Arduino 空中盆景

释放双眼，带上耳机，听听看~！

空气盆景，实际上它是一个磁悬浮。我还看过很多关于如何进行磁悬浮的教程，所有这些教程都是从上面悬挂一个物体，这个物体是由电路控制的电磁铁。没有关于如何制作类似于空气盆景的电路的说明。看看我下面的步骤，用Arduino制作自己的盆景。

工作原理

磁悬浮由两部分组成，基部和浮动部分。

基础件

这部分位于底部，由磁铁构成圆形磁场和电磁铁控制磁场。
每个磁铁都有两个极点：北极和南极。实验表明，对立吸引和同极排斥。四个圆柱形磁体放置在正方形中并具有相同的极性，向上形成圆形磁场以推动任何磁体，磁体具有相同的磁极并位于它们之间。
有四个电磁铁，它们放在一个正方形中，两个对称的磁铁是一对，它们的磁场总是相反的。
霍尔传感器和驱动电路控制电磁铁。通过将电流转移通过电磁铁，在电磁铁上形成相反的电极。

2. 浮动块

包括浮在基座上方的磁铁，可以携带一个“小锅”?。

怎么运行的？

顶部的磁铁由底部磁铁的磁场升高，因为它们是相同的磁极。然而，它倾向于翻倒并相互吸引。

为了防止顶部磁铁件上下颠倒，电磁铁会产生磁场推动或拉动以平衡它，这要归功于霍尔传感器。

电磁铁在两个X和Y轴上控制，导致上磁铁保持平衡和浮动。

控制电磁铁并不容易，这需要您了解PID控制器，这将在下一步中详细讨论。

PID控制器

什么是PID？

来自百度百科：“比例 – 积分 – 微分控制器（PID控制器或三项控制器）是一种控制回路反馈机制，广泛应用于工业控制系统和各种其他需要连续调制控制的应用中.PID控制器连续计算误差值{\ displaystyle e（t）}作为期望设定值（SP）和测量过程变量（PV）之间的差异，并应用基于比例，积分和微分项（分别表示为P，I和D）的校正。给控制器起名字。“用一种简单的方法来理解：“PID控制器计算’误差’值作为测量的[输入]和所需设定值之间的差值。控制器试图通过调节[输出]来最小化误差。”因此，您告诉PID要测量的内容（“输入”），您希望测量的位置（“设定点”）和要调整的变量（“输出”）。然后PID调整输出，试图使输入等于设定值。作为参考，在汽车中，输入，设定点和输出分别是速度，期望速度和油门角度。

在这个项目中：

1. 输入是霍尔传感器的当前实时值，由于浮动磁铁的位置会实时变化，因此会不断更新。

2.设定值是霍尔传感器的值，当浮动磁铁处于平衡位置时，在磁铁基座的中心测量。该指数是固定的，不会随时间而变化。

输出将是控制电磁铁的速度。

感谢Arduino社区编写PID库，它真的很容易使用。

有关Arduino PID的更多信息，请访问https://playground.arduino.cc/Code/PIDLibrary

我们需要在Arduino中使用一对PID控制器，一个用于X轴，另一个用于Y轴。

必要的组件：

LM324N – X1
悬浮线圈 – X4
SS495a霍尔传感器 – X2
12V 2A DC适配器 – X1
环形磁铁D15 * 4mm – X8
直流电源插孔 – X1
环形磁铁D15 * 3mm – X4
Arduino pro mini – X1
L298N模块 – X1
14针插座 – X1
磁铁D35 * 5mm – X2
5.6K欧姆电阻 – X2
180K欧姆电阻 – X2
47K欧姆电阻 – X2
10K欧姆电位器 – X2
丙烯酸板A5尺寸 – X1
木锅 – X1
PCB面包板 – X1
3毫米螺丝 – X8
线
迷你计划，如肉质植物，仙人掌，迷你盆景

LM324 Opamp和L298N驱动器和SS495a

LM324运算放大器

运算放大器（op-amp）是目前使用中最重要，最广泛使用和最通用的电路之一。

我们使用运算放大器放大来自霍尔传感器的信号，目的是增加灵敏度，使arduino很容易识别磁场的变化。当仅在霍尔传感器的输出处改变几mV时，通过放大器后可以在Arduino中改变几百个单位。这对于保持PID控制器平稳稳定是必要的。

