http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TDA1552Q_CNV.pdf), я отложил ее «до лучших времен». Но недавно в Интернете мне случайно попалось слово «Левитрон» и множество изображений рекламного характера. Мозг быстро отбросил простые «волчки» и подвесные конструкции, остались «платформы» и вопрос: а получится ли у меня сделать нечто похожее, да еще и из хлама? Скажу сразу – получилось. Предлагаемая статья не только о том, как сделан левитрон (в Интернете хватает примеров), но и о том, как его настроить (чего я не нашел вовсе).

Сразу хочется поблагодарить участников форума РадиоКот, наполнивших сообщениями длинную ветку о левитроне, а также неизвестного автора схемы и чертежа. Особая благодарность – Barry Hansen за статью, которая для моего мозга стала мощным катализатором в работе над левитроном, хотя она посвящена подвесной, а не платформенной конструкции. Статья написана простым английским языком, с легким юмором и объяснениями, доступными даже школьнику. Ссылки в благодарностях приведены не случайно, а рекомендованы для ознакомления всем желающим попробовать свои силы в конструировании левитронов.

Коротенькое видео:

Немного теории

Начнем, пожалуй, с механической схемы платформенного левитрона, сложившейся в моем понимании. Магнит, который парит над платформой, я буду здесь для краткости называть словом «фишка».Эскиз платформы левитрона (сверху) изображен на рис. 1.

Рис. 1

На рис. 2 – силовая схема вертикального разреза по центральной оси платформы (как я ее себе представляю) в состоянии покоя и без тока в катушках. Все хорошо, кроме того, что состояние покоя в такой системе нестабильно. Фишка стремится сместиться с вертикальной оси системы и с силой шлепнуться на один из магнитов. При «ощупывании» фишкой пространства над магнитами ощущается силовой «горб» над центром платформы с вершиной, лежащей на центральной оси.

На рис. 3. изображено взаимодействие фишки с катушками (опять же, по моему понятию), а остальные силы – опущены.

Рис. 3.

Из рисунка 3 видно, что цель управления катушками – создать горизонтальную силу Fss, направленную всегда к оси равновесия при возникновении смещения Х. Для этого достаточно включить катушки так, чтобы одинаковый ток в них создавал магнитное поле противоположного направления. Остался пустяк: измерить смещение фишки от оси (величину Х) и определить направление этого смещения с помошью датчиков Холла, а потом пропустить в катушках подходящей силы токи.

Купить неодимовые магниты в Рязани

Простой повтор электронных схем – не в наших традициях, тем более, что: — нет в наличии двух TDA2030A, а есть TDA1552Q; — нет датчиков Холла SS496 (доступны примерно по $2 за штуку), а есть датчики, похожие на HW101, по 3 шт даром в каждом двигателе диска CD- или DVD-драйва; — лень возиться с двуполярным питанием. Даташиты: SS496 — HW101- http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/143838/ETC1/HW101A.html

Схема представляет собой два идентичных усилительных канала с дифференциальными входами и мостовыми выходами. На рис. 4 приведена полностью схема только одного канала усиления. Использованы микросхемы LM358 (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf) и TDA1552Q (http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TDA1552Q_CNV.pdf).

Рис. 4.

Рис. 5.

Датчики Холла расположены в отверстиях стеклотекстолитового основания платформы и распаяны на разогнутых ножках разъемов (не знаю типа). Разъемы выглядели как на рис.6.

Рис. 6.

Датчики выпаяны из двигателей CD- или DVD-привода. Там они расположены под краем ротора и хорошо видны на рис.7. На один канал нужно брать пару датчиков из одного двигателя – так они будут наиболее одинаковыми. Выпаянные датчики – на рис.8.

Рис. 7.

Рис. 8.

Для катушек были куплены пластмассовые шпули для швейных машинок, но на них оказалось мало места для обмотки. Тогда от шпуль были отрезаны щечки и приклеены на отрезки тонкостенной латунной трубки наружным диаметром 6мм и длиной 14мм. Трубка раньше была сегментом телескопической стержневой антенны. На четырех таких каркасах проводом 0,3 мм намотаны обмотки «почти послойно» (без фанатизма!) до заполнения. Сопротивление выровнено на 13 Ом.

Магниты – прямоугольные 20х10х5 мм и дисковые диаметром 25 и 30 мм толщиной 4 мм (рис.9) – пришлось все-таки купить… Прямоугольные магниты установлены под основанием платформы, а из дисковых сделаны фишки.

