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简易磁悬浮LED灯设计

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    发表于 2016-8-8 09:22:51 |显示全部楼层
    磁悬浮LED灯设计结构是采用下推式结构,主要器件包括:线圈板、信号放大及驱动板、MicroPython、无线充电模块、浮子(LED灯)。


    • 线圈板:主要安装了永磁铁、四个线圈和三个霍尔元器件。
    • 信号放大及驱动板:采集来的信号进行放大,送到单片机。然后根据单片机的控制PWM信号来驱动线圈。
    • MicroPython:PWM信号给驱动板,驱动板根据PWM信号给X方向的线圈供一定的电压值及流过X线圈的电流方向。
    • LED灯浮子:就是我们要漂浮的强磁铁。


    原理结构图

    工作过程:
           当无浮子时,水平方向的霍尔元件把无浮子信号送至单片机,单片机无任何输出,驱动板也处于无输出状态,以此达到省电目的。当单片机检测到有浮子时,单片机接收到X和Y(焊接在四个线圈中心位置的十字架上)的检测信号,例如当浮子偏右,如图中偏上右边线圈,这时,X方向检测到磁场的变化,然后转换成电信号,MicroPython单片机根据信号,通过PID计算后给出了一个调节量,即PWM信号给驱动板,驱动板根据PWM信号给X方向的线圈供一定的电压值及流过X线圈的电流方向。由于X方向的两个线圈是同名端相连,当有电流流过时,X方向线圈对浮子的作用就呈现为左边线圈拉右边线圈推。同理,浮子偏上任何一个方向时,线圈都会呈现出把浮子推或拉到中心位置的状态。
            四个线圈也会形成一个中心点,电路设计以及线圈的制作和安装,到后来的电路调制都可能影响到这个中心点的位置,理想情况下是线圈的中心点和环形永磁铁的中心点能重合在一起。实际过程中通过PID控制,这个可以控制浮子在中心点那里漂浮。只是两个中心点偏差较大时,驱动板就耗电就会大一些。当然如果偏差太大了,那就没法漂浮了!
    实物效果图







            采样和PWM输出采用中断来完成。初始化AD采样,利用microPython板输出两路的PWM,频率在1K以上都可以,然后等待采样中断,中断到后采集数据,然后滤波进行PID计算,根据PID计算结果修改PWM的输出,
    注意:PID计算结果大于零和小于零的时候,IO口输出会不一样,达到改变电流的方向。而IO口的电平高低,导致PWM信号是低电平有效还是高电平有效。编程时好好考虑一下。修改PWM时应该在一个周期结束的时候修改!
            这里LED供电部分是采用无线充电模块来实现的,在某宝购买即可,磁悬浮硬件部分也是在网上购买的,具体可以参考上面原理自己制作。
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