تعتمد فكرة هذا التصميم الجميل على الموازنة بين المواد الدائمة المغنطة والحقل الكهرومغناطيسي.

ويمكن تصميم هذا الجهاز باستعمال متحكم microcontrollerوحساس أشعة تحت حمراء IRيمكّننا من معرفة أن الجسم طافٍ في الأسفل. ثم اعتماداً على القيم الموضوعة يقوم المتحكم الميكروي باستعمال المغانط الكهربائية لمسك الجسم وإبقائه معلقاً عند الارتفاع المعطى.

يعتمد المكان الذي يطفو فيه الجسم على وزن الجسم وعلى قوة المغناطيس الموجود في الجسم. ويحدد الارتفاع عن طريق قوة المسك للجسم من قبل المغانط، والحساس، والزر الموجود في الأسفل.

وتبقى الأجسام معلقة عندما تتساوى قوة الجاذبية الساحبة للأسفل مع قوة المغانط الساحبة للأعلى، والتي تسمح باستعمال مغانط كهربائية لاصناعية وطاقة أقل لتحقيق الطفو، كما أننا نستطيع أن نعدل البرنامج ديناميكياً بحيث يبقى الجسم دائماً طافياً عند الارتفاع المثالي.

وقد قررت أن أقوم بهذه التجربة بنفسي، لأنني كنت مبهوراً بهذا التصميم عندما كنت أراه في المحال التجارية، كما أنني أردت في تصميمي أن يحمل أي مادة ليس المغناطيس فقط، والصور المرفقة توضح ذلك، كما هو موضح في مجموعة الصور التالية:

مخطط الدارة الكهربائية مع المسميات التوضيحية موجودة على الرابط التالي:

Electromagnetic Floater.dwg

وستظهر لك الدارة الإلكترونية كما في الشكل التالي:

العربية

إنجليزية

فرنسية

الرمز في الدارة الكهربائية

الكمية

القيمة أو الصيغة

متحكم

Microcontroller

Microcontroleur

1

ATMega168

متذبذب كريستالي

Crystal Oscillator

Quartz

1

  16-20 MHz

مقوم كهربائي

Voltage Regulator

Regulateur de tension

1

 5فولط

مقحل (ترانزستور)

Transistor

1

 Power NPN

صمام ضوئي ثنائي اللون

 Bicolour LED

L1, L2

2

باعث الأشعة تحت الحمراء

IR LED

L3, L4

2

مستقبل للأشعة تحت الحمراء

 IR Photodiode

1

مكثف التصفية

 Leveling (Filter) Capacitor

Condensateur de filtrage

2

مقاومة

Resistor

Resistance

R1

1

470 Ohm

R2

1

5 Ohm

R3

1

قيمتها تتعلق بباعثي الأشعة تحت الحمراء لديك.

R4

1

قيمتها تساوي قيمة مقاومة مستقبل الأشعة تحت الحمراء في الضوء المتوسط

زر كهربائي

Switch

Interrupteur

1

SPST

1

NO

مغناطيس طبيعي

Rare-earth Magnet

Aimant Permanent

3أو أكثر

 بقطر 0.64سم وسماكة 0.64سم

(من أجل استخدامها للقاعدة)

2أو أكثر

بقطر 1.27سم وسماكة 0.32سم

(من أجل استخدامها للأجسام الطافية)

مغناطيس كهربائي

Electromagnet

Electroaimant

2

قنطرة Hثنائية

Dual Full H Bridge

 Pont en H duo

 مقبس 28دبوسا

28 Pin Socket

Socket de 28 pins

الأداة

تعليق

لوحة إلكترونية

غطائين

بالنسبة لي استعملت علبة راديو مؤلفة من جزئين

بلاستيك شفاف

Plexiglas

نوع شفاف وقاس من البلاستيك يستعمل بدلاً من الزجاج

مادة لحام قصديرية

Solder

هي مادة ناعمة عادة تكون عبارة عن خليط من الرصاص والقصدير تستخدم من أجل عمليات اللحام السريعة

مادة لاصقة حرارية

ليس مهما

سلك فولاذي

ليس مهما

أنبوب بلاستيكي

من مادة الفينيل Vinylشفاف

ليس مهما

الكاوية

 Soldering Iron

ليس مهما

مسدس المادة اللاصقة الحرارية

  Hot Glue Gun

ليس مهما

اليد الثلاثة

 3rd Hand

ليس مهما

قاطع مادة البلاستيك الشفاف

 Plexiglas cutter

ليس مهما

فور توفر المواد المطلوبة تستطيع أن تبدأ العمل. يجب أن يكون لديك غطاءين: بالنسبة لي فقد قمت بفك جهاز راديو قديم كان موجوداً لدي، واستعملته كقاعدة سفلية وضعت فيه الدارة الإلكترونية، كما استعملت علبة توضع فيها الخواتم عادة، استعملتها من أجل وضع المغانط وحساس الأشعة تحت الحمراء.

في البداية ستقوم بإحداث ثقب في القسم الخلفي لكلا الغطاءين (علبة الراديو) من أجل إمرار السلك خلالهما. أيضاً، أحدث ثقوباً من أجل مفتاح الطاقة (زر التشغيل)، والمفتاح العلوي، ومؤشر الصمام الباعث للضوء. ستحتاج أيضاً أن بإحداث فتحة في علبة الخواتم، فقط اترك لساناً صغيراً منه في الأسفل (من أجل وضع قطعة البلاستيك الشفاف فيما بعد).

