Levitasi akustik ultrasonik sederhana menggunakan sensor ultrasonik arduino dan hcsr04

Sangat mengasyikkan untuk melihat sesuatu yang mengambang di udara atau ruang bebas yang persis seperti proyek anti-gravitasi. Objek (pada dasarnya adalah selembar kertas kecil atau termocol) ditempatkan di antara dua transduser ultrasonik yang menghasilkan gelombang suara akustik. Benda tersebut mengapung di udara karena gelombang ini tampaknya anti gravitasi. Ini bukan hanya proyek levitasi Arduino yang tampak keren, tetapi juga memiliki banyak aplikasi praktis. Para peneliti sedang mengerjakan Ultrasonic Robotic Grippers, yang cara kerjanya sangat mirip dengan ini, dan gripper ini dapat berguna dalam memindahkan objek tanpa menyentuhnya.

Komponen Diperlukan

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• Modul Ultrasonik HC-SR04
• IC atau L239d H-Bridge Module L239D
• Vero Board Dotted Vero
• Diode 4007
• Kapasitor (PF) 104

Persyaratan Tambahan untuk Power Supply 8v hingga 12v

• Regulator Tegangan LM 7809
• Catu Daya Driver Led 12V 2Amp

Bahan Tambahan: Beberapa kawat hookup, header pria, kawat jumper wanita ke wanita

Diagram Sirkuit Levitasi Ultrasonik

Rangkaian Levitasi Arduino lengkap ditunjukkan di bawah ini dan prinsip kerja rangkaian tersebut sangat sederhana. Komponen utama dari proyek ini adalah Arduino, IC penggerak motor L239D, dan transduser ultrasonik yang dikumpulkan dari modul sensor ultrasonik HCSR04. Secara umum, sensor ultrasonik memancarkan gelombang akustik dari sinyal frekuensi antara 25khz hingga 50 kHz, dan dalam proyek ini, kami menggunakan transduser ultrasonik HCSR04. Kami sebelumnya telah membangun banyak proyek sensor ultrasonik, di mana HCSR04 terutama digunakan untuk mengukur jarak. Dalam proyek ini, kami telah menyolder transduser dari modul.

Menurut datasheet, frekuensi kerja transduser ultrasonik ini adalah 40 kHz. Jadi, tujuan menggunakan Arduino dan potongan kecil kode ini adalah untuk menghasilkan sinyal osilasi frekuensi tinggi 40KHz untuk sensor ultrasonik atau transduser saya dan pulsa ini diterapkan ke input driver motor duel IC L239D (Pin 2 & 6 dari Arduino Pin A0 & A1) untuk menggerakkan transduser ultrasonik. Akhirnya, kami menerapkan sinyal osilasi 40KHz frekuensi tinggi ini bersama dengan tegangan penggerak melalui IC penggerak (biasanya tegangan 8 hingga 12 diberikan pada pin ^ke- 8 dari IC L239D, Vcc2) pada transduser ultrasonik. Akibatnya transduser ultrasonik menghasilkan gelombang suara akustik. Kami menempatkan dua transduser saling berhadapan dalam arah yang berlawanan sedemikian rupa sehingga ada ruang tersisa di antara keduanya. Gelombang suara akustik bergerak di antara dua transduser dan memungkinkan objek mengapung.

Harap dicatat bahwa L293D memiliki input tegangan ganda, satu untuk menyalakan IC itu sendiri, yang didukung dari Arduino 5v dalam proyek ini dan yang lain Vcc2 (8 ^th) diterapkan ke tegangan penggerak komponen output dan pin VCC ini dapat menerima hingga 36v. IC ini memiliki 2 pin Enable, 4 pin input-output, 4 pin ground. Konsep penggunaan IC ini berasal dari konsep menggunakan mikrokontroler dan chip ini dimana kita dapat mengubah arah dan kecepatan 2 motor secara individual hanya dengan memberikan sinyal logis atau digital dari mikrokontroler.

Pada rangkaian ini kita hanya menggunakan dua input yaitu IC L293D, input pin 1 (2), dan input pin 2 (7). Untuk mengaktifkan kedua pin ini, kita harus menjaga IC Enable PIN 1 tetap tinggi, jadi pin ini kita bidik ke pin IC 16 yang merupakan input Vcc 1, untuk mengetahui lebih lanjut silahkan ikuti Datasheet L293D.

