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基于stm32的下推式磁懸浮制作 附源程序與仿真原理圖

  [復(fù)制鏈接]
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樓主
很早就想做磁懸浮只是覺(jué)得有點(diǎn)難就一直沒(méi)有做，自學(xué)51單片機(jī)，又學(xué)了stm32后也一直沒(méi)有做過(guò)單片機(jī)項(xiàng)目，直到做設(shè)計(jì)的時(shí)候才想起用單片機(jī)做個(gè)磁懸浮玩玩。選用stm32也只是手頭上剛好有一塊，通過(guò)對(duì)網(wǎng)上的資料學(xué)習(xí)后以為對(duì)磁懸浮有點(diǎn)了解，做起來(lái)應(yīng)該不是很難，沒(méi)想到上手操作的時(shí)候還是有很多的坑。
其大概原理就是用四個(gè)線圈對(duì)浮子在前后左右的位置進(jìn)行調(diào)整，浮子的位置用線性霍爾元件進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換為電壓后由單片機(jī)進(jìn)行ADC采集

單片機(jī)將采集的位置數(shù)據(jù)分別進(jìn)行x，y軸的pid算法處理，輸出pwm控制電磁線圈的磁力從而控制浮子的位置。

本項(xiàng)目的重點(diǎn)就是霍爾傳感器的信號(hào)放大以及ad采集，pid算法，pwm輸出還有就是磁鐵的放置位置。


線性霍爾元件用的a3144,輸出只有幾百mv需要用運(yùn)放將其放大，運(yùn)放接5v話其最大輸出有4v左右，需要用兩個(gè)電阻將其限制在3.3v以下保護(hù)單片機(jī)，也可以用兩個(gè)二極管組成鉗位電路進(jìn)行限制。（一定要用線性霍爾元件，并且要接運(yùn)放將霍爾元件的輸出放大，對(duì)運(yùn)放的輸出限制以免燒壞stm32單片機(jī)。


將霍爾元件，運(yùn)放，以及鉗位電阻連接后，需要調(diào)節(jié)電位器使輸出電壓穩(wěn)定在1.7v附近

pid算法網(wǎng)上有很多這里就不解釋了，貼幾個(gè)連接https://blog.csdn.net/qq_25352981/article/details/81007075      https://blog.csdn.net/sdkdlwk/article/details/107759435
以下運(yùn)用的是位置pid算法，pid參數(shù)調(diào)整時(shí)可以x，y軸一起調(diào)整，先調(diào)整kp也就是比例系數(shù)，再調(diào)整kd微分系數(shù)。
  1. #define Max_Cycle 290//限制幅度
  2. #define Min_Cycle -290
  3. typedef struct//結(jié)構(gòu)體
  4. {
  5.    int targetValue;//設(shè)定值
  6.    int Error;//誤差
  7.    int prevError;//上次誤差
  8.    int Integral;//誤差積分
  9.    float Kp;//比例系數(shù)
  10.    float Ki;//沒(méi)用
  11.    float Kd;//微分系數(shù)
  12. }PID;
  13. int  Calc_PID(PID *pid,int Pos)//位置PID
  14. {
  15.    int output;
  16.    int Differential;//微分變量
  17.    
  18.    pid->Error = (pid->targetValue - Pos);                                        //      誤差有正負(fù)
  19.    
  20.    pid->Integral += pid->Error;                                                                                //                   誤差累計(jì)
  21.    
  22.    Differential = pid->Error - pid->prevError;    //       微分部分本次誤差減去上次誤差
  23.                        
  24.    output = (pid->Kp * pid->Error + pid->Integral * pid->Ki + pid->Kd * Differential);//通過(guò)比例 積分 微分參數(shù)算出輸出控制量 可省略積分部分
  25.    
  26.    pid->prevError = pid->Error;                                                                                //       本次誤差賦值為上次
  27.    
  28.    if(output>Max_Cycle)                           //        超過(guò)上限則輸出恒定值
  29.      output = Max_Cycle;
  30.          
  31.          if(output<Min_Cycle)
  32.                  output = Min_Cycle;

  34.    return output;
  35. }


  38. void Init_PID_Parameter(void)
  39. {
  40.    xPID.targetValue = 2300; //  
  41.    yPID.targetValue = 2300;
  42.          xPID.Error = 0;
  43.          yPID.Error = 0;
  44.    xPID.prevError=0;
  45.          yPID.prevError=0;
  46.         
  47.    xPID.Ki = 0.0f;  
  48.    yPID.Ki = 0.0f;

