آلة رفع بالموجات فوق الصوتية باستخدام أردوينو: 8 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

من المثير جدًا أن ترى شيئًا يطفو في الهواء أو في الفضاء الحر مثل سفن الفضاء الفضائية. هذا هو بالضبط ما يدور حوله مشروع مضاد للجاذبية. يتم وضع الكائن (بشكل أساسي قطعة صغيرة من الورق أو Thermocol) بين محولات طاقة فوق صوتية تولد موجات صوتية. يطفو الجسم في الهواء بسبب هذه الموجات التي يبدو أنها مضادة للجاذبية.

في هذا البرنامج التعليمي ، دعنا نناقش الرفع بالموجات فوق الصوتية ودعنا نبني آلة رفع باستخدام Arduino

الخطوة 1: كيف هذا ممكن

لفهم كيفية عمل التحليق الصوتي ، تحتاج أولاً إلى معرفة القليل عن الجاذبية والهواء والصوت. أولاً ، الجاذبية هي القوة التي تجعل الأشياء تجتذب بعضها البعض. جسم ضخم ، مثل الأرض ، يجذب بسهولة الأشياء القريبة منه ، مثل التفاح المتدلي من الأشجار. لم يقرر العلماء سبب هذا الانجذاب بالضبط ، لكنهم يعتقدون أنه موجود في كل مكان في الكون.

ثانيًا ، الهواء عبارة عن سائل يتصرف بشكل أساسي بنفس الطريقة التي تتصرف بها السوائل. مثل السوائل ، يتكون الهواء من جزيئات مجهرية تتحرك فيما يتعلق ببعضها البعض. يتحرك الهواء أيضًا مثل الماء - في الواقع ، تُجرى بعض الاختبارات الديناميكية الهوائية تحت الماء بدلاً من الهواء. الجسيمات في الغازات ، مثل تلك التي يتكون منها الهواء ، هي ببساطة أبعد عن بعضها وتتحرك أسرع من الجزيئات في السوائل.

ثالثًا ، الصوت هو اهتزاز ينتقل عبر وسيط ، مثل غاز أو سائل أو جسم صلب. إذا قرعت الجرس ، يهتز الجرس في الهواء. عندما يتحرك أحد جانبي الجرس للخارج ، فإنه يدفع جزيئات الهواء بجانبه ، مما يزيد الضغط في تلك المنطقة من الهواء. هذه المنطقة ذات الضغط العالي هي ضغط. عندما يتحرك جانب الجرس للداخل ، فإنه يسحب الجزيئات بعيدًا ، مما يخلق منطقة ضغط منخفض تسمى الخلخلة. بدون حركة الجزيئات هذه ، لا يمكن للصوت أن ينتقل ، ولهذا السبب لا يوجد صوت في الفراغ.

رافعة صوتية

يتكون جهاز الرفع الصوتي الأساسي من جزأين رئيسيين - محول الطاقة ، وهو سطح اهتزازي يصدر الصوت ، وعاكس. غالبًا ما يكون للمحول والعاكس أسطح مقعرة للمساعدة في تركيز الصوت. تنتقل الموجة الصوتية بعيدًا عن محول الطاقة وترتد عن العاكس. تساعد ثلاث خصائص أساسية لهذه الموجة المتحركة العاكسة على تعليق الأجسام في الجو.

عندما تنعكس الموجة الصوتية عن سطح ما ، يتسبب التفاعل بين ضغطاتها وانحلالها في حدوث تداخل. تؤدي الضغطات التي تقابل ضغوطًا أخرى إلى تضخيم بعضها البعض ، والضغطات التي تتناسب مع ضغوط نادرة تتوازن مع بعضها البعض. في بعض الأحيان ، يمكن أن يجتمع الانعكاس والتداخل لإنشاء موجة واقفة. يبدو أن الموجات الواقفة تتحرك ذهابًا وإيابًا أو تهتز في مقاطع بدلاً من الانتقال من مكان إلى آخر. هذا الوهم بالسكون هو ما يعطي الموجات الواقفة اسمها ، فالموجات الصوتية الواقفة لها عُقد محددة ، أو مناطق ذات ضغط أدنى ، وعقد عكسية ، أو مناطق ذات ضغط أقصى. تقع عقد الموجة الواقفة بسبب التحليق الصوتي.

من خلال وضع عاكس على مسافة مناسبة من محول الطاقة ، يخلق الرافع الصوتي موجة واقفة. عندما يكون اتجاه الموجة موازيًا لسحب الجاذبية ، يكون لأجزاء من الموجة الواقفة ضغط هبوطي ثابت بينما يكون لأجزاء أخرى ضغط تصاعدي ثابت. العقد لديها ضغط قليل جدا.

