Başa dön
Arduino ile Manyetik Havada Duran Saksı Yapımı - Uçan Mıknatıslı Saksı Nasıl Yapılır?

Arduino ile Levitasyon Saksı Yapımı – Manyetik Havada Duran Dönen Uçan Mıknatıslı Saksı Nasıl Yapılır?

Merhaba arkadaşlar bu arduino projeleri yazımız da “havada duran, dönen, manyetik levitasyon saksı nasıl yapılır? projesini inceleyeceğiz.

Giriş: Arduino ile Uçan (Havada Duran) Mıknatıslı Manyetik Levitasyon Saksı Yapımı Projesi

Önceki makaleden bu yana uzun zaman geçti. Pandemi devam ederken okulların açılması ile işlerimiz oldukça yoğun. İnternette makale konusu araştırması yaparken çok beğendiğim bir proje karşıma çıktı: Havada Duran Saksı

Herhangi bir gizemi çözmek ve nasıl çalıştığını anlamak için projenin içine bakmak yetiyor. Bir aydan daha uzun bir süre önceden beri levitasyon saksı üzerine bu makaleyi hazırlamayı kararlaştırdık. Manyetik alan ile havada saksıyı tutma olayının nasıl yapılacağına dair birçok makale mevcut ve hepsi devre tarafından kontrol edilen bir elektromıknatısın olduğu projeler. Bu devrenin aynısı yapabileceğimiz bir havada dönen manyetik saksı makalesi malesef yok.

Arduino ile havada duran levitasyon saksımızı yapmak için aşağıdaki adımlara dikkatle göz atın.

1. Adım: Havada Duran Levitasyon Saksı Yapımı Videosu

Manyetik levitasyon havada duran saksı nasıl yapılır hızlı bir bakış için yukarıdaki videoya bir göz atın.

Videodaki talimatların çok basit olduğunu ve başlamak için tam olarak detayları vermediğini unutmayın. Kendi levitasyon saksınızı yapmak için önemli ipuçları içeren videodan yardım alın ve aşağıdaki tüm adımları izleyin.

Adım 2: Nasıl Çalışır?

Kickstarter da yayınlanan havada duran saksı devresinin oldukça karmaşık olduğunu söyleyebilirim. Temel mantığa dikkatli baktıktan sonra, prensibinin oldukça basit olduğunu, yani başka bir mıknatıs parçasının üzerinde yüzen bir mıknatıs parçası yapmak olduğunu fark ettim. Geri kalan tüm işler ise hava da duran mıknatısın düşmemesini sağlamak.

Bunu Arduino ile yapmanın, analog devreyi kart haline getirmekten çok daha kolay olduğunu düşünüyorum. Ve bu şekilde projeyi yaptım.

Manyetik kaldırma mantığı iki parçadan oluşur: Taban Parçası ve Uçan Parça

  1. Taban Parçası
  • Bu kısım, yuvarlak bir manyetik alan oluşturmak için bir mıknatıs ve bu manyetik alanı kontrol etmek için elektromıknatıslardan oluşan alt kısımdır.
  • Her mıknatısın iki kutbu vardır: kuzey ve güney. Mıknatıs kutupları zıt ise birbirini çeker, aynı ise birbirini iter. Dört silindirik mıknatıs bir kareye yerleştirilir ve aynı polariteye sahiptir. Aralarında aynı kutbu olan herhangi bir mıknatısı yukarı doğru itmek için yuvarlak bir manyetik alan oluşturur.
  • Dört adet elektromıknatıs vardır, bir kareye yerleştirilirler, iki simetrik mıknatıs bir çifttir ve manyetik alanları daima zıttır.
  • Sensörler ve sürücü devreleri elektromıknatısları kontrol eder. Elektromıknatıslar üzerinden akımı yönlendirerek karşılıklı kutuplar oluşturur.

2. Hava da Duran (F Loating) Parçası

  • Küçük bir pot taşıyabilen taban parçasının üzerinde yüzen bir mıknatıstır.
  • Saksımız bu parçanın üzerine yerleştirilecektir.

