ARDUINO를 사용하는 초음파 부상 기계

이 프로젝트 정보

외계 우주선처럼 허공이나 자유 공간에 무언가가 떠 있는 것을 보는 것은 매우 흥미롭습니다. 그것이 바로 반중력 프로젝트에 관한 것입니다. 물체(기본적으로 작은 종이 조각 또는 Thermocol)는 음향 음파를 생성하는 두 개의 초음파 변환기 사이에 배치됩니다. 반중력으로 보이는 이러한 파동 때문에 물체가 공중에 떠 있습니다.

이 튜토리얼에서는 초음파 부상에 대해 논의하고 Arduino를 사용하여 부상 기계를 구축해 보겠습니다.

1단계:이것이 어떻게 가능한가요

음향 부상이 어떻게 작동하는지 이해하려면 먼저 중력, 공기 및 소리에 대해 약간 알아야 합니다. 첫째, 중력은 물체를 서로 끌어당기는 힘입니다. 지구와 같은 거대한 물체는 나무에 매달려 있는 사과처럼 가까이 있는 물체를 쉽게 끌어당깁니다. 과학자들은 이 끌림의 원인이 정확히 무엇인지 결정하지 못했지만 우주 어디에나 존재한다고 믿습니다.

둘째, 공기는 ​​본질적으로 액체와 같은 방식으로 행동하는 유체입니다. 액체와 마찬가지로 공기는 서로에 대해 움직이는 미세한 입자로 구성됩니다. 공기도 물처럼 움직입니다. 사실 일부 공기역학 테스트는 공기가 아닌 수중에서 이루어집니다. 공기를 구성하는 것과 같은 기체의 입자는 액체의 입자보다 더 멀리 떨어져 있고 더 빠르게 움직입니다.

셋째, 소리는 기체, 액체 또는 고체와 같은 매질을 통해 전달되는 진동입니다. 벨을 치면 벨이 공중에서 진동합니다. 종의 한 면이 밖으로 움직이면 옆에 있는 공기 분자를 밀어내고 그 공기 영역의 압력을 증가시킵니다. 더 높은 압력의 이 영역은 압축입니다. 종의 측면이 다시 안으로 이동함에 따라 분자를 분리하여 희박(rafaction)이라고 하는 저압 영역을 생성합니다. 이러한 분자의 움직임이 없으면 소리가 이동할 수 없기 때문에 진공 상태에서는 소리가 들리지 않습니다.

음향 부상자

기본 음향 부상자는 소리를 만드는 진동 표면인 변환기와 반사경의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 종종 변환기와 반사판에는 소리의 초점을 맞추는 데 도움이 되는 오목한 표면이 있습니다. 음파는 변환기에서 멀리 이동하여 반사판에서 반사됩니다. 이 이동하는 반사파의 세 가지 기본 속성은 물체를 공중에 매달 수 있도록 도와줍니다.

음파가 표면에서 반사될 때 압축과 희박 사이의 상호 작용으로 인해 간섭이 발생합니다. 다른 압축을 충족하는 압축은 서로를 증폭하고 희박을 충족하는 압축은 서로 균형을 이룹니다. 때때로 반사와 간섭이 결합하여 정재파를 생성할 수 있습니다. . 정상파는 이곳저곳 이동하기 보다는 앞뒤로 이동하거나 부분적으로 진동하는 것처럼 보입니다. 이 고요함의 환상은 정상파에 이름을 부여하는 것입니다.정재 음파는노드,를 정의했습니다. 또는 최소 압력 영역 및 대극 , 또는 최대 압력 영역. 정재파의 노드는 음향 부상의 원인입니다.

변환기에서 적절한 거리에 반사기를 배치함으로써 음향 부상자는 정상파를 생성합니다. 파동의 방향이 중력과 평행할 때 정상파의 일부는 일정한 하향 압력을 가지며 다른 일부는 일정한 상향 압력을 갖습니다. 노드에는 압력이 거의 없습니다.

작은 물체를 거기에 놓고 공중에 띄울 수 있도록

2단계:필요한 구성 요소

3단계:회로도

회로의 작동 원리는 매우 간단합니다. 이 프로젝트의 주요 구성 요소는 Arduino, L298 모터 구동 IC 및 초음파 센서 모듈 HCSR04에서 수집한 초음파 변환기입니다. 일반적으로 초음파 센서는 25kHz에서 50kHz 사이의 주파수 신호의 음파를 전송하는데, 이 프로젝트에서는 HCSR04 초음파 변환기를 사용합니다. 이 초음파는 노드와 안티노드가 있는 정상파를 만듭니다.

이 초음파 변환기의 작동 주파수는 40kHz입니다. 따라서 Arduino와 이 작은 코드를 사용하는 목적은 초음파 센서 또는 변환기에 대한 40KHz 고주파 발진 신호를 생성하는 것이며 이 펄스는 듀얼 모터 드라이버 IC L293D(Arduino A0 및 A1 핀에서 ) 초음파 변환기를 구동합니다. 마지막으로 초음파 변환기의 구동 IC(일반적으로 7.4v)를 통해 구동 전압과 함께 이 고주파 40KHz 발진 신호를 적용합니다. 그 결과 초음파 변환기가 음파를 생성합니다. 우리는 그들 사이에 약간의 공간이 남도록 두 개의 변환기를 반대 방향으로 대면하게 배치했습니다. 음향 음파는 두 변환기 사이를 이동하여 물체가 떠 있게 합니다. 비디오를 시청하십시오. 해당 동영상에 설명된 추가 정보

4단계:변환기 만들기

먼저 초음파 모듈에서 송신기와 수신기를 디솔더링해야 합니다. 또한 보호 덮개를 제거한 다음 긴 전선을 연결하십시오. 그런 다음 초음파 변환기의 위치가 매우 중요하다는 것을 기억하십시오. 그들은 매우 중요한 반대 방향으로 서로를 향해야 하며 초음파 음파가 반대 방향으로 이동하고 서로 교차할 수 있도록 동일한 라인에 있어야 합니다. 이를 위해 폼 시트, 견과류 및 봇을 사용했습니다.

이해를 돕기 위해 메이킹 영상을 시청해주세요

5단계:프로그래밍

코딩은 몇 줄로 매우 간단합니다. 타이머 및 인터럽트 기능의 도움으로 이 작은 코드를 사용하여 높거나 낮음(0 / 1)을 만들고 Arduino A0 및 A1 출력 핀에 40Khz의 진동 신호를 생성합니다.

여기에서 Arduino 코드를 다운로드하십시오.

6단계:연결

회로도에 따라 모든 것을 연결하십시오.

두 접지를 함께 연결하는 것을 잊지 마십시오.

7단계:중요한 사항 및 개선 사항

트랜스듀서의 위치는 매우 중요하므로 올바른 위치에 배치하십시오.

열전대 및 종이와 같은 가벼운 물체의 작은 조각만 들어 올릴 수 있습니다.

최소 2A 전류를 제공해야 함

다음으로 나는 먼저 그것을 증가시키기 위해 큰 물체를 공중에 띄우려고했습니다. 작동하지 않는 송신기와 수신기. 그래서 다음에는 고전압으로 시도했지만 실패했습니다.

개선 사항

나중에 나는 내가 때문에 실패했다는 것을 이해했습니다. 여러 송신기를 사용하는 경우 변환기의 배열은 Curvy 구조로 이동해야 합니다.

8단계:감사합니다

의심스러운 점이 있으면 아래에 댓글을 남겨주세요.

코드

요점

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회로도

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