基于单片机的磁悬浮系统的设计
基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计
基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计
采用霍尔元件检测小球，输位置出电信号经A/D转换反馈至单片机，运用单片机数字PID控制器来控制磁悬浮小球在磁场中的位置。
以单片机为核心，设计磁悬浮小球的控制电路设计，对控制算法进行研究，编写程序，通过传感器对小球位置的测量，利用通过单片机来实现对小球悬浮的稳定控制。
采用霍尔元件检测小球，输位置出电信号经A/D转换反馈至单片机，运用单片机数字PID控制器来控制磁悬浮小球在磁场中的位置。
给定数字量的作用是手动控制小球在磁场中的位置，根据给定量不同，小球的受力大小也随之改变。
单片机控制器主要是在接到传感器的反馈后通过把模拟信号转换成数字信号发给磁铁执行器从而控制磁场大小。
功率驱动则是改变驱动能力。
霍尔元件则是用于测量小球位置的传感器，并将其信号通过模数转换发送给单片机控制器
13电气工程及其自动化（2）班
1304102062
朱培喆。
基于STM32单片机的微型磁悬浮装置的设计
图 5 x 轴的双闭环串级 PID 控制框图
2.3 软件流程 本文选用 STM32F103C8T6 单片机作为主控制器，通
过 MDK ⁃Keil5 IDE 软件进行程序设计和调试见图 6 和 图 7。
图 6 主程序流程图
图 7 串口中断接收程序
图 6 和图 7 分别为主程序和串口中断接收程序两大 部分。在中断处理时，通过串口中断接收上位机发送来 的 命 令 和 数 据 ，并 缓 存 到 全 局 变 量 环 形 数 组 区 ，并 使 用 定时器中断设计 15 ms 控制周期定时。
调试完 PID 参数后，开始悬浮测试，该磁悬浮装置 的底座实物图如图 8 所示。本文使用直径 25 mm、厚度 10 ms 的圆柱体钕铁硼磁铁作为永磁体，以及直径 3 cm 厚度 5 mm 的圆柱体钕铁硼磁铁作为浮子。
第 14 期
杜明昊，等：基于 STM32 单片机的微型磁悬浮装置的设计
29
子 的 位 置 信 息 ，以 永 磁 体 的 中 心 为 原 点 ，建 立 直 角 坐 标 系 ，霍 尔 h1 测 量 x 轴 方 向 上 的 浮 子 磁 通 量 信 息 ，霍 尔 h2 测 量 y 轴 方 向 上 的 浮 子 磁 通 量 信 息 。 [7] 因 此 ，通 过 STM32 单 片 机 片 内 ADC 外 设 得 到 磁 通 量 值 ，进 行 数 学 坐标模型化后，可以得到浮子的水平位置。
2 磁悬浮装置的控制设计
2.1 浮子姿态位置 磁悬浮装置平面结构示意图如图 4 所示。磁通量
测量单元里的 2 个相互垂直的霍尔元件，可以测量出浮
图 3 磁通量测量单元
图 4 磁悬浮装置平面结构示意图
2.2 双闭环串级 PID 控制 浮子稳定悬浮时，所需的悬浮斥力主要由永磁体提
磁悬浮列车控制系统设计
磁悬浮列车控制系统设计磁悬浮列车是一种高速、高效、安全的交通方式，在城市化进程中发挥着越来越重要的作用。
而磁悬浮列车的核心技术之一就是控制系统。
本文将介绍磁悬浮列车控制系统的设计原理和实现方法。
一、磁悬浮列车控制系统的设计原理磁悬浮列车通过利用电磁原理，使列车在空气中悬浮并运行，其控制系统包括轨道控制系统和列车控制系统两部分。
其中轨道控制系统主要是为列车提供悬浮力和导向力，并保持列车在轨道上稳定运行；列车控制系统则是控制列车行驶速度和位置以及保证列车安全到站。
在轨道控制系统中，有两种常见的悬浮方式：吸力式和排斥式。
吸力式悬浮系统是通过磁铁在轨道上产生磁场，与列车悬浮部件（如电磁悬浮线圈、轮子等）产生吸力将列车悬浮在轨道上；而排斥式悬浮系统则是利用列车悬浮部件与轨道上磁铁产生的相反磁场来实现悬浮。
在列车控制系统中，核心是运动控制和安全控制。
运动控制主要包括车速控制和位置控制，其中车速控制可由电机控制，而位置控制则需要悬浮传感器来检测列车位置，并通过反馈控制来实现。
安全控制包括列车与轨道间的通讯控制、列车加速度和制动控制、列车与其他车辆的协调控制等，以保证列车行驶的安全和稳定。
二、磁悬浮列车控制系统的实现方法磁悬浮列车控制系统的实现方法主要包括硬件和软件两部分。
硬件方面，控制系统通常由多个控制单元组成，包括电源单元、位置控制单元、速度控制单元、安全控制单元等，每个单元都有自己的功能和特点。
软件方面，磁悬浮列车控制系统通常使用分布式控制系统（DCS）和实时操作系统（RTOS）。
其中DCS可以将列车控制系统分解成多个子系统，并通过网络传输实现信息交互，从而更加灵活和可靠；而RTOS则可提供实时性强的软件支持，保证列车控制系统的速度和安全性。
此外，还有一些与磁悬浮列车控制系统相关的技术，如磁悬浮列车的无线充电技术和列车间的通讯技术等，这些技术都可以提高控制系统的性能和安全性。
三、磁悬浮列车控制系统应用现状目前，磁悬浮列车已在一些国家和地区得到广泛应用。
磁悬浮平台(C组)【青少年机器人 单片机应用】
绕线器制作
绕线器的制作.ppt
制作线圈（一）
制作线圈（二）
注意：标记线圈的 内外圈；缠好的线 圈外粘贴一圈透明 胶带。
制作磁悬浮线圈板（一）
制作磁悬浮线圈板（二）
注意内外线圈的位置不要穿错了，固定线头时注意内外圈 。
制作磁悬浮线圈板（三）
注意小磁铁的方向不要搭错。
制作磁悬浮线线对应相连；Y方向的线对应相连 ；上方向的线对应相连。
连线（二）
磁悬浮线圈板上X方向的电源和磁 悬浮控制板上X方向的电源相连接 ；磁悬浮线圈板上Y方向的电源和 磁悬浮控制板上Y方向的电源相连 接。
连接电流表
注意电流表的正负极 不要连反。
下推式磁悬浮系统软件设计
下推式磁悬浮系统软件设计摘要磁悬浮系统能够创造一个无接触、无摩擦、无润滑的特殊空间环境，磁悬浮技术可以用于实现零部件间无摩擦相对运动，不仅提高了运动速度与精度，而且还能延长零部件使用寿命。
由于磁悬浮系统的这些优点，目前它不仅在电气等工业领域得到广泛应用，而且在人类生活中也开始得到应用，充分显示了磁悬浮技术在国民经济发展和人们生活质量提高方面具有广阔的发展前景，因此对它进行设计或研究具有十分重要的理论意义和现实意义. 其中对磁悬浮系统的控制成为目前的首要问题。
随着磁悬浮技术的广泛应用，对磁悬浮系统的控制已成为首要问题。
本设计以 Arduino 开发板为平台，以 PID 控制和脉宽调制为原理，通过单片机编程设计出 PID 控制器对磁悬浮系统进行控制。
PID 控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器，以其结构简单、易实现、适应性强等优点，处于主导地位。
本设计将创建一个基于Arduino 开发板的下推式磁悬浮系统，在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，确定控制方案，通过编写系统控制程序，不断调节PID 控制参数，并通过调节PWM 的占空比来实时控制电磁线圈的电流，从而使悬浮物体在设定位置得到与干扰力相平衡的电磁吸力，最终得到一个稳定的磁悬浮系统，此外系统还能够和 PC 机进行动态通信，由PC 机实现对该磁悬浮系统的实时控制。
最后，本设计对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。
