■ 前言

在电磁铁的磁芯实验 中介绍了 Magnetic Levitation - The Easy Way | Elektor Magazine 中使用继电器线圈做磁悬浮的方式。电路非常简单，制作相对容易。

下面对该实验进行测试，并为今后使用模型建立打下基础。

01单片机电路模块¹

^{1.电路模块设计}

^{^{▲ STC8H1K28原理图}}

^{▲ STC8H1K28PCB图}

用于实验的IO端口功能定义：

序号	符号	功能
1	ADC0	模拟输入0
2	ADC1	模拟输入1
3	GND	电源地线
4	+5V	电源5V
5	PWM1	PWM1
6	PWM2	PWM2
7	PWM3	PWM3
8	PWM4	PWM4

★ 调试结论：

在使用PWM输出时，值需要引出 PWM1P

2.单片机软件²

^{● PWM输出}

^{应用STC8H1K28的PWM1,2输出占空比可调波形，来控制线圈两端的电压。}

^{功率输出部分使用了一款电机驱动MOS板来线圈。}

^{^{▲ 实验电路以及电机驱动模块}}

输出PWM信号：

频率：10kHz；
幅值：12V；
占空比：0~100%

^{▲ 输出PWM波形，频率为10kHz}

02基本测试

1.测试施加电压与A1308的输出

在磁铁下面安装一个A1308线性HALL。测量在线圈施加PWM电压与A1308输出之间的关系。

设置MCU的PWM1,2 与电机驱动板连接、电机驱动板的输出与继电器线圈的连接极性，使得最终，施加的电压越大，HALL的输出越高。如果极性相反，只需要改变MCU与电机接口，或者电机接口与线圈之间的连接顺序即可。

^{▲ A1308线性HALL安装位置}

设置SetPWMOut函数，输入参数从-100~100。分别表示施加在继电器两端的电压从-12V到+12V 。

void SetPWMOut(int nRatio) {unsigned long lnNumber;unsigned char ucNegFlag;unsigned int nNumber;ucNegFlag = 0;if(nRatio < 0) {ucNegFlag = 1;nRatio = -nRatio;}if(nRatio >= 100) nRatio = 100;lnNumber = PWM1_ARR_2;lnNumber *= nRatio;lnNumber /= 100;nNumber = (unsigned int)lnNumber;if(ucNegFlag == 0) nNumber += PWM1_ARR_2;else nNumber = PWM1_ARR_2 - nNumber;PWM1SetDuty(nNumber);PWM2SetDuty(PWM1_ARR_1 - nNumber);
}

^{▲ SetPWMOut设置与线圈两端的电压之间的关系}

将A1308的输出连接到STM8H1K28的ADC1（注意：不是0），读取AD1308的输出。

^{▲ PWM设置与A1308输出的ADC}

03施加反馈控制

从单片机的CH0读入设定电压值。
然后通过比较AD1308的电压值与输入设定电压，进行负反馈控制。

nDelta = ADCConvert() - nADC;
if(nDelta > 0) SetPWMOut(-99);
else SetPWMOut(99);

^{▲ 施加负反馈之后的悬浮状态}

^{▲ 不加空气阻尼是悬浮振荡}

※ 结论

对于使用继电器线圈制作电磁悬浮的小实验进行实验，初步验证了该方式的可行性。遗留一下问题为今后实验所证实，对该实验中的各个器件进行数学建模，寻找悬浮稳定参数建立理论分析。

单片机AD工程文件:AD\Test\2020\Experiment\MagneticLevitation\MLSTC8H1K28.PcbDoc * ↩︎
单片机控制软件工程:C51\STC\Test\2020\Experiment\MLSTC8H1K28\MLSTC8H1K28.uvproj ↩︎

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使用STC8H1K28控制微型磁悬浮

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^{1.电路模块设计}

2.单片机软件²

^{● PWM输出}

02基本测试

1.测试施加电压与A1308的输出

03施加反馈控制

※ 结论

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