Набор для пайки «Магнитный левитатор»
Левитация — это явление преодоления гравитации, при котором тело парит в воздухе. Несмотря на то, что тему левитации зачастую используют фантасты, в реальном мире уже существуют технологии левитации. Одна из таких технологий — магнитная левитация.
Устройство для динамической магнитной левитации состоит из электромагнитов, постоянных магнитов, датчиков магнитного поля и электронной схемы с микроконтроллером. Будучи включённым, левитатор заставляет удерживать в воздухе магнит и небольшие предметы, которые могут быть к нему прикреплены.
Предупреждение
Набор рассчитан для людей, имеющих некоторый опыт SMD-пайки и умеющих паять компоненты формата 0805 и SOIC.
Примечание
Чтобы спаять устройство, понадобится паяльник, немного припоя и флюс, жидкий или гелевый. Помимо принадлежностей для пайки потребуется тонкая плоская отвёртка для калибровки левитатора перед первым использованием. Базовый набор инструментов доступен в магазине AlashEd.
Состав набора
плата;
набор магнитов и катушек индуктивности;
набор стоек с гайками;
набор винтиков для фиксации катушек индуктивности;
2 конденсатора 220 мкФ, 16 В;
4 светодиода;
гнездо питания 5.5×2.1;
микроконтроллер STC 8H1K28;
резисторы 0805 330 Ом;
резисторы 0805 100 кОм;
резисторы 0805 4.7 кОм;
резисторы 0805 0 Ом (перемычка);
конденсаторы 0805 0.1 мкФ.
Резисторы
330 Ом — R7, R8, R10, R11
4.7 кОм — R1, R2
100 кОм — R3, R4
0 Ом — R6
Светодиоды
Следующий шаг: светодиоды LED1-LED4.
Важно
Обратите внимание на полярность светодиода. Зелёный треугольник указывает на сторону с отрицательной полярностью светодиода.
Конденсаторы
На плате есть всего один конденсатор на 0,1 мкФ — площадка C3.
Микросхема драйвера
Этот драйвер необходим для работы с электромагнитами.
Важно
У многовыводных чипов, как правило, на корпусе имеется маленькая точка, указывающая на первый контакт на чипе. Эту точку нужно совместить с аналогичной точкой на рисунке посадочной площадки на плате.
Микроконтроллер STC8H1K28
У микросхемы целых 32 ножки! Очень аккуратно припаиваем каждую. Также можно опробовать метод пайки, называемый волной припоя.
Микросхема LM358
Это операционный усилитель в корпусе SOIC-8. Припаиваем его на место так, чтобы точка на микросхеме совпала с меткой на плате.
Стабилизатор напряжения 78M05
Этот стабилизатор преобразует подаваемые на вход 12 вольт в 5 вольт для питания электроники.
Электролитические конденсаторы
Важно
Снизу конденсатора один край имеет скошенные углы, указывающие на расположение положительного контакта, а на плате на шелкографии нарисован такой же силуэт, указывающий на то, какой стороной нужно размещать конденсатор на плате. С верхней стороны конденсатора также имеется метка, указывающая на отрицательный контакт.
Подстроечные потенциометры
Примечание
Размещаем подстроечные резисторы. Обратите внимание на то, что на плате отмечено, с какой стороны должен находиться регулировочный винт резистора.
Гнездо питания
Припаиваем гнездо питания.
С мелкой частью схемы разобрались, пришло время заняться расстановкой электромагнитной части установки.
Установка электромагнитов
Продеваем «усы» катушки в отверстия, а с нижней стороны платы фиксируем катушку винтом.
Датчики магнитного поля
Важно
Припаиваем датчик Холла. Обратите внимание, что датчик должен располагаться так, чтобы сторона со скошенными углами была направлена к чёрточке.
Сам же датчик по высоте должен располагаться примерно посередине катушки. В идеале он должен быть на 2-3 мм ниже.
Примечание
Датчик, находящийся рядом с надписью «Y+», должен быть подогнут на 90 градусов и располагаться примерно по центру платы. По высоте он должен быть примерно на уровне с остальными датчиками.
Остальные электромагниты
Совет
«Усы» катушек припаиваются залуженными концами к отверстиям. Обрезать их не рекомендую — лак довольно прочный и плохо обгорает от паяльника. Лучше вытащить лишнюю часть проводков обратно и там их аккуратно уложить.
Установка постоянных магнитов
Теперь монтируем магниты. Берём магниты среднего размера. Их должно быть 8 штук. Разделяем их на 4 группы по 2 штуки в каждом, вставляем винт и фиксируем их в плате на гайку.
В наборе должно остаться ещё три неиспользованных магнита: два больших, но разной толщины, и один маленький.
Включение и проверка
Примечание
Теперь можно включить питание. Блок питания 12 В с током 1-2 А должен подойти.
Магнит далеко — ничего не происходит.
Магнит близко — плата начинает переливаться огнями светодиодов, а сам магнит начинает отклоняться к какому-либо из магнитов на плате. Самая простая часть набора закончилась, теперь нужно откалибровать левитатор!
Калибровка левитатора
Как вы уже могли обратить внимание в процессе сборки, на плате есть подписи «X+», «X-», «Y+», «Y-» и датчики по центру, что может напомнить вам двумерную координатную сетку, в которой центр координат находился бы в центре области с катушками.
Но сейчас левитатор ещё не откалиброван, и если поместить в него магнит, он не будет висеть в воздухе, а быстро притянется к одному из магнитов.
Есть два потенциометра, позволяющие его задать. Рядом с ними указано, в какую сторону крутить регулятор, чтобы совместить «магнитный» центр координат и центр платы.
Совет
Рекомендуется при калибровке повернуть плату так, чтобы она лежала перед вами таким же образом, как при монтаже магнитов.
Также специально для облегчения настройки мы кладём в комплект распечатанную оградку, которая при калибровке мешает магниту вылетать из зоны левитации.
Она надевается на катушки индуктивности. Затем в неё помещается магнит, и он сразу начинает упираться в стенку. По направлению, в которое отклоняется магнит, можно понять, куда именно смещена калибровка магнитного поля относительно центра.
Примечание
Например, магнит притягивается в левый верхний угол относительно центра координат. То есть значение Y больше, чем нужно, а X — наоборот, меньше. В таком случае нужно крутить регулятор оси Y против часовой стрелки, а регулятор оси X — по часовой стрелке.
После некоторого времени, уделённого настройке, вы начнёте ощущать, как магнит отзывается на ваши манипуляции, и станет отклоняться всё меньше и меньше. В конце концов он зависнет в одной точке, а вы сможете положить на него какой-нибудь груз, как это изображено в начале статьи.