嵌入式 - 自制魔幻磁懸浮飛碟(含代碼)
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除了 3D 部件和手工繞制線圈之外,大多數部件可以直接購買或從現有設備上拆卸。
- 6 x M3 x 10mm 機械或 內六角螺絲
- 1 x M3 X 6mm 機械或 內六角螺絲
- 1 x M3 X 螺母
- 5 x M2.5 X 10mm 機械或 內六角螺絲
- 無線充電器圓柱形板 100mm(直徑),更小的尺寸需要一個墊片
- 磁懸浮模塊
- 釹磁體圓柱形磁體 10mm x 10mm,N42/3.9Kg 拉力
- 3 根不銹鋼桿,直徑為 6mm,長度為 70mm,或者選擇卷起的碗架作為替代材料來源
- 6 x M3 x 10mm 螺紋六角支柱
- 紅色 LED
- LED UVA 3mm
- 電阻 910R/0.125W
- 漆包銅線(ECW)35AWG/0.15mm
- 3D打印材料: PLA 綠色 - 發光(圓頂和底座)
- 3D打印材料: PLA 絲綢銀(飛碟主體)
- 3D打印材料: PLA - 白色(內部支架和線圈成型體)
- 半剛性薄塑料板或塑料容器的一部分(直徑 19mm)
- 柔性多股線(22AWG/0.35mm sq. - 7 x 0.25mm)或類似
工具:
- 3D 打印機
- 2.5mm 鉆頭
- 3mm 鉆頭
- 4mm 鉆頭
- 鋸子
- 鉗子
- 尺子
- 組合方塊
- 螺絲刀、內六角螺絲(3mm 和 4mm)
- 鉗子
- 焊鐵
- 焊料
- 砂紙
- 細點標記筆
- 透明膠帶
- 剪刀
- 手工刀
- 塑料膠
- 稱重秤
- 水平儀
這邊注意先熟悉工具的使用方法并遵循建議的操作程序,確保佩戴適當的個人防護設備操作。
步驟1:方法
這個項目使用兩種磁場應用方法。
- 懸浮
- 感應
懸浮
該項目使用主動懸浮而非被動懸浮,以下是比較。
主動模式
主動懸浮是該項目的主要重點,它使用被動磁鐵和主動電磁鐵一起實現,沒有牽引物。被動磁鐵安裝在飛碟內部,而由電磁鐵制成的主動磁鐵安裝在飛碟外部。
電磁鐵、傳感器和控制電子裝置形成反饋回路,外部磁鐵和飛碟頂部的磁鐵相互作用??刂茩C制來維持系統的平衡,使外部磁鐵既不太靠近也不太遠離電磁鐵。如果飛碟移動得更接近電磁鐵,則減小電磁鐵的電力,讓飛碟在重力的作用下移走。當飛碟移開時,增大電磁鐵的電力將它拉回。這個過程發生得非???,以至于人眼無法察覺,從而保持飛碟“鎖定在空間中”。
被動模式
采用磁鐵和牽引物即可實現被動懸浮。
其中一端被一根線或電線固定,而另一端則是裝在飛碟內部的磁鐵,它被吸附到外部磁鐵下,使牽引物受到張力。
感應
如果給第一個線圈提供變化電壓的電流,則它會產生一個變化的磁場,這個變化的磁場會在接近第一個線圈的第二個線圈內感應出變化的電壓。
在這種情況下,第一個產生磁場的線圈是一臺無線充電器,第二個線圈連接到了LED燈。飛碟內有2個LED燈,由安裝在飛碟底部的兩個單獨線圈驅動。一個LED燈安裝在圓頂窗下面,另一個LED燈安裝在底盤中心。當飛碟底盤在無線充電器范圍內時,LED燈會閃爍。燈的強度與飛碟與無線充電器板的接近程度成正比。
步驟2:設計
這些3D打印部件是使用BlocksCAD設計的,主要由兩個部分組成。
懸浮底座
包括以下部分:
- 頭部單元-包含懸浮模塊和電源插座
- 頭部蓋 x 2-覆蓋懸浮模塊(一個功能性和一個裝飾性)
- 尾部部件-覆蓋頭部單元的后面
- 燈罩-用于懸浮模塊的電源指示器
- 基座單元-包含感應板
- 基座間隔墊-用于提高薄充電器的高度
- 間隔墊-用于增加剛度,可以獨立使用或堆疊使用(可選)
飛碟主體
包括以下部分:
- 圓頂窗口-固定磁鐵。
- 主體-支持和保持所有關聯模塊
- 支架-用于固定配重物,與磁鐵配合使用(根據使用需求有兩個版本)
- 基座-固定線圈
- 線圈成型體 x 2-組成電感接收器
以上所有stl文件可以在文末打包下載。
步驟3:打印參數設置
打印設置
用于懸浮座的設置:
- 層高:0.15毫米
- 填充密度:15%(如果需要增加強度和剛度,可以增加填充密度)
