خانه / چگونه بسازیم / الکترونیکی / با برد آردینو دستگاه پرتو کششی صوتی پرتابل بسازید !

با برد آردینو دستگاه پرتو کششی صوتی پرتابل بسازید !

سال گذشته بود که خبر ساخت دستگاه پرتو کششی صوتی در دانشگاه بریستول در رسانه ها و اخبار علمی منتشر شد.دستگاه پرتو کششی دستگاهی است که می تواند اجسام را از راه دور و با استفاده از امواج صوتی حرکت بدهد یا به سمت خودش بکشد. دستگاهی که محققان دانشگاه بریستول ساخته اند، نمونه بسیار کوچکی از این دستگاه است که فقط در فیلم های علمی تخیلی دیده ایم. با ساختنی همراه شوید.

حالا این محققان آموزش ساخت نمونه خانگی و پرتابل دستگاه پرتو کششی صوتی را منتشر کرده اند و ساختنی هم آن برایتان ترجمه کرده است. اگر دوست دارید دستگاهی بسازید که تا پیش از این فقط در فیلم های علمی تخیلی دیده اید، با ساختنی همراه باشید.

دستگاه پرتو کششی صوتی با قطعاتی ساخته می شود که در بسیاری از پروژه های الکترونیکی دیگر هم استفاده می شوند؛ مثل برد آردوینو و ترنسدیوسر. این قطعات را می توانید به صورت آنلاین یا از فروشگاه های قطعات الکترونیکی تهیه کنید. اگر به ساخت این پروژه ها علاقه مندید، ساخت پرتال زمان را هم امتحان کنید.

گام اول: وسایل مورد نیاز

دیاگرام مدار دستگاه پرتو کششی
دیاگرام مدار دستگاه پرتو کششی

مدار دستگاه پرتو کششی صوتی خیلی پیچیده نیست. برد آردوینو چهار سیگنال نیمه مربع ۵Vpp 40kHz با فازهای متفاوت تولید می کند. سپس این سیگنال ها توسط درایور موتور به ۲۵Vpp تقویت می شوند و به ترنسدیوسر ارسال می شوند. از یک پد دکمه هم برای تغییر فاز استفاده می شود تا ذره معلق به سمت بالا و پایین حرکت کند.یک باتری ۷٫۳ ولتی آردوینو و قطعات منطقی درایور موتور را تغذیه می کند. یک مبدل DC-DC استپ آپ هم جریان ۷٫۳ ولتی را برای درایور موتور به ۲۵ ولت می رساند.

قطعات مورد نیاز

  • ۳۰ عدد ترنسدیوسر ۱۶ میلیمتری MCUSD16P40B12RO – بجای این نوع می توانید از ترنسدیوسر MSO-A1640H10T هم استفاده کنید.
  • برد آردوینو Nano
  • برد درایو موتور دوتایی L298N
  • مبدل DC-DC استپ آپ قابل تنظیم
  • باتری لیتیوم پلیمری دو سلولی ۷٫۳ ولتی + شارژر
  • ۱۱ عدد پیچ M3 6 میلیمتری و مهره M3
  • تخته چوبی ۳۰۰ در ۴۵ در ۱۵ میلیمتری
  • کاسه پرینت شده
  • استریپ برد کوچک
  • سوئیچ
  • سه عدد دکمه مخصوص برد بورد
  • سیم جامپر
  • سیم قرمز و مشکی ۱۲AWG
  • مهره پلی استایرن با قطر یک تا چهار میلیمتر – برای معلق کردن با دستگاه
  • متریالی که از لحاظ آکوستیکی شفاف باشد یا صدا را از خود عبور دهد مانند : توری فلزی، پارچه خیلی نازک یا کاغذ تی بگ

ابزار مورد نیاز

گام دوم: کاسه را پرینت کنید

ترنسدیوسرها داخل این کاسه قرار می گیرند. شکل کاسه طوری طراحی شده که پرتو را به طور طبیعی در یک نقطه متمرکز می کند.