Nasıl çalışır?

Üstteki mıknatıs, aynı kutup oldukları için alttaki mıknatısların manyetik alanı tarafından yükseltilir. Bununla birlikte, düşmek ve birbirini çekme eğilimindedir.

Üst mıknatıs parçasının ters dönmesini ve düşmesini önlemek için elektromıknatıslar, alan sensörleri sayesinde itmek veya çekmek için manyetik alanlar oluşturacaktır.

Elektromıknatıslar 2 X ve Y ekseninde kontrol edilir, bu da üst mıknatısın dengeli ve yüzer durumda kalmasıyla sonuçlanır.

Elektromıknatısları kontrol etmek kolay değildir. Bu işlem, bir sonraki adımda ayrıntılı olarak anlatılacak olan PID kontrolörü hakkında bilgi sahibi olmanız gerektiği anlamına gelir.

 

Adım 3: PID Denetleyicisi

PID nedir?
Bir PID denetleyici, sürekli olarak bir hata değerini, yani amaçlanan sistem durumu ile mevcut sistem durumu arasındaki farkı hesaplar. Denetleyici, süreç kontrol girdisini ayarlayarak hatayı en aza indirmeye çalışır. İstenen ayar noktası (SP) ve ölçülen işlem değişkeni (PV) arasındaki fark olarak {\ displaystyle e (t)} orantılı, integral ve türev terimlere (sırasıyla P, I ve D olarak gösterilir) dayalı bir düzeltme uygular.

Basit Anlatım: “Bir PID kontrolörü, ölçülen Input ile istenen ayar noktası Setpoint arasındaki fark olarak [Error] değerini hesaplar. Kontrolör, Output‘ı ayarlayarak hatayı en aza indirmeye çalışır.”

Böylece, PID’ye neyi ölçmesi gerektiğini Input, bu ölçümün nerede olmasını istediğinizi Setpoint, ve bunun gerçekleşmesini sağlayacak değişkeni Output ile ayarlayabilirsiniz.

PID daha sonra Input‘ı Setpoint‘e eşitlemeye çalışırken Output‘ı ayarlar.

Örnek olarak; bir arabada Input, Setpoint ve Output sırasıyla hız, istenen hız ve gaz pedalı açısı şeklindedir.

PID’yi kolayca anlamak için alttaki videoyu izlemenizi tavsiye ederim.

Bu projede:

1. Input; Havada duran mıknatısın konumu gerçek zamanlı olarak değişeceğinden sürekli olarak güncellenen, alan sensöründen gelen geçerli gerçek zamanlı değerdir.

2. Setpoint; Mıknatıs tabanının merkezinde, yüzen mıknatıs denge pozisyonundayken ölçülen alan sensöründen gelen değerdir. Bu indeks sabittir ve zamanla değişmez.

3. Output; Elektromıknatısları kontrol etme hızıdır.

 

Arduino’da biri X ekseni ve diğeri Y ekseni için bir çift PID denetleyici kullanmamız gerekiyor.

 

PID için ve diğer gerekli malzemeler için listeye geçebiliriz.

 

Adım 4: Malzeme Listesi

Bu proje için satın almanız gereken malzemelerin listesi aşağıdadır, başlamadan önce hepsine sahip olduğunuzdan emin olun.

 

Adım 5: Araçlar

En yaygın olarak herkes tarafından kullanılan araçların listesi aşağıda verilmiştir.

  • El Testeresi

 

Adım 6: Sürücüler

LM324N

İşlemsel amplifikatörler (op-amp), günümüzde kullanılan en önemli, yaygın ve çok yönlü devrelerden bazılarıdır.

Opamp’ı, alan sensöründen gelen sinyali yükseltmek için kullanıyoruz. Amaç, hassasiyeti artırarak, arduino’nun manyetik alan değişimini kolayca tanımasını sağlamaktır.

Hall sensörünün çıkış voltajı birkaç mV değiştirildiğinde, amplifikatörden sonra Arduino’daki birkaç yüz birimi değiştirebilir. Bu, PID denetleyiciyi düzgün ve kararlı tutmak için gereklidir.