Рис. 9.

Рис.10.

Рис.11.

Наладка

Выставление нулей на выходах обоих каналов при каждом отладочном включении – обязательно. Можно без фанатизма: +–20 мВ – вполне приемлемая точность. Возможно некоторое взаимовлияние между каналами, так что при значительном начальном отклонении (больше 1-1.5 вольт по выходу канала) выставление нулей лучше сделать дважды. Стоит помнить, что при железном корпусе баланс разобранного и собранного устройства – это две большие разницы.

Проверка фазировки каналов

Настройка положения парящей фишки

Опции

Рис. 12.

Я расположил индикаторы так, чтобы светился тот, в сторону которого фишка смещена от центра. Индикаторы помогают легко повесить фишку над левитроном, а также горизонтировать платформу. В нормальном состоянии все они погашены.

Схема узла терморегулирования – на рис. 13. Его назначение – не дать оконечному усилителю перегреться. На выходе термоузла включен вентилятор 50х50 мм 12В 0,13А от компьютера.

Инерционные зимние катушки с редуктором

Рис. 13.

Рис. 14.

Другой способ применения термоузла – подключение к управляющему выводу MUTE микросхемы оконечного усилителя (рис. 15). Величина указанного на схеме номинала R5 предполагает подключение MUTE (вывода 11 микросхемы U2 по рис. 4) к питанию через резистор 1кОм (НЕ напрямую, как в даташите!). Вентилятор в таком случае не нужен. Правда, при подаче сигнала MUTE на усилитель фишка падает, и после снятия сигнала MUTE сама (почему-то?) не взлетает.

Рис. 15.

Подсветка – 4 ярких светодиода диаметром 3мм, расположенные наклонно к центру в отверстиях основания платформы и декоративной пластины в тех местах, куда фишка не падает. Они включены последовательно и через резистор 150 Ом – к цепи общего питания устройства 15В.

Заключение

Грузоподъемность

НЕ делай, как я!

Спасибо за внимание!

>Купить в подарок или заказать уникальную вещь<

<blink>ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ! </blink>

Самодельный Левитрон— 02.11.2013
Самодельный паровозик-ночник из мусора— 14.10.2013