关键词：磁悬浮系统，Arduino 开发板，PID 控制，脉宽调制THE SOFTWARE DESIGN OFPUSH TYPE MAGNETIC LEVITATION SYSTEMABSTRACTMagnetic levitation system can create a no conta ct, no friction, no lubrication of the special space environment . Maglev technology can be used to implement parts of no friction between the relative motion, not only increases the movement speed and accuracy, but also can prolong the service life of components. Because of these advantages of maglev system, it not only in the electrical industry is widely used, but is also beginning to be used in human life. It fully shows that magnetic suspension technology has a board development prospect on improving the development of national economy and the quality of life. Therefore, it has a very important theoretical significance and practical significance on designing or researching the system, and the control of the system has become the first problem.With the extensive application of maglev technology, the control of the maglev system has become a priority. In this paper, for the principle of PID control, Arduino development board as platform, PID controller designed to control magnetic suspension system. Since PID controllers have been the process of industrial production has been most widely and most sophisticated controller by its simple structure, easy to implement, robust, etc., in a dominant position.This design will create a magnetic suspension system bas ed on the Arduino development board. On the basis of analyzing of magnetic suspension system’s structure and working principle, we will get the control scheme. Through making the program of the control system, regulating the PID parameters and changing the frequency of the PWM, we can control the electromagnetic coil current in real time, and the suspended object will obtains an electromagneticforce to balance the gravity at the predetermined locations. Then we will get a stable magnetic suspension system. In addition, the system can do a dynamic communication with the personal computer, and realize the real -time control by the personal computer. At last, the key research works for further study are proposed.KEY WORDS: magnetic suspension system, Arduino development board, PID controller, Pulse Width Modulation目录前言 (1)第 1 章绪论 (2)§1.1 设计的依据与意义 (2)§1.2 国内外同类设计的概况综述 (3)§1.3 本课题设计的主要任务 (4)第 2 章磁悬浮系统的结构 (5)§2.1 磁悬浮系统的工作原理 (5)§2.2 磁悬浮系统的组成 (6)§2.3 磁悬浮系统的结构特点 (7)§2.4 磁悬浮系统的主要参数 (7)第 3 章下推式磁悬浮控制系统设计 (9)§3.1 位置检测原理 (9)§3.2 控制系统设计 (10)§3.2.1 系统数学模型 (10)§3.2.2 控制器设计 (11)§3.2.3 系统仿真 (12)§3.3 小结 (14)第 4 章磁悬浮软件设计 (15)§4.1 软件开发环境介绍 (15)§4.1.1 Arduino nano 开发板介绍 (16)§4.1.2 Arduino编程环境 (17)§4.2 软件设计思想与程序流程图 (19)§4.3 数据采集 (20)§4.4 PID调节控制 (21)§4.5 PWM输出 (24)§4.6 上位机通信 (27)§4.7 按键变化功能 (27)第 5 章运行调试与结果分析 (30)§5.1 硬件接线 (30)§5.2 程序的编译与上传 (30)§5.3 确定系统极性 (31)§5.4 PID参数整定 (32)§5.5 结果 (34)结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)前言磁悬浮技术属于自动控制技术，它是随着控制技术的发展而建立起来的。
磁悬浮实验的基本原理和设计思路
磁悬浮实验的基本原理和设计思路一、悬浮原理磁悬浮实验的基本原理是利用磁力的相互作用，使物体在空气中悬浮。
具体来说，磁悬浮实验是通过电磁感应的方式产生一个交变电流，这个电流会产生一个变化的磁场。
当物体放置在这个变化的磁场中时，它会受到一个向上的推力，从而使物体悬浮在空气中。
二、设计思路1. 系统结构磁悬浮实验系统主要由以下几部分组成：控制系统、传感器、电源、导轨和载体。
其中，控制系统负责控制电源输出和传感器采集数据；传感器用于检测载体位置和速度；电源提供所需的电能；导轨是载体运动的基础；载体则是被悬浮在导轨上的物体。
2. 系统工作原理系统工作原理如下：（1）控制系统通过传感器采集载体位置和速度信息，并将其送回控制器。
（2）控制器根据采集到的信息计算出所需输出的电流，并将其发送给电源。
（3）电源根据控制器发送过来的信号输出相应大小和方向的电流。