برای پرینت کاسه ای که در تصاویر می بینید از پرینتر Ultimaker Extended 2 به همراه نازل ۰٫۴ میلیمتری با تنظیمات عادی استفاده شده است. کاسه پایه ندارد و فقط باید خودش را پرینت کنید. تمیز بودن لایه رویی اهمیت چندانی ندارد و به همین خاطر می توانید از هر نوع پرینتری استفاده کنید.

فایل STL کاسه را از لینک زیر دانلود کنید.

رمز تمام فایل های دانلودی saakhtani.ir است

گام سوم: هدرهای آردوینو را لحیم کنید

سعی کنید هدرها را به سمت بالا لحیم کنید.

گام چهارم: آردوینو را برنامه ریزی کنید

آردوینو را برنامه ریزی کنید
آردوینو را برنامه ریزی کنید

برنامه موجود در لینک زیر را روی برد آردوینو Nano آپلود کنید. ممکن است لازم باشد برای برنامه ریزی آردوینو، چند درایور روی کامپیوترتان نصب کنید (اگر از نمونه های ارزان استفاده می کنید). اطلاعات مربوط به این درایورها را در سایت فروشنده یا سازنده پیدا کنید.

در ساختنی بخوانید :  آموزش ساخت چراغ رومیزی هوشمند و شبیه ساز ماه برای علاقه مندان نجوم

گام پنجم: باتری را شارژ کنید

باتری را شارژ کنید
باتری را شارژ کنید

با اینکار وقتی دستگاه پرتو کششی آماده بشود، می توانید بلافاصله آن را تست کنید.

گام ششم: دسته دستگاه را ببرید

دسته را ببرید
دسته را ببرید

یک تکه چوب مستطیلی با ابعاد ۳۰۰ در ۴۵ در ۱۵ سانتیمتر ببرید.

گام هفتم: سوراخ های کاسه را دریل کنید

سوراخ های کاسه را دریل کنید
سوراخ های کاسه را دریل کنید

سوراخ های روی کاسه موقع پرینت ایجاد شده اند اما ممکن است رویشان با لایه های فیلامنت پوشانده بشود. به همین خاطر باید یکبار با مته مناسب آنها را دریل کنید تا کاملاً باز بشوند.

گام هشتم: کاسه را به دسته وصل کنید

یک سوراخ اولیه روی دسته دریل کنید و کاسه را با پیچ وسطی را به دسته وصل کنید. حالا دو سوراخ در دو طرف این پیچ دریل کنید.

حالا کاسه را از دسته جدا کنید. تست کردن و اتصلال قطعات بدون کاسه بسیار ساده تر است. در انتهای کار کاسه را دوباره به دسته وصل می کنیم.

گام نهم: مبدل DC و درایور را وصل کنید

مبدل DC و درایور روی دسته نزدیک و دو طرف سوراخ هایی که برای کاسه دریل کرده اید، قرار می گیرند. این دو قطعه را روی دسته قرار بدهید و جای سوراخ هایشان را علامت بزنید. سپس از سوراخ های دستگاه یک ست پیچ و مهره رد کنید تا بتوانید قطعات را درست به دسته وصل کنید.دقت کنید که خروجی مبدل نزدیک کاسه قرار بگیرد. همچنین جامپر درایور را جدا کنید و برای مراحل بعد نگه دارید.

گام دهم: آردوینو را بچسبانید

آردوینو را با نوار ولکرو، چسب دو طرفه یا چسب حرارتی زیر درایور بچسبانید. اینکار را طوری انجام بدهید که پورت USB به سمت راست باشد.جامپر را بین پین های D10 و D11 قرار بدهید.

گام یازدهم: سوراخ ها را دریل کنید

برای رد کردن سیم های اتصال، چند سوراخ به شکل زیر دریل کنید:

  • دو سوراخ نصفه بالای درایور دریل کنید.
  • سه سوراخ نصفه زیر آردوینو دریل کنید.

