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极简陋的模拟电路 (原文件名:磁悬浮(STM8 PWM).png)
源代码（STVD + Cosmic）ourdev_511866.zip(文件大小:53K) (原文件名:maglev_stm8.zip)
悬浮视频ourdev_511458.zip(文件大小:1.41M) (原文件名:maglev.zip)
电路基于ST三合一开发板的STM8S Mini Kit，ADC基准电压3.3V。
STM8使用内部16MHz RC振荡，分频比为1，核心频率16MHz。
ADC2时钟分频比为12，频率1.333MHz，工作在单次采样模式，采样时间为14 * 0.75µs + 7µs = 17.5µs，加上中断处理时间，采样率约为55KS/s。
TIM1时钟分频比为4，频率4MHz，计数器TOP值(ARR)为999，因此PWM频率为4KHz。
完成初始化后，主程序进入死循环，系统完全依赖中断服务例程运作。
设计要点详解：
1.ADC2采样完成(EOC)中断
<pre>/*
* ADC2 End Of Conversion interrupt handler
* Positions are filtered by a 7th-order moving average filter.
*/
@far @interrupt void ADC2_IRQHandler(void)
{
static u8 xFilterPos, yFilterPos;
static s16 xFilterBuf[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
static s16 yFilterBuf[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
s16 adcValue, acc = 0;
u8 i;
adcValue = ADC2_GetConversionValue();
if (currentChannel == ADC2_CHANNEL_6)
{
xFilterBuf[xFilterPos & 7] = adcValue;
xFilterPos++;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
acc += xFilterBuf;
}
xPos = acc >> 3;
currentChannel = ADC2_CHANNEL_7;
}
else
{
yFilterBuf[yFilterPos & 7] = adcValue;
yFilterPos++;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
acc += yFilterBuf;
}
yPos = acc >> 3;
currentChannel = ADC2_CHANNEL_6;
}
// Switch the channel and start new conversion.
ADC2_ClearFlag();
ADC2_ConversionConfig(ADC2_CONVERSIONMODE_SINGLE, currentChannel, ADC2_ALIGN_RIGHT);
ADC2_StartConversion();
}</pre>
EOC中断轮流采集CH6和CH7通道的数据，并对采样值进行7阶移动平均滤波，结果存放于xPos和yPos变量。
2.TIM1更新/溢出中断
<pre>/*
* TIM1 update/overflow interrupt handler
* This IRQ is executed every 250us.
*/
@far @interrupt void TIM1_UPD_OVF_TRG_BRK_IRQHandler(void)
{
static u8 direction;
s16 xError, yError;
s16 xPWM, yPWM;
// Change X direction
if (direction & X_DIRECTION_FLAG)
{
GPIO_WriteHigh(GPIOC, GPIO_PIN_3);
}
else
{
GPIO_WriteLow(GPIOC, GPIO_PIN_3);
}
// Change Y direction
if (direction & Y_DIRECTION_FLAG)
{
GPIO_WriteHigh(GPIOC, GPIO_PIN_5);
}
else
{
GPIO_WriteLow(GPIOC, GPIO_PIN_5);
}
// PID calculation
xError = xPID.targetValue - xPos;
yError = yPID.targetValue - yPos;