  50.    xPID.Kp = 0.3f;
  51.    yPID.Kp = 0.3f;  
  52.   
  53.    xPID.Kd = 0.60f;
  54.    yPID.Kd = 0.60f;
  55. }

復(fù)制代碼

pwm主要就是控制電磁線圈的的磁力大小，從而控制浮子位置。將pid算法的輸出作為pwm的輸入，控制4路pwm的通斷
  1. void TIM3_GPIO_Config(void)
  2. {
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  5.         /* 設(shè)置TIM3CLK 為 72MHZ */
  6.   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

  8.   /* GPIOA and GPIOB clock enable */
  9.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE );

  11.   /*GPIOA Configuration: TIM3 channel 1 and 2 as alternate function push-pull */
  12.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
  13.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                    // 復(fù)用推挽輸出
  14.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  15.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  17.   /*GPIOB Configuration: TIM3 channel 3 and 4 as alternate function push-pull */
  18.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
  19.   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  20. }
  21. void TIM3_Mode_Config(void)
  22. {
  23.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  24.         TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

  26.         /* PWM信號(hào)電平跳變值 */
  27. /*         u16 CCR1_Val  ;        
  28.          u16 CCR2_Val  ;
  29.         CCR1_Val=CCR1_value;
  30.   CCR2_Val=CCR2_value;
  31.         */
  32. //周期為12K  72M/ARR+1/PSC+1

  34.   /* Time base configuration */                 
  35.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =299;       //當(dāng)定時(shí)器從0計(jì)數(shù)到299，即為300次，為一個(gè)定時(shí)周期
  36.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 11;            //設(shè)置預(yù)分頻：不預(yù)分頻，即為72MHz
  37.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;        //設(shè)置時(shí)鐘分頻系數(shù)：不分頻(這里用不到)
  38.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //向上計(jì)數(shù)模式
  39.   TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

  41.   /* PWM1 Mode configuration: Channel1 */
  42.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;            //配置為PWM模式1
  43.   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;        
  44.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  //當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)值小于CCR1_Val時(shí)為高電平
  45.   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 10;           //設(shè)置跳變值，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到這個(gè)值時(shí)，電平發(fā)生跳變 可不設(shè)置
  46.   TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);         //使能通道1
  47.   TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);

  49.   /* PWM1 Mode configuration: Channel2 */
  50.   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  51.   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 10;          //設(shè)置通道2的電平跳變值，輸出另外一個(gè)占空比的PWM
  52.   TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);          //使能通道2
  53.   TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
  54.         
  55.         /*TIM3的通道3*/
  56.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  57.   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 10;          //設(shè)置通道2的電平跳變值，輸出另外一個(gè)占空比的PWM
  58.   TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);          //使能通道2
  59.   TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
  60.         
  61.         /*TIM 通道 4*/
  62.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  63.   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 10;          //設(shè)置通道2的電平跳變值，輸出另外一個(gè)占空比的PWM
  64.   TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);          //使能通道2
  65.   TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);

  67.   /* TIM3 enable counter */
  68.   TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                   //使能定時(shí)器3        
  69. }

  71. /**
  72.   * 初始化
  73.   */
  74. void TIM3_PWM_Init(void)
  75. {
  76.         TIM3_GPIO_Config();
  77.         TIM3_Mode_Config();        
  78. }</div><div>//pwm輸出處理函數(shù)</div><div>
  79.   void TIM3_OutSequence1zhuoyou(int Shuzhi){
  80.         if(Shuzhi>0){
  81.                 TIM_SetCompare1(TIM3,0);
  82.                 TIM_SetCompare2(TIM3,Shuzhi);
  83.         
  84.         }
  85.         else {
  86.                 TIM_SetCompare1(TIM3,Shuzhi*(-1));
  87.                 TIM_SetCompare2(TIM3,0);
  88.         
  89.         }
  90. }

  92. void TIM3_OutSequence1shangxia(int Shuzhi){
  93.         if(Shuzhi>0){
  94.                 TIM_SetCompare3(TIM3,0);
  95.                 TIM_SetCompare4(TIM3,Shuzhi);
  96.         
  97.         }
  98.         else {
  99.                 TIM_SetCompare3(TIM3,Shuzhi*(-1));
  100.                 TIM_SetCompare4(TIM3,0);
  101.         }

