漂亮的磁悬浮地球仪

磁悬浮地球仪

手边有一个从朋友那儿得到的磁悬浮地球仪，已经坏掉了，通电后不再工作。

▲ 磁悬浮地球仪的外观

拆开看看其中的组成，探究一下是否可以利用它的一些完好的组件形成其它可以试验的平台。

底座上的铁壳通过六颗螺丝钉进行固定。拆开之后便显露出其中主要的电路和连接线了。

▲ 拆开底座下的黑色底布，露出金属底壳

作为磁悬浮地球仪的核心部件就是顶部的电磁铁和 HALL 传感器了。通过其中的两颗螺丝钉打开顶部的铁壳，可以显露出主要的电磁铁和底部槽内的 HALL 传感器。

HALL 传感器由于封胶在底部，具体的型号无法得知。

▲ 顶部磁铁拆开后的组件

其中的电路板基本上就打算抛弃，只留下顶部的电磁铁和整个框架，留作以后的实验平台用。

01 改造

1. 引出顶部磁铁和传感器

将顶部两个组件（电磁铁绕组，HALL 器件）的引脚引出。它们的顺序如下图所示：

▲ 引线的定义

外引出的 5 芯接头的功能定义：

重新将它们安装好，留作之后的实验使用。

▲ 留作将来实验用的支架

02 底座部件

下面对于底部的一些电子部件进行分析。

1. 底座托台上的线圈

令人惊奇的是，在原来的地球仪的底座下面还有一些线圈和电路板。他们的布局如下图所示。

▲ 原来磁悬浮地球仪的底座中的线圈和部件

在水平线圈上还固定有一个一 LM358（双运放）为核心的小板。其中只有一个电解电容，其它的都是电阻外围器件。估计是产生多谐振荡电路，驱动线圈产生振荡磁场。

具体电路就不在这儿进行分析了。具体电路波形可以通过加电测量进行分析。

▲ 核心小板中的 LM358

2. 触摸调光和无线发送板

在底座上还有一款电路板，上面就集成了两个芯片：

8GL8022S：SGL8022WS^[1] 是一款单通道直流 LED 调光出触摸芯片。

XKT-510：XKT-510^[2] 则是一款无线电能发送芯片。只需要配合极少的外部元器件，就可以做成高可靠的无线快速充电器。

▲ 控制板的两个芯片

通过以上两个芯片的功能，可以猜测底部应该可以通过底座上的线圈给地球仪内部的 LED 供电使其发光。为了解开这个谜底，于是试图打开这个地球仪一探究竟。

谁成想地球仪固定的还是比较结实，如果不破坏它很难将其打开。为了不损坏这个漂亮的地球仪，就忍气吞声，放弃打开它的念头。

▲ 试图打开地球仪

这样底座上的两组线圈的作用就应该都清楚了。大型圆环线圈是给地球仪内部 LED 发送无线电能的。水平线圈应该是驱动悬浮地球仪旋转的电磁铁。

▲ 底座上的三个线圈

水平的电磁铁有两个独立的线圈组成。这一点设计有点意思。使用手持的 LCR 可以测量这两组线圈的参数为：

线圈 1: 电阻 ：205.4Ω；电感：60.9mH

线圈 2： 电阻：221.7Ω；电感：63.7mH

加电后，LM358 与两个线圈组成的电路在振荡。

可以猜测，这两个线圈是用来推动地球仪来旋转的。那么在原来的地球仪的下面应该有一个水平方向的磁场，与底座内的这个线圈相互作用从而推动地球仪转动。

由于刚才打不开地球仪，则使用一个强磁铁放在地球仪的南极，可以验证南极的磁力线的存在以及大体的方位。

3. 吸附电磁铁信号处理和驱动板

控制磁悬浮的电路板是由底座上另外一块独立的电路板组成。它连接有吸附电磁铁线圈、HALL 传感器以及外部 12V 电源等。

在底座的信号和驱动板上有三个 D882（NPN）^[3] 和两个 B772(PNP) 中功率三极管。它们形成互补的功率输出，电流最大可以允许 3A。

它们应该组成桥电路形成推挽输出，驱动顶部的电磁铁线圈。

▲ 信号板上的功率管

在驱动板上还有三片 IC 芯片，有两片 LM324 和一片 FET4066，它们应该组成磁悬浮控制功能的信号处理部分。

总结

通过分析可以知道，这款磁悬浮地球仪应该由三个基本独立电路部分组成：

• 磁悬浮电路

• 触摸调光和无线电能传送电路

• 地球仪旋转驱动电路

这三个电路均采用模拟电路，或者专用 IC 构建，没有使用 MCU 参与设计。这些独立电路相互协同，完成磁悬浮地球仪的悬浮、旋转和发光的控制功能。

好吧，现在所能够留下可将来应用的：

• 电磁、HALL 以及框架，用在将来的非线性控制演示实验；

• 完整的漂亮地球仪；说不定哪一天就将它拆解了；

• 经过分析所认识到的一些新器件：触摸调光芯片、无线充送芯片、中功率晶体管等。