Einfache akustische Ultraschallschwebung mit Arduino- und hcsr04-Ultraschallsensor

Es ist sehr aufregend, etwas in der Luft oder im freien Raum schweben zu sehen, genau darum geht es bei einem Anti-Schwerkraft-Projekt. Das Objekt (im Grunde ein kleines Stück Papier oder Thermocol) wird zwischen zwei Ultraschallwandlern platziert, die akustische Schallwellen erzeugen. Das Objekt schwebt aufgrund dieser Wellen, die gegen die Schwerkraft zu wirken scheinen, in der Luft. Dies ist nicht nur ein cool aussehendes Arduino-Levitationsprojekt, sondern es hat auch viele praktische Anwendungen. Die Forscher arbeiten an Ultraschall-Robotergreifern, die sehr ähnlich funktionieren. Diese Greifer können beim Bewegen von Objekten nützlich sein, ohne sie zu berühren.

Komponente erforderlich

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Ultraschallmodul HC-SR04
• IC- oder L239d-H-Brückenmodul L239D
• Vero Board Gepunktetes Vero
• Diode 4007
• Kondensator (PF) 104

Zusätzliche Anforderung für 8V bis 12V Netzteil

• Spannungsregler LM 7809
• LED-Treiber-Netzteil 12V 2Amp

Zusätzliches Material: Einige Anschlussdrähte, Stecker, Überbrückungskabel von Buchse zu Buchse

Ultraschall-Levitations-Schaltplan

Die vollständige Arduino-Levitationsschaltung ist unten gezeigt und das Funktionsprinzip der Schaltung ist sehr einfach. Die Hauptkomponente dieses Projekts ist ein Arduino, ein L239D-Motorantriebs-IC und ein Ultraschallwandler, die vom Ultraschallsensormodul HCSR04 gesammelt wurden. Im Allgemeinen sendet der Ultraschallsensor eine Schallwelle eines Frequenzsignals zwischen 25 kHz und 50 kHz. In diesem Projekt verwenden wir den Ultraschallwandler HCSR04. Wir haben bereits viele Ultraschallsensorprojekte gebaut, bei denen der HCSR04 hauptsächlich zur Entfernungsmessung verwendet wird. In diesem Projekt haben wir den Wandler aus dem Modul herausgelötet.

Laut Datenblatt beträgt die Arbeitsfrequenz dieses Ultraschallwandlers 40 kHz. Der Zweck der Verwendung von Arduino und dieses kleinen Codeteils besteht darin, ein 40-kHz-Hochfrequenzoszillationssignal für meinen Ultraschallsensor oder -wandler zu erzeugen, und dieser Impuls wird an den Eingang des Duellmotortreibers IC L239D (Pin 2 und 6 von Arduino) angelegt A0 & A1 Pins) zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers. Schließlich wenden wir dieses Hochfrequenzsignal 40KHz Schwingung zusammen mit Spannung durch IC (typischerweise 8 bis 12 Spannung an den 8 gegebenen Fahrantrieb ^Th Pin des ICS L239D, Vcc2) auf dem Ultraschall - Wandler. Infolgedessen erzeugt der Ultraschallwandler akustische Schallwellen. Wir haben zwei Wandler von Angesicht zu Angesicht in die entgegengesetzte Richtung gelegt, so dass zwischen ihnen etwas Platz bleibt. Akustische Schallwellen bewegen sich zwischen zwei Wandlern und lassen das Objekt schweben.

Bitte beachten Sie, dass L293D Doppelspannungseingang hat, ist eine Kraft auf den IC selbst, die von Arduino 5v in diesem Projekt und anderen Vcc2 (8 angetrieben wird ^th), die auf Ausgangskomponente Ansteuerspannung und diese Pin VCC annehmen kann bis zu 36V. Dieser IC verfügt über 2 Enable-Pins, 4 Input-Output-Pins und 4 Ground-Pins. Das Konzept der Verwendung dieses ICs basiert auf dem Konzept der Verwendung eines Mikrocontrollers und dieses Chips, bei dem wir die Richtung und Geschwindigkeit von 2 Motoren einzeln ändern können, indem wir nur ein logisches oder digitales Signal vom Mikrocontroller bereitstellen.