گام دوازدهم: سیم های سوئیچ برق را وصل کنید

پین وسطی جریان را به مدار می رساند، پین سمت راست به جک DC و پین سمت چپی به پین های کانکتور باتری وصل می شود.بهتر است از سیم قرمز برای + و سیم مشکی برای – استفاده کنید تا سیم ها مرتب بمانند. به محل اتصال + و – جک DC دقت کنید و سیم ها را درست لحیم کنید.برای پین های کانکتور باتری می توانید از پین هدر و یک تکه کوچک استریپ بورد استفاده کنید از مولتی متر استفاده کنید و مطمئن شوید سیم ها با هم تماس نداشته باشند. برای ایمنی بیشتر می توانید بین آنها چسب حرارتی هم بزنید.

سوئیچ برق می توانید جریان را هم از طریق جک DC و هم از طریق باتری به مدار برساند.اگر نمی خواهید از باتری استفاده کنید، می توانید هر نوع آداپتور DC 9 تا ۱۲ ولتی که بتواند حداقل ۲A جریان تامین کند را جایگزین کنید.

گام سیزدهم: باتری را بچسبانید

باتری را بچسبانید
باتری را بچسبانید

باتری را با نوار چسب دو طرفه یا نوار ولکرو به دسته بچسبانید. از چسب حرارتی استفاده نکنید چون می تواند به باتری آسیب بزند. دقت کنید که باتری باید مثل جهتی که در تصویر می بینید، چسبانده بشود.

گام چهاردهم: مبدل DC را به درایور وصل کنید

این سیم ها ولتاژ استپ آپ (۲۵ ولت) را از مبدل DC به درایور موتور می رسانند.

در ساختنی بخوانید :  آموزش ساخت : چهره تازه ای به گلدان هایتان بدهید!

گام پانزدهم: سوئیچ برق را بچسبانید

گام شانزدهم: منبع تغذیه را وصل کنید

با این اتصالات جریان ۷٫۴ ولتی را به ورودی مبدل DC می رسانیم.ابتدا سیم مشکی GND (-) پین وسطی سوئیچ را به ورودی IN مبدل DC (-) وصل کنید. از همین سوراخ GND آردوینو را هم وصل کنید.سپس سیم قرمز (+) پین وسطی سوئیچ را به ورودی IN مبدل DC (+) وصل کنید. Vin آردوینو و تغذیه منطقی مبدل (پین های قسمتی که جامپر را از آن رد کردید؛ خیلی مهم است که آنها را به پین های هایلایت شده وصل کنید) را هم از همین سوراخ رد کنید.برای قرار دادن چندین سیم در یک سوراخ، بهتر است ابتدا سرشان را به قلع آغشته کنید تا کارتان ساده تر بشود.

ولتاژ مورد نیاز آردوینو را می توانید از مبدل DC هم دریافت کنید. برای اینکار بجای وصل کردن ورودی IN مبدل DC (+) به Vin آردوینو، پین ۵V مبدل را به ۵V آردوینو وصل کنید.

گام هفدهم: سیم های سیگنال را وصل کنید

این چهار سیم سیگنال ها را از آردوینو به درایور منتقل می کنند. پین های (A0، A1، A2، A3) آردوینو را به پین های (IN1، IN2، IN3، IN4) درایور وصل کنید.

گام هجدهم: پد دکمه ها را اضافه کنید

ساخت پد دکمه اختیاری است اما با اضافه کردن آن به دستگاه پرتو کششی صوتی می توانید ذره معلق را به بالا و پایین حرکت بدهید.

ایده ساخت پد این است که سه دکمه داشته باشیم که بعد از اتصال با GND تماس پیدا کنند. برای پیاده کردن این ایده، GND آردوینو را به ترمینال common دکمه ها وصل کنید. سپس دکمه ها را به D2 (بالا)، D3 (پایین) و D4 (ریست پوزیشن) وصل کنید.