（4）导轨上的线圈受到电流的作用，产生一个变化的磁场。
（5）载体中的磁体受到变化的磁场作用，产生一个向上的推力，使其悬浮在导轨上。
（6）载体位置或速度发生变化时，传感器会重新采集信息，控制系统会重新计算输出电流，并将其发送给电源，以保持载体在正确位置上悬浮。
三、关键技术1. 控制系统控制系统是整个磁悬浮实验中最关键的部分之一。
它需要能够准确地控制电源输出和传感器采集数据，并根据采集到的数据计算出所需输出的电流。
因此，在设计控制系统时需要考虑如何提高控制精度、降低噪声干扰等问题。
2. 传感器传感器是另一个关键技术。
它需要能够准确地检测载体位置和速度，并将这些信息反馈给控制系统。
常用的传感器包括霍尔元件、光电开关等。
在选择传感器时需要考虑其精度、响应速度等因素。
3. 电源磁悬浮实验中需要使用高频交流电源。
在选择电源时需要考虑其输出电流大小和稳定性等因素。
4. 导轨导轨是载体运动的基础，因此其设计也非常重要。
常用的导轨包括线圈导轨和永磁导轨两种。
在选择导轨时需要考虑其制造工艺、成本等因素。
基于XS128微处理器的悬浮控制器设计方案设想03
2011-2012中南大学信息科学与工程学院电气工程及其自动化专业课外研学设计报告基于MC9S12微处理器的悬浮控制器设计方案导师：陈特放班级：电气0901班学号：0909091507姓名：邓兴生摘要磁悬浮技术是一门涉及多学科的综合性技术。
随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料和转子动力学的发展，磁悬浮技术得到了长足的发展。
其已被广泛应用于航空、航天、精密仪器、仪表、机械制造和交通运输等领域。
为加强对磁悬浮系统的实时控制，这就对磁悬浮控制器提出了较高要求。
为此，本文在介绍磁悬浮技术的基础上重点讨论了一种以飞思卡尔16位单片机XS128为核心的磁悬浮控制器设计方案，该控制器结构简单，实现方便理论可行。
关键字：磁悬浮技术 MC9S12 PID控制驱动模块ABSTRACTMaglev technology is a multidisciplinary and comprehensive technical.With the development of electronic technology, control engineering, signal processing components, and new magnetic materials, electromagnetic theory and rotor dynamics, magnetic suspension technology has made great development. It has been widely used in many fields, for example in aviation, aerospace, precision instruments, meters, machinery manufacturing and transportation.In order to enhance real-time control of magnetic levitation system, it makes higher requirement to magnetic levitation controller. So, this paper describes the basis of maglev technology and a new design of magnetic levitation controller focus on Freescale’s 16-bit microcontroller XS128. This kind of controller is simple and easy to achieve.Keywords: maglev technology MC9S12 PID control drive module前言磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机械接触地悬浮起来，该装置由传感器、控制器、电磁铁和功率放大器等部分组成。
磁悬浮设计文档
项目设计主题：基于MSP430F5438的交流磁悬浮控制器的设计完成时间：2013.11.14学生姓名：刘天月指导教师：王庐山○目○录一、引言 (1)二、MSP430F5438单片机简介 (1)三、磁悬浮控制系统结构框图 (2)四、系统功能实现分析 (2)五、程序功能说明 (3)六、程序清单（附） (5)一、引言磁悬浮是根据电磁感应原理和楞次定律,由交流电流通过线圈产生交变磁场，交变磁场使闭合的导体产生感生电流，感生电流的方向，总是使自己的磁场阻碍原来磁场的变化。
因此线圈产生的磁场和感生电流的磁场是相斥的，若斥力超过重力，可观察到磁悬浮现象。
交流磁悬浮控制器的设计采用MSP430F5438A单片机控制，由检测机构反馈高度电信号给单片机，再由MSP430F5438A单片机产生一路触发脉冲信号，控制交流调压模块电路的输出，从而实现对线圈高度的闭环控制。
二、MSP430F5438单片机简介MSP430系列单片机是美国德州仪器公司研发的一款16位超低功耗单片机[3],因为其具有精简指令集的混合信号处理器,所以称之为混合信号处理器。
该系列单片机具有如下特点:◆处理能力强MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。
这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
◆运算速度快MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。
16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。
◆超低功耗MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。
基于单片机的磁悬浮系统的设计
关键词：磁悬浮；线圈；霍尔传感器；AVRmega16
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2017)05-0179-01
DOI:10.14004/ki.ckt.2017.0637
随着社会的发展科技的进步，人们的生活水平也发生了翻 天覆地的变化，人们越来越依赖于科学技术，然而人们对于科 学技术的认识也是越来越少。该磁悬浮系统可以使人们更能 了解到科学技术，感受科学技术的神奇。该技术简单易懂。该 磁悬浮系统可悬浮一切带有磁性的物品，比如利用该系统可制 作磁悬浮式台灯，也可制作成磁悬浮摆饰等。
图1 软件流程： 单片机选用 AVRmega16 是由于该单片机拥有自带的 PWM 输出端口，使得编程简单化，只需改变单片机内部一个寄存器 的值就可以轻松的改变输出脉宽，该项号的单片机造价便宜。 在一切硬件连接完毕后，利用单片机控制霍尔传感器读出 此时空载时传感器所处的磁场强度的数据，每个人做出的该系 统数据不会相同。后面的编程就需要该数据才可以使磁性物 体漂浮起来。若要在磁性物体漂浮后移动，前期要不断地测 出不同脉宽下物体移动的速度。以防力度过大把磁性物体弹 出磁悬浮平台。把测量好的数据存入单片机，需要移动时通 过按键开关来调用不同数据的脉宽。若要加个液晶显示屏更 加直观。
