使用Arduino和HCSR04构建超声波悬浮装置

看到一些东西漂浮在空中或自由空间中，这正是反重力项目的意义所在，这是非常令人兴奋的。物体（基本上是一小块纸或热胶）放置在两个产生声波的超声波换能器之间。由于这些似乎是反重力的波浪，物体漂浮在空中。这不仅是一个看起来很酷的Arduino 悬浮项目，而且还有许多实际应用。

所需组件

Arduino Uno / Arduino Nano ATMEGA328P

超声波模块 HC-SR04

IC 或 L239d H 桥模块 L239D

Vero 板点缀 Vero

二极管 4007

电容器 （PF） 104

8v 至 12v 电源的附加要求

稳压器 LM 7809

LED驱动电源12V 2Amp

附加材料：一些连接线、公头、母对母跳线

超声波悬浮电路图

完整的Arduino悬浮电路如下图所示，电路的工作原理非常简单。该项目的主要组件是一个Arduino，L239D电机驱动IC，以及从超声波传感器模块HCSR04收集的超声波换能器。一般超声波传感器发射25khz到50kHz之间频率信号的声波，在本项目中，我们使用的是HCSR04超声波换能器。我们之前做过很多超声波传感器项目，其中HCSR04主要用于测量距离。在这个项目中，我们将换能器从模块中焊接出来。

根据数据表，该超声波换能器的工作频率为 40 kHz。因此，使用 Arduino 和这段小代码的目的是为我的超声波传感器或换能器生成40KHz 高频振荡信号，并将此脉冲应用于双电机驱动器 IC L239D 的输入（来自 Arduino 的引脚 2 和 6 A0 & A1 引脚）来驱动超声波换能器。最后，我们将这个高频 40KHz 振荡信号与驱动电压一起通过超声换能器上的驱动 IC（通常在 L239D IC 的第 8 引脚上给出的 8 到 12 电压，Vcc2）施加。因此，超声波换能器产生声波。 我们将两个换能器以相反方向面对面放置，这样它们之间就会留出一些空间。声波在两个换能器之间传播，使物体漂浮。

请注意，L293D 有双电压输入，一个是为 IC 本身供电，在这个项目中由 Arduino 5v 供电，另一个 Vcc2 （8 th ） 用于输出组件驱动电压，该 VCC 引脚可以接受高达 36v 的电压。该 IC 有 2 个使能引脚、4 个输入输出引脚、4 个接地引脚。使用该 IC 的概念来自使用微控制器和该芯片的概念，我们可以通过从微控制器提供逻辑或数字信号来单独改变 2 个电机的方向和速度。

在该电路中，我们仅使用 IC L293D 的两个输入，输入引脚 1 （2） 和输入引脚 2 （7）。要启用这两个引脚，我们必须保持 IC Enable PIN 1 为高电平，因此我们将此引脚发射到 IC 引脚 16，即输入 Vcc 1，要了解更多信息，请遵循L293D 数据表。

使用 100nf 电容器是可选的，仅用于保持 IC 电源，作为电源，我们使用 12V 2Amp LED 驱动器，然后使用稳压器 IC LM7809 将电压降至 9v，并提供给 L139D 的第 8引脚与公共接地。 根据 Arduino、Cc 和 Arduino 论坛，Arduino UNO 板支持 7 到 12 伏的输入，但放置 9V Max 更安全。

为超声波悬浮编程 Arduino

代码非常简单，只有几行。在定时器和中断功能的帮助下使用这个小代码，我们正在制作高或低 （0 / 1） 并为 Arduino A0 和 A1 输出引脚生成 40Khz 的振荡信号。

首先，从相移阵列开始。

字节 TP = 0b10101010；

每隔一个端口就会接收到这个相反的信号。之后在 void 设置下，我们使用这行代码将所有模拟端口定义为输出。

DDRC = 0b11111111；

然后我们初始化定时器 1 并禁用所有中断设置为零。

通过这段代码，

无中断（）；

TCCR1A = 0；

TCCR1B = 0；

TCNT1 = 0;

然后，将定时器 1 配置为在 80KHZ 触发比较中断时钟。Arduino 以 16000000 MHZ ÷ 200 = 80，000 kHz 的频率运行，使用此函数生成方波。

OCR1A = 200;TCCR1B |=

（1 《《 WGM12）;

TCCR1B |= （1 《《 CS10）;

之后，这条线激活，比较定时器中断。

TIMSK1 |= （1 《《 OCIE1A）;

最后，使用这段代码激活中断。

中断（）；

每个中断都会反转模拟端口的状态，这会将 80 kHz 方波信号转换为 40Khz 的全波循环信号。然后我们将值发送到 Arduino 输出 A0 和 A1 端口。

ISR（TIMER1_COMPA_vect）

{

端口C = TP；

TP = ~TP; // 为下一次运行反转 TP

}

并且没有任何东西可以放置或需要在循环下运行。

构建超声波悬浮装置

请注意，对于这个项目，正确安装超声波换能器很重要。它们应该在相反的方向上彼此面对，这一点非常重要，它们应该在同一条线上，这样超声波就可以在相反的方向上传播和相交。为此，您可以取两小块木头或 MD 板、螺母螺栓和胶水。您可以通过钻机制作两个孔以完美地安装换能器。在支架上，您可以悬挂超声波换能器装置。

在这种情况下，我使用了两块纸板，然后在胶枪的胶水的帮助下固定了超声波换能器。后来，为了制作支架，我使用了一个简单的接线盒，并用胶水固定了所有东西。

这是一些超声波悬浮的图片，展示了该项目的工作情况。

如果一侧安装有超声波换能器，超声波悬浮或声学悬浮也可以工作，但在这种情况下需要一个反射器作为障碍物，以便它可以在未来的悬浮滑板和反重力运输中使用。