  103. }
復(fù)制代碼
l298n接受單片機(jī)的pwm輸出，再輸出電壓到電磁線圈。
當(dāng)所有電路連接好后，將強(qiáng)力磁鐵放在四個(gè)線圈的中間，再左右前后移動(dòng)如感覺(jué)有斥力將浮子限制在中間則線路連接正確，否則要調(diào)整電路連接。
大磁鐵（為浮子提供主要支持力）的位置放置很重要，將浮子放在大磁鐵中間上方要感覺(jué)是有排斥力才行。大磁鐵最好放在板子也就是電磁線圈的下方，否者電磁線圈的控制力不足以控制浮子的姿態(tài)�；蛘呒哟筝斎腚姶啪�圈的電壓也行。

正面



背面





最終效果



材料
stm32c8t6
lm358n運(yùn)放
a3144線性霍爾元件
l298n
2個(gè)電位器10k
兩個(gè)100k電阻
四個(gè)4.7k電阻
兩個(gè)15k電阻
四個(gè)19*12電磁線圈
100*60*15環(huán)形磁鐵
20*3銣磁鐵
4個(gè)m3的螺絲


Proteus仿真與程序資料51hei下載地址：
磁懸浮stm32.7z (231.26 KB, 下載次數(shù): 258)

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ID:328014 發(fā)表于 2021-1-31 15:48 | 只看該作者
好資料，51黑有你更精彩!!!
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板凳
ID:200118 發(fā)表于 2021-2-16 17:10 | 只看該作者
看看，應(yīng)該不錯(cuò)，學(xué)習(xí)一下。。。
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地板
ID:110257 發(fā)表于 2021-2-17 17:30 | 只看該作者
謝謝！在就想搞個(gè)磁懸浮了
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5#
ID:316764 發(fā)表于 2021-3-3 10:54 | 只看該作者
請(qǐng)問(wèn)需要兩個(gè)298N嗎
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6#
ID:582255 發(fā)表于 2021-3-3 12:52 | 只看該作者
樓主這個(gè)線圈的參數(shù)能不能說(shuō)的詳細(xì)點(diǎn)哈？多少匝多少亨哦？
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7#
ID:456557 發(fā)表于 2021-3-5 18:18 | 只看該作者
你好，我想問(wèn)問(wèn)調(diào)試步驟是？
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8#
ID:527981 發(fā)表于 2021-3-10 12:26 | 只看該作者
yuanbioa 發(fā)表于 2021-3-3 10:54
請(qǐng)問(wèn)需要兩個(gè)298N嗎

一個(gè)，可以輸出兩路pwm
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9#
ID:527981 發(fā)表于 2021-3-10 12:26 | 只看該作者
aktuan007 發(fā)表于 2021-3-3 12:52
樓主這個(gè)線圈的參數(shù)能不能說(shuō)的詳細(xì)點(diǎn)哈？多少匝多少亨哦？

Taobao有直接買(mǎi)就行了
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10#
ID:527981 發(fā)表于 2021-3-10 12:28 | 只看該作者
TKDRIVER 發(fā)表于 2021-3-5 18:18
你好，我想問(wèn)問(wèn)調(diào)試步驟是？

先調(diào)比例再調(diào)微分，在調(diào)試前要保證電路是正確的，線圈有輸出才行
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11#
ID:900013 發(fā)表于 2021-4-2 15:51 | 只看該作者
謝謝分享,做一個(gè)玩看看
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12#
ID:1129754 發(fā)表于 2024-7-29 08:33 | 只看該作者
謝謝樓主，資料挺全的
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13#
ID:1129974 發(fā)表于 2024-7-31 21:40 | 只看該作者
請(qǐng)問(wèn)霍爾傳感器受各個(gè)方向磁場(chǎng)影響，沒(méi)有辦法辨別浮子偏離的方向怎么辦
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14#
ID:1132214 發(fā)表于 2024-9-20 15:29 | 只看該作者
請(qǐng)問(wèn)是用什么軟件寫(xiě)的代碼
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15#
ID:1062243 發(fā)表于 2024-9-24 16:45 | 只看該作者
不是KEIL嗎？
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