 这项工作已初步完成一份最终项目为MAS.836乔天堂的类-传感器系统进行互动的环境中，采取2OO5春季。 点击观看以下影片： 磁悬浮电影 [100兆，或在小形式 。 谐振功率传输电影 [95兆]，或在小形式 。 动机 ： 我的目标是建立子系统能够磁性[稳定]，悬浮一个灯泡，通过空气在任何时候都使用匹配的谐振空芯变压器供电。 结合两个我喜欢的科学现象 - 反馈稳定系统不稳定，无线电力传输，我相信，这两个工作在这里很好地结合在一起。 为了悬浮灯泡，主要有三个方面需要探讨的系统和技术，需要开发。 首先，匹配的谐振变压器设计无线发射功率从驱动线圈的接收线圈，在大约6英寸远[无功率放大级。其次，许多典型的问题，目的是要消除在磁悬浮感应传感器系统。 最后，反馈控制系统的设计，这样我就可以稳定悬浮磁铁在一个固定的位置，使用感官反馈两部分设计。 所示的总目标设置到右边。 坐在上面的顶部设置一个电磁铁，强磁性芯[允许其范围在下文中进一步延长。 大约一英寸的底部之下的电磁铁，坐在一小叠0.5“直径的钕磁铁，从视图中隐藏，壳体内的一个正常的白炽灯泡，在任一端的电磁铁具有磁性的霍尔效应传感器，这是用来感应灯泡的位置。 周围的电磁坐在另一线圈，空芯谐振变压器的初级，次级绕组位于附近的钕磁铁内的灯泡。 一个灯泡供电incandescently [需要大约50瓦，而不是试图]相反，我们会从里面白光LED功率磨砂灯泡，实现大致相同的外观和感觉，用更少的热量和功耗低得多，约5瓦，同时驱动10个LED。 接收线圈和相关的电子设备都连接到输出LED，其中还在于内的灯泡基地。 系统组件的详细信息如下所述。 无线电源传输与调谐谐振空芯变压器：该项目的第一部分涉及到权力的转移，从基础部分无线成悬浮对象。 一种变压器中，通常利用一个铁磁芯，两个线圈之间的能量转移，通过在次级线圈中的感应交流电流。 如果没有包含一个铁磁芯的磁通，一个正常的变压器不能传递能量的任何合理的范围内。 对于这种应用中，我们需要大约3英寸，可以轻松地从基座到灯泡的能量转移。 为了做到这一点，我们建立了一个谐振变压器[显示]。 我们现在使用的信号发生器产生一个低功率的交流信号，虽然这方波可以很容易地使用555定时器芯片。 我们首个风力变压器初级线圈，（当然）电感线圈，它的功能。 我的伤口线圈约320 mH的价值。 的经营目标大约200 kHz范围内，以避免其他的噪声源，等]，我选择了一个大致1nF的电容。 在此之后，我包揽了，直到我打的谐振频率为254 kHz的频率发生器。 线圈中的（实际上两个线圈）的寄生电阻降低的品质因数Q，以便精确匹配的频率变得不必要的，但是，在以后的工作中，使用较低的gauge线和电容器具有较低的寄生阻力，更好地匹配的谐振频率，应导致高得多的动力传递效率。  这首LC谐振线圈向上后，我检查其质量的因素。 由于10伏的交流信号，我可以读取30和40伏之间的接收线圈[与无负载附]。 这给了希望，我们确实收到匹配的共振利益。 然后第二线圈被设计为有一个更小的横截面面积[低级每匝的电感，所以，以适应进入灯泡，但需要更多的匝数，这将解除电压更高的给定匝数比上变压器。 近匹配的共振使用类似的电感，并调整手加入小电容，直到彼此在几个赫兹共振。 最后，发光二极管被添加到次级线圈，用于放置测试的范围内，在其工作成功。   霍尔效应传感器： 有两种常见的方法，使测量磁悬浮对象的位置的人。 首先是闪耀光芒的物体从一个侧面，和传感多少，光就丢在另一边的影子，有时用在信号调制/解调，以减少噪音。此外，有时一个霍尔效应传感器是用来检测以下的附近的永久磁铁的位置。 然而，因为我们是悬浮电磁铁与这个对象，我们会自动引入不仅磁噪声，而是一个巨大的磁场在我们的信号非线性。 在任何指定的位置，在那个时候，根据对象的动态，从而电磁铁的拉力时，传感器将测量的总磁场，从位置叠加在永久磁铁与电磁场的强度。  我的解决方案是一半以上。 我决定把霍尔效应传感器的电磁铁的上方和下方，环氧树脂粘合到在对称的方式，使用一个差分反馈信号，他们两个做位置检测。 因此，任何电磁信号，目前在[无论是稳态或高频PWM开关噪声等将得到妥善取消了，只留下了位置测量信号中存在的。 唯一的信号获得通过电磁铁将由于nonsymmetries和传感器不匹配。 传感器的增益必须适当地进行缩放。 对于传感我用ADI公司的AD22151线性霍尔效应传感器芯片，一个美妙的小8-SO封装，使用三个电阻偏置和输出电压缩放;我设置如下图所示的这些[]给大致增益和偏置他们它们的范围的中间。 不幸的是，我们通常会想获得高达输出，因为我们都越来越摆脱常见的模式信息;然而，我们不能在这里，因为每个传感器，取消前，挑选起来的电磁信号，几乎跨越传感器作为我们设计的整个范围。 因此，在年底，我们收到仅为1V左右的变化，是一个真正的信号，我们将获得在以后的阶段。  反馈补偿系统： 如上图所示的反馈系统。 