قم بدعم علبة الخواتم في القسم الأعلى لها، مستخدماً قضيبا فولاذيا، وثبته بالطريقة التي تراها مناسبة، ثم قم بلف السلك الكهربائي حوله، ثم غطي كل ذلك بأنبوب الفينيل (تنبيه: وضع أنبوب الفينيل اختياري)، كما هو موضح في مجموعة الصور.

قم بدعم العلبة السفلية (علبة الراديو) أيضاً بقضيب فولاذي معوج بشكل متعرج (zig zag)، وثبته باللاصق الحراري بالغطاء السفلي. أما علبة الخواتم فلم استعمل فيها اللاصق الحراري خوفاً من حدوث عرقلة عند وضع المغانط.

هذه الخطوة بسيطة جداً، أولاً قم بتلحيم المغناطيسين الكهربائيين مع أربعة أسلاك. وتأكد دائماً أنك أوصلت الأسلاك بشكل صحيح. كي تعرف كيفية توصيل نهايات الأسلاك الآتية من المغناطيس الكهربائي، وليس مهماً الآن أن تعرف كيفية إحاطة ملف المغناطيس الكهربائي بالمغناطيس الدائم المغنطة، لأنك تستطيع أن تعدل ذلك فيما بعد، لكن تأكد أن المغناطيسين الكهربائيين موصولان بنفس الطريقة.

عندما تضع المغانط الكهربائية داخل علبة الخواتم بعد الانتهاء من توصيل الأسلاك، قم بوضع المغناطيس الدائم داخل ملف المغناطيس الكهربائي.

الآن قم بقص قطعة من البلاستيك الشفاف (Plexiglas) بحيث تكون ملائمة لداخل علبة الخواتم، وبحيث يكون اللسان الذي تركته – بعد تركيب البلاستيك الشفاف - يشدها إلى العلبة.

الخطوة التالية هي لصق الصمامات الضوئية الثلاث (باعثات الأشعة تحت الحمراء والحساس) بالبلاستيك الشفاف، واستعمل اللاصق الحراري لعملية اللصق، ثم بالنهاية قم بتوصيلها بالأسلاك حسب المخطط الإلكتروني.

في هذه الخطوة قد تكون مضطراً إلى تجميع القطع الإلكترونية على لوح خشبي خارجي قبل القيام بلحامها باللوحة الإلكترونية، اللوحة التخطيطية لبناء الدارة الإلكترونية الموضحة أعلاه، وملف الستعشري  تستطيع أن تحمله على المتحكم وهو موجود على الرابط التالي:

Floating_Magnets.hex

كما أن رابط برنامج هذا التصميم موجود على الرابط التالي:

Electromagnetic Floater Program.zip

وتستطيع أن تغير في أوامر البرنامج كما تشاء. ومن المهم التأكد من عمل جميع القطع الإلكترونية قبل وضعها داخل العلبة، حتى لا تضطر إلى الفتح مرة أخرى، والفتح الكثير قد يضر بالقطع.

من المهم أيضاً معرفة أن درجة حرارة الترانزستور NPNسترتفع، ولمنع ذلك قمتُ بتوصيلها مع قاعدة من الألمنيوم، هذه القاعدة ستعمل عمل المشتت الحراري مانعاً بذلك ارتفاع الحرارة.

عند الانتهاء من توصيل القطع الإلكترونية، قم بتحميل البرنامج إلى المتحكم الصغري، ثم قم بعملية اختبار لاتجاه ملف المغناطيس الكهربائي، وسيساعدك مؤشر الصمام الضوئي LEDأيضاً، إذا حاولت أن تحمل قطعة مغناطيسية عن طريق المغناطيس الكهربائي ولم يحدث ذلك قم بعكس مكان ربط الأسلاك.

هذا الجزء من التجربة يعود إلى مخيلتك واختيارك، بالنسبة لي وجدتُ أن الأجسام التي تكون صغيرة، أو قصيرة جداً مقارنة مع عرضها، تكون قابليتها للطفو أكبر. والأجسام التي اخترتها للتعليق موضحة في الشكل 13، وهي:

1.     أنبوب كرتوني مغطى بلاصق بلاستيكي بقطر 6.35سم وسماكة 0.64سم مع مغناطيس معدني بسماكة 0.64سم.

2.     كتلة من الصوف، يتمركز داخلها المغناطيس الدائم المغنطة.

3.     ياقوتة مصنوعة من ورق كرتوني أحمر.

تحدث عملية الطفو أو التعليق، بمسك الجسم تحت تأثير المغانط. وعندما يصل الجسم إلى النقطة التي تشعر فيها أنه سيبقى معلقاً قم بضغط الزر، هذا سيحدد الارتفاع الذي يبقى فيه الجسم معلقاً بشكل دائم.

عندما يتم تحديد الارتفاع سيضيء الصمام الباعث للضوء LED، عندها قم بترك الجسم كي يبقى معلقاً. هذا يحدث لأن المتحكم يقوم ببطء بعملية تحديد الارتفاع، وخلال هذه الفترة تحدد المغانط الكهربائية كمية الطاقة اللازمة لإبقاء الجسم معلقاً. في بعض الأحيان يلاحظ سماع صوت من المغانط الكهربائية، هذه المشكلة يمكن أن تحلها بسهولة بوضع بطانة حول المغانط.