硬件主要部分： 图 1 中 1 所指的是汝磁铁，用来增加主磁场的磁场强度，增 加或减少该磁铁，会导致此系统所悬浮物体的最大质量发生变 化。一般的悬浮小型磁性物体只需要十六个小型钕磁铁即可。 图 1 中 2、4 所 指 的 是 用 漆 包 线 绕 起 来 的 线 圈 ，一 般 用 1.2mm 的漆包线，驱动线圈用 12V 电压。注意四个线圈要放置 成一个正四边形，这样可以使编程简化。对角线上的两个线圈 需要连接在同一个驱动电路上，这样控制更精确。 图 1 中 3 所指的是霍尔传感器（只能用线性的），该元器件 需放置在线圈所围成的两对角线交点处各占一条对角线，两个 传感器要相互垂直。注意的是霍尔传感器要选用线性的传感 器，这样可以随意的改变上方磁性物体悬浮的出初始位置，要 是想在磁性物体悬浮的过程中移动物体也是可以实现的。若 是选用霍尔传感器的逻辑传感器，那么该系统制作起来就非常
单片机应用课磁悬浮平台(c组)宣讲培训
通过闭环反馈控制系统，能够维持物体在空中的 稳定状态。
3 实验模式
4 可扩展性
支持不同的实验模式，可以进行不同的物理实验 和控制算法的验证。
平台具有良好的可扩展性，可根据实际需求进行 功能的添加和升级。
平台应用领域
教育
用于大学和高中的物理实验教学，培养学 生动手和实验的能力。
科研
用于物理实验室的科研项目，研究精密控 制和悬浮技术。
接。
3
步骤四
4
通过控制软件设置悬浮高度和稳定性等参数。
5
步骤一
准备磁悬浮平台和相应的控制软件。
步骤三
启动控制软件，进行系统校准和参数配置。
步骤五
进行物体悬浮和稳定性测试，并记录数据进 行分析。
活动安排和培训计划
活动安排
活动1：平台介绍和功能演示 活动2：案例分享和实验操作 活动3：问题解答和交流讨论
工业
可应用于工业生产线上的自动化控制和物体悬浮操作。
项目演示与案例分享
磁悬浮实验演示
展示磁悬浮平台实现物体悬浮控制 的实际效果。
案例分享：磁浮列车
介绍磁浮列车的原理和应用，并与 磁悬浮平台进行对比分析。
艺术创意应用
展示磁悬浮平台在艺术创意中的应 用，如悬浮灯等。
使用指南及操作流程
1
步骤二
2
连接硬件并进行正确的电源接线和传感器连
培训计划
第一天：理论知识讲解和平台介绍 第二天：实验操作和案例分析 第三天：问题解答和实践演练
问题解答及交流讨论
在本节中，我们将回答参与者提出的问题，并进行与磁悬浮平台相关的深入讨论。
单片机应用课磁悬浮平台 (c组)宣讲培训
本次宣讲培训将为您介绍单片机应用课的磁悬浮平台(c组)。
基于单片机的悬挂系统设计 精品
摘要本次课题设计制作了一个单片机控制的悬挂系统，通过相关参数计算及程序的设计，使系统的各项性能指标满足课题要求。
其核心部分是控制芯片单片机，由于其具有高集成度、高性价比、最简单外围电路、高效率等优点，所以能在实际生活中得到广泛的应用。
悬挂轨迹控制系统是一套电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。
本设计采用MSP430F1611单片机对步进电机进行控制，通过多圈电位器实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正,以达到对物体的控制和对坐标点的准确定位。
控制信号经过L298驱动电路来驱动步进电机，完成相应的规定动作；同时用键盘来控制任意坐标点的参数，并用液晶显示器显示悬挂物体中画笔所在位置的坐标；软件功能模块主要完成对步进电机运动的位置、速度、方向以及运动时间的控制。
关键词：单片机步进电机算法IAbstractThis topic designed a suspension system which controlled by microprocessor, through the calculation of relevant parameters and procedures which designed to make the performance of the system to meet the subject requirements. Its core part is the control chip microcontroller, since it has high level of integration, cost-effective, and the most simple buffer circuit，high efficiency etc, so that be widely applied in real life. Suspension track control system is a set of motor control system, it controls the object in straight line, round, tracing, sports within the scope of 80 cm×100 cm, and can show the coordinates of moving objects in sports by the time. This design uses the MSP430F1611 microcontroller to control the stepper motor, achieving accurate measurement of the pedants position through multi-turn potentiometer, and introduce local close-loop feedback control links to error correction, so that to achieve control the object and with a accurate location to coordinate. Control signal drive stepping motor by L298 drive circuit, completing the corresponding regulations action; At the same time, using the keyboard to control any points of parameters, and display the coordinates of the brush in hanging objects with liquid crystal display. The software function module mainly completed control of the stepper motor in position, speed, direction and movement time.Key words：Single chip computer Stepping motor ArithmeticII目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (1)1方案的比较与论证 (2)1.1 设计任务 (2)1.2 设计要求 (3)1.3 数学模型 (3)1.4 系统方框图 (4)1.5方案的论证与选择 (4)1.5.1 单片机的选择与论证 (4)1.5.2电机的选择与论证 (5)1.5.3驱动电路的选择与论证 (5)1.5.4显示模块的选择与论证 (5)1.5.5红外探测器工作方式的选择与论证 (6)1.5.6 探测模块信号传输方式的选择与论证 (7)2系统软件设计 (8)2.1 单片机系统简介 (8)2.2MSP430系列单片机介绍 (8)2.3开发环境的简介 (10)2.4开发语言的简介 (10)2.5 算法分析 (11)2.5.1 软件设计原则 (11)2.5.2 脉冲与位移的关系 (11)2.5.3 位移/数据转换方法 (11)2.5.4 点到点运动 (12)III2.6 步进电机控制方法 (13)2.7 步进电机控制程序的设计思想 (13)2.8 菜单程序的设计 (14)2.9 误差补偿 (14)2.10 程序流程 (15)2.10.1 主程序流程图 (15)2.10.2 定点运动子程序 (15)2.10.3 画圆子程序 (16)2.10.4 寻迹子程序 (17)2.10.5 液晶屏对运动物体坐标实时显示的实现 (18)2.10.6 单片机对步进电机的浮点型控制方法 (19)2.10.7 3*3点阵反射式红外光电传感器实现循线 (21)3 系统调试与数据记录 (22)3.1 测试指标 (22)3.2 测试仪器 (22)3.3 自行设定运动测试 (23)3.4 圆周运动测试 (23)3.5 定点运动测试 (23)3.6 循迹运动测试 (24)3.7 系统实现的功能 (24)结论 (26)致谢 ............................................................................错误！未定义书签。
基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计
基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计摘要随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。
磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。
磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。
本文研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。
超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。
超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。
本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。
与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。
常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬浮和引用非电磁性磁铁（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。
但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。
本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。
在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点——磁悬浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。
这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。
这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。
这个实例给了我们一个启示：简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。
关键词：常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车The design of control system of magnetic levitation ball basedon MCUABSTRACTAs more and more maglev technology is applied to each field in actual life, the word of magnetic suspension a several years ago was very strange has already widely known by the people. Magnetic suspension is classified and can be divided into superconductive magnetic suspension and electromagnetic magnetic suspension from the material which produces lift force. It is a very complicated problem to control the magnetism suspension system. The focal point that this text studies is that these two kinds of magnetic suspension demonstrate the design about question of controlling of the experimental provision.Superconductive magnetic suspension is to utilize the superconductor in superconductive state to upbraid magnetic force principles. To suspend object superconductor,so superconductive control focal point of magnetic suspension drop on the superconductor superconductive magnetic suspension. This text is from recommend that the using basically of superconductive magnetic suspension is started with, introduce the basic physical property of the superconductor , then the control method , course and principle to introduce superconductive magnetic suspension deeply progressively.Compared with superconductive magnetic suspension, the application that electromagnetic magnetic suspension is much more extensive , because the realization course that electromagnetic magnetic