漂亮的地球儀

2020-07-16 TsinghuaZhuoqing


■ 磁懸浮地球儀

手邊有一個從朋友那兒撿到的磁懸浮地球儀。它已經壞掉了r。通電後不再工作。

漂亮的地球儀

▲ 磁懸浮地球儀的外觀

拆開看看其中的組成，探索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。

底座上的鐵殼通過六顆螺絲釘進行固定。拆開之後便顯露出其中主要的電路和連接線了。

漂亮的地球儀

▲ 拆開底座下的黑色底布，露出金屬底殼

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的HALL傳感器。

HALL傳感器由於封膠在底部，具體的型號無法探知。

漂亮的地球儀

▲ 頂部磁鐵拆開後的組件

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，留作以後的實驗平臺基礎。

01改造


1.引出頂部磁鐵傳感器

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

外引出的5芯接頭的功能定義：

1(Mark) 2 3 4 5 Coil+ Coil- Hall+ Hall- HallOut

重新將它們安裝好，留作之後的實驗使用。

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▲ 留作將來實驗用的支架

02底座部件

下面對於底部的一些電子部件進行分析。

1.底座託臺上的線圈

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

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。估計是產生多諧振蕩電路，驅動線圈產生振蕩磁場。

具體電路就不在這兒進行分析了。 具體電路波形可以通過加電測量進行分析。

漂亮的地球儀

▲ 核心小板中的LM358

2.觸摸調光和無線發送板

在底座上還有一款電路板，上面就集成了兩個晶片：

  • 8GL8022S： SGL8022WS[1] 是一款單通道直流LED調光出觸摸晶片。
  • XKT-510： XKT-510[2] 則是一款無線電能發送晶片。他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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▲ 控制板的兩個晶片

通過以上兩個晶片的功能，可以猜測底部應該可以通過底座上的線圈給地球儀內部的LED供電使其發光。為了解開這個謎底，於是試圖打開這個地球儀一探究竟。

誰成想地球儀固定的還是比較結實，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，就放棄打開它的念頭。

漂亮的地球儀

▲ 試圖打開地球儀

這樣底座上的兩組線圈的作用就應該都清楚了。大型圓環線圈是給地球儀內部LED發送無線電能的。水平線圈應該是驅動懸浮地球儀旋轉的電磁鐵。

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▲ 底座上的三個線圈

水平的電磁鐵有兩個獨立的線圈組成。這一點設計有點意思。使用手持的LCR可以測量這兩組線圈的參數為：

線圈1: 電阻 ：205.4Ω；電感： 60.9mH 線圈2： 電阻：221.7Ω；電感：63.7mH

可以猜測，這兩個線圈是用來推動地球儀來旋轉的。那麼在原來的地球儀的下面應該有一個水平方向的磁場，與底座內的這個線圈相互作用從而推動地球儀轉動。

由於剛才打不開地球儀，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。

漂亮的地球儀

▲ 地球儀的底部有磁性，而且磁力線是平行於地球表面的

3. 吸附電磁鐵信號處理和驅動板

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。

在底座的信號和驅動板上有三個 D882（NPN）[3] 和兩個 B772(PNP) 中功率三極體。 它們形成互補的功率輸出，電流最大可以允許3A。

它們應該組成橋電路形成推輓輸出，驅動頂部的電磁鐵線圈。

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▲ 信號板上的功率管

在驅動板上還有三片IC晶片，有兩片LM324 和一片 FET4066，它們應該組成磁懸浮控制功能的信號處理部分。

※ 總結

通過分析可以知道，這款磁懸浮地球儀應該由三個基本獨立部分組成：

  • [ ] 磁懸浮電路
  • [ ] 觸摸調光和無線電能傳送電路
  • [ ] 地球儀旋轉驅動電路

這三個電路共同協同，完成磁懸浮地球儀的懸浮、旋轉和發光的控制功能。

好吧，現在所能夠留下可將來應用的：

  • [ ] 電磁、HALL以及框架，用在將來的非線性控制演示實驗；
  • [ ] 完整的漂亮地球儀；說不定哪一天就將它拆卸了；
  • [ ] 經過分析所認識到的一些新的IC： 觸摸調光晶片、無線充送晶片、中功率電晶體等。

參考資料

[1]

SGL8022WS: https://wenku.baidu.com/view/31235c32c950ad02de80d4d8d15abe23482f03ab.html

[2]

XKT-510: https://wenku.baidu.com/view/4e3e59b49989680203d8ce2f0066f5335a8167ab.html

[3]

D882（NPN）: http://www.ps-pfs.com/pdf/DYNATRON/D882.pdf

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