حتى نتمكن من وضع الأشياء الصغيرة هناك ورفعها

الخطوة 2: المكونات المطلوبة

• اردوينو اونو / اردوينو نانو ATMEGA328P
• وحدة الموجات فوق الصوتية HC-SR04
• وحدة L239d H-Bridge L298
• الكلور المشترك
• بطارية 7.4 فولت أو مصدر طاقة
• توصيل الأسلاك.

الخطوة 3: مخطط الدائرة

مبدأ عمل الدائرة بسيط للغاية. المكون الرئيسي لهذا المشروع هو Arduino ، L298 محرك IC ، ومحول طاقة فوق صوتي تم جمعه من وحدة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية HCSR04. بشكل عام ، ينقل المستشعر بالموجات فوق الصوتية موجة صوتية لإشارة تردد بين 25 كيلو هرتز إلى 50 كيلو هرتز ، وفي هذا المشروع ، نستخدم محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية HCSR04. هذه الموجات فوق الصوتية تجعل الموجات الواقفة مع العقد والعقد العكسية.

تردد عمل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية هذا هو 40 كيلو هرتز. لذلك ، فإن الغرض من استخدام Arduino وهذه القطعة الصغيرة من الكود هو إنشاء إشارة تذبذب عالية التردد 40 كيلو هرتز لمستشعر أو محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، ويتم تطبيق هذا النبض على مدخل محرك المحرك المزدوج IC L293D (من دبابيس Arduino A0 & A1) لقيادة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية. أخيرًا ، نطبق إشارة التذبذب 40 كيلو هرتز عالية التردد جنبًا إلى جنب مع جهد القيادة من خلال قيادة IC (عادةً 7.4 فولت) على محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية. ونتيجة لذلك ينتج محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية موجات صوتية. وضعنا اثنين من المحولات وجهاً لوجه في الاتجاه المعاكس بحيث تترك مسافة بينهما. تنتقل الموجات الصوتية بين محولين وتسمح للكائن بالطفو. يرجى مشاهدة الفيديو. المزيد من المعلومات أوضح كل شيء في هذا الفيديو

الخطوة 4: عمل محول الطاقة

نحتاج أولاً إلى فصل جهاز الإرسال والاستقبال من وحدة الموجات فوق الصوتية. قم أيضًا بإزالة الغطاء الواقي ثم قم بتوصيل الأسلاك الطويلة به. ثم ضع جهاز الإرسال والاستقبال أحدهما فوق الآخر ، تذكر أن موضع محولات الطاقة فوق الصوتية مهم جدًا. يجب أن يواجهوا بعضهم البعض في الاتجاه المعاكس وهو أمر مهم للغاية ويجب أن يكونوا في نفس الخط بحيث يمكن أن تنتقل الموجات الصوتية فوق الصوتية وتتقاطع مع بعضها البعض في اتجاهين متعاكسين. لهذا استخدمت ورقة الرغوة والمكسرات والروبوتات

يرجى مشاهدة صنع الفيديو لفهم أفضل

الخطوة الخامسة: البرمجة

الترميز بسيط للغاية ، فقط من بضعة أسطر. باستخدام هذا الرمز الصغير بمساعدة مؤقت ووظائف المقاطعة ، نقوم بعمل مرتفع أو منخفض (0/1) ونولد إشارة متذبذبة من 40 كيلو هرتز إلى دبابيس إخراج Arduino A0 و A1.

قم بتحميل كود اردوينو من هنا

الخطوة 6: التوصيلات

قم بتوصيل كل شيء وفقًا لمخطط الدائرة

تذكر أن تربط كلا السببين معًا

الخطوة 7: أشياء وتحسينات مهمة

يعد وضع محول الطاقة أمرًا مهمًا جدًا ، لذا حاول وضعه في الوضع المناسب

يمكننا فقط رفع قطع صغيرة من الأشياء الخفيفة الوزن مثل الثيرموكول والورق

يجب أن توفر تيار 2 أمبير على الأقل

بعد ذلك حاولت رفع الأشياء الكبيرة لذلك أولاً ، قمت بزيادة الرقم. من المرسلات وأجهزة الاستقبال التي لم تعمل. لذلك حاولت بعد ذلك مع الجهد العالي الذي فشل أيضًا.

طعنات

في وقت لاحق فهمت أنني فشلت بسبب. ترتيب محولات الطاقة إذا استخدمنا أجهزة إرسال متعددة ، فعلينا أن نحصل على هيكل متعرج.

الخطوة 8: شكرا

أي شكوك التعليق أدناه