盗梦陀螺攻略4- 下推式磁悬浮电路

由 动力老男孩 发表于 2011/01/19 23:30:45

距上一篇攻略已经过了快一个月了。这个月生病一次，加班数次，其中还有带病加班的几天，过年前的日子真难过啊 :) 不过今年春节有10天假，强烈期待中。另外后天公司开年会，希望能抽个大奖，哈哈！

下面继续发磁悬浮的攻略。下推式其实原理和上拉式很相似，区别在于需要两组线圈才能维持浮子的平衡。下面是其中一组线圈的电路示意图：

下推式电路示意图

下推式电路示意图，点击看大图

这个电路和之前上拉式的完全一样，所以这次不需要额外的焊接工作，对比上篇博客的电路图，只是多了一些杜邦头的插针，便于连线：

上推式磁悬浮连线实物图

上推式磁悬浮连线实物图

之前制作小爱的时候，试验过Arduino的模拟输入输出，数字输入输出，这里再简单复习下。

Android Mega一共有四种IO接口：模拟输入输出和数字输入输出。其中模拟输入标记为“ANALOG IN”，可以测量0~5V的电压，对应在代码中的读数范围是0~1023，示例代码如下：

int readValue1 = analogRead(read1Pin);

模拟输出实际上输出的是一串方波，通过高低电压的占空比来产生“平均电压”。在板上对应的标记是PWM，输出电压同样是0~5V，但是请注意设置的数值范围却是0~255。示例代码如下：

analogWrite(power1Pin, Pid1.power);

数字输入输出需要先设置管脚的模式，直接看示例代码吧，相信聪明的你肯定明白：

pinMode(Pin1, OUTPUT);     //设置为输出管脚
pinMode(Pin2, INPUT);      //设置为输入管脚
digitalWrite(Pin1, HIGH);  //输出高电压
int v = digitalRead(Pin2); //读取Pin2的电压，返回结果是0或1
anduino控制板

anduino控制板

其中0~53所有的接口都可以作为数字输入输出接口，而其中只有2~13可以用作PWM模拟输出。模拟输入的接口编号是0~15，和刚才的编号是互相独立的，不会冲突。对于盗梦陀螺来说，传感器和电位器的读数显然要用模拟输入，而线圈电流的控制也显然要用模拟输出。强烈建议把接线的编号集中写在程序的最前面，这样可以一目了然的看出是怎么接的线：

int adjust1Pin = 1;    //用来调节A方向的电位器
int adjust2Pin = 2;    //用来调节B方向的电位器
int read1Pin = 4;      //用来连接输入A传感器
int read2Pin = 3;      //用来连接输入B传感器
int i1Pin = 36;        //连接电机驱动板的I1接口
int i2Pin = 37;        //连接电机驱动板的I2接口
int i3Pin = 39;        //连接电机驱动板的I3接口
int i4Pin = 38;        //连接电机驱动板的I4接口
int power1Pin = 5;     //连接电机驱动板的EA接口
int power2Pin = 6;     //连接电机驱动板的EB接口

细心的朋友一定看到上面代码中，有I1到I4四个接口，我将会把它们设置成数字输出。这里再顺便介绍下L298N的用法。
L298N直接连接了20V的电源，通过板内取电的方式提供5V电压给电路使用。板上包含了对称的两组电流驱动电路，以I1,I2,EA为例：

I1=0;I2=1;  //输出正电压，EA范围0~255时，输出电压对应为0~+20V
I1=1;I2=0;  //输出负电压，EA范围0~255时，输出电压对应为0~-20V
I1=0;I2=0;  //输出电压均为0
I1=1;I2=1;  //输出电压均为0

我们可以用数字输出I1和I2控制线圈的电压方向，用模拟输出EA控制电压的大小。I3，I4和EB是完全一样的，这里就不多说啦。友情提醒一下，Arduino的地线，L298N的地线，还有焊接电路的地线，这些地线一定要都连在一起。

到这里电路硬件的部分就介绍完了，实际上，按照这个方式做好的版本是非常不稳定的。看下面的视频，就是最初的不稳定版本，可以看出振动的非常厉害：

后面会继续介绍如何让悬浮更稳定，主要是引入PID控制的概念，另外还需要提高Arduino的PWM方波频率。



对 “盗梦陀螺攻略4- 下推式磁悬浮电路” 的 67 条 评论

  1. fangguang 说：
    2011/01/22 于 21:47

    视频不太清楚啊
    能不能公布源代码呢？

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  2. 隽隽 说：
    2011/01/24 于 06:48

    你中奖了没

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  3. Yuri Yuan 说：
    2011/02/04 于 20:32

