芯耀
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磁懸浮地球儀
手邊有一個(gè)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(kāi)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(yàn)的平臺(tái)。
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底座上的鐵殼通過(guò)六顆螺絲釘進(jìn)行固定。拆開(kāi)之后便顯露出其中主要的電路和連接線了。
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▲ 拆開(kāi)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(guò)其中的兩顆螺絲釘打開(kāi)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(hào)無(wú)法得知。
▲ 頂部磁鐵拆開(kāi)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(gè)框架，留作以后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用。
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01 改造
1. 引出頂部磁鐵和傳感器
將頂部?jī)蓚€(gè)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(shí)驗(yàn)使用。
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▲ 留作將來(lái)實(shí)驗(yàn)用的支架
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02 底座部件
下面對(duì)于底部的一些電子部件進(jìn)行分析。
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1. 底座托臺(tái)上的線圈
令人驚奇的是，在原來(lái)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(lái)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(gè)一 LM358（雙運(yùn)放）為核心的小板。其中只有一個(gè)電解電容，其它的都是電阻外圍器件。估計(jì)是產(chǎn)生多諧振蕩電路，驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)。
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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(guò)加電測(cè)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(wú)線發(fā)送板
在底座上還有一款電路板，上面就集成了兩個(gè)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(wú)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(wú)線快速充電器。
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▲ 控制板的兩個(gè)芯片
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通過(guò)以上兩個(gè)芯片的功能，可以猜測(cè)底部應(yīng)該可以通過(guò)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(kāi)這個(gè)謎底，于是試圖打開(kāi)這個(gè)地球儀一探究竟。
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誰(shuí)成想地球儀固定的還是比較結(jié)實(shí)，如果不破壞它很難將其打開(kāi)。為了不損壞這個(gè)漂亮的地球儀，就忍氣吞聲，放棄打開(kāi)它的念頭。
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▲ 試圖打開(kāi)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(wú)線電能的。水平線圈應(yīng)該是驅(qū)動(dòng)懸浮地球儀旋轉(zhuǎn)的電磁鐵。
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▲ 底座上的三個(gè)線圈
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水平的電磁鐵有兩個(gè)獨(dú)立的線圈組成。這一點(diǎn)設(shè)計(jì)有點(diǎn)意思。使用手持的 LCR 可以測(cè)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(gè)線圈組成的電路在振蕩。
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可以猜測(cè)，這兩個(gè)線圈是用來(lái)推動(dòng)地球儀來(lái)旋轉(zhuǎn)的。那么在原來(lái)的地球儀的下面應(yīng)該有一個(gè)水平方向的磁場(chǎng)，與底座內(nèi)的這個(gè)線圈相互作用從而推動(dòng)地球儀轉(zhuǎn)動(dòng)。
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由于剛才打不開(kāi)地球儀，則使用一個(gè)強(qiáng)磁鐵放在地球儀的南極，可以驗(yàn)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(hào)處理和驅(qū)動(dòng)板
控制磁懸浮的電路板是由底座上另外一塊獨(dú)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(hào)和驅(qū)動(dòng)板上有三個(gè)?D882（NPN）[3]?和兩個(gè)?B772(PNP)?中功率三極管。它們形成互補(bǔ)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(dòng)頂部的電磁鐵線圈。
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▲ 信號(hào)板上的功率管
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在驅(qū)動(dòng)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(hào)處理部分。
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總結(jié)
通過(guò)分析可以知道，這款磁懸浮地球儀應(yīng)該由三個(gè)基本獨(dú)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(wú)線電能傳送電路
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地球儀旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路
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這三個(gè)電路均采用模擬電路，或者專(zhuān)用 IC 構(gòu)建，沒(méi)有使用 MCU 參與設(shè)計(jì)。這些獨(dú)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(lái)應(yīng)用的：