suspension is much simpler. Magnetic suspension that electromagnetic magnetic suspension and can be divided into the magnetic suspension which use the electro-magnet and quoted the non- electric magnetic magnet (tombarthite permanent magnet, ordinary magnet ,etc. ). But because the electro-magnet is more convenient and utilizes controlling, it is more extensive to use the magnetic suspension of the electro-magnet. The research in electromagnetic magnetic suspensionof this text is to proceed with a instance , analyse that according to the principle of electro-magnet type magnetic suspension , thus study electromagnetic type magnetic suspension control method , course and principle further.At the end of this text, I utilize knowledge studied in the university, combine the research focal point of this text - -Demonstrate the control question of the experimental provision , has made a simple electric magnetic suspension device in magnetic suspension. The principle of the device is to make use of control on electro-magnet electric current to realize moving repeatedly back and forth in the sky of an iron plate that this suspends, reach the result of suspending on the vision . This is it control square different principle to suspend with real electro-magnet, simple means this can achieve the the same goal too.This instance has given us one to enlighten: The simple demonstration experimental provision can state the operation principle of new and high technology , such as maglev train ,etc. too, magnetic suspension is not out of reach.KEY WORDS：electromagnetic magnetic suspension , superconductive magnetic suspension ,the control of magnetic suspension,demonstrate the experimental provision, the maglev train目录前言......................................................................... 错误！未定义书签。
单片机应用系统的设计实例
9.1.3 控制程序：功能模块设计
程序共使用三个定时器。其中，T0和T1配合产生一路PWM波，T0决 定PWM波的频率，设计值为20KHz，T1决定PWM波的占空比；T2用于 产生定时中断，并决定控制周期，设计值为1ms。已知单片机外部晶振频 率为16MHz，根据第4章介绍的定时器配置方法可得：T0工作在8位自动 重装方式，定时周期寄存器初值为0C0H，对应的定时周期为48s，因此 实际产生的PWM波频率为20.833KHz；T1也工作在8位自动重装方式， 其定时周期寄存器值在每个控制周期被更新为控制输出量，初始值为0FFH； T2工作在16位自动重装方式，定时周期寄存器初值为0FACBH，对应定时 周期为999.75s，因此实际采样频率约为1KHz。
断负压的设计可以使得功率管可靠地截止。此外，栅极驱动电阻取为20Ω。
9.1.2 电路设计：驱动与吸收保护电路
(1) 续流和吸收保护电路 电磁铁是感性元件，为此应使用快恢型二极管D1为电感L提供续流回路，
以防止MOSFET关断时漏极电位急剧上升而损坏功率管。图中，R、C、D 组成的吸收网络能够吸收MOSFET在开关时刻的电压和电流尖峰。其中， C用于限制MOSFET的漏极-源极间电压突变，R用于限制MOSFET开通时 C的放电电流，D则便于在MOSFET关断时，C能迅速吸收MOSFET上的关 断尖峰。
9.1.3 控制程序：总体设计
系统上电 上电初始化 启动定时器
读 P1口 数 据
根 据 P1口 数 据 查 表 ， 得 到 Kp,Kv,Ka Ki四 个 增 益 参 数
N
停机？
Y
结束
主程序流程
中断服务程序入口 保护现场
清 除 中 断 标 志 TF2 读 取 AD转 换 的 结 果
基于机电一体化技术下单片机的磁悬浮控制系统设计
基于机电一体化技术下单片机的磁悬浮控制系统设计
滑美艳
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2023(64)1
【摘要】磁悬浮控制技术可以将物体悬浮在特定高度,原理是利用电磁力使物体受力平衡,使物体间无机械摩擦,节省能耗,从而实现某些特定的工艺要求。
磁悬浮作为机电一体化技术,结合了微型计算机、传感器技术、电力电子技术、检测技术和自控理论等技术与理论。
文章首先分析了建议磁悬浮系统模型;随后剖析了系统硬件与软件编程设计;最终得到上推式数字磁悬浮控制系统相比于模拟磁悬浮控制系统更为稳定的结论。
【总页数】3页(P97-99)
【作者】滑美艳
【作者单位】保定和易法电气科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP399
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基于MCS-51单片机的磁悬浮球数字控制系统设计
基于MCS-51单片机的磁悬浮球数字控制系统设计
卢建华;刘爱元
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2001(17)2
【摘要】本文介绍了磁悬浮球控制系统的结构及工作原理,给出了基于MCS-51单片机磁悬浮球数字控制系统硬件和软件框图,实现了钢球的稳定悬浮.
