磁悬浮LED灯设计结构图和工作原理分析

作者：windworld-1898442

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。