Robotyka dla początkujących

Lewitująca doniczka to fascynujący projekt DIY, który łączy mechanikę magnetyczną, elektronikę i podstawy Arduino, pozwalając zbudować unoszącą się w powietrzu doniczkę z rośliną. Dzięki dostępnym online modułom lewitacji magnetycznej możesz stworzyć urządzenie, które zachwyci gości i doda odrobiny automatyki do domowych projektów.

Zawartość wpisu: [pokaż]

W tym przewodniku krok po kroku zbudujesz lewitującą doniczkę opartą na Arduino. Omówimy zasadę działania, listę komponentów, montaż elektroniki, wykonanie obudowy oraz praktyczne ulepszenia. Projekt nie wymaga zaawansowanych umiejętności, a efekt „zero grawitacji” gwarantuje satysfakcję.

Zasada działania lewitującej doniczki

Lewitacja magnetyczna bazuje na zrównoważeniu sił między magnesami stałymi a kontrolowanym polem elektromagnesu. Dolna baza zawiera elektromagnes sterowany Arduino, które na podstawie odczytów czujnika koryguje natężenie prądu w cewce i stabilizuje górny magnes umieszczony w doniczce.

Arduino monitoruje pozycję magnesu (np. czujnikiem Halla) i tworzy pętlę sprzężenia zwrotnego PID, zapobiegając opadaniu lub nadmiernemu unoszeniu się doniczki. Gotowe moduły lewitacyjne (np. cewki 12×19 mm) współpracują z Arduino Uno lub Arduino Nano, co upraszcza integrację i obniża koszt względem produktów komercyjnych (ok. 150–250 zł).

Schemat działania

Proces stabilizacji przebiega następująco:

  1. górny magnes w doniczce reaguje na pole elektromagnesu w bazie;
  2. czujnik wykrywa odchylenie od punktu równowagi;
  3. Arduino oblicza korektę i steruje prądem cewki;
  4. doniczka stabilizuje się na wysokości ok. 1–2 cm nad bazą.

Potrzebne komponenty

Aby zbudować projekt, przygotuj poniższe elementy. Większość kupisz na AliExpress lub w polskich sklepach elektronicznych (np. Botland, Nettigo):

Komponent Opis Ilość Przybliżony koszt
Arduino Uno / Nano Mikrokontroler sterujący pętlą PID 1 20–50 zł
Moduł lewitacji magnetycznej (cewka) Cewka elektromagnetyczna 12×19 mm + układ sterujący 1 30–50 zł
Magnes neodymowy (górny) Średnica ok. 20–30 mm, klasa N52 1–2 ok. 10 zł
Czujnik Halla (SS49E) Pomiar położenia w polu magnetycznym 1 ok. 5 zł
Zasilanie DC Zasilacz 5–12 V, 1–2 A + gniazdo/wtyk DC 1 ok. 10 zł
Drewno lub MDF (3–10 mm) Materiał na obudowę bazy i doniczkę kawałki ok. 20 zł
Filament PLA (biały) Wydruk 3D doniczki (opcjonalnie) ~100 g ok. 20 zł
Śruby M3 + nakrętki Montaż modułów w obudowie zestaw ok. 10 zł
Epoksyd, klej, narzędzia Lutownica, wiertarka, szlifierka — domowe

Całkowity koszt: ok. 150–250 zł. Przy druku 3D zastosuj warstwy 0,15–0,2 mm i wypełnienie ~10%.

Krok po kroku – budowa elektroniki z Arduino

Najpierw podłącz moduł lewitacyjny do Arduino – to serce całego układu.

  1. Podłącz cewkę i czujnik do Arduino – wykonaj poniższe połączenia:
    • pin PWM (np. D9) – sterowanie cewką przez tranzystor MOSFET (np. IRF540);
    • czujnik Halla (SS49E) – VCC do 5 V, GND do GND, OUT do A0;
    • zasilanie – zasilacz DC 12 V do VIN Arduino lub osobnego sterownika cewki.
  2. Załaduj kod Arduino z PID – użyj biblioteki PID_v1. Oto przykładowy sketch (wklej do Arduino IDE):
    #include <PID_v1.h>
    double Setpoint = 512, Input, Output;
    PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, 2, 5, 1, DIRECT);
    int hallPin = A0;
    int coilPin = 9;

    void setup() {
    pinMode(coilPin, OUTPUT);
    myPID.SetMode(AUTOMATIC);
    Serial.begin(9600);
    }

    void loop() {
    Input = analogRead(hallPin);
    myPID.Compute();
    analogWrite(coilPin, Output);
    Serial.println(Input);
    delay(10);
    }
  3. Przetestuj układ – umieść magnes nad bazą, podłącz zasilanie i uruchom sketch. Jeśli doniczka oscyluje, dostrój PID (zwiększ P dla szybszej reakcji, następnie I i D dla stabilizacji).

Budowa obudowy i doniczki

Obudowa ukrywa elektronikę i nadaje projektowi estetyczny wygląd – postaw na drewno lub minimalistyczny wydruk 3D.

Obudowa bazy (z drewna lub MDF)

Postępuj zgodnie z poniższymi krokami:

  1. wytnij kształt bazy (np. walec); usuń wnętrze pod moduły narzędziami stolarskimi,
  2. wywierć otwór na gniazdo DC i zamocuj Arduino oraz cewkę śrubami M3,
  3. zamocuj elektromagnes centralnie u góry, przylutuj przewody (czerwony do +, czarny do −),
  4. wyszlifuj i zabezpiecz powierzchnię olejem lnianym.

Doniczka (drewniana lub 3D)

Wybierz jedną z dwóch metod wykonania:

  1. wersja drewniana – wykonaj gniazdo na magnes (bez stałego klejenia), wydrąż miejsce na glebę, sklej elementy i zabezpiecz epoksydem przed wilgocią,
  2. wersja 3D – pobierz gotowe modele (np. Thingiverse), wydrukuj w PLA, umieść magnes w dedykowanym gnieździe i zamknij,
  3. opcjonalnie dodaj LED RGB sterowane przez Arduino dla efektów świetlnych.

Po montażu wyreguluj wysokość i stabilność: delikatnie przesuwaj doniczkę nad bazą, aż „złapie” punkt równowagi i zacznie stabilnie lewitować.

Ulepszenia oparte na Arduino dla robotyków

Aby wyróżnić projekt, dodaj funkcje smart:

  • czujnik wilgotności gleby (FC-28) – podłącz do A1 i sygnalizuj niski poziom wilgoci diodą LED;
  • automatyczne oświetlenie – fotorezystor + taśma WS2812B sterowana biblioteką NeoPixel;
  • aplikacja mobilna – moduł ESP8266 z Blynk do monitorowania wartości PID;
  • integracja z Home Assistant – sterowanie i podgląd parametrów w systemie smart home.

Przykładowy fragment kodu alarmu – dodaj warunek do pętli, aby włączyć LED przy zbyt suchej glebie: if (analogRead(A1) < 300) digitalWrite(LED_PIN, HIGH);

Potencjalne problemy i rozwiązania

Poniżej znajdziesz najczęstsze wyzwania wraz z podpowiedziami:

  • niestabilna lewitacja – zbyt słaby magnes lub źle dobrane PID; testuj na stabilnym podłożu i zwiększ prąd cewki;
  • przegrzewanie elementów mocy – zastosuj radiator na MOSFET i mały wentylator 5 V;
  • wilgoć w doniczce – uszczelnij wnętrze epoksydem i użyj folii hydroizolacyjnej;
  • wsparcie społeczności – na forum Elektroda znajdziesz doświadczenia innych konstruktorów i strojenie PID.