    没看过 Inception, 但是在看到这个陀螺的一瞬间想到了 levitron 和其中涉及到的让人发抽的三力平衡。。。

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  4. MentalShark 说：
    2011/02/07 于 07:32

    我在youtube上看到有个产品叫做Levitron World Stage
    （我没这方面的知识，只能看到表层的东西）
    看到人家拆开之后结构跟你几乎一样
    但是只用了一组线圈
    另外一组线圈用了两个磁铁代替，直接把工作交给一组线圈
    看看这个对你有什么帮助没有

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  5. KTearXu 说：
    2011/03/13 于 10:21

    老男孩，能不能把整套装置的照片给我看一看？麻烦你了……

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    • 动力老男孩 说：
      2011/03/13 于 11:14

      你把攻略看一遍，所有的照片都有，现在封到盒子里了，没法拍了

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      • KTearXu 说：
        2011/03/13 于 13:12

        唔攻略看了好多遍了，还没开始动手，对这套装置供电方面不是很清楚
        L289和LM7809是并联在20V电源上吗？
        霍尔元件和LM358是什么给它供电的？

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  6. vvisper 说：
    2011/04/23 于 14:39

    那两个电位器1和电位器2是不是就是之前清单里提到的多圈电位器呀。 它接到的是mega168和358的哪个接口呢 怎么设置空载时候的电压 另外那两个调节电位器装到哪里了呢？

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    • 动力老男孩 说：
      2011/04/23 于 22:58

      这个……
      重在领会精神，接口已经列出来了：
      int adjust1Pin = 1; //用来调节A方向的电位器
      int adjust2Pin = 2; //用来调节B方向的电位器
      int read1Pin = 4; //用来连接输入A传感器
      int read2Pin = 3; //用来连接输入B传感器
      int i1Pin = 36; //连接电机驱动板的I1接口
      int i2Pin = 37; //连接电机驱动板的I2接口
      int i3Pin = 39; //连接电机驱动板的I3接口
      int i4Pin = 38; //连接电机驱动板的I4接口
      int power1Pin = 5; //连接电机驱动板的EA接口
      int power2Pin = 6; //连接电机驱动板的EB接口

      多圈电位器不是直接连Arduino板子的，它是用来调节放大电路的输出电压。
      调节电位器是连Arduino的，就是那个AdjustPin

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  7. vvisper 说：
    2011/04/23 于 14:42

    如果我直接买一个9v的直流电源供电 也给l298n供电9v 是不是电压就不够了呢

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  8. vvisper 说：
    2011/05/05 于 20:13

    我接20v的电源 就像arduino开发板上的电源接头， 一个是接正极 一个负极是不是就是接地啊 但电源接头的侧面还有一个 它接到哪里啊
    298上面 正对着有三个接口 GND 电机驱动电压（这个就接20v电源的正极了） 旁边是给298供电的5v
    我的意思就是说20v电源的负极往哪接啊 还有电源插头上侧面的接头不知干嘛用。。。

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    • 动力老男孩 说：
      2011/05/06 于 11:42

      GND = Ground = 地。所以GND应接地，也就是负极。
      20V接VCC，也就是电源正极。
      5V可以接开发板的5V，也可以板内取电，应该有个按钮按下去就可以。
      地线记得和开发板的地要连接，不然你的5V没有参照物了。

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  9. 潘晓佳 说：
    2011/05/25 于 18:37

    请问下arduino开发板可以换成51单片机的开发板不？

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  10. 学生 说：
    2012/04/18 于 10:59

    请问，这里的代码是不是完整的呢

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    • 动力老男孩 说：
      2012/04/18 于 16:42

      这里不是完整的，但是所有的代码都在攻略里分别在各处贴过，建议你先看懂原理

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      • 学生 说：
        2012/04/22 于 17:07

        请问，在您所写的代码最开始应该写什么，我把代码直接贴过去检查出int是不合法的？

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        • 动力老男孩 说：
          2012/04/22 于 22:32

          这个需要在Arduino的开发环境中编译，不是普通的C语言程序。你应该先去Arduino的官网下载一个IDE软件

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          • 学生 说：
            2012/04/24 于 10:04

            我装了sketch_apr24a Arduino 0017,不知道对不对，输入程序时就会弹出int是无效的，不知道怎么定义啊

          • 动力老男孩 说：
            2012/04/24 于 21:58

            0017是可以的，你配置好它的参数了吗？我没遇到这种情况，所以不太清楚是什么问题

          • 学生 说：
            2012/04/28 于 12:19

            问题解决了，现在是另外一个问题了，就是陀螺浮不起来啊，不是直接掉下去吸在上面要不就是偏向一段，不太明白应该如何调整参数来实现稳定啊

        • 学生 说：
          2012/04/28 于 13:30

          我想知道您视频中的那个陀螺是什么规格的呀，我觉得陀螺很关键啊，否则浮不起来

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  11. 学生 说：
    2012/05/18 于 18:02