Лазерная установк…Интересный тяжелы…Поддержка для кат…Простой ЧПУ стано…XL6009 повышающий…Как правильно выб…toozpickЭлектроника / ArduinoДобавлено 5 комментариев Приветствую, Самоделкины!Сегодня мы вместе с Романом, автором YouTube канала «Open Frime TV», соберем платформенный левитрон.История создания данного устройства началась еще в далеком 2016 году. Тогда автор наткнулся на статью «МозгоЧинов», и всей душой загорелся повторить данное устройство.Но не все так легко. Собрать именно такой вариант у автора не было возможности. Тогда он стал искать альтернативу и нашел такую на «РадиоКоте».Скачал печатку, начал травить, а потом собирать устройство. Но в конце концов все обломалось. Спустя полгода, может чуть больше, автор стал осваивать Ардуино. И ему в голову пришла идея сделать левитрон на ней. С новыми силами он бросился в бой, но опять разочарование. Много бессонных ночей в написании кода, и сборке прошли зря. Левитирующий магнит все никак не хотел зависать, его дергало из стороны в сторону и все тут.Спустя еще какое-то время автор наткнулся на очередную статью с полным описанием, заказал комплектующие, начал собирать, намотал новые катушки, запустил все и снова неудача. Автор начал думать, почему же левитрон не запускается и понял в чем проблема. Оказалось, что все намотанные катушки имели внутри металлическое основание, и сила с которой магнит тянулся к сердечнику превышала противодействие. Из-за этого и происходила такая лажа. В итоге автор перемотал катушки и свершилось чудо — магнит полетел. Радости не было предела. Автор любовался своей самоделкой целый вечер. Ну это была так, предыстория, ну а теперь приступаем непосредственно к сборке. Для начала давайте ознакомимся с устройством.Итак, в основании у нас лежат постоянные магниты, которые создают магнитное поле в виде купола. На самой его вершине находится точка равновесия, в этой точке магниты основания как бы выталкивают левитирующий магнит вверх, компенсируя силу тяжести. Но есть одно «но», эта точка крайне нестабильна, и левитирующий магнит постоянно слетает с нее.Тут нам на помощь приходят электромагниты и датчики Холла, которые отслеживают положение магнита и как только он начинает улетать с точки, включается соответствующий электромагнит и подтягивает левитирующий магнит обратно в центр. Таким образом он совершает колебания в разные стороны, но с большой частотой, и глаз этого практически не видит.Отлично, разобрались с теорией, переходим к практике. Мозгом схемы будет Arduino Uno.Сперва автор хотел использовать Arduino Nano, но нечаянно спалил ее, подав не то напряжение. Силовая часть схемы — это драйвер шагового двигателя L298N.Ну и следящая часть — это 2 датчика Холла, расположенных в центре конструкции.Теперь давайте рассмотрим схему устройства, начнем, пожалуй, с блок схемы.На схеме видно, что с чем соединено, теперь рассмотрим каждый блок по отдельности. Датчики Холла снабжены дополнительным усилителем на микросхеме LM324. Усиленный сигнал с Холлов поступает на аналоговый вход Ардуинки.Следующий блок — это драйвер и катушечки. Про их намотку чуть позже, а сейчас чисто схема.Как видим, подключается все элементарно и без особых проблем. Теперь переходим к сборке. В качестве основания будем использовать макетную плату. Ее нужно немного уменьшить и просверлить отверстия. Расстояния между отверстиями 40мм.После подготовки макетки займемся намоткой катушек. Как уже говорилось ранее, именно в катушках и была проблема, так как все они были с металлическим сердечником. В качестве основания возьмем колпачок для иголки шприца. Сами ограничители для катушек сделаны, как и в первых вариантах, из текстолита.Размер катушек перед вами.Все они мотаются в одну сторону. Количество витков 350, диаметр провода 0.44 мм. Думаю, если вносить 10, а то и 20 процентные изменение в параметры обмоток, результат не изменится.Когда катушки готовы, устанавливаем их на плату, как и остальные части. Теперь необходимо соединить катушки по 2 штуки последовательно, таким образом, чтобы при подаче напряжения на пару катушек, одна из них притягивала, а вторая в этот момент отталкивала. По поводу расположение датчиков Холла. Они должны быть строго на оси своих катушек. То куда они развернуты роли не играет, все будет корректироваться в настройке.Следующий шаг — соединение всех элементов в одну цепь и прошивка Ардуино. Сам скетч и все картинки со схемами найдете в архиве проекта.А вот после прошивки начинаются сложности. Для настройки постоянные магниты в основание ставить нельзя. Когда залили скетч в Ардуино, берем магнит, который должен левитировать и располагаем над катушками, водя рукой над тем местом где должна быть точка левитации, мы должны почувствовать сопротивление катушек.Вот допустим, мы ведем влево, значит катушки срабатывают и тянут вправо, если тяга идет не в ту сторону, то нужно поменять местами выводы катушек на драйвере.Теперь настало время установить магниты на плату. Магниты должны быть неодимовыми.Вообще можно использовать и прямоугольные магниты в основании, но автор решил взять круглые, так как они дешевле и имеют отверстие для крепления. Магниты устанавливаем в пространства между катушками. Расстояние между ними по диагонали равно 5,5 см.Теперь берем магнит, который будем подвешивать и пытаемся его расположить в центре левитации. Тут важно угадать с весом магнита. Автор делал так, брал основной магнит и на него вешал мелкие, таким образом нашел равновесие. Но магнит в центре висел не долго, его постоянно сносило в одну сторону. Тут на помощь к нам приходят подстроечные резисторы, вращая их можно смещать точку равновесия. Таким образом мы выравниваем парящий магнит. Все, настройка завершена. Осталось все это красиво оформить в корпус. Для этого подойдет вот такой короб.Но, как оказалось, у него очень толстые стенки, а у нас каждый миллиметр буквально на вес золота. Поэтому необходимо вырезать в крышке отверстие под катушки, и закрепить их заподлицо с корпусом.Получившееся отверстие в корпусе нужно было чем-то накрыть. И тут отлично подошла еще одна макетная плата, получилось ну очень даже здорово.В корпусе расположили драйвер и Ардуинку, а питание возьмем от внешнего адаптера на 12В, 2А. В итоге конструкция стала похожа на заводскую модель. На нее можно установить какую-нибудь декоративную штуку типа самолетика или машинки, и наслаждаться.На этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!Видео:Доставка новых самоделок на почту