Akoestische Zweefmachine

Deze akoestische zweefmachine is in staat om kleine piepschuim bolletjes met een diameter van 1mm te laten zweven in de lucht. Dit wordt gedaan met behulp van twee ultrasone speakers die geluid uitzenden met een frequentie van 40Khz. Hierdoor ontstaat een geluidsveld waardoor het piepschuim in staat is om te zweven. Voor het nabouwen van de akoestische zweefmachine zijn de volgende materialen, gereedschappen en vaardigheden nodig.

Materialen

• 1x Arduino
• 1x Arduino USB kabel
• 1x Breadboard
• 10x Male - Male stroomdraadjes waarvan 4 met minimale lengte van 15 cm
• 2x 9-volt batterij
• 2x 9-volt batterij aansluitclip
• 1x HC-SR04 Ultrasone senor
• 1x L298n Motor driver board
• 4x Krimpkousen passend bij de stroomdraadjes
• 2x hout plankje (48x24x2.5 mm)
• 1x M10 schroefdraad (12cm)
• 5x M10 moer
• 1x PLA om mee te kunnen 3D printen (minimaal 5 gram)
• 1x Plakband/isolatietape
• Piepschuim

Gereedschap

• 3D printer
• Lasersnijder
• Soldeer set
• Striptang
• Tang
• Computer
• Hittepistool
• Schuifmaat
• Pincet
• Schaar

Vaardigheden

• 3D printen
• Lasersnijden
• (De)solderen

Van de HC-SR04 zijn alleen de twee ultrasone speakers (transducers) nodig voor deze opstelling. Om deze van de module af te halen is de soldeer set nodig. Desoldeer de aangegeven soldeerverbindingen zoals aangegeven in de bovenstaande figuur links om de transducers van de printplaat af te halen.

Vervolgens worden aan beide pinnetjes van de transducers Male - Male kabeltjes gesoldeerd. Gebruik hiervoor de 4 M-M kabels van minimaal 15cm. Knip met een tang een van de uiteinden van kabels los en gebruik een striptang om het geleidende deel van het draad bloot te stellen. Doe de krimpkous om het stroomdraad en soldeer het draad vast aan de uiteinden van de transducers. Noteer bij dit proces de polarisatie van de transducers. Hierbij is de pin met het zwart kringentje de negatieve kant zoals te zien is in het rechter figuur hierboven. Gebruik na het solderen een hitte pistool om de krimpkous te laten krimpen zodat de soldeerplekken bedekt zijn.

Voor het uploaden van de benodigde code naar de Arduino is het programma Arduino IDE nodig. Sluit de Arduino aan op de computer met de Arduino USB kabel en open het bestand hieronder dat de benodigde code bevat. Open het bestand met Arduino IDE. Zorg ervoor dat de goede port geselecteerd staat. Ga hiervoor in Arduino IDE naar Tools > Port > en selecteer COM X. X staat hier voor een getal. Klik daarna op upload. Nu staat de benodigde code op de arduiono.

Deze code is afkomstig van Github en niet door ons geschreven.

https://gist.github.com/EDISON-SCIENCE-CORNER/3ebb...

In de houten plaatjes worden twee gaten gesneden met behulp van een laser snijder. Hieronder is het bestand te downloaden voor het laser snijden. Hierbij is er vanuit gegaan dat er hout wordt gebruikt met een dikte van 2.5 ± 0.5 mm.

Het voetstukje van de opstelling wordt gemaakt met behulp van een 3D printer. Hieronder is het bestand te vinden dat gebruikt wordt om het voetstukje te 3D printen. Open het bestand met het programma en gebruik de Super Quality instelling. Upload vervolgens het bestand naar de 3D printer om het te printen.

In de afbeelding hierboven is de schakeling die voor de zweefmachine gebruikt wordt. Hier wordt door de Arduino een signaal gegenereerd van 40Khz. Vervolgens wordt dit signaal versterkt en door gestuurd naar de transducers. Bouw deze schakeling na zonder de transducers en batterijen aan te sluiten, dit gebeurt pas later.

Druk als eerst de transducers door het gat in de houten plankjes. Het is belangrijk dat de sensoren zover mogelijk uitsteken zodat het plankje niet als reflector gaat functioneren. Mochten de transducers niet klem komen te zitten in het hout, wikkel dan met tape of plakband om de transducers tot dat dit het wel het geval is. Let hierbij op dat de transducers recht in het hout moeten zitten (De normaalvector van het bovenoppervlak van de transducer evenwijdig aan de lengte van de schroefdraad).

Draai de bouten en met de houten plankjes op de schroefdraad met dezelfde volgorde zoals te zien is op de afbeelding hierboven. Hierbij mag de schroefdraad aan de onderkant niet uit steken om er voor te zorgen dat het voetstukje nog op de bout past. Zorg ervoor dat de houten plankjes recht boven elkaar zitten en draai de bouten tegen elkaar aan om de plankjes vast te zetten. Hierbij moet de afstand tussen de transducers gelijk zijn aan 5.09 cm. Meet deze afstand met behulp van een schuifmaat.

Zet het voetstukje op de onderste bout en maak de schakeling compleet door de transducers op te nemen in de schakeling. In de schakeling te zien bij stap 4 zit de rode draad aangesloten op de positieve kant van de transducers. Sluit ook de batterijen aan op de clipjes en de Arduino met de Arduino USB kabel op een computer. Door met een pincet een klein piepschuim balletje (diameter 1mm) tussen de transducers te houden zal het piepschuim balletje gaan zweven zodra het een knoop tegen komt in het geluidsveld. Om een knoop in het geluidsveld te vinden, beweeg langzaam met het pincet tussen de transducers, wanneer het piepschuim balletje een knoop tegen komt, zal het omhoog getrokken worden en gaan zweven.