基于单片机的磁悬浮系统的设计

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，若是要增大該磁悬浮系统的功率，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.