گام نوزدهم: ولتاژ را روی ۱۰ ولت تنظیم کنید

  1. ابتدا باتری را وصل کنید (حتماً از قطبیت درست استفاده کنید).
  2. دستگاه را روشن کنید.
  3. پتانسیومتر را خلاف عقربه های ساعت بچرخانید تا ۱۰ ولت را روی صفحه نمایش ببینید.

در دستگاه پرتو کششی نهایی از ولتاژ ۲۵ ولت استفاده می کنید اما بهتر است تست ها را با ولتاژ ۱۰ ولت انجام بدهید. اگر از پروب های X10 استفاده کنیم، استفاده از ولتاژ ۲۵ ولت در تمام مراحل اشکالی نخواهد داشت.

گام بیستم: سیگنال ها را تست کنید

حالا وقتش است دستگاه پرتو کششی را چک کنید و مطمئن شوید همه چیز درست کار می کند.دو پروب اسیلوسکوپ را بگیرید و آنها را به GND مدار وصل کنید. می توانید به طور موقت از GND پد دکمه ها استفاده کنید چون دسترسی به آن ساده تر است. فقط حواستان باشد وقتی تست تمام شد، آن را سرجایش برگردانید.

سیگنال ها باید قبل از درایور ۵Vpp و بعد از درایور ۱۰Vpp باشند. سیگنال های هم جهت در فاز و سیگنال های جهت مخالف هم خارج از فاز خواهند بود.

گام بیست و یکم: ترنسدیوسرها را علامت بزنید (روش سخت)

ترنسدیوسرها قطبیت دارند و به همین خاطر باید علامت گذاری بشوند. نباید به علامت گذاری کارخانه اعتماد کنید چون امکان اشتباه آنها زیاد است.این روش علامت گذاری همان روشی است که در ویدیو دیده اید و کمی سخت است. اما روش ساده تر را در گام بعدی خواهید دید.از یکی از خروجی های درایور GND و ولتاژ را بگیرید و آنها را به ترنسدیوسر وصل کنید. یکی از پروب ها را هم به همان ترنسدیوسر وصل کنید. این پروب سیگنال ساطع شده را ثبت می کند.پروب دیگر را به ترنسدیوسری که می خواهید علامت گذاری کنید، وصل کنید. این پروب سیگنال را دریافت می کند.ترنسدیوسرها را روبه‌روی هم بگذارید و سیگنال ها را در اسکوپ چک کنید. اگر سیگنال ها در فاز بودند، پایه متصل به GND را علامت بزنید. اگر سیگنال ها خارج از فاز هستند، پایه دیگر را علامت بزنید. همه ترنسدیوسرها را به همین روش علامت گذاری کنید.

در ساختنی بخوانید :  آموزش ساخت : با تکه های چوب نیمکت بازیافتی بسازید

گام بیست و دوم: ترنسدیوسرها را علامت بزنید (روش ساده)

این روش علامت گذاری ترنسدیوسرها بسیار ساده تر از روش قبلی است اما به همان میزان کارآمد است.

فقط یکی از پروب ها را به ترنسدیوسر وصل کنید. سپس با یک سیم فلزی به صورت آرام و متناوب به داخل ترنسدیوسر ضربه بزنید. سیگنال روی اسکوپ را چک کنید؛ اگر اولین اسپایک بالا رفت، پایه متصل به GND را علامت بزنید. اگر اسپایک پایین رفت، پایه دیگر را علامت بزنید.

گام بیست و سوم: ترنسدیوسرها را نصب کنید

ترنسدیوسرها را طوری داخل سوکت ها قرار بدهید که پایه های علامت گذاری شده رو به بالا باشند. همانطور که در تصویر می بینید، لازم نیست ردیف پایینی را پر کنید.

