LED en lévitation : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Mon équipe et moi avons décidé de faire léviter une LED allumée. Après une courte période de recherche sur Google, je suis tombé sur une vidéo de SparkFun Electronics, que vous pouvez trouver ici, sur laquelle nous avons basé notre conception. Notre lumière lévite avec un électro-aimant au-dessus de la lumière. Nous avons choisi cette conception car elle ne nécessite qu'un seul électro-aimant pour faire léviter la LED. Pour réaliser le transfert de puissance sans fil, nous avons utilisé une bobine primaire fixée au bas de l'électro-aimant de lévitation et une bobine secondaire soudée à la LED. Le module LED a une LED blanche, une bobine secondaire et un puissant aimant permanent. J'ai conçu la structure et imprimé en 3D toutes les pièces.

Étape 1: Conception de la structure

J'ai utilisé Solidworks pour concevoir la structure. La base est destinée à abriter une carte de circuit imprimé. Il y a des tunnels à travers la base, les pieds et les pièces supérieures pour acheminer les fils. Nous n'avons pas eu le temps d'imprimer une carte de circuit imprimé, donc la découpe de la carte de circuit n'a pas été utilisée.

Étape 2: Enrouler l'électro-aimant

Pour enrouler l'électro-aimant, nous avons utilisé une perceuse électrique pour faire tourner un boulon avec des rondelles comme barrières. Nous sommes allés très lentement pour nous assurer que le fil ne se chevauchait pas. Le faire de cette façon a pris beaucoup de temps. Je pense que ce serait bien de gagner beaucoup de temps et de faire moins attention au chevauchement lors de l'enroulement. Nous avons estimé qu'il y a 1500 tours dans l'électroaimant.

Étape 3: Alimentations

Pour les tests, nous avons utilisé une alimentation CC variable. Une fois que tout fonctionnait, j'ai utilisé un vieux chargeur d'ordinateur portable 19V et un régulateur de tension 12V pour alimenter le rail 12V. J'ai utilisé un régulateur 5V à partir de la sortie du régulateur 12V pour alimenter le rail 5V. Il est très important de connecter tous vos terrains ensemble. Nous avons eu des problèmes avec nos circuits avant de faire cela. Nous avons utilisé des condensateurs sur les alimentations 12V et 5V pour réduire tout bruit dans les rails d'alimentation de la carte.

Étape 4: Circuit de lévitation

Le circuit de lévitation est la partie la plus difficile de ce projet. La lévitation magnétique est réalisée à l'aide d'un capteur à effet Hall pour évaluer la distance entre l'aimant permanent et l'électroaimant et un circuit comparateur pour allumer ou éteindre l'électroaimant. Comme le capteur reçoit un champ magnétique plus fort, le capteur émet une tension plus faible. Cette tension est comparée à une tension réglable provenant d'un potentiomètre. Nous avons utilisé un ampli-op pour comparer les deux tensions. La sortie de l'ampli op active ou désactive un mosfet à canal N pour permettre au courant de traverser l'électro-aimant. Lorsque l'aimant permanent (attaché à la LED) est trop près de l'électro-aimant, où il sera aspiré jusqu'à l'électro-aimant, l'électro-aimant s'éteint, et lorsqu'il est trop loin, où il tomberait en lévitation, l'électro-aimant s'allume. Lorsqu'un équilibre est trouvé, l'électroaimant s'allume et s'éteint très rapidement, attrapant et relâchant l'aimant, lui permettant de léviter. Le potentiomètre peut être utilisé pour régler la distance de survol de l'aimant.

Dans l'image de l'écran de l'oscilloscope, vous pouvez voir le signal de la sortie du capteur à effet Hall et l'activation et la désactivation de l'aimant. Au fur et à mesure que la LED se rapproche du capteur, la ligne jaune augmente. Lorsque l'aimant est sur la ligne verte est faible. Lorsqu'elle est éteinte, la ligne verte est haute.

Selon l'environnement et ce que vous utilisez comme générateur de forme d'onde, vous devrez peut-être ajouter un petit condensateur de la sortie du capteur à la terre. Cela permettra à la plupart du bruit d'aller directement à la terre et au signal propre du capteur d'être utilisé par l'ampli-op.

Étape 5: Circuit d'alimentation sans fil

Pour gérer le transfert de puissance sans fil, nous avons enroulé une bobine primaire de 25 tours avec un fil magnétique de calibre 24 autour du support du capteur. Nous avons ensuite fabriqué une bobine secondaire en enroulant un fil magnétique de calibre 32 autour d'un tube de papier pendant 25 tours. Une fois emballé, nous avons fait glisser la bobine hors du papier et l'avons soudée à une LED. Assurez-vous d'enlever la couche d'émail du fil magnétique où vous soudez.

Nous avons utilisé un générateur d'ondes carrées à 1 MHz pour allumer et éteindre un MOSFET qui permet au courant de traverser la bobine primaire de 0 à 12 V à 1 MHz. Pour les tests, nous avons utilisé une découverte analogique pour un générateur de fonctions. La version finale utilise un circuit générateur d'ondes carrées 555 timer pour commuter le MOSFET. Cependant, ce circuit produisait un tas de bruit qui interférait avec les rails d'alimentation. J'ai fabriqué une boîte doublée de papier d'aluminium qui a un diviseur pour séparer le générateur d'ondes et le circuit de lévitation. Cela a considérablement réduit la quantité de bruit.

Étape 6: Assemblage

J'ai utilisé l'ABS de Chroma Strand Labs pour imprimer en 3D la base et les pieds. Les jambes se sont trop déformées lors de l'impression, j'ai donc réimprimé avec Chroma Strand Labs PETg. Le PETg s'est très peu déformé. Toutes les pièces s'emboîtent sans utiliser de colle. Nous avons dû y couper quelques encoches pour ajouter un espace supplémentaire pour les fils. Vous devrez peut-être poncer les zones qui entrent en contact avec d'autres pièces pour permettre un ajustement plus lâche.

Nous prévoyons d'imprimer une carte de circuit imprimé et d'y souder les composants afin que tout s'adapte à l'intérieur de la découpe de la carte de circuit imprimé.