毕业设计| 【开源】自制下推式磁悬浮

本次毕业设计是自制下推式磁悬浮，制作者马哈杰，同时也是一位up主（B站ID：马哈杰）。

下面是来自马哈杰B站的演示视频，也可以点击查看：https://www.bilibili.com/video/BV1ov411V7Cw

磁悬浮，很多人会觉得比较难（妮姐也是这么认为的图片），但现在这个项目全部开源了，感兴趣的同学不妨上手一试，非常酷~

项目开源资料可以在“达尔闻说”微信回复：开源磁悬浮，获取。同时欢迎大家加入马同学的技术交流QQ群：813633187，有问题可以在群里交流沟通，也可以下载资料。

之前，达尔闻也分享过稚晖君制作的磁悬浮教程，里面有介绍了磁悬浮原理及PID调参，大家可以回看学习下：毕业设计做磁悬浮装置可行？PID算法加持，更稳！ 结合马同学分享的资料，相信你们也一定能成功悬浮起来的！

本项目使用到的硬件有：

✔ 铁氧体磁铁：规格为外径100mm,内径60mm,高15mm

✔ 线圈：PCB可兼容两种线圈规格：

大线径直径21mm，高22mm，内径9mm，直接电阻约为3.2欧姆，3mm螺纹孔

小线径直径19mm，高12mm，内径8mm，直流电阻约为4.2欧姆，3mm螺纹孔

✔ 浮子必须使用强磁钕铁硼：

大线径测试中使用了两块，D40*H5mm + D30*H5mm

小线径测试中使用了三块，D50*H5mm + D40*H5mm + D30*H5mm

✔D40*H5mm：直径40 高5mm

磁悬浮原理：磁铁悬浮向上的浮力主要是铁氧体磁铁提供的，中间4个线圈通电后产生磁场可以控制浮子的位置，令浮子处于一个中心。

PCB控制板的原理图：

主控板核心是STM32F103，电路中包含H桥电路、霍尔采集与放大电路、电源管理电路。

以下马同学在制作过程中的问题记录，都已经解决了。放在这里希望可以帮到大家：

1. 单片机在控制线圈时重启

问题详细描述：线圈大小为 （直径 ）21*（高度）22mm   500匝   0.45mm漆包线，供电为适配器  12V2A，电路为双H桥，用来切换正负级，并改变占空比，在切换占空比时经常导致单片机重启，现象为单片机所接的OLED屏幕初始化并重新开始工作。

解决方案：

1）怀疑适配器供电不足，更换适配器12V 10A ，结果未解决，并且现象无改善；

2）怀疑电路问题，线圈作为感性负载，在改变极性或停止供电时会有反向电动势（来去拒留）会对电源电路造成冲击，电源电路的不稳定（纹波）通过辅助电源到达3.3V处，造成单片机重启。为各个mos管并联肖特基二极管（4148），形成释放回路。并除去5V电源，在3.3V处直接为单片机供电。结果：会起到一定作用，但并不稳定；

3）PCB原因：重新铺地，并更改地线连接方式（改的时候发现，stm32的四个地不是单点连接，【当时为了3.3V好走线，有两个地直接连接功率地，四个地之间相隔太远】），用磁珠隔离功率地，并添加泪滴，铺地后打板。结果：板子很稳定，未再次出现过重启现象（打板犹豫了很久，时间也拖了很久很久）。

2. Ir2104 有一路输出不稳定，会从12V降低，降低直到0V

单片机有输出，但是是3.3V（最初未注意），以为是自举电容的原因（因为6引脚的自举电容为高端mos管提供高于VCC的输出能力），结果查了查，是因为ir2104 不能完全高电平运行，更改单片机占空比，问题解决。

3. 上述单片机3.3V高电平问题，因为我在程序中未使用过持续高电平，后经查证发现：

   if(pwm<=0)

{

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, 000);  

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, pwm);   //1向下

}

该段程序中，pwm 为int型，小于0为复数，而我在为ch1的pwm赋值时，直接赋值（负数，应赋值0-999之间），超出量程，出错。

4. 焊接完毕后，连续3个ir2104发烫，更换后正常，（出现在问题3的时间段中，未找到原因，不排除持续高电平会导致ir2104烧毁）。

5. 单片机PWM波引脚无输出

原因：在32cube mx 中不小心将分频系数与自动重载值设置为0，并且更新了一次，重新设置后问题解决。

6. 霍尔传感器受线圈干扰较大

问题描述：3个霍尔分别检测x、y、z轴的电磁变化，可以检测浮子（被悬浮磁铁）的位置，但是未放置磁铁，控制线圈工作时，霍尔的值改变较大。z轴尽可能平行于地面，x、y尽可能位于对角线上。

手动调整后，xy的值变化在200以内，z轴（直接放置地面后）依然较大，暂不处理。

7. 温漂问题

问题描述：霍尔传感器本身变化较小，添加了差分放大电路，基准电压由电位器提供，但3个电位器处于线圈下方，线圈工作后会发热（电阻），且温度变化快，会导致电位器温度上升，基准值变化，运放输出改变。

知识普及：好的电阻温度系数为2ppm/°C，但精密可调电阻为100ppm/°C。

解决方案：飞线，远离温度变化大的地方，下次打板子一定要注意精密可调电阻远离线圈  。

改版结果：采集数据有所好转，但依然会受温度影响，目前采取措施为：双层使用，板子分为上下两块板，分别使用，已成功实现悬浮。