گام بیست و چهارم: ترنسدیوسرها را سیم کشی کنید

برای تغذیه ترنسدیوسرها باید آنها را سیم کشی کنید. سیم را در طول مناسب ببرید و با سیم لخت کن قسمتی از آن را لخت کنید. این قسمت بعداً دور پایه های ترنسدیوسرها پیچیده می شود.

بعد از اینکه سر سیم ها را لخت کردید، روکش پلاستیکی را طوری جابجا کنید که مقدار یکسانی از مس بیرون بماند. سپس سیم های مسی را دور هم بپیچید تا بهم وصل بشوند. سپس قسمت مسی را دور پایه های ترنسدیوسرها بپیچید، شار را اضافه کنید و آنها را به پایه ها لحیم کنید.

برای لحیم کاری از الگویی که در تصاویر بالا می بینید، استفاده کنید. طبق این الگو تمام GNDها بهم وصل می شوند. سیم قرمز هم به همان سمتی می رود که نیمه دیگرش رفته است. به اعداد هم دقت کنید؛ این اعداد مربوط به درایور هستند.

گام بیست و پنجم: ترنسدیوسرها را تست کنید

برای اینکه مطمئن شوید ترنسدیوسرها درست نصب و سیم کشی شده اند، باید آنها را به روش زیر چک کنید.

GND کاسه ترنسدیوسرها را به GND درایور وصل کنید. چهار سیم قرمز کاسه را به خروجی های درایور وصل کنید (به اعداد دقت کنید).

دو ترنسدیوسر علامت گذاری شده اضافی را به پروب های اسکوپ وصل کنید. دقت کنید که GND به پایه علامت گذاری شده وصل بشود (یا هر دو ترنسدیوسر را به یک روش وصل کنید). با این ترنسدیوسرها می توانید سیگنال ساطع شده از سایر ترنسدیوسرها را چک کنید.

ترنسدیوسرهایی که با دو ترنسدیوسر متصل به پروب ها در یک نیمه قرار دارند، باید در فاز باشند. ترنسدیوسرهای نیمه مقابل کاسه هم باید خارج از فاز باشند.

ترنسدیوسرهایی که قطبیت اشتباه دارند باید جدا بشوند، چرخانده بشوند و دوباره سرجایشان لحیم بشوند.

گام بیست و ششم: ولتاژ را روی ۲۵ ولت تنظیم کنید

با استفاده از پتانسیومتر، مبدل DC-DC را روی ۲۵ ولت تنظیم کنید.

گام بیست و هفتم: کاسه را به دسته وصل کنید

حالا که همه قطعات را سرجایشان قرار داده اید، می توانید کاسه را به دسته وصل کنید.

گام بیست و هشتم: سیم ها را وصل کنید

سیم GND کاسه را به GND درایور وصل کنید (یک سیم دیگر هم اینجا وجود خواهد داشت).

گام بیست و نهم: دستگاه پرتو کششی صوتی را تست کنید

دستگاه پرتو کششی را روشن کنید. حالا باید یک صدای خفیف احساس کنید یا اگر دستگاه را به سمت فوم یا پلی استایرن بگیرید، می توانید صدا را بشنوید.

با استفاده از یک یک ورق که از لحاظ آکوستیکی شفاف باشد یا موچین می توانید ذرات را وسط کاسه دستگاه قرار بدهید (با فاصله ۱٫۸ سانتیمتری). حالا می بینید که ذرات در هوا معلق می مانند! بسته به اندازه ذره و نزدیکی آن به کاسه، به مدت بیشتری معلق می ماند و حتی برعکس می شود. با این دستگاه می توانید ذراتی که روی سطح قرار دارند را هم معلق کنید.

برای تکان دادن ذرات به سمت بالا و پایین هم کافی است دکمه ها را بزنید.

گام بیست و نهم: انواع دیگر دستگاه پرتو کششی

دستگاهی که تا به اینجا ساختش را یاد گرفتید، کارآمدترین نمونه است اما نمونه های دیگری هم هستند که کارآمدی کمتری دارند اما ساخت آنها ارزان تر تمام می شود.

