摘要：本设计以 STM32F103RCT6 单片机为控制器，通过霍尔传感器检测磁场强度。单片机根据磁场强度变化，输出 PWM 波调节电流驱动模块 TB6612 的输出电流，从而改变电磁铁的磁场强度，实现磁悬浮运动控制。控制程序采用 C 语言,程序根据霍尔传感器检测到的磁场强度推出悬浮体的位置信息，通过 PID 算法，输出 PWM 驱动信号，使磁体的稳定悬浮。控制状态由按键输入实现，实时信息在 OLED 显示器上显示。

本课题可对现有的磁悬浮运动控制系统提供一个有效的高度控制方案。实际应用证明此方案成本低，可移植性高，工作稳定可靠，为磁悬浮运动控制系统在单片机控制产品中的开发应用提供了一个非常实用的参考。

关键词：单片机，PID 算法，磁悬浮

目录

摘要

Abstract

一、绪论1

(一)电磁技术和悬浮运动控制技术概述1

(二)磁悬浮运动控制技术的发展及应用2

(三)PID 控制算法2

1.算法概述2

2.比例环节3

3.微分环节4

4.积分环节4

5.PID 特征曲线分析4

二、设计方案6

(一)控制方案6

(二)基本思路6

1.硬件部分6

2.软件部分7

三、机械结构及硬件电路设计8

(一)机械结构8

1.控制器部分8

2.制动器及传感器部分9

(二)硬件电路10

1.STM32 最小系统板11

2.串口通信电路12

3.STM32 通用底板13

4.霍尔传感器 3503 及放大电路14

5.距离传感器 VL53L0X16

6.通电线圈及驱动16

四、软件程序设计 .19

(一)控制器23

(二)传感器24

(三)显示器24

(四)制动器25

(五)PID 控制算法 25

五、系统调试 .27

(一)实验调试方案27

1.稳定悬浮前的平衡控制27

2.稳定悬浮后的高度控制28

(二)实验调试结果28

六、总结与展望 .29

(一)电磁力的研究总结29

1.线圈匝数的影响29

2.内部电流的影响29

3.外部永磁体的影响30

(二)调节频率的研究总结30

(三)关于磁悬浮简易控制系统的展望31

致谢33

参考文献34