In dieser Schaltung verwenden wir nur zwei Eingänge des IC L293D, Eingangspin 1 (2) und Eingangspin 2 (7). Um diese beiden Pins zu aktivieren, müssen wir IC Enable PIN 1 hoch halten. Daher haben wir diesen Pin auf IC Pin 16, Eingang Vcc 1, geschossen. Um mehr zu erfahren, folgen Sie bitte dem L293D-Datenblatt.

Die Verwendung eines 100 nF Kondensator ist optional nur für die Leistungs - IC halten und als eine Energieversorgung, verwenden wir einen 12V 2Amp LED - Treiber, fallen dann die Spannung auf 9 V unter Verwendung von Spannungsregler - IC LM7809 und Versorgung bis 8 ^th Stift L139D mit Gemeinsamkeiten. Laut dem Arduino-, Cc- und Arduino-Forum unterstützt das Arduino UNO-Board 7 bis 12 Volt Eingang, aber es ist sicherer, 9 V max.

Programmierung von Arduino für die Ultraschallschwebung

Die Codierung ist sehr einfach, nur aus wenigen Zeilen. Mit diesem kleinen Code machen wir mit Hilfe eines Timers und Interrupt-Funktionen High oder Low (0/1) und erzeugen ein oszillierendes Signal von 40 kHz an die Arduino A0- und A1-Ausgangspins.

Beginnen Sie zunächst mit einem Phasenverschiebungsarray.

Byte TP = 0b10101010;

Und jeder zweite Port empfängt dieses entgegengesetzte Signal. Danach definieren wir unter dem Void-Setup alle analogen Ports als Ausgang mit dieser Codezeile.

DDRC = 0b11111111;

Dann initialisieren wir den Timer 1 und deaktivieren den gesamten Interrupt, um ihn auf Null zu setzen.

Durch diesen Code, noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Dann ist der Timer 1 so konfiguriert, dass er einen Vergleichsinterrupt-Takt bei 80 kHz auslöst. Arduino läuft mit 16000000 MHz ÷ 200 = 80.000 kHz Rechteckwellen werden mit dieser Funktion erzeugt.

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

Danach wird diese Zeile aktiviert, Timer-Interrupt vergleichen.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

Und schließlich aktivieren Sie den Interrupt mit diesem Code.

Interrupts ();

Jeder Interrupt kehrt den Zustand der analogen Ports um. Dadurch wird das 80-kHz-Rechtecksignal in ein Vollwellen-Zyklussignal mit 40 kHz umgewandelt. Und dann senden wir den Wert an den Arduino-Ausgang A0 und den A1-Port.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // TP für den nächsten Lauf umkehren}

Und es gibt nichts zu setzen oder nötig, um unter die Schleifen zu laufen.

Aufbau des Ultraschall-Levitations-Setups

Bitte beachten Sie, dass für dieses Projekt die korrekte Montage von Ultraschallwandlern wichtig ist. Sie sollten sich in der entgegengesetzten Richtung gegenüberstehen, was sehr wichtig ist, und sie sollten sich in derselben Linie befinden, damit sich Ultraschallwellen in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten können. Dazu können Sie zwei kleine Stücke Holz oder MD-Platte, Mutterschraube und Kleber nehmen. Sie können zwei Löcher bohren, um den Wandler perfekt an die Bohrmaschine anzupassen. Am Ständer können Sie die Ultraschallwandleranordnung aufhängen.

In diesem Fall habe ich zwei Stück Pappe verwendet und dann den Ultraschallwandler mit Hilfe des Klebers aus der Klebepistole befestigt. Später benutzte ich für die Herstellung des Ständers eine einfache Kabelbox und befestigte alles mit Klebstoff.

Hier sind einige Bilder der Ultraschallschwebung, die die Arbeitsweise des Projekts zeigen.

Die Ultraschall- oder Schallschwebung funktioniert auch, wenn eine Seite mit dem Ultraschallwandler montiert ist. In diesem Fall wird jedoch ein Reflektor benötigt, der als Hindernis fungiert, damit er in Zukunft im Hoverboard und beim Transport gegen die Schwerkraft verwendet werden kann. Sie können sich auch das vollständige Arbeitsvideo unten ansehen.

Ich hoffe, Sie haben das Projekt verstanden und es genossen, etwas Spaßiges zu bauen. Wenn Sie Fragen haben, lassen Sie diese bitte im Kommentarbereich unten. Sie können unsere Foren auch für andere technische Fragen verwenden.