این نمونه ها به روش نمونه اصلی ساخته می شوند اما به ترنسدیوسرهای کوچک تر، آردوینوی متفاوت و سیم ها و کانکتورهای کمتری نیاز دارند. اگر قصد دارید یکی از این نمونه ها را بسازید، به قطعات زیر نیاز خواهید داشت:

  • ترنسدیوسر یک سانتیمتری MA40S4S
  • سیم ربانی ده تایی
  • سوکت کانکتور Cable Mount IDC سه طرفه، یک ردیف، ۲٫۵۴ میلیمتری(برای ترنسدیوسرهای کوچک)
  • کانکتور سیم به برد
  • سوکت کانکتور Cable Mount IDC 16 طرفه، ۲ دریف، ۲٫۵۴ میلیمتری

گام سی و یکم: دستگاه کویلی

برای ساخت این نمونه فایل زیر را پرینت کنید و ترنسدیوسرها را داخل سوراخ های پایینی آن قرار بدهید. همه ترنسدیوسرها به یک سیگنال وصل می شوند.

گام سی و دوم: دستگاه تیوبی

برای ساخت این نمونه فایل زیر را پرینت کنید و ترنسدیوسرها را داخل سوراخ های پایینی آن قرار بدهید. همه ترنسدیوسرها به یک سیگنال وصل می شوند.

منبع

خلاصه مطلب
با برد آردینو دستگاه پرتو کششی صوتی پرتابل بسازید
عنوان مطلب
با برد آردینو دستگاه پرتو کششی صوتی پرتابل بسازید
توضیح کوتاه
با این دستگاه می توانید ذرات را در هوا معلق نگه دارید.
نویسنده
ساختنی
ساختنی

بیشتر بخوانید:

کارت سینه نورانی مخصوص همایش و سمینار بسازید... اگر مسئول برگزاری همایش هستید یا دنبال یک طراحی خاصی برای کارت سینه می گردید، این کارت سینه های نورانی را امتحان کنید. می توانید هر طرح یا اسمی را روی...
آموزش ساخت دستگاه CNC با برد آردوینو دستگاه CNC یکی از ابزاری است که با آن می توانید قطعات بسیار زیر و باجزییاتی را بسازید که ساخت آنها دست کار دشواری است. فرقی نمی کند اهل هنرهای دستی با...
آموزش ساخت : قفسه دیواری تاشو بسازید قفسه دیواری یکی از لوازم خانگی است که تقریباً برای هر اتاقی واجب است. اتاق خواب، آشپزخانه، نشمین و پذیرایی هم ندارد؛ با قفسه دیواری ظاهر اتاق مرتب تر ...
قفسه دوچرخه بسازید و دوچرخه هایتان را از دیوار آویزان کنید... اگر خانواده تان اهل دوچرخه سواری باشند، احتمالاً بخش بزرگی از پارکینگ یا انباری را دوچرخه ها اشغال کرده اند. اگر این فضا را نیاز دارید، می توانید دوچر...
با دات ماتریکس و کنترلر ATmega8 نمایشگر دمای محیط بسازید... نمایش دمای محیط روی نمایشگرهای بزرگ یکی از نیازهای اصلی کارگاه های صنعتی است. نمایشگر دمای محیط معمولاً در اتاق سرور، انبار مواد اولیه، محل نگه داری ح...
یک قفسه چوبی ارزان با سه کارکرد مختلف بسازید... در این ساختنی طرز ساخت یک قفسه چوبی را یاد می گیرید که می توانید از آن در سه حالت مختلف استفاده کنید. کافی است قطعات قفسه را جابجا کنید تا تبدیل به رخ...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

راه اندازی استپر موتور با استفاده از آردوینو

کنترل استپر موتور با آردوینو و استفاده از IC دارلینگتون UL2003A

در این ساختنی قصد توضیح جنبه های متفاوتی از کنترل استپر موتور (Stepper Motor) توسط آردوینو …

پاسخ دهید