芯耀
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磁懸浮地球儀
手邊有一個從朋友那兒得到的磁懸浮地球儀，已經(jīng)壞掉了，通電后不再工作。
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▲ 磁懸浮地球儀的外觀
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拆開看看其中的組成，探究一下是否可以利用它的一些完好的組件形成其它可以試驗的平臺。
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底座上的鐵殼通過六顆螺絲釘進(jìn)行固定。拆開之后便顯露出其中主要的電路和連接線了。
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▲ 拆開底座下的黑色底布，露出金屬底殼
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作為磁懸浮地球儀的核心部件就是頂部的電磁鐵和 HALL 傳感器了。通過其中的兩顆螺絲釘打開頂部的鐵殼，可以顯露出主要的電磁鐵和底部槽內(nèi)的 HALL 傳感器。
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HALL 傳感器由于封膠在底部，具體的型號無法得知。
▲ 頂部磁鐵拆開后的組件
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其中的電路板基本上就打算拋棄，只留下頂部的電磁鐵和整個框架，留作以后的實驗平臺用。
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01 改造
1. 引出頂部磁鐵和傳感器
將頂部兩個組件（電磁鐵繞組，HALL 器件）的引腳引出。它們的順序如下圖所示：
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▲ 引線的定義
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外引出的 5 芯接頭的功能定義：
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1(Mark) |
2 |
3 |
4 |
5 |
|---|---|---|---|---|
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Coil+ |
Coil- |
Hall+ |
Hall- |
HallOut |
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重新將它們安裝好，留作之后的實驗使用。
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▲ 留作將來實驗用的支架
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02 底座部件
下面對于底部的一些電子部件進(jìn)行分析。
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1. 底座托臺上的線圈
令人驚奇的是，在原來的地球儀的底座下面還有一些線圈和電路板。他們的布局如下圖所示。
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▲ 原來磁懸浮地球儀的底座中的線圈和部件
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在水平線圈上還固定有一個一 LM358（雙運放）為核心的小板。其中只有一個電解電容，其它的都是電阻外圍器件。估計是產(chǎn)生多諧振蕩電路，驅(qū)動線圈產(chǎn)生振蕩磁場。
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具體電路就不在這兒進(jìn)行分析了。具體電路波形可以通過加電測量進(jìn)行分析。
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▲ 核心小板中的 LM358
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2. 觸摸調(diào)光和無線發(fā)送板
在底座上還有一款電路板，上面就集成了兩個芯片：
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8GL8022S：SGL8022WS[1]?是一款單通道直流 LED 調(diào)光出觸摸芯片。
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XKT-510：XKT-510[2]?則是一款無線電能發(fā)送芯片。只需要配合極少的外部元器件，就可以做成高可靠的無線快速充電器。
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▲ 控制板的兩個芯片
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通過以上兩個芯片的功能，可以猜測底部應(yīng)該可以通過底座上的線圈給地球儀內(nèi)部的 LED 供電使其發(fā)光。為了解開這個謎底，于是試圖打開這個地球儀一探究竟。
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誰成想地球儀固定的還是比較結(jié)實，如果不破壞它很難將其打開。為了不損壞這個漂亮的地球儀，就忍氣吞聲，放棄打開它的念頭。
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▲ 試圖打開地球儀
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這樣底座上的兩組線圈的作用就應(yīng)該都清楚了。大型圓環(huán)線圈是給地球儀內(nèi)部 LED 發(fā)送無線電能的。水平線圈應(yīng)該是驅(qū)動懸浮地球儀旋轉(zhuǎn)的電磁鐵。
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▲ 底座上的三個線圈
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水平的電磁鐵有兩個獨立的線圈組成。這一點設(shè)計有點意思。使用手持的 LCR 可以測量這兩組線圈的參數(shù)為：
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線圈 1: 電阻 ：205.4Ω；電感：60.9mH
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線圈 2：?電阻：221.7Ω；電感：63.7mH
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加電后，LM358 與兩個線圈組成的電路在振蕩。
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可以猜測，這兩個線圈是用來推動地球儀來旋轉(zhuǎn)的。那么在原來的地球儀的下面應(yīng)該有一個水平方向的磁場，與底座內(nèi)的這個線圈相互作用從而推動地球儀轉(zhuǎn)動。
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由于剛才打不開地球儀，則使用一個強磁鐵放在地球儀的南極，可以驗證南極的磁力線的存在以及大體的方位。
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▲ 地球儀的底部有磁性，而且磁力線是平行于地球表面的
3. 吸附電磁鐵信號處理和驅(qū)動板
控制磁懸浮的電路板是由底座上另外一塊獨立的電路板組成。它連接有吸附電磁鐵線圈、HALL 傳感器以及外部 12V 電源等。
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在底座的信號和驅(qū)動板上有三個?D882（NPN）[3]?和兩個?B772(PNP)?中功率三極管。它們形成互補的功率輸出，電流最大可以允許 3A。
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它們應(yīng)該組成橋電路形成推挽輸出，驅(qū)動頂部的電磁鐵線圈。
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▲ 信號板上的功率管
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在驅(qū)動板上還有三片 IC 芯片，有兩片 LM324 和一片 FET4066，它們應(yīng)該組成磁懸浮控制功能的信號處理部分。
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總結(jié)
通過分析可以知道，這款磁懸浮地球儀應(yīng)該由三個基本獨立電路部分組成：
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磁懸浮電路
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觸摸調(diào)光和無線電能傳送電路
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地球儀旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路
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這三個電路均采用模擬電路，或者專用 IC 構(gòu)建，沒有使用 MCU 參與設(shè)計。這些獨立電路相互協(xié)同，完成磁懸浮地球儀的懸浮、旋轉(zhuǎn)和發(fā)光的控制功能。
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好吧，現(xiàn)在所能夠留下可將來應(yīng)用的：