Seçtiğimiz LM324, ucuzdur ve herhangi bir hobi elektroniği mağazasında satılmaktadır. LM324, esnek bir şekilde kullanmanıza izin veren 4 dahili amplifikatöre sahiptir. Ancak bu projede yalnızca biri X ekseni ve diğeri Y ekseni için iki amplifikatöre ihtiyacımız var.

LM324’ün nasıl monte edileceğini aşağıdaki anlatımda bulabilirsiniz.

 

L298N Sürücü Modülü

Dual H-Bridge L298N, tipik olarak motorların hızını ve iki DC motorun yönünü kontrol etmek için veya bir bipolar step motoru kolaylıkla kontrol etmek için kullanılır. L298N motor sürücü modülü, 5 ila 35V DC gerilime sahip motorlarla kullanılabilir.

Ayrıca yerleşik bir 5V regülatörü de vardır, bu nedenle besleme voltajınız 12V’a kadar çıkarsa, karttan 5V de sağlayabilirsiniz.

Bu projede iki çift elektromıknatıs bobini kontrol etmek için L298N kullandık ve Arduino ve hall sensörüne güç sağlamak için 5V çıkış ayarladık.

 

Modül Bağlantıları:

  • Out 2: Elektromıknatıs X Çifti
  • Out 3: Elektromıknatıs Y Çifti
  • GND: Alt tabla
  • 5v: Arduino ve alan sensörlerine 5v çıkış
  • EnA: Çıkış 2 için PWM sinyalini etkinleştirir
  • In1: Out 2 için etkinleştirin
  • In2: Out 2 için etkinleştirin
  • In3: Out 3 için etkinleştirin
  • In4: Out 3 için etkinleştirin
  • EnB: Out3 için PWM sinyalini etkinleştirir

 

Arduino Bağlantısı:

EnA ve EnB pinindeki 2 jumper telini çıkarmamız ve ardından 6 pin (In1, In2, In3, In4, EnA, EnB)’i Arduino’ya bağlamamız gerekir.

 

Hall Sensörü

Analog çıkışlı bir hall Sensördür.

Analog çıkış ve dijital çıkış arasındaki farka dikkat edin, bu projede dijital çıkışlı bir sensör kullanamazsınız, sadece 1 veya 0 olmak üzere iki durumu vardır, bu nedenle manyetik alanların çıkışını ölçemezsiniz.

Bir analog sensör, Arduino’nun Analog Girişiyle okuyabileceğiniz 250mV ile Vcc arasında bir voltaj aralığı ile sonuçlanacaktır.

Hem X hem de Y eksenlerinde manyetik alanı ölçmek için iki hall sensörüne ihtiyaç vardır.

 

Adım 7: Neodyum Mıknatıs

Neodyum, ferromanyetik olan bir metaldir (daha spesifik olarak antiferromanyetik özellikler gösterir), yani demir gibi bir mıknatıs haline gelmek için mıknatıslanabilir, ancak manyetizması, Curie sıcaklığı 19 K (-254 ° C)’de yani çok düşük sıcaklıklarda ortaya çıkar.

Temel parçayı yapmak için küçük mıknatıslar, yüzen parçayı yapmak için büyük mıknatıslar kullanılır.

 

Dikkat: Neodyum mıknatısları kullanırken dikkatli olmalısınız çünkü güçlü manyetizmaları size zarar verebilir veya sabit sürücünüzün veya manyetik alanlardan etkilenen diğer elektronik cihazların verilerini bozabilir. Güçlü çekiş kuvveti sayesinde iki neodyum mıknatıs birbirlerini hızlı çektiği için çarpışma şiddetiyle kolaylıkla kırılabilmektedirler.

İpuçları: Mıknatısın sadece iki parçasını yatay pozisyonda iterek veya çekerek ayırabilirsiniz, manyetik alanları çok güçlü olduğu için ters yönde çekerek ayırmak çok zordur. Ayrıca çok kırılgandır ve kolay kırılırlar.