在本教程中了解有关运算放大器如何工作的更多信息。

我选择的普通运算放大器是LM324，非常便宜，您可以在任何电子商店购买。LM324有4个内部放大器，可以灵活使用，但在这个项目中我只需要两个放大器，一个用于X轴，另一个用于Y轴。

您可以在以下步骤中找到如何组装LM324。

L298N模块

双H桥L298N通常用于控制两个直流电机的电机速度和方向，或轻松控制一个双极步进电机。L298N H桥模块可用于电压介于5和35V DC之间的电机。

还有一个板载5V稳压器，因此如果您的电源电压高达12V，您也可以从电路板获得5V电压。

在这个项目中，我使用L298N来控制两对电磁线圈，并使用5V输出为Arduino和霍尔传感器供电。

模块引脚：

out2：一对电磁铁X.
out3：一对电磁铁Y.
输入电源：DC 12V输入
GND：接地
5v：5v输出到Arduino和霍尔传感器
EnA：为Out 2启用PWM信号
In1：启用输出2
In2：启用Out 2
In3：启用Out 3
In4：启用Out 3
EnB：为Out3启用PWM信号

连接到Arduino：我们需要移除EnA和EnB引脚中的2个跳线，然后将6个引脚In1，In2，In3，In4，EnA，EnB连接到Arduino。以下步骤中的详细信息。

了解有关L298N模块的更多信息。

SS495a霍尔传感器

SS495a是一款带模拟输出的线性霍尔传感器。

注意模拟输出和数字输出之间的区别，你不能在这个项目中使用带数字输出的传感器，它只有两个状态1或0，所以你无法测量磁场的输出。

模拟传感器的电压范围为250mV至Vcc，您可以使用Arduino的模拟输入读取。

需要两个霍尔传感器来测量X和Y轴的磁场。

钕铁硼磁铁

维基百科：“钕是一种铁磁性金属（更具体地说它具有反铁磁性质），这意味着它可以像铁一样被磁化成磁铁，但它的居里温度是19 K（-254°C），所以纯净形式它的磁性只出现在极低的温度下。然而，钕与过渡金属如铁的化合物可以使居里温度远高于室温，这些用于制造钕磁铁。

强，这就是我用来形容钕磁铁的词。你不能使用铁氧体磁铁，因为它们的磁性太弱。钕磁铁比铁氧体磁铁贵得多。

小磁铁用于制造基件，大磁铁用于制造浮动件。

注意：使用钕磁铁需要小心，因为它们的强磁性会伤害您，或者它会破坏硬盘驱动器或受磁场影响的其他电子设备的数据。

提示：您只能将两块磁铁拉到水平方向，将它们分开，因为它们的磁场太强，所以不能将它们分开。它们也很脆，容易破碎。

准备底座的盖子

我使用一个直径为3 3/4“的小陶土锅，通常用来生长多汁或仙人掌。你也可以使用陶瓷锅或木锅，只要它们完美搭配。

使用8毫米钻头在锅底部附近创建一个孔，用于固定直流插孔。

小贴士：你应该用一个扁平的木头钻进兵马俑锅，我用的是铁钻，几乎烧了，真的没用。

您也可以使用水来冷却钻头，避免使其过热。

3D打印浮动磁铁支架和丙烯酸激光切割

3D打印

使用我附带的STL文件打印浮动磁铁支架。

如果您有3D打印机，这真的很棒。恭喜，您有机会用这台机器制作一切。如果没有，请不要失望，因为您可以使用廉价的3D打印服务，这是现在非常流行的。

提示：您只需要大约20分钟即可完成此部件并且仅填充30％。

激光切割

您应该使用本地激光切割服务来切割两个带有文件的丙烯酸片，我将其作为AcrylicLaserCut.dwg附加。这是一个autocad文件。

丙烯酸片用于支撑磁铁和电磁铁，其余部分用于覆盖陶土锅的表面。

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