【总页数】2页(P15-16)
【作者】卢建华;刘爱元
【作者单位】264001,山东烟台海军航空工程学院自动控制系;264001,山东烟台海军航空工程学院自动控制系
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
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单片机应用课磁悬浮平台(C组)
10/24/2020
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北京乐博乐博教育科技有限公司
十一、故障处理
1、通电后，放浮子的时候，无论哪一面磁悬浮控制板上的 指示灯都不亮，我们需要检查一下磁悬浮线圈板上最高的一个 霍尔传感器的平面是不是朝上的，如果不是用手将其扳平，还 不行的话我们需要检查一下最高的霍尔传感器，看其三个引脚 是不是有断的。
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小试牛刀
2、制作磁悬浮线圈板，所用材料：磁悬浮线圈板、小磁铁、铜 线来制作我们的磁悬浮线圈板。
制作好的磁悬浮线圈板如下：
10/24/2020
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认识新模块
八、磁悬浮控制板
磁悬浮控制板是整个系统的核心部分，图中蓝色标识部分表示 分别与磁悬浮线圈板上的电源插座对应连接，图中黄色标识部 分表示分别对X和Y方向上的位置进行调节，图中绿色标识部分 为电源插座，图中红色标识部分为电流表连接处。
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九、整体系统讲解
磁悬浮平台由两部分组成，即磁悬浮线圈板和磁悬浮控制 板。磁悬浮控制板由外部电源供电，通过X线圈电源插座和 Y线圈电源插座分别给X+和X-及Y+和Y-四个线圈进行供电 （注意X方向的两个线圈的外端线头是连接在一起的，Y线 圈同理），只有在放上浮子以后线圈中才会有电流通过，磁
磁性水雷
科普知识
四、电磁铁
内部带有铁芯的、利用通有电流的线圈使其像磁铁一样具有磁性的装置 叫做电磁铁(electromagnet)。通常制成条形或蹄形。铁芯要用容易磁化，又 容易消失磁性的软铁或硅钢来制作。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后 就随之消失。电磁铁在日常生活中有极其广泛的应用。电磁铁的发明也使发 电机的功率得到了很大的提高。
基于根轨迹法的磁悬浮球控制系统设计的指导记录
基于根轨迹法的磁悬浮球控制系统设计的指导记录
基于根轨迹法的磁悬浮球控制系统设计需要遵循以下指导记录：
1. 系统建模：首先需要建立磁悬浮球控制系统的数学模型，包括系统的物理模型和状态空间模型，对系统进行分析和求解。
2. 控制器设计：利用根轨迹法进行控制器设计，根据系统模型的极点位置和相对稳态误差要求来确定控制器的参数，从而使系统的响应满足要求。
3. 控制器实现：将设计好的控制器实现在计算机或者控制器芯片上，实现对磁悬浮球系统的控制。
4. 仿真验证：通过对控制系统进行仿真验证，验证系统的稳定性和控制效果是否满足要求。
5. 系统调试：对控制系统进行调试，根据实际控制效果进行参数调整和优化，使系统达到最优控制效果。
在磁悬浮球控制系统设计的过程中，要注意保护数据安全和隐私，并遵守相关的法律政策。
同时，要注重系统的稳定性和可靠性，确保系统能够长期稳定运行。
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基于单片机的磁悬浮系统的设计
作者：陈启新
来源：《电脑知识与技术》2017年第05期
摘要：磁悬浮系统是利用“同性相斥，异性相吸”的原理来实现的。
磁悬浮系统是指使磁性物体在无任何支撑的情况下悬浮于空中。
可以使物体保持静止状态或是自传的一种状态。
其设计具有独特的视觉效果，集中了科技与效果为一体。
基于单片机的磁悬浮系统是一种实用智能化的磁悬浮系统，它是利用单片机产生脉冲新号控制电场的变化从而产生磁场，非常容易实现。
关键词：磁悬浮；线圈；霍尔传感器；AVRmega16
