盗梦陀螺

小学时代的自然科学科告诉我们，地球是有磁性滴。。。自然界的物质有抗磁性，顺磁性和铁磁性三种特性，来自潘多拉星球的阿凡提同学可能对此存有疑惑，不过在咱们地球目前只有这么三种。说起磁铁，相信是很多小盆友儿时的宝贝，也许大家也曾想过用巧妙的设计让磁铁悬浮起来。例如我构思过这么一个方案，把很多磁铁N极向上贴在一个碗的内侧，然后把另外一些磁铁N向外贴在一个球的外侧，这样是否能悬浮呢？这是我们儿时的幻想。。。有一个著名的科学家恩绍发现了一个著名的恩绍大定理(Earnshaw’stheorem)这个可恶的家伙早在1842年就用数学证明了：若单靠宏观的静态古典电磁力，稳定的磁悬浮是不可能实现的。这是因为在物件上所承受的各种合力，包括了引力、静电场及静磁场会使物件变得很不稳定。你可以想象在光滑的坡顶放一个小球，虽然有某个平衡点存在，但事实上是无法稳定的，任意小的扰动都会让它失去平衡。所以大家不要费劲去设计了。但是恩绍大定理有个例外，就是前面提到的抗磁性。超导现象就是抗磁性的一个极端情况，因为超导体内部的感应电流可以非常大。实验也非常简单，弄一个超导体的盘子，直接扔一块磁铁进去，它就能稳定的悬浮着。事实上如果磁场足够大的话，生物体内水分的抗磁性都足以让它悬浮起来。2000年，科学家安德烈·海姆和迈克尔·贝瑞使用磁性让一只青蛙悬浮在半空中，他们因此获得了当年的搞笑诺贝尔奖相信看过盗梦空间的人都会对电影里面那个在梦中不停旋转的陀螺印象深刻。21世纪到了！集成电路，霍尔传感器，钕铁硼强磁….那种不用电的陀螺俨然已经过时了！于是，6个有志青年决定，我们要做出一种像电影里面那样的高级磁悬浮陀螺！！科技的进步让我们这样的业余玩家也可以在实验室做磁悬浮，这就是所谓的站在巨人肩膀上。这次我们做了下推式磁悬浮陀螺，其中用到的一个关键器件是线性霍尔传感器，这种传感器简而言之就是能够感知磁通量的变化。下面来介绍介绍我们家阿斗的工作原理下图是理论电路图:知道原理后，我们6个人觉得这个简直太好做了，可是真正动起手来才发现我们太乐观了。。。Step1绕线圈。为了产生相同的磁力，铜丝越细需要的电压越高，因为电阻比较大。我们用的是0.27的铜丝，20V的电源。绕线圈是一个非常痛苦的差事，磁力的大小跟匝数关系不大，因为匝数增大的时候，电阻也增大，电流减小，产生的磁场差不多。但是匝数越多越省电，所以我们的一个线圈平均大概是800匝左右。Step2焊电路板由于在模电实验中,我们已经接触过洞洞板,所以焊电路板对我们来讲还是比较容易的.传感器的位置并不需要太严格。因为霍尔测量的是垂直它表面的磁通量。只要传感器的高度在线圈的高度中心，这里的磁通量都是平行与传感器的，也不会产生影响。经验告诉我们,传感器的位置尽量在线圈中间，高度上也尽量放在中心的高度。Step3编程—PID算法我们可以以斜坡上的小球平衡类比为例子,来解释一下这个PID算法Step4调试过程这真的是一段辛酸血泪史啊!!!!!让我忍不住想要咆哮一下…前期工作完全做完之后,这个调试一步就花了我们两个星期的时间,实验室蚊子很多,我们真的是付出了血的代价阿!!!!可是这一步也没什么好说的,过程只有重复..Step5大功告成!!!Step5大功告成!!!实验感言ZJ:有时候,实验成不成功,还是要看RP…RZR:谁帮我再去教育超市买一盒早餐奶??ZX:我是手感帝…WLW:我的鸡腿…GS:我确实接了正5伏了…WY:我来组织下语言…未来展望在我们成功的将陀螺悬浮起来之后,我们发现这个陀螺在旋转的过程中不是非常稳定,在我们咨询了一位杰出的学长之后,我们了解到可以通过修改PID参数来实现稳定平衡,可惜由于时间不够,我们对PID算法也不是特别精通,所以没有来得及慢慢调试修改.在520结束之后我们会继续深入研究,争取把我们的陀螺做的更完美!其实现在磁悬浮已经不是一个特别深奥的词汇了.它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。磁悬浮列车,磁悬浮机床相继问世,另外还有日本学者在研究磁悬浮电梯,相信在不久的将来我们也能见识到.下面上一张特别美好的图可惜，这只是一个美好的遐想。。。。参考文献PID控制器参数整定与实现--黄友锐曲立国著电路--邱关源著ARDUINO入门电子书—网上学习资料中国电子开发网上的相关资料电子技术基础:模拟部分--康华光著谢谢！！