Heute werde ich erzählen und zeigen, wie man die Wirkung der Ultraschallschwebung zu Hause mit meinen eigenen Händen wiederholt.
In früheren Artikeln
eins ,
zwei . Ich habe Pseudo-Levitation gezeigt. Diesmal ist alles echt. Ich werde mit der Theorie beginnen.
Schallschwingungen
Um die gesamte Essenz des Levitationseffekts zu verstehen, müssen Sie verstehen, was eine Schallwelle und eine stehende Welle sind.
Deshalb werde ich mit ihnen beginnen. Eine Schallwelle breitet sich in alle Richtungen aus und besteht aus zwei Halbwellen, positiv und negativ. Die positive Halbwelle ist eine Kompressionszone oder ein Hochdruck, in Zukunft werde ich es die Kompression nennen, und die negative Halbwelle die Entladungszone, wir werden es Dekompression nennen.
In der Praxis sieht es so aus: Der Lautsprecherdiffusor erzeugt eine Kompression, wenn er sich nach außen bewegt, und dekomprimiert, wenn er sich nach innen bewegt. Dies ist im Bild deutlich zu sehen.
Die maximale Wellenleistung wird in der Nähe des dynamischen Kopfdiffusors erzeugt. Wenn er sich vom Emitter entfernt, verliert er allmählich seine Leistung. Je weiter er vom Lautsprecher entfernt ist, desto schwächer ist er.
Eine stehende Welle ist eine Welle, die gebildet wird, wenn zwei Gegenpropagationen überlagert werden, die in Phase und mit derselben Wellenfrequenz zusammenfallen. Wenn eine gewöhnliche Welle während der Ausbreitung im Raum ihre Kraft verliert, bilden stehende Wellen in kleinen Entfernungen Knoten mit ungefähr gleicher Kraft. Dies wird durch Falten multidirektionaler Wellen erreicht. Die Schwächungswelle wird durch die entgegenkommende Welle verstärkt. Um zu verstehen, wie dies geschieht, sehen Sie sich das Bild unten an. Knoten oder in unseren Fällen Regale von stehenden Wellen sind grau hervorgehoben. In diesen Regalen (Knoten) und gehaltenen Gegenständen.
Die Wellenlänge ist die Schallgeschwindigkeit geteilt durch die Frequenz der Schwingungen. Bei einer Temperatur von 20 ° C und einer Luftfeuchtigkeit von 50% breitet sich Schall in einer solchen Umgebung mit einer Geschwindigkeit von 340 m / s aus. Die Resonanzfrequenz unseres piezoelektrischen Emitters beträgt ca. 40.000 Hz. Als Ergebnis erhalten wir eine Wellenlänge von 340.000 mm / 40.000 Hz = 8,5 mm. Die stehende Wellenlänge beträgt 8,5 mm.
Emitter können in unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sein, sollten jedoch immer ein Vielfaches der Wellenlänge betragen. Je kleiner der Abstand zwischen den Emittern ist, desto stärker sind die Knoten der stehenden Welle. Je mehr Platz zwischen den akustischen Sendern ist, desto mehr Knoten befinden sich zwischen ihnen, aber die Leistung der Knoten wird schwächer und umgekehrt. Sie müssen auch verstehen, dass leistungsstärkere Piezoköpfe erforderlich sind, um eine große Anzahl von Objekten in den Wellenknoten und in größerem Abstand zwischen Ultraschallemittern zu halten. Zum Beispiel von Parkradargeräten oder von Haushaltsbefeuchtern. In diesem Artikel betrachte ich den günstigsten und kostengünstigsten Ultraschallsender. Welches kann aus dem
HC-SR04 Entfernungsmesser entfernt werden .
Anschlussplan - Ich habe
Arduino nano und
den Motortreiber MX1508 verwendet , ich hätte es mit dem Generator NE555 tun können, und als Verstärker für die Emitter den auf dem Entfernungsmesser HC-SR04 installierten MAX232-Chip verwenden können, aber ich habe mir einen einfacheren Weg ausgesucht, der mir Zeit gespart hat. Da ich nicht mehr als 5 Minuten gebraucht habe, um das akustische Levitron zusammenzubauen. Ich habe die Verbindungen mit dem Dupont Wire Kit hergestellt.
Beschreibung der Skizze Arduino
Der Code ist nichts Besonderes. Es kommt darauf an, einen Timer einzurichten und den D Arduino-Port zu ruckeln. Versetzen Sie dazu Timer1 zufällig in den Reset-Modus (CTC). Wenn nun die Werte des Kontoregisters TCNT1 mit der im Vergleichsregister OCR1A angegebenen Nummer übereinstimmen, wird ein Interrupt ausgelöst, in dessen Prozessor der gesamte Port D invertiert wird. Danach wird das Zählregister zurückgesetzt und nach dem Verlassen Der Prozessor startet den Zählvorgang bei einem neuen.
Der Wert des OCR1A-Registers, den wir benötigen, wird wie folgt berechnet: Da der Teiler im TCCR1B-Register ausgeschaltet ist, nehmen wir die Taktfrequenz von 16.000.000 Hz und dividieren durch die gewünschte Interruptfrequenz von 80.000 Hz. Als Ergebnis erhalten wir die Zahl 200, dies ist unser Wert für das Register OCR1A.
Warum 80 kHz, nicht 40 kHz? Weil die Periode im Handler in zwei Interrupt-Operationen gebildet wird. Während der ersten Operation bilden die Ausgänge D3 = 0 und D4 = 1 und in der zweiten D3 = 1 und D4 = 0.
Code für Arduino
volatile uint8_t portD3_D4 = 8; // D3 D4 void setup() { pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); // Timer1 TCNT1 = 0; TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; OCR1A = 199; // 16 / 80 = 200 TCCR1B = (1 << WGM12)|(1 << CS10); // CTC, TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); // } void loop () {} ISR (TIMER1_COMPA_vect) // { PORTD = portD3_D4; // portD3_D4 = 255-portD3_D4;// }