磁悬浮展示台

周嵘 范倩倩

摘 要：悬浮物位于展示台上时，当检测到悬浮物向左移动时，两个线圈一个拉力一个吸力，把它推向右边，同理浮子向右移动，通过线圈作用力把它拉向左边，实现悬浮物一直处于展示台中心位置；由于磁悬浮的展示产品悬浮在空中，磁力与重力相抵消，只有空气与阻力的影响，所以给产品一个初始速度，就可以使产品不停旋转，同时由红外遥控器控制悬浮物的悬浮高度；此外我们还给它增加了一个安保功能，当非工作人员拿取物品时，蜂鸣器将自动报警。其主要组成部分由，arduinouno控制，1298n驱动四个线圈电磁铁，霍尔传感器和红外遥控器调悬浮物位置，超声波测距，蜂鸣器报警。

关键词：线圈电磁铁；arduino控制器；传感器；报警器

1 课程研究的背景与意义

磁悬浮展示台作为新兴起的一种展示物品的方式，它改变了以往柜台展示商品的方式，增加了以360。的角度让我们更全面的观看到物品的造型。目前市场对于展示台的应用也是比较广泛的，例如现在珠宝店所用的首饰展示台，它直接把物品放在展示台上边，通过展示台的旋转给我们展示商品，但它的物品不是悬浮在半空中的，这样不方便顾客的全方位观看。市场上也有磁悬浮展示的小礼品，地球仪展示台，只需把地球仪放在展示台上，地球仪便实现自动悬浮，它通过通电后的电磁感应原理实现悬浮。

展示台上商品一般都是一些贵重物品，我们不可忽略其被盗走的风险，例如在商业中展示古董时，其被盗走商家将会面临极大的损失，虽然那种场合一般都会有外部安保系统（此处外部是指除展示台以外），但是也难免会有心怀不轨之人。我们的磁悬浮展示台，它具有把展示商品、商品的旋转、商品安放三者结合于一体，在展示商品的同时还确保了商品的安全性，具有很实用的商业价值，而且制造成本比较低，主要应用线圈电磁铁、arduino控制器、传感器、报警器等设备的组合，不仅具有实用性，也确保了安全性。

2 设计的主要任务

1）实现磁悬浮展示台的展示。

2）通过遥控器控制物体升降高度。

3）实现智能安保。

3 系统结构

磁懸浮展示台是以arduino控制器为总控制，连接各项功能；霍尔传感器、线圈电磁铁作为商品的磁悬浮展示制作；红外遥控器调悬浮物位置，升降商品或旋转；红外测据传感器作为报警器对外界的感知，如果非管理人员强制靠近商品时，此时蜂鸣报警器便报警，然而只有当红外测距感感受外界与商品在一定距离是，才会启动蜂鸣器。

3.1 硬件模块

3.1.1 arduinouno控制器

arduion是目前较为流行的电子互动平台，基于单片机系统开发的，具有使用简单、功能多样、价格低廉等优点，广泛应用于电子设计。在此系统中我们把arduino做为主要控制器，因为它有数字I/O口，也有模拟I/O口，同时支持SPI、IIC，UART串口通信。能够连接传感器，通过传感器来感知环境。在我们的设计中，它连接霍尔传感器、红外测距传感器、遥控控制实现吧各个模块功能组合起来。

3.1.2 霍尔传感器与线圈

霍尔传感器的工作原理是霍尔效应，当有电子或原子通过时，在罗伦磁力的影响下，电子发生偏移的过程。在磁悬浮展示台中霍尔传感器与线圈是配合来使用的，线圈产生磁力与悬浮物产生相反的作用力，从而托起物体，由于力的不均衡可能会导致悬浮物不能稳定悬浮在同一个位置，霍尔传感器当感受到受力的变化时，给一个拉力，把物体又拉回中心控制位置，总共两组这样的线圈，就可以把浮子限制在二维平面之内了。

线圈产生的力是比较小的，因此只能够推动浮子在水平面移动，要克服浮子的重力让它悬浮起来，就要在四个线圈下面再加一个大的环形磁铁提供斥力。同时在磁悬浮展示台中，霍尔传感器的安装位置很有讲究，它是测量通过其垂直面的磁力线，而我们电磁线圈在调节的同时磁力线也在变，如果这个变化被霍尔感应到了结果就很不可靠了，所以霍尔的安装位置应该是位于四个线圈的中间高度，下图既是一个安装的位置，位置控制不好则物品很难浮起。