Adım 8: Saksı Hazırlama

 

Kaktüs gibi küçük bitki yetiştirmek için kullanılan küçük bir saksı kullanalım. Tam oturdukları sürece seramik bir saksı veya ahşap bir saksı da kullanabilirsiniz.

DC jakını tutmak için saksının alt tarafına yakın bir noktaya delik açtım. Bunun için 8 mm’lik bir matkap ucu kullanın.

 

İpuçları: Çömlek saksı kullanacaksanız, delmek için düz bir tahta uç kullanmalısınız. Ben demir matkap ucu kullandım, neredeyse yanıyordu ve gerçekten etkili değil.

Ayrıca matkabı soğutmak için su kullanabilir, aşırı ısınmasını önleyebilirsiniz.

 

Adım 9: 3D Baskı

3D Baskı

Alt tablayı, eklediğim STL dosyasıyla yazdırıyorum.

 

Lazer Kesimi

.dwg olarak eklediğim dosya ile iki akrilik parça kesmek için lazer kesim makinesi kullanmalısınız. Bu bir autocad dosyasıdır.

Mıknatısları ve elektromıknatısları desteklemek için akrilik bir parça kullanılır, geri kalanı saksının yüzeyini kaplamak için kullanılır.

 
 

Adım 10: Hall Sensör Hazırlığı

Pcb devre tahtasını iki parçaya kesin, bir parça hall sensörünü takmak için ve diğeri LM324 devresini yapmak için.

PCB’ye dik olarak iki manyetik sensör takın. İki tarafın kazınmış olduğunu ve sensörlerin birbirine döndüğünü, sabit kaynak yapıldığını unutmayın.

İki VCC sensör pimini birbirine bağlamak için ince kabloları kullanın, aynısını GND pimleriyle yapın. Çıkış pimleri ayrıdır.

 

Adım 11: Sürücü Devresi

Soketi ve dirençleri, daha sonra kolay kalibrasyon için iki potansiyometreyi aynı yöne yerleştirmeye dikkat ederek ve şematiği takip ederek pcb’ye lehimleyin.

LM324’ü sokete takın, ardından alan sensör modülünün iki çıkışını op-amp devresine bağlayın.

Arduino’ya bağlanmak için iki LM324 çıkış kablosunu bağlayın. 12V girişi 12V ile, 5V girişi 5V ile paylaşılmalıdır.

 

Adım 12: Mıknatısları Birleştirme

Merkeze yakın dört deliğe sabitlendiğine dikkat ederek elektromıknatısları akrilik levha üzerine monte edin.

Hareket etmemesi için vidaları iyi sıkın.

Elektromıknatıslar merkez boyunca simetrik olduğundan, her zaman zıt kutuplardadırlar, böylece elektromıknatısların içindeki teller birbirine bağlanır, elektromıknatısların dışındaki teller H-sürücü L298N’ye bağlanır.

L298N’ye bağlanmak için akrilik levhanın altındaki telleri yakındaki deliklerden aşağı doğru çekin.

İpuçları: Kabloların ucunu soymayı unutmayın.

 

Adım 13: Sensör Modülünü ve Mıknatısları Takın

Sensör modülünü elektromıknatıslar arasına sabitlemek için sıcak silikon kullanın, her sensörün biri önde diğeri arkada olmak üzere iki elektromıknatısla kare şeklinde olmasına dikkat edin.

İki sensörü olabildiğince merkezi olarak kalibre etmeye çalışın, böylece üst üste binmezler, bu da sensörü en etkili hale getirir.

Bir sonraki adım, mıknatısları akrilik tabana monte etmektir. Bir silindir oluşturmak için iki 15 * 4mm mıknatıs ve bir 15 * 3mm mıknatısı birleştirin. Bu, mıknatısların ve elektromıknatısların aynı yüksekliğe sahip olmasına neden olacaktır.

Mıknatısları elektromıknatıs çiftlerinin arasına monte edin, yukarı doğru mıknatısların kutuplarının aynı olması gerektiğine dikkat edin.