xPWM = calcPID(&xPID, xError);
yPWM = calcPID(&yPID, yError);
// Set the direction and OC polarity based on the PID output (takes effect on next PWM cycle)
if (xPWM >= 0)
{
direction &= (u8) ~X_DIRECTION_FLAG;
TIM1_OC1PolarityConfig(TIM1_OCPOLARITY_LOW);
}
else
{
direction |= X_DIRECTION_FLAG;
xPWM = -xPWM;
TIM1_OC1PolarityConfig(TIM1_OCPOLARITY_HIGH);
}
if (yPWM >= 0)
{
direction &= (u8) ~Y_DIRECTION_FLAG;
TIM1_OC2PolarityConfig(TIM1_OCPOLARITY_LOW);
}
else
{
direction |= Y_DIRECTION_FLAG;
yPWM = -yPWM;
TIM1_OC2PolarityConfig(TIM1_OCPOLARITY_HIGH);
}
// Update the PWM (takes effect on next PWM cycle)
TIM1_SetCompare1(xPWM);
TIM1_SetCompare2(yPWM);
TIM1_ClearITPendingBit(TIM1_IT_UPDATE);
}</pre>
TIM1更新/溢出中断每个PWM周期开始时(250µs)执行一次，每次执行会根据当前xPos和yPos进行PID运算和更新PWM占空比。10-bit ADC采样范围0~1023，因此PID的参考点设在中点511。
为了防止更新占空比造成当前PWM周期占空比不正常，输出比较器使用了预载功能，即更新会在下一个PWM周期才生效。
控制方向根据PID运算结果的符号来判断，保存在direction变量中，在下一个PWM周期才对应更新GPIO的输出状态，与PWM占空比更新同步。
PWM控制时序如下图（只画了X轴，Y轴同理）：
PWM时序 (原文件名:磁悬浮(PWM时序).png)
当PID输出为正数时，PC3输出低电平，PC1/TIM1_CC1输出高电平有效的PWM脉冲。
当PID输出为负数时，PC3输出高电平，PC1/TIM1_CC1输出低电平有效的PWM脉冲，图中T3为占空比20%的PWM，T4为占空比40%的反向输出PWM。
结合L293D，图中T1, T2周期输出占空比20%的正向PWM至线圈，而T3, T4周期分别输出20%和40%占空比的反向PWM至线圈，从而实现双向磁场控制。
3.PID参数
<pre> xPID.Kp = 4;
xPID.Ki = 0;
xPID.Kd = 30;
xPID.integrationError = 0;
xPID.prevError = 0;
xPID.targetValue = 511;</pre>
由上面的代码可见，本系统只使用了PD控制，Ki为0，积分项不参与计算。Kp, Kd的值需要根据悬浮物的质量调整，整定方法可参考有关资料，这里就不详述了。
4.霍尔采样电路
霍尔采样电路采用了2片有源线性霍尔UGN3503，后接一级运放反相放大器，放大倍数为30倍，并且由一个10K多圈电位器调整输出中点电平。
运放和霍尔使用5V单电源供电，UGN3503的输出中点电压约2.5V，运放LM324输出电压范围约50mV~3.6V，因此STM8的ADC参考电压使用3.3V，分别调整10K电位器使LM324输出1.65V，此时STM8的ADC采样结果应该接近511，误差虽然越小越好，但不需要绝对准确（霍尔、运放都有温漂，不可能绝对准确），一般调整至480~550范围内即可。
5.硬件安装
线圈及霍尔安装 (原文件名:磁悬浮(线圈及霍尔安装).png)
每组两个线圈同名端相连（即反向串接）。霍尔置于4个线圈中间的空隙，高度约在线圈中部，需注意霍尔作用面应位于线圈中轴线上，不应采用图中虚线标示的安装方式，否则会造成定位误差。
磁环置于电路板下面，需要注意的是磁环的放置会影响霍尔输出，因此运放输出中点调节最好配合磁环定位同时调节。
呼，终于写完了。实用的设计，程序还需要加入有无悬浮物的判断，加入可调速旋转功能，PID最好加入自整定甚至模糊逻辑以应对不同质量的悬浮物和温漂等不确定因素，等等等等……
下推式磁悬浮实验算是暂时告一段落，在找到合适的铁心之前，先这样了。
希望以上内容能对各位一直以来关注磁悬浮板块的网友有一定的帮助，期待看到更多成功的作品！ |
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发表于 2009-12-8 03:51:08
楼主
我的错，下次一定仔细看，嘿嘿
Mark！！！
谢谢谢谢！！相当详细啊~~
