从纯小白到悬浮,断断续续 “肝”了几个月,终于实现稳定悬浮了,浮起来那一刻,心中喜悦相信大家都有体会过,今天就和大家分享下我是如何实现的。。。

先来看下效果,一睹为快

悬浮高度还行吧,差不多3cm左右,非常稳定

期间踩过很多坑,比如一个合适的磁铁,买了很多都不能用,后面才知道磁铁有N35、N45、N52、Y30等型号,然后还有重量、尺寸等因素,选不好就浮不起来,今天就给大家分享下我踩过的坑

悬浮原理

磁悬浮本质是利用磁铁的同极相斥特性,被悬浮的浮子其实是一块磁铁,下面黑色圆环形状的也是磁铁,他们充磁方向相反,相互之间是排斥的。我们以磁悬浮中心为原点,建立一个坐标系

先看竖直方向(也就是z轴),被悬浮的浮子有一定的重量,因此当浮子和圆环磁铁两者之间的排斥力等于悬浮体自身的重量时,悬浮体就能在竖直方向保持平衡,也就是Z轴上平衡,如下图:所以选浮子时,浮子重量和磁性大小非常重要

再看水平方向仅仅依靠黑色的圆环磁铁,是无法保证悬浮体在水平方向平衡的,因此我们在圆环磁铁内均匀放置了四个电磁铁,让左右的两个电磁铁反向串联在一起,前后的两个反向串联在一起,就能差动控制,用来纠正浮子的偏移。

看下图,被悬浮体往右偏移(这里右是X轴正方向),我们控制右边的电磁铁产生排斥力,左边电磁铁(X轴负方向)因为是和右边电磁铁反向串联,所以左边会和右边相反,会产生吸引力,这样就让被悬浮体重新回到中心位置,这就是水平X轴方向的原理,Y轴方向同理。

如何检测被悬浮体是否偏移了?我们采用3个霍尔传感器,分别放置在xyz轴上,霍尔传感器可以检测磁场变化,并将磁场变化转换成电压信号,z轴上霍尔用来检测是否有浮子,没有浮子时就断开电磁铁的控制, x和y轴上的霍尔检测浮子左右前后的位置变化。

电路设计

完整开源资料在文末网盘链接获取

 浮子检测部分的电路如图,将z轴霍尔与CS5相连,AOD403是一个场效应管,没有放浮子时,线圈电路不工作,指示灯不亮,检测到浮子指示灯亮起,电路导通线圈开始工作

电磁铁线圈和马达电机很像,马达内部也是线圈,所以驱动电磁铁采用H桥驱动电路,这里用PNP型NPN三极管组成互补推挽电路注意线圈L1和线圈L2是反向串联的,这样实现一推一拉差动控制。

 霍尔检测控制电路,用2个运放LM324IC,用于信号放大滤波和PID控制反馈,后面还使用一个比较器LM393用于悬浮位置阈值检测比较。

关键元件作用: 

元件 作用
B772M/D882M 功率驱动,控制电磁线圈电流。
LM324 传感器信号放大、滤波或PID控制。
LM393 比较检测信号与阈值,触发控制逻辑。
HW101A 可能为霍尔信号处理模块(需查规格书确认)。
1mΩ电阻(R21-R24) 电流检测,反馈至运放实现闭环控制。
AO3401A 电源开关或保护(如过流切断)。

材料选购和焊接

关于材料选购,我会放在文末开源链接里,里面有完整BOM表,为大家完美复刻铺平道路,另外 我的开源资料里,元件封装使用的是0603的封装,如果不会焊接可以在PCB图里把封装改成直插件,土豪下单时也可以直接SMT

下一篇:焊接调试与故障排除

开源资料(CSDN站内下载链接)

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