 

Adım 14: DC Güç Girişi ve L298N 5V Çıkışı

DC güç jakını iki kabloyla lehimleyin ve ısıyla daralan makaron takın. DC güç jakını L298N modülünün girişine bağladığınızda, 5V çıkışı Arduino’ya güç sağlayacaktır.

Adım 15: L298N ve Arduino

Yukarıdaki şemayı izleyerek L298N modülünü Arduino’ya bağlayın.

L298N ===> Arduino

5V ===> VCC

GND ===> GND

EnA ===> 7

In1 ===> 6

In2 ===> 5

In3 ===> 4

In4 ===> 3

EnB ===> 2

Adım 16: Arduino Pro Mini Programlama

 

Arduino pro mini’nin seri bağlantı noktasına usb bağlantısı olmadığı için harici bir programlayıcı bağlamanız gerekir.

FTDI Basic, Pro Mini’yi programlamak (ve çalıştırmak) için kullanılacaktır.

Daha fazla bilgi almak için bu Sparkfun’a göz atabilirsiniz.

 

Adım 17: Hava da Duran Parçanın Hazırlanması

Manyetizmayı artırmak için iki D35 * 5 mıknatısı birbirine bağlayın.

Adım 18: Kalibrasyon

Arduino’ya ReadSetpoint.ino programını yükleyin. Bu program, hall sensörünün değerlerini okuyacak ve seri port üzerinden bilgisayara gönderecektir. Görmek için COM bağlantı noktasını açın.

12V DC’yi DC güç jakına takın, ayrıca sensör değerini okumak için osiloskop kullanın.

Ekrandaki değerleri gözlemleyin, iki potansiyometreyi ayarlayarak ayarlamalar yapın. En iyi değer 560’tır, bu noktada sensörün çıkışı yaklaşık 2,5V’dur.

Ayar noktasını ayarladıktan sonra, havada duran mıknatıs parçasını temel parçanın üzerine yerleştirin ve ekranda ayar noktasının değişimini görmek için sallayın.

İpuçları: Elektromıknatıs ve potansiyometre çiftini sırasıyla X ve Y eksenlerinde işaretleyin, böylece bunları daha sonra kolayca düzeltebilirsiniz.

Adım 19: Kodlama

 

Ayar noktası değerini kalibre ettikten sonra, kodlamaya geçebiliriz.

Aşağıda eklediğim Levitation.ino ana programını yükleyin.

Daha önce 3D olarak basılmış mıknatıs parçasını ve mıknatıs tutucuyu sabitlemek için yapıştırıcı kullanın.

İpuçları: Ana programı yükledikten sonra, kayan parçayı merkeze sabitlemek için potansiyometrelerde küçük ayarlamalar yapabilirsiniz.

Adım 20: Birleştirme

Önce DC güç jakını pota takın, ardından kalan parçaları pota yerleştirin.

Son olarak, akrilik levhayı kullanın.

Adım 21: Bitki

Saksıyı yüzen mıknatıs parçasına tutturun.

İçerisine küçük bir kaktüs veya sukulent koyabilirsiniz.

Adım 22: Bitti

 

Şimdi projeyi bitirmenin keyfini çıkarın. Masanızda kendi yaptığınız manyetik, havada duran ve dönen bir levitasyon saksı olması ne kadar da güzel değil mi? 🙂

 

Hepsi bu kadar. Umarım makalemizi beğenmiş ve yeni bir şeyler öğrenmişsinizdir.

Memnun kaldıysanız aşağıda bulunan “yukarı ok” işaretine tıklayarak +1 puan verebilirsiniz. 

Diğer Güncel Arduino Projeleri için BURAYA TIKLAYABİLİRSİNİZ.

Sizde Robotlara ve Maker’lığa Meraklıysanız Robotik Marketimiz ROBOCOMBO‘yu Ziyaret Edebilirsiniz.

 

Robot El Yapımı – İlginç Arduino Projeleri

Videodaki Robot El Ürünümüzü Satın Almak İsterseniz Bağlantıya Göz Atabilirsiniz.

Okuduğunuz İçin Teşekkürler.

 

Kaynak: instructables.com/id/Arduino-Air-Bonsai-Levitation/