磁懸浮玩具制作方法

一篇來(lái)自國(guó)外的電子DIY作品，一名電子學(xué)高手制作的磁懸浮玩具，簡(jiǎn)單翻譯了一下，有具體制作的教學(xué)步驟，看了教程以后你應(yīng)該也可以輕松DIY一個(gè)漂浮在空中的小作品了！這個(gè)裝置結(jié)合了永磁鐵和電磁鐵，利用一個(gè)微控制器和一個(gè)IR感應(yīng)器，當(dāng)內(nèi)部裝有磁鐵的小物體放在電磁鐵的下方，IR感應(yīng)器就會(huì)感應(yīng)到物體的存在，微控制器就會(huì)啟動(dòng)電磁鐵并調(diào)整磁力大小，當(dāng)小物體受到向上的磁力和向下的重力相同時(shí)，它就會(huì)漂浮在空中，漂浮的位置和高度取決于重量和磁力大小。

就像在商店里賣的漂浮地球儀一樣，它可以讓帶有磁鐵的物體浮在空中，只不過(guò)這個(gè)裝置結(jié)合了永磁鐵和電磁鐵，利用一個(gè)微控制器和一個(gè)IR感應(yīng)器，當(dāng)內(nèi)部裝有磁鐵的小物體放在電磁鐵的下方，IR感應(yīng)器就會(huì)感應(yīng)到物體的存在，微控制器就會(huì)啟動(dòng)電磁鐵并調(diào)整磁力大小，當(dāng)小物體受到向上的磁力和向下的重力相同時(shí)，它就會(huì)漂浮在空中，漂浮的位置和高度取決于重量和磁力大小。

下面的圖片和文字是一名電子學(xué)高手教大家如何輕松DIY一個(gè)漂浮在空中的小玩具。

1 工具和材料

○ ATMega168微控制器

○ 1個(gè)16-20MHz 晶體管

○ 28針插座

○ 雙路全H橋集成電路卡

○ 1個(gè)NPN型功率三極管

○ 2個(gè)電磁鐵

○ 1個(gè)雙色發(fā)光二極管

○ 2個(gè)紅外發(fā)光二極管

○ 2個(gè)紅外光敏二極管

○ 1個(gè)5V穩(wěn)壓器

○ 2個(gè)平行板電容

○ 1個(gè)SPST電路轉(zhuǎn)換開關(guān)

○ 1個(gè)NO按鈕

○ 1個(gè)470歐姆電阻

○ 1個(gè)5歐姆電阻

○ 1個(gè)面包板

○ 2個(gè)小盒

○ 有機(jī)玻璃

○ 焊錫

○ 熱熔膠

○ 鋼絲

○ 乙烯軟管

○ 3個(gè)以上稀土磁鐵，用于基座（規(guī)格：直徑1/4“×厚度1/4”）

○ 2個(gè)以上稀土磁鐵，用于懸浮物（規(guī)格：直徑1/2“×厚1/8”）

● 電烙鐵

● 熱熔膠槍

● 吸錫器

● 有機(jī)玻璃切割刀

● 帶有多個(gè)固定夾的支架（固定電路板）

二、底座的準(zhǔn)備

使用收音機(jī)的發(fā)射盒作為底座，裝戒指的盒子用來(lái)裝點(diǎn)磁鐵和感應(yīng)器。首先在每個(gè)盒子的表面分別鉆洞，用來(lái)穿過(guò)電線，安裝電源鈕、設(shè)置高度鈕，安裝LED指示燈。

首先在兩個(gè)盒子背面上鉆孔，以便讓那些凌亂的電線自由貫通。另外需要為電源開關(guān)，功率開關(guān)，高度調(diào)節(jié)按鈕，LED指示燈單獨(dú)開孔。戒指盒的底板需要大面積切除，僅留下盒子的一小點(diǎn)余邊就OK了。