3.1.3 红外遥控器

红外遥控作为人工控制端，其特点是抗干扰能力强，操作简单，用途广泛；红外遥控器是对发射出来的编码脉冲进行解码，红外遥控发出的是二进制脉冲码，红外发射管里边的内置接受管，将发射出来的光电信号转化为微弱的电信号，在经过内部放大器进行放大，然后通过自动增益控制、滤波、解调等还原为遥控器发射出的院士编码，接收头通过识别原始编码，进行相应端口的控制。在此设计红外遥控可以控制悬浮的高低以及开启安保模式。

3.1.4 超声波测距传感器与蜂鸣器

超声波发射出的声波方向感很强，功率较低，测量过程速度快，用途广泛；其原理是声音的传播速度乘以传播时间等于距物体的距离，其测量最大距离为十米。其由arduino系统控制，当人或物距超声波传感器越近时，由控制器控制的蜂鸣器响声将会越频繁。夜间管理贵重商品有很大的不便之处，此时便可以开启此模式，当有人靠近时蜂鸣器则自动报警提示保安。

3.1.5 系统结构仿真图

3.2 软件模块

Arduino语言是建立在C/C++基础上的，Arduino语言只不过把AVR单片机相关的参数函数化，目前有两种编程Arduino语言的软件，一种是IDE编程环境，一种是微软的Visual Studio环境。以下是我们根据各个模块需要实现的功能，所做的程序流程图。

4 结构设计

4.1 磁悬浮

磁悬浮控制动对象的动力学方程

4.2 线圈板安装

安装好传感器要和电路板垂直，不要倾斜，不然悬浮不起来，我们可以先安装一个线圈用来做参考传感器高度。我们的套件总共有3个传感器H1，H2，H3。H1放置方向丝印朝线圈X1方向，H2放置方向丝印朝线圈Y2方向，H3折弯丝印朝上高度和H1，H2差不多。（传感器安装很讲究的，不能太低也不要太高，一定要垂直笔直，不然会影响悬浮），如下为安装示意图：

4.3 超声波安装

超声波传播：C=RT÷M

式中：M：气体摩尔质量，空气为2.8×10-3kg/mol

γ：气体的定压比热和定容比热的比值，空气为1.40

R：气体普适常数，为8.314kg/mol·K-1

T：为热力学温度

<注>在常温下空气近似为理想气体上述公式适用

5 磁悬浮展示台的调试

5.1 磁悬浮调试

由于霍尔传感器输出值有一个范围，要使浮子悬浮在中间，所以我们要调节电位器让浮子在中间时传感器输出值刚好在那个范围中间，有2种调试方法。

方法一：电流表调试，扒开跳线帽DL1和DL2分别接上电流表，要2个电流表一起接，调节电位器微调1和微调2使电流为0.，调好后接上跳线帽。

方法二：手感调试，用手拿住浮子靠近线圈中间，靠感觉磁场力来调节电位器

顺时针调节微调2浮子往线圈X2方向移动，调到X2和Y2中间就好。

逆时针调节微调2浮子往线圈X2方向移动， 调到X2和Y2中间就好。

顺时针调节微调1浮子往线圈Y1方向移动，调到X1和Y1中间就好。

逆时针调节微调1浮子往线圈X1方向移动，调到X1和Y1中间就好。

5.2 电路板短路

排除电路板设计及器件的问题外，可能是以下几个地方造成的电路板短路：焊锡时间短，造成焊接不良；焊接后无光泽，可能由于焊接度数过低；焊点不平、破碎，此时应重新加热。在焊接中需要我们仔细点来避免这些不必要问题，应在焊接时提前试一下电烙铁、焊锡是否否和焊接要求。

6 总结

我们制作的磁悬浮展示台只完成了一部分功能，從开始设计到现在的部分实现，我们无不以严谨的态度来对待，但由于经费不足，我们这个项目目前只能终止于此，希望以后有机会可以把它做的更完善。我们的设计是基于Arduino系统上的，由于部分功能没有实现，所以并没有实际测量过的数据，但该技术已经成熟，我们在仿真时也尽可能提高了其可行性，在实际生产中也不会有太大的偏差。我们的设计是在以往悬浮的功能上加上安保，一方面我们满足了顾客需求，另一方面满足了其安全性，这样的设计更否合广大商家的需求，而且其制做原理简单，成本较低，实用性强，具有较好的应用前景。

参考文献

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[5]聂诗良，李磊民.红外遥控信号的一种编码解码方法[J].仪表技术与传感器，2004（08）：28-29+32.

作者简介

周嵘（1998-），女，陕西汉中人，目前就读于海口经济学院，是16级本科物联网工程系学生。