Hoje vou contar e mostrar como repetir o efeito da levitação ultrassônica com minhas próprias mãos em casa.
Nos artigos anteriores,
um ,
dois . Eu demonstrei pseudo-levitação. Desta vez é tudo real. Vou começar com a teoria.
Vibrações sonoras
Para entender toda a essência do efeito levitação, você precisa entender o que são ondas sonoras e ondas estacionárias.
Portanto, vou começar com eles. Uma onda acústica se propaga em todas as direções e consiste em duas meias-ondas, positivas e negativas. A meia-onda positiva é uma zona de compressão ou alta pressão; no futuro, chamarei de compressão; e a meia-onda negativa, a zona de descarga, chamaremos de descompressão.
Na prática, fica assim: O difusor do alto-falante cria compressão ao mover para fora e descompacta ao mover para dentro. Isso é mostrado claramente na imagem.
A potência máxima de onda é criada perto do difusor dinâmico da cabeça e, à medida que se afasta do emissor, perde gradualmente sua potência, quanto mais longe do alto-falante, mais fraco é.
Uma onda estacionária é uma onda formada quando sobreposta a duas contrapropagações, coincidindo na fase e com a mesma frequência de onda. Se uma onda comum perde seu poder no processo de propagação no espaço, então ondas estacionárias a pequenas distâncias formam nós com potência aproximadamente igual. Isto é conseguido dobrando ondas multidirecionais. A onda enfraquecida é amplificada pela onda que se aproxima. Para entender como isso acontece, veja a imagem abaixo. Nós ou, em nossos casos, prateleiras de ondas estacionárias são destacados em cinza. Nessas prateleiras (nós) e itens mantidos.
Comprimento de onda é a velocidade do som dividida pela frequência das oscilações. A uma temperatura de 20 ° C e uma umidade de 50%, o som se propaga nesse ambiente a uma velocidade de 340 m / s. A frequência ressonante do nosso emissor piezoelétrico é de aproximadamente 40.000 Hz. Como resultado, obtemos um comprimento de onda de 340.000 mm / 40.000 Hz = 8,5 mm. O comprimento de onda em pé será o mesmo 8,5 mm.
Os emissores podem estar localizados a distâncias diferentes um do outro, mas deve sempre ser um múltiplo do comprimento de onda. Quanto menor a distância entre os emissores, mais poderosos os nós da onda estacionária. Quanto mais espaço entre os transmissores acústicos, mais nós entre eles, mas a potência dos nós enfraquece e vice-versa. Você também precisa entender que, para manter um grande número de objetos nos nós das ondas e a uma maior distância entre emissores ultrassônicos, serão necessárias cabeças piezoelétricas mais poderosas. Por exemplo, de radares de estacionamento ou de umidificadores domésticos. Neste artigo, considero o emissor ultrassônico mais acessível e acessível. O qual pode ser removido do
telêmetro HC-SR04 .
Diagrama de conexão - usei o
Arduino nano e
o driver do motor MX1508 , poderia ter feito com o gerador NE555 e, como amplificador para os emissores, use o chip MAX232 instalado no telêmetro HC-SR04, mas escolhi um caminho mais simples para mim, que economizava tempo. Como não levei mais de 5 minutos para montar o levitron acústico. Fiz as conexões com o kit de arame Dupont.
Descrição do sketch Arduino
O código não é nada de especial. Tudo se resume a configurar um temporizador e empurrar a porta D Arduino. Para fazer isso, coloque o Timer1 no modo de redefinição por coincidência (CTC) e agora, se os valores do registro de conta TCNT1 coincidirem com o número especificado no registro de comparação OCR1A, uma interrupção será acionada, no processador do qual toda a porta D será invertida. Depois disso, o registro de contagem será redefinido e depois de sair. O processador iniciará o processo de contagem em um novo.
O valor do registro OCR1A de que precisamos é calculado da seguinte forma: como o divisor no registro TCCR1B está desligado, pegamos a frequência do relógio de 16.000.000 Hz e dividimos pela frequência de interrupção desejada 80.000 Hz, como resultado, obtemos o número 200, este será o nosso valor para registrar OCR1A.
Por que 80 kHz, não 40 kHz, você pergunta? Porque o período no manipulador é formado em duas operações de interrupção. Durante a primeira operação, as saídas formam D3 = 0 e D4 = 1 e, na segunda, D3 = 1 e D4 = 0.
Code for 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;// }