連接兩個(gè)盒子的是一根鐵絲，使用膠把兩個(gè)盒子分別固定在鐵絲兩端。

● 將鋼絲的后端折成之字形，用熱熔膠將端部粘接在盒子的上內(nèi)壁。我用一塊磁鐵將戒指盒固定在鋼絲支柱的另一端，當(dāng)然，也可以用熱熔膠把戒指盒粘上去。

三、安裝電磁鐵和感應(yīng)器

將電磁鐵的線圈連接電源供給線，并安裝到戒指盒子中，注意確保每根電源線的安裝正確，以確保線圈通電后能夠產(chǎn)生磁力。安裝完成后，在線圈中央加入永磁鐵。

這一步相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較簡(jiǎn)單啦。首先將4根導(dǎo)線焊接到電磁線圈上。焊接這4根導(dǎo)線時(shí)，最好利用萬(wàn)用表來(lái)尋找和標(biāo)記對(duì)應(yīng)導(dǎo)線的接頭，否則容易混淆。當(dāng)然也不是特別重要，因?yàn)殡姶啪€圈圍繞著磁鐵，在后續(xù)步驟中也可以對(duì)應(yīng)起來(lái)，可是至少要注意兩個(gè)電磁鐵都是按照同樣的方式連接起來(lái)的，否則，要是相互抵消沒(méi)懸住東西可不能賴我~~

將電磁線圈放置在戒指盒后，將永久磁鐵放置在電磁線圈中。

四根導(dǎo)線的排布組合方式。

剪一塊有機(jī)玻璃來(lái)充當(dāng)戒指盒的底部，利用底部余邊將它托住。

下一步呢，將你的紅外發(fā)射器和傳感器用熱熔膠粘在有機(jī)玻璃上。（不懂？有圖有真相?。┳詈蠼M裝好，并且標(biāo)記號(hào)各種導(dǎo)線。

四、底座各電子元件的安裝組成這部主要是進(jìn)行底座上各控制元件的安裝，包括微控制器、電源供給、LED指示燈等部分的安裝。具備電子學(xué)專業(yè)知識(shí)的朋友可以通過(guò)下面原文了解詳細(xì)信息：For this step you probably should assemble the electronics on a solderless breadboard before soldering them together. The schematic to build the circuit is attached along with the hex file to load on the microcontroller. The Arduino 0007 code file is in the introduction so you can tweak it or make changes as you need.It is very important to plan where all of the parts go， so all of the electronics will fit in the box the first time， If not it could be very frustrating and cause much grief.It is also important to note that the NPN power transistor（s） will heat up， to overcome this I mounted them to contact the aluminum base of my project box， This way it acts as a heat sink， preventing a spectacular fire. You will also need to come up with something similar to remove most of the heat from the box.Once the electronics are built， there is a section of code in the program to uncomment and and then load onto the chip to test the orientation of the coils. It pulses the coils off， pulling up， and pushing down， also indicated by the LED.

If you hold a magnet under the electromagnets and it doesn‘t follow the pattern， reverse the wires.

在制作電路板之前，先將電子元器件按照電路原理圖組裝在面包板上，然后再將這些電子器件焊好。電路原理圖與hex文件一起放在附件中。Hex文件是微控制器加載的文件，在它的介紹里提供了Arduino-0007代碼，讀懂它之后，若你口味重，你都可以對(duì)這些代碼進(jìn)行微調(diào)或者改變，以便做出你自己需要的效果。

能匹配盒子大小的面包板。

安裝和焊接芯片，電容等元器件。

● 組裝完大致就是這幅光景，看似一團(tuán)亂麻，但是你一定要心如明鏡！

● 特別提出，需要嚴(yán)格計(jì)劃各個(gè)部位的動(dòng)作，以便所有的器件在第一時(shí)間配合戒指盒做出反應(yīng)。要是你不乖不聽(tīng)我勸告，輕則麻煩不斷，重則胎死腹中。