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）05-0179-01
随着社会的发展科技的进步，人们的生活水平也发生了翻天覆地的变化，人们越来越依赖于科学技术，然而人们对于科学技术的认识也是越来越少。
该磁悬浮系统可以使人们更能了解到科学技术，感受科学技术的神奇。
该技术简单易懂。
该磁悬浮系统可悬浮一切带有磁性的物品，比如利用该系统可制作磁悬浮式台灯，也可制作成磁悬浮摆饰等。
1总体布局
磁悬浮系统是典型的机电一体化系统，运用磁场和电场的一般规律进行实现，也就是磁路定律和变化电场周围产生磁场。
该系统主要有两个部分组成，分别是控制电路部分和执行电路部分。
控制电路部分，是以单片机AVRmega16以及外围接口电路为核心，以霍尔传感器为信号收集器，为单片机提供磁场强度变化的数据，单片机根据接收到的数据进行对比。
单片机控制LM298N进行调整磁场的变化。
执行电路部分主要由四个漆包线缠绕的线圈和十六个钕磁铁构成，若是要增大该磁悬浮系统的功率，可改变钕磁铁的数量和漆包线圈的大小，一般要悬浮小型的磁性物体时，线圈缠绕30圈左右就够了。
硬件主要部分：
图1中1所指的是汝磁铁，用来增加主磁场的磁场强度，增加或减少该磁铁，会导致此系统所悬浮物体的最大质量发生变化。
一般的悬浮小型磁性物体只需要十六个小型钕磁铁即可。
图1中2、4所指的是用漆包线绕起来的线圈，一般用1.2mm的漆包线，驱动线圈用12V 电压。
注意四个线圈要放置成一个正四边形，这样可以使编程简化。
对角线上的两个线圈需要连接在同一个驱动电路上，这样控制更精确。
图1中3所指的是霍尔传感器（只能用线性的），该元器件需放置在线圈所围成的两对角线交点处各占一条对角线，两个传感器要相互垂直。
注意的是霍尔传感器要选用线性的传感器，这样可以随意的改变上方磁性物体悬浮的出初始位置，要是想在磁性物体悬浮的过程中移动物体也是可以实现的。
若是选用霍尔传感器的逻辑传感器，那么该系统制作起来就非常的困难，这时就需要四个线圈和钕磁铁位置非常精准，保证主磁场的磁力线没有穿过霍尔传感器，否则磁性物体无法悬浮在空中。
除上述所说元件外，还需要单片机AVRmega16、LM298N、电阻、电容、晶振、按键开关来构成驱动电路。
LM298N限制的电压是12V和24V，若达不到说需要求，可自行设计一个H桥式电机驱动电路。
软件流程：
单片机选用AVRmega16是由于该单片机拥有自带的PWM输出端口，使得编程简单化，只需改变单片机内部一个寄存器的值就可以轻松的改变输出脉宽，该项号的单片机造价便宜。
在一切硬件连接完毕后，利用单片机控制霍尔传感器读出此时空载时传感器所处的磁场强度的数据，每个人做出的该系统数据不会相同。
后面的编程就需要该数据才可以使磁性物体漂浮起来。
若要在磁性物体漂浮后移动，前期要不断地测出不同脉宽下物体移动的速度。
以防力度过大把磁性物体弹出磁悬浮平台。
把测量好的数据存入单片机，需要移动时通过按键开关来调用不同数据的脉宽。
若要加个液晶显示屏更加直观。
2总结
该课题探究的磁悬浮系统具有很大的创新，在该系统上可开发出更多花样的物品。
如磁悬浮台灯、磁悬浮摆饰、磁悬浮座椅等。
只需要在需悬浮的物体上加上磁铁即可。
功率足够大时也可做成磁悬浮电车，此时就需要把电车的轮胎和电机拆掉，轮胎部位换成带磁性的球体，再加上大功率的磁悬浮系统即可实现。
该磁悬浮系统可以制成下推式或上推式的，非常灵活。
该磁悬浮系统非常适用于家庭使用。
其新奇独特的视觉表现效果，集科技与趣味于一体，具有很高的观赏性及实用性，是家居装饰的一个最好的选择，也是家居摆件高档礼品的必选之物。
参考文献：
[1] 李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2] 徐惠民.单片微型计算机原理、接口及应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.
[3] 郭速学.图解单片机功能与应用[M].北京：中国电力出版社，2008.
[4] 程国钢.AVR单片机应用系统常用模块查询手册[M].北京：电子工业出版社，2014.
[5] 汪道辉.单片机系统设计与实践[M].北京：电子工业出版社，2006.。