    老师，请问最后PID控制的程序中开发板端口检测出的4个循环的值分别是谁的电压值啊

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  12. 花海 说：
    2014/05/18 于 12:47

    那个线圈用多少铜线来绕啊，用什么东西来绕铜线呢

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  13. 蛋疼哥 说：
    2014/08/12 于 21:49

    这个玩意我也想弄，去中发找了一趟，没有找到那个中发二楼的传说中的老板，最后还是在一个淘宝店铺上找到有绕好的线圈卖，买了4个，给大家一个链接吧，涂个方便：
    http://item.taobao.com/item.htm?_u=cq81c6t2671&id=40433772872

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  14. DJB 说：
    2014/08/28 于 11:50

    能否将环形永磁铁改成小几号的，然后将四个线圈组成的电磁铁放在外面，而传感器位置不变，这样从理论上好像是可以的，实际上操作可行吗

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  15. DJB 说：
    2014/08/28 于 11:51

    请大神解答一下吧！

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  16. aaaaaaa 说：
    2015/07/01 于 21:28

    l298n和四个线圈的8条线具体怎么连 没看太懂 谢谢

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    • 动力老男孩 说：
      2015/07/02 于 13:33

      四个线圈没有8条线，对面的两个线圈是串联的，一共4根线

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      • aaaaaaa 说：
        2015/07/03 于 20:22

        谢谢 out1、2接一组 3、4一组 是吗
        线圈串联有方向要求吗

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        • 动力老男孩 说：
          2015/07/05 于 20:54

          串联方向当然有要求，对面的一组需要引力方向相反

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          • kiss 说：
            2016/04/26 于 08:44

            动力哥，您的意思是说 假如A和B是不同连个绕组，但是串联的时候需要相位相反是吗？就是A B 两个线圈都是 从1开始 到2结束，但是如果串联的时候必须是 1进2出 然后是2接2 1出 这样就是相位相仿的，是这个意思吧
            然后还有一点不是很明白，有时间能否给我们介绍一下 PID 的算法过程呢，我想大家对于这个软件这块会更感兴趣，这也是这个东西的重点，其余硬件是很简单的！

          • 动力老男孩 说：
            2016/04/27 于 16:09

            没错，相位是要相反的。PID我有篇博客里大概介绍了下，在详细的可能需要到课本里查查了

          • kiss 说：
            2016/04/26 于 08:53

            另外 动力哥 以后你要实验DIY 你要缺少什么配件 主要是电源之类的，功率100W以内，电压随便都可以，电路图可以帮你画，电源我可以为你专门定制，你说下，我可以开发完给你邮寄过去，输出电压可以是可以是多路
            你能不能详细介绍下 PID那块啊，上周我每天读你这篇文章，还是不能理解PID那块如何实现的！谢谢

          • 动力老男孩 说：
            2016/04/27 于 16:11

            你看看这篇帖子，讲的比较详细一些，里面有个水缸的例子比较好理解：
            http://www.arduino.cn/thread-12813-1-1.html

  17. 居唯越 说：
    2016/04/24 于 17:48

    您好，我想问下您放大器lm358之间的连线问题，如果两个元件分别接lm358的输入口，也就是3管脚和5管脚，那么lm358的输出又怎么接呢，lm358如果两个全部与arduino相连，哪个跟电位器连呢，谢谢您了，帮忙解答一下

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  18. 居唯越 说：
    2016/04/24 于 17:48

    lm358与霍尔元件之间的连线

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  19. 学生 说：
    2016/05/04 于 15:19

    l298n的使能端跟arduino的analog连，还是digital连呢，谢谢您

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  20. 邱 说：
    2016/09/03 于 19:23

    你编写程序的软件用的是什么

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  21. 蜗牛 说：
    2016/10/17 于 16:49

    老男孩 我是一个新手 我想问你一下 那个开发板可以用其他的吗？是不是任何开发板都行？

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  22. Prince z 说：
    2017/01/06 于 16:18

    动力老哥，想问问上面那两个电位器作用什么，怎么连接的，如果不用这两个电位器直接用程序调可行么？

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  23. 之玖 说：
    2017/07/20 于 10:10

    我想请教一下，下推式的会受到周围磁场影响吗？比如我在线圈附近放一些汝铁硼小磁铁

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  24. moai 说：
    2017/08/01 于 19:40

    请问一下你所使用的线圈可以吗？

    回复
  25. 佳林 说：
    2018/03/11 于 21:50

    请问比如其中一组线圈怎么和L298N连线呢 ？ 我一连就短路了。。。

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