● 值得提出的是，NPN功率管會(huì)發(fā)熱滴，它要是憤怒起來(lái)足夠引發(fā)一場(chǎng)小型“火災(zāi)”！我在基座的底部加了一塊鋁片充當(dāng)熱沉散熱。你也可以增加一些類似的方法將盒子中多余的熱量導(dǎo)出去，例如加個(gè)風(fēng)扇啊什么的……

● 電路板做好后呢，程序中的一部分代碼會(huì)自動(dòng)加載到微處理器芯片當(dāng)中，然后測(cè)試線圈的極性是否安裝正確。它對(duì)電磁線圈增加脈沖電流，測(cè)試上升，下降，同時(shí)在LED燈中有對(duì)應(yīng)指示。如果你在電磁鐵下面放置一個(gè)小磁鐵，但是它不按照既定路線辦事的話，則說(shuō)明你把線接反了……你只能重新接線。

五、選擇漂浮物體

根據(jù)可產(chǎn)生磁力的大小范圍以及物體的重量、物體內(nèi)磁鐵的強(qiáng)度，摸索出合適的物體形狀和大小，然后做出合適的漂浮物。這位DIYer使用硬紙板做出了圓柱體和紅寶石兩種形狀，并用毛線自己編織了一個(gè)骰子，只是手工實(shí)在不敢讓人恭維。最后三種物體都穩(wěn)定的漂浮在了電磁鐵的下方。

你可以充分發(fā)揮你的天馬行空般的想象力來(lái)制作想要懸浮的物體。但是根據(jù)我的測(cè)試呢，太小或者太扁的物體好像都比較難懸浮起來(lái)，僅供參考啦。

需要一些膠帶和紙筒，如圖所示粘起來(lái)，形成一個(gè)開口的小容器。

然后，把2個(gè)規(guī)格為直徑1/2“×厚1/8”稀土金屬磁鐵（在Digi-Key拍到的）裝進(jìn)里面。

六、開始漂浮

到了享受勝利果實(shí)的時(shí)候，我們根據(jù)磁力的大小范圍以及物體的重量、物體內(nèi)磁鐵的強(qiáng)度判斷出物體漂浮的大概位置，然后用手把物體托在理論漂浮位置的下方一點(diǎn)，啟動(dòng)電源，這時(shí)微處理器會(huì)慢慢調(diào)整磁力大小，直到物體所受電磁力和重力相等后放手，物體就會(huì)穩(wěn)定的漂浮在電磁鐵下方，帥！

我也成功地將一個(gè)骰子懸浮起來(lái)，這是骰子我用毛線編織的，立方體，打的奶奶結(jié)（譯者注：反向，并且不牢的結(jié)）。

● 用彩色美術(shù)紙剪了個(gè)“紅寶石”，也飄起來(lái)了，酷斃！

6 飄起來(lái)向大家去炫耀吧

● 剩下的，就是把它擺出來(lái)，在同學(xué)同事面前炫耀了！

● 為避免炫耀時(shí)出狀況，咱還是先熟悉一下操作為好。手持物體置于磁鐵下面，緩慢的將物體抬升，當(dāng)?shù)竭_(dá)將要浮起來(lái)的那個(gè)位置時(shí)按下按鈕，這樣就把當(dāng)前位置設(shè)置成了默認(rèn)的懸浮位置。

● 然后將懸浮物放低一點(diǎn)，LED指示燈會(huì)馬上打亮。先在手中托放一段時(shí)間，直到它慢慢從你手中緩緩升起。這是為什么捏？微處理器需要響應(yīng)設(shè)定高度值，并且激發(fā)電磁鐵產(chǎn)生足夠力量懸浮一個(gè)物體。而這是一個(gè)緩慢的，需要耐心的過(guò)程。

● 有時(shí)候，你會(huì)反感電磁鐵發(fā)出的嗡嗡聲嚴(yán)重影響了炫耀時(shí)的心情——你可以在電磁鐵周圍加幾塊襯板隔聲，從而輕松地解決這個(gè)問(wèn)題嘛。