Mini akoestische levitatiedemo met Arduino UNO en HC-SR04 ultrasone sensor

Onderdelen en benodigdheden

Apps en online diensten

• Arduino IDE

Over dit project

Bekijk dit project op mijn website voor een schakelsimulatie en meer info!

Akoestische levitatie is mogelijk omdat geluid zich als een golf gedraagt. Wanneer twee geluidsgolven elkaar kruisen, kunnen ze constructief of destructief interfereren. (Dit is hoe ruisonderdrukkende koptelefoons werken.)

Dit project gebruikt een ultrasone afstandssensor om een levitatie-effect te creëren. Dit werkt door "zakken" te maken waar twee tegenovergestelde geluidsgolven met elkaar interfereren. Wanneer een object in zo'n zak geplaatst wordt, blijft het daar, schijnbaar zwevend op zijn plaats.

Benodigde materialen (affiliate links)

• Arduino board: amzn.to/2DLjxR2
• H-brug: amzn.to/2DXFw7y
• Afstandssensor: amzn.to/2PSbJU2
• Breadboard: amzn.to/2RYqiSK
• Draadbruggen: amzn.to/2Q7kiKc
• Diode: amzn.to/2KlYMf8
• Condensators (misschien): amzn.to/2DYnCla

Als Amazon Associate verdien ik aan kwalificatieve aankopen.

Stap 1: Ultrasone zenders verkrijgen

Je moet een afstandssensor offeren voor deze stap (geen zorgen, ze zijn goedkoop):

• Desoldeer en verwijder beide zenders van het printplaatje
• Verwijder en bewaar het gaasje van één zender
• Soldeer draden aan beide zenders

Stap 2: Schakeling bouwen

Bouw het bovenstaande schema en let op:

• De twee 100nF condensators zijn niet per se nodig (alleen als je board de schakeling niet aan kan en zichzelf uitschakelt).
• De 9V batterij is een placeholder voor elke DC-voeding – mijn werkte prima met een 7,5V LiPo accu.

Stap 3: Code

Upload deze code naar je Arduino:

// Oorspronkelijke code van: https://makezine.com/projects/micro-ultrasonic-levitator/
byte TP = 0b10101010; // Elke andere poort ontvangt het geïnverteerde signaal

void setup() {
  DDRC = 0b11111111; // Zet alle analoge poorten als outputs
  // Initialiseer Timer1
  noInterrupts();           // Interrupts uitschakelen
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = 0;
  TCNT1 = 0;
  OCR1A = 200;              // Vergelijkingsregister (16MHz / 200 = 80kHz blokgolf -> 40kHz volle golf)
  TCCR1B |= (1 << WGM12);   // CTC mode
  TCCR1B |= (1 << CS10);    // Prescaler = 1 (geen prescaling)
  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);  // Vergelijking timer interrupt inschakelen
  interrupts();             // Interrupts inschakelen
}

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
  PORTC = TP;   // Stuur waarde van TP naar outputs
  TP = ~TP;     // Inverteer TP voor volgende run
}

void loop() {
  // Niets meer te doen hier :)
}

Stap 4: Zenders monteren en kalibreren

Je kunt van alles gebruiken, maar ik gebruikte een set helpende handen (kopen: amzn.to/2TPifsW):

1. Positioneer de zenders ongeveer 3/4 inch (≈1,9 cm) uit elkaar
2. Pak een klein stukje styrofoam, half zo groot als een erwte (hoeft niet rond te zijn)
3. Plaats het styrofoam op het gaasje van stap 1
4. Met pincet of tang, positioneer het tussen de twee zenders (het zou moeten beginnen te trillen als je dichtbij komt)
5. Beweeg de zenders (dichterbij en verder uit elkaar) tot het styrofoam stil blijft

Probleemoplossing

Het kost me ongeveer 15 minuten de eerste keer, maar daarna was het makkelijk om het weer werkend te krijgen. Probeer dit als het niet direct lukt:

• Controleer of alles correct bedraad is
• Verhoog de spanning naar de H-brug (andere batterij)
• Gebruik een kleiner stukje styrofoam
• Probeer een andere positie voor de zenders
• Voeg de condensators toe (als je dat nog niet deed)
• Werkt het nog steeds niet? Misschien is iets defect: probeer andere zenders of een nieuwe batterij.

Code

De code snippet is hierboven in Stap 3 te vinden.

Schema's