ARDUINOを使用した超音波浮揚機

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このプロジェクトについて

空中に浮かんでいるものや、エイリアンの宇宙船のような自由空間を見るのはとても興味深いことです。それがまさに反重力プロジェクトの目的です。オブジェクト（基本的には小さな紙またはサーモコール）は、音波を生成する2つの超音波トランスデューサーの間に配置されます。 反重力のように見えるこれらの波のために、物体は空中に浮かんでいます。

このチュートリアルでは、超音波浮揚について説明し、Arduinoを使用して浮揚機を構築しましょう

ステップ1：これはどのように可能ですか

音響浮揚がどのように機能するかを理解するには、まず重力、空気、音について少し知る必要があります。まず、重力はオブジェクトを互いに引き付ける力です。地球のような巨大な物体は、木からぶら下がっているリンゴのように、地球に近い物体を簡単に引き付けます。科学者たちは、この魅力の原因を正確に特定していませんが、宇宙のいたるところに存在すると信じています。

第二に、空気は液体と本質的に同じように振る舞う流体です。液体のように、空気は互いに関連して動く微細な粒子でできています。空気も水のように動きます。実際、いくつかの空力試験は空気中ではなく水中で行われます。気体中の粒子は、空気を構成する粒子のように、液体中の粒子よりも単純に離れており、速く移動します。

第三に、音は、気体、液体、固体などの媒体を伝わる振動です。ベルを叩くと、ベルが空中で振動します。ベルの片側が外に出ると、ベルはその隣の空気分子を押し出し、空気のその領域の圧力を上げます。この高圧の領域は圧縮です。ベルの側面が戻ると、分子が引き離され、希薄化と呼ばれる低圧領域が作成されます。この分子の動きがなければ、音は伝わりません。そのため、真空中では音が出ません。

音響浮揚装置

基本的な音響浮揚装置には、2つの主要な部分があります。音を出す振動面であるトランスデューサーとリフレクターです。多くの場合、トランスデューサーとリフレクターには、音の焦点を合わせるのに役立つ凹面があります。音波はトランスデューサーから遠ざかり、反射器で跳ね返ります。この移動する反射波の3つの基本的な特性は、オブジェクトを空中に吊るすのに役立ちます。

音波が表面で反射すると、その圧縮と希薄化の間の相互作用が干渉を引き起こします。他の圧縮に適合する圧縮は互いに増幅し、希薄化に適合する圧縮は互いにバランスを取ります。反射と干渉が組み合わさって定在波が発生する場合があります 。定在波は、場所から場所へと移動するのではなく、前後にシフトしたり、セグメントで振動したりするように見えます。この静けさの幻想が定在波に名前を付けています。定在波はノードを定義しています。 または最小圧力の領域、および節 、または最大圧力の領域。定在波のノードが音響浮揚の原因になっています。

リフレクターをトランスデューサーから適切な距離に配置することにより、音響浮揚装置は定在波を生成します。波の向きが重力の引力と平行​​である場合、定在波の一部は一定の下向きの圧力を持ち、他の部分は一定の上向きの圧力を持ちます。ノードにはほとんど圧力がかかりません。

そこに小さな物体を置いて浮揚させることができます

ステップ2：必要なコンポーネント

• Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P
• 超音波モジュールHC-SR04
• L239dHブリッジモジュールL298
• 一般的なPCB
• 7.4vバッテリーまたは電源装置
• 接続線。

ステップ3：回路図

回路の動作原理は非常に単純です。このプロジェクトの主要コンポーネントは、Arduino、L298モーター駆動IC、および超音波センサーモジュールHCSR04から収集された超音波トランスデューサーです。一般的に、超音波センサーは25kHzから50kHzの周波数信号の音波を送信しますが、このプロジェクトでは、HCSR04超音波トランスデューサーを使用しています。この超音波は、ノードと波腹を持つ定在波を作ります。

この超音波トランスデューサの動作周波数は40kHzです。したがって、Arduinoとこの小さなコードを使用する目的は、超音波センサーまたはトランスデューサー用に40KHzの高周波振動信号を生成することであり、このパルスは、デュエルモータードライバーIC L293D（Arduino A0およびA1ピンから）の入力に適用されます。 ）超音波トランスデューサーを駆動します。最後に、この高周波40KHz発振信号を、超音波トランスデューサーの駆動IC（通常7.4v）を介した駆動電圧とともに適用します。その結果、超音波トランスデューサーが音波を生成します。 2つのトランスデューサーを反対方向に向かい合わせに配置し、それらの間にいくらかのスペースが残されるようにしました。音波は2つのトランスデューサー間を伝わり、物体を浮かせます。ビデオをご覧ください。そのビデオですべてが説明されている詳細情報

ステップ4：トランスデューサーを作成する

まず、送信機と受信機を超音波モジュールからはんだ除去する必要があります。また、保護カバーを取り外してから、長いワイヤを接続します。次に、送信機と受信機を重ねて配置します。超音波トランスデューサーの位置は非常に重要です。それらは非常に重要な反対方向に向かい合う必要があり、超音波が反対方向に伝わり、交差できるように同じ線上にある必要があります。このために私はフォームシート、ナッツ、ボットを使用しました

理解を深めるために制作ビデオをご覧ください

ステップ5：プログラミング

コーディングは非常に単純で、数行しかありません。タイマーと割り込み関数の助けを借りてこの小さなコードを使用して、ハイまたはロー（0/1）を作成し、ArduinoA0およびA1出力ピンに40Khzの発振信号を生成しています。

ここからArduinoコードをダウンロード

ステップ6：接続

回路図に従ってすべてを接続します

両方のアースを接続することを忘れないでください

ステップ7：重要事項と改善点

トランスデューサーの配置は非常に重要なので、適切な位置に配置してください

持ち上げることができるのは、サーモコールや紙などの軽量の物体の小片だけです

少なくとも2アンペアの電流を供給する必要があります

次に、最初に大きなオブジェクトを浮揚させようとしました。動作しなかった送信機と受信機の。それで次に私は高電圧で試しましたがそれも失敗しました。

Improments

後で私は私がのために失敗したことを理解しました。複数の送信機を使用する場合は、トランスデューサーの配置を曲線構造にする必要があります。

ステップ8：ありがとう

疑問がある場合は、以下にコメントしてください

コード

要点

回路図