首先，两个霍尔效应传感器被放入一个差分运算放大器，具有相同的匹配的输入阻抗，然后在大约1和2之间的可变增益，用于反馈路径。 通常在控制系统，分析必要的控制器将只精确到你的模型的角度，通常微调电位和电容的变化需要一个反馈系统，完全优化。 这次也不例外。 差分放大阶段后，我们把输出通过无源滤波器称为铅补偿。 因为它是该系统是不稳定的。 只有以惊人的质量和比例反馈增益精度，这个系统会坐在稳定。 因此，我们需要添加非比例反馈到稳定。 领先补偿器，通过添加加权的原始版本，偏向高频信息 - 在极限，这成为PD [比例]控制衍生的，因为它是，它是类似的，在反馈路径，战斗悬浮质量的快速运动，因此可以帮助潮湿的系统，其振荡通常会失控，造成不稳定。 超前补偿增加了一个DC增益大约为0.1，然后另一个增益级缓冲这个阶段，在这种情况下，用12倍的增益，给我们带来了接近团结直流增益。  隔离器和输出级： 如上图所示的输出阶段。 最轻松，我们通过这个系统一步倒退。 我们使用H桥芯片，LMD18200，养活我们的输出信号，并放大它的双向开关的低阻抗，高功率电磁。LMD18200是一个奇妙的装置，特别是因为它的宽输出电压范围12-55V的组合，再加上典型的TTL逻辑电平信号输入。 这使我们能够5V运算放大器，或从微控制器驱动系统。 LMD18200驱动与一个方向位，以及开/关PWM位。 因为我们并没有使用真正的差分放大器无处不在，我们的最终输入信号始终是介于0和5V。 所以，我们使用一个微控制器借此输入值，和，另一个模拟值进行比较。 通过这种方式，微控制器可以输出的PWM信号，以及方向位，LMD18200的要求。 我们使用的微控制器是爱特梅尔ATTINY26芯片。 爱特梅尔提供非常快，非常便宜，非常易于使用的模拟到数字的转换，除其他功能的芯片，使一个伟大的选择。 在这种情况下，我们使用两个通道的10位A-至-D转换，以使最后的比较。 两个输入都为16位无符号整数，减去签署登记成32位，输出的SGN（）的值[确定方向]以及作为PWM占空比的幅度的差异，这是我们产生一个简单的for循环。 有一个问题仍然存在。 电磁铁，不仅增加噪声直接在传感器，但它也增加了整个电气系统的噪音。 发生这种情况，主要是因为我们正在推动的高功率器件，在高频开关;然而，它也恰好因为电磁铁[马达其实是一个大电感，并在所有关闭的开关切换，也可以踢，可以感应尖峰是高多少伏。 我们的12伏的信号可以轻松秒杀5伏。 如果这个尖峰引起地面水平，它可以切断我们的控制硬件。 如果这个扣球命中模拟参考之一，我们的价值将是毫无意义的。 为了解决这个问题，我已经安装了两个控制通道光隔离器，使信号传递通过电 - 光 - >电相位，保持完全独立的两个电力系统。 通过这种方式，可以通过携带的信息，但没有电噪声可以从一个到另一个旅行。 光隔离器，我用的是8-DIP NEC8601芯片。 通过一个外部电阻器，他们将继电器的两个独立系统之间的数字信息。  性能： 上面的图片显示板上电路的全面实施。 的页面的顶部的视频显示在这两个方面的性能。 空芯的权力转移是非常有前途的，是磁悬浮。 权力移交已经充分的范围内，我的愿望。 而且，这是没有任何放大的信号发生器的输出信号，使我相信，动力传递效率是非常高的。 磁铁悬浮稳定，虽然与一些铃声。 我离开它长达一个小时一次无干扰推入一个不稳定的状态。 然而，有小的仍旧有依稀留在系统中。 其他视频上面显示了一个简单的悬浮系统演示，与一些小的扰动。 对于电力传输系统，我想看看有什么用较厚的线圈和输出信号放大做我们的传输能力。 较低的电阻丝，要提高我们的系统Q值，并允许一个更清晰的系统之间的谐振尖峰。 然而，这需要更好的频率调谐。 此外，使用较低的寄生电阻电容应有助于提高Q. 我也想看到一个真正的差分系统，整个系统转换??的效果，这将允许输入信号的反馈链，它一般不会早在进入，也允许一个完全免费的微控制器系统，通过运行例如锯齿波比较器产生的数字PWM输入为LMD18200。 此外，虽然上面注明，光隔离器ridded，任何电磁系统电源问题，这是不完全正确的，作为EMI电磁干扰]仍然发挥了问题，需要放置更多的旁路电容和电线剪裁，摆脱系统这些噪声尖峰。 在这个项目中，最后一个想法来找我。 基于轻反馈系统摆脱电磁铁和稀土磁铁的位置传感之间的所有交互问题。 因此，它应该是简单的。 然而，如果你是一个灯泡本身，这是很难做一个典型的照明 - >阴影传感方法。 这时候，它打我虽然。 250KHZ输出的LED是一个完美的位置传感器。 它不仅是已经在高频率调制的，但是，因为它向下移动时，传输的功率量的衰变[大致呈线性，在该范围内]，从而降低亮度输出。 因此，灯泡本身可以成为感测装置，即使它是由通过空气系统。 这将是一个有趣和简单的检测方法，其中也有一定的宽限期，以它，如果它被做了工作。 让输出设备的输入装置的一部分也可作为.. |
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