Penggunaan 100nF kapasitor adalah opsional untuk hanya memegang kekuasaan IC dan sebagai power supply, kami menggunakan driver 12V 2Amp LED, kemudian drop tegangan untuk 9v menggunakan Voltage regulator IC LM7809 dan pasokan untuk 8 ^th pin L139D dengan alasan umum. Menurut forum Arduino, Cc, dan Arduino, board Arduino UNO mendukung input 7 hingga 12 volt, tetapi lebih aman untuk memasang 9V Max.

Pemrograman Arduino untuk Ultrasonic Levitation

Pengkodeannya sangat sederhana, hanya beberapa baris. Menggunakan kode kecil ini dengan bantuan pengatur waktu dan fungsi interupsi, kami membuat tinggi atau rendah (0/1) dan menghasilkan sinyal berosilasi 40Khz ke pin keluaran Arduino A0 dan A1.

Pertama, mulailah dengan array pergeseran fasa.

byte TP = 0b10101010;

Dan setiap port kedua menerima sinyal yang berlawanan ini. Setelah itu di bawah pengaturan void, kami mendefinisikan semua port analog sebagai output menggunakan baris kode ini.

DDRC = 0b11111111;

Kemudian kami menginisialisasi timer 1 dan menonaktifkan semua interupsi untuk disetel sebagai nol.

Dengan kode ini, noInterrupts (); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0;

Kemudian, timer satu dikonfigurasi untuk memicu pembanding jam interupsi pada 80KHZ. Arduino berjalan pada 16000000 MHZ ÷ 200 = 80.000 kHz gelombang persegi dihasilkan menggunakan fungsi ini.

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

Setelah itu baris ini aktif, bandingkan timer interrupt.

TIMSK1 - = (1 << OCIE1A);

Dan terakhir, aktifkan interupsi menggunakan potongan kode ini.

interupsi ();

Setiap interupsi membalikkan keadaan port analog, ini mengubah sinyal gelombang persegi 80 kHz menjadi sinyal siklus gelombang penuh pada 40Khz. Dan kemudian kami mengirim nilainya ke port Arduino output A0 dan A1.

ISR (TIMER1_COMPA_vect) {PORTC = TP; TP = ~ TP; // Balikkan TP untuk proses berikutnya}

Dan tidak ada yang harus diletakkan atau dibutuhkan untuk dijalankan di bawah loop.

Membangun Pengaturan Levitasi Ultrasonik

Harap diperhatikan bahwa untuk proyek ini, penting untuk memasang transduser ultrasonik dengan benar. Mereka harus saling berhadapan dalam arah berlawanan yang sangat penting dan mereka harus berada dalam garis yang sama sehingga gelombang suara ultrasonik dapat bergerak dan berpotongan satu sama lain dalam arah yang berlawanan. Untuk ini, Anda bisa mengambil dua potong kecil kayu atau papan MD, baut mur, dan lem. Anda dapat membuat dua lubang untuk menyesuaikan transduser dengan sempurna oleh mesin bor. Di dudukan, Anda dapat menggantung pengaturan transduser ultrasonik.

Dalam hal ini, saya menggunakan dua potong karton dan kemudian memperbaiki Transduser ultrasonik dengan bantuan lem dari lem. Kemudian, untuk membuat dudukan, saya menggunakan kotak casing kabel sederhana dan memperbaiki semuanya dengan lem.

Berikut adalah beberapa gambar levitasi ultrasonik yang menunjukkan cara kerja proyek.

Levitasi ultrasonik atau levitasi akustik juga berfungsi jika satu sisi dipasang dengan transduser ultrasonik tetapi reflektor akan dibutuhkan dalam hal itu yang akan bertindak sebagai penghambat sehingga dapat digunakan di papan hover di masa depan dan transportasi anti gravitasi. Anda juga dapat melihat video kerja lengkap di bawah ini.

Saya harap Anda memahami proyek ini dan menikmati membangun sesuatu yang menyenangkan. Jika Anda memiliki pertanyaan, silakan tinggalkan di bagian komentar di bawah, Anda juga dapat menggunakan forum kami untuk pertanyaan teknis lainnya.