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Desenvolvimento de um sistema de levitação acústica controlado por microcontrolador

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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS, CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL

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Resumo

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um protótipo didático de levitação acústica, baseado em ondas ultrassônicas, com o objetivo de demonstrar, de forma acessível e prática, conceitos de ondas estacionárias e ressonância acústica. O sistema foi construído utilizando um microcontrolador Arduino Uno, driver de potência L298N, matriz de transdutores ultrassônicos de 40 kHz, estrutura impressa em 3D e interface homem-máquina composta por display LCD 16×2 e botões de controle. O protótipo permite a manipulação em tempo real dos padrões de excitação acústica, exibindo no LCD informações como frame ativo, frequência nominal e índice de amplitude relativa. A montagem modular, de baixo custo e fácil reprodução, garante aplicabilidade em ambientes educacionais e laboratoriais. Os testes realizados confirmaram a formação de zonas de pressão capazes de sustentar microesferas em levitação estável, validando a proposta como ferramenta didática para ensino de acústica, eletrônica e física aplicada. O sistema demonstrou simplicidade, interatividade e confiabilidade, apresentando-se como alternativa viável para experimentos acadêmicos e futuras melhorias, como medições quantitativas de amplitude e controle automatizado dos padrões de excitação.

Abstract

This work presents the development and validation of a didactic acoustic levitation prototype based on ultrasonic waves, aiming to provide an accessible and practical demonstration of standing wave concepts and acoustic resonance. The system was built using an Arduino Uno microcontroller, an L298N power driver, a 40 kHz ultrasonic transducer array, a 3D-printed structure, and a human-machine interface composed of a 16×2 LCD display and control buttons. The prototype allows real-time manipulation of acoustic excitation patterns, displaying on the LCD the active frame, nominal frequency, and relative amplitude index. Its low-cost, modular, and easy-to-replicate design ensures applicability in educational and laboratory environments. Experimental tests confirmed the formation of pressure zones capable of stably levitating microbeads, validating the system as a didactic tool for teaching acoustics, electronics, and applied physics. The prototype demonstrated simplicity, interactivity, and reliability, proving to be a feasible alternative for academic experiments and future improvements such as quantitative amplitude measurements and automated control of excitation patterns.

Palavras-chave

Ondas ultrassônicas, Arduino, Protótipo didático, Ensino de física, Controle eletrônico

Citação

TEIXEIRA, Hudson Samuel Castro. Desenvolvimento de um sistema de levitação acústica controlado por Microcontrolador. 2025. 61 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações) – Universidade Federal de Uberlândia, Patos de Minas, 2025.

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