- 黏附性:Skirt
- 無支撐結構
- 組裝尺寸:105.5毫米(寬)x 158.8毫米(長)x 117毫米(高)
- 組裝重量:278克
- 材料:PLA銀色絲光
- 材料:PLA綠色 - 發光(電源指示燈)
用于飛碟的設置:
- 層高:0.15毫米
- 填充密度:100%
- 黏附性:Skirt
- 無支撐結構
- 組裝尺寸:70毫米(直徑)x 32mm(高度)
- 組裝重量:38克
- 材料:PLA綠色 - 發光(穹頂和底座)
- 材料:PLA銀色絲光(飛碟主體)
- 材料:PLA - 白色(內部支撐和線圈成型體)
步驟4:后期處理
可能需要進行打磨,去除表面的異常情況,擴大螺釘、管道和圓頂窗口中磁鐵的開口。
步驟5:線圈繞制
用于電感照明。
取兩個印刷好的線圈成型件,將它們粘在一起形成軸。
線圈繞制是一個兩部分的過程,每個 LED 一個線圈。
留出一段約為60mm的電線并繞50圈電線,盡量保證匝間緊密均勻。由于手工纏繞,可能會有一些變化,如匝數、導線間距和重疊等,但不問題不大。
完成后,固定自由端并剪掉電線留下60mm,將其用膠帶粘在卷軸的側面。
將銅線的自由端焊接到LED的兩個獨立引腳上。
第二個線圈和LED重復這個過程。
通過將線圈放置在無線充電板(WCP)的中心來測試LED和線圈,LED應該會閃爍。如果它沒有閃爍,請用電表檢查是否存在短路和/或開路。
即使線圈與WCP的距離約為20mm,LED也應該可以正常工作,
盡管由于磁場減弱,它們將比線圈接觸WCP時更暗淡。
如果一切正常,請在線圈上涂上清漆以固定繞線位置。
步驟6:飛碟組裝
將圓柱形磁鐵推入圓頂窗口。(注意極性可能會影響懸浮效果,因此只有在驗證功能后才使用膠粘固定。)
取三臂開放式支架,將M4螺栓連同兩個墊圈插入小中央孔中,并用螺母固定。這樣能增加重量使其更加穩定。
將飛碟身子翻轉,揭開底部,將開放式支架的螺釘頭朝向自己,插入并旋轉,使三臂在三個凸出的扣子下面,確保螺孔對準,然后插入一個M3 X 10毫米的螺釘。
如果選擇被動懸浮,則在底部中心鉆一個小孔,用來安裝系留繩,這樣就不需要當前形式的感應照明。
主動懸浮不需要系留繩。
感應照明(僅與無線充電器搭配使用時需要)
將基座放置在一個小中央凹槽上,將一個LED燈放入凹槽中,并使用膠水或膠帶固定,將剩余的燈線繞到圓柱形空腔中,將線圈硬紙管放入空腔中,并使用膠水或膠帶固定。
將第二個LED燈引線穿過飛碟身體的小開口。
使用M3 X 10毫米的螺釘將基座固定到機身上,在機身中的兩個空腔中使用一個自由的螺孔。
拆卸先前插入的固定開放式支架的螺釘。
旋轉基座以與機體上的兩個空洞對齊,并用M3 X 10毫米的螺釘固定。
將連接在圓頂窗口上的磁鐵端插入開放式支架,如果磁鐵不夠牢固,可以在磁鐵周圍包上一層膠帶或使用柔性膠水,以便必要時輕松拆卸。
這樣飛碟的組裝就完成了。
步驟7:支撐管
懸浮站需要3根支撐管。
這些管子是由6毫米空心不銹鋼制成,長度為70毫米。
使用銼刀鋸去毛刺后,在每個端部安裝螺紋插件。
準備一個鍍鉻的M3 x 10毫米中空支柱,通過在一端的邊緣上磨出一個淺錐形來形成一個淺傾斜。
(相比于未鍍鉻的黃銅支撐柱,鍍鉻的M3支撐柱稍微寬一些,更加貼合,這可能只是供應商差異造成的)。
這個錐形是為了讓支撐柱恰好能夠放入鋼管的內側邊緣,而不會滑落。
在鋼管的另一端插入一個平頭螺栓或釘子,讓它的平頭與管的外圍重疊。
拿起鋼管,讓支撐柱面向下,并將其放在虎鉗或木板的平頂表面上。用錘子輕輕拍打螺栓或釘子的頭部,把支撐柱驅進管子里。
取出螺母/釘子。
在最終安裝之前,注意在頭部和基座上的孔中測試管子的貼合情況。
步驟8:尾部蓋
尾部蓋用于隱藏懸浮模塊(LM)的電源插頭和安裝電源指示燈。
打印時,兩個中空圓柱體將會有由于打印過程產生的脊線,以便在制造和測試過程中更容易拆除。使用砂紙拋光圓柱體表面以去除脊線,這將使拆卸更加容易。
指示燈由紫外LED和電阻器組成,接線到電源插座的12V。
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