【参赛】数控磁场

gzzxlrw · 发表于 2012-10-30 16:27:20

本帖最后由 gzzxlrw 于 2012-10-31 08:05 编辑

我是一名高中物理老师，这个东东是一个物理实验仪器。通用性一般，只适合高中物理教师用；创新性还行，改变了电脑在教学仪器中的应用方向，这个仪器用电脑来控制实验的发生条件，而现有的数字化仪器一般都是用电脑来测量和处理实验数据的。元年都是常用的，单片机STC89C52，数模转换TLC5615，运放LM324、LM358，线性霍尔元件49e。

1、制作要求
在计算机控制页面中输入要产生的磁感应强度，就能在输出端产生这个磁感应强度的磁场；在计算机控制页面中输入磁场变化的一些参数，就能产生按该种形式变化磁场；产生的磁场磁感应强度的范围是-100mT―100mT。

2、设计思路
系统结构框图如图1所示，这是一个非常典型的闭环控制系统。计算机通过串口控制单片机的数模转换部分输出0-5V电压作为控制电压。霍尔元件CS49E测量产生的磁场，输出1-4V的电压经集成运放LM324转换成0-5V的电压，此电压与控制电压进行比较，如果电压不相等，即产生的磁场不符合要求，则比较结果通过后级的运算放大电路放大后，驱动功率放大电路改变输出电流，直到产生的磁场符合要求。

数控磁场框图.jpg

3、电路图

单片机芯片STC89C52（IC4）通过串口通信芯片MAX232（IC5）与计算机通信，并控制数模转换芯片TLC5615（IC6）产生0－5V的电压作为控制电压。
置于磁场中霍尔元件输出与磁感应强度对应的电压（1－4V），经集成运放LM324（IC6B）的一个运放单元进行差分比例运算，输出-1.5V－1.5V电压，经过（IC6C）另一个运放单元进行反向输入求和，输出-5V－0电压，再经另一个运放单元反向运算，输出0－5V电压。此电压与数模转换输出的电压在LM358（IC7A）一个运放单元进行比较，并把比较的结果输入到另一个运放单元（IC7B）进一步放大，放大后输入到由功率三极管2955，3055（Q2，Q4）构成的OCL功放电路，经放大后驱动线圈产生磁场。
为防止由于线圈自感电动势太高损坏三极管等，在输出端和正负电源之间反向接上了两个二极管IN4007（D2，D3）。
系统供电采用变压器变压、桥式整流、电容滤波、稳压管7812、7912、7805稳压的方式，分别输出的＋12V，－12V电压供给集成运放使用，输出＋5V电压给单片机部分供电，电容滤波后的约20V的电压直接提供给后级的OCL功放电路。为尽量使7812、7912输出对称，12V风扇由－12V电压驱动。

4、制作

由于使用到的元件比较多，笔者采用热转印法手工制作电路板，电路板形状的设计充分考虑到要安装在电脑电源的外壳上，为了功能拓展的需要，把传感器部分的电路做在了另一小块电路板上，两个功率三极管也选焊接在万能板上，使用时把它们插在主电路板对应的位置上。

成品电路板图.jpg

笔者使用的是物理实验用的初级线圈损坏的可拆变压器。经五金模具师傅切割，焊接后制成如图所示的形状，在铁芯中留出了1cm左右的空隙，这就是做实验的磁场空间。
变压器改装示意图.jpg

成品图如下。

电脑VB界面

用学校的DIS系统测量其产生的磁场
效果图.jpg

谢谢大家的指导

补充内容 (2013-2-27 23:48):
近段时间完成了改进，[attachimg]2223572[/attachimg]

biterliu · 发表于 2012-10-30 17:55:56

请LZ提供原程序以便坛友共同学习和提高~~感谢。

gzzxlrw · 发表于 2012-10-30 18:35:24

好的，忘记了，谢谢。

C程序和VB程序.zip (25.98 KB, 下载次数: 1105)

gzzxlrw · 发表于 2012-10-31 16:33:57

磁测试场.rar (9.96 KB, 下载次数: 1008)

原理图文件

YANG200999 · 发表于 2012-10-31 15:35:17

谢谢你的分享！

gzzxlrw · 发表于 2012-11-1 18:32:08

没错，我都不知道有这个规律呀，

前段时间电脑出了问题，硬盘数据全部丢失，最终版的程序没了。只找到了调试过程中的程序。

ntwhq · 发表于 2012-11-1 16:30:17

本帖最后由 ntwhq 于 2012-11-1 16:48 编辑

谢谢分享！VB程序调试中发现一问题：
子程序
Private Sub Form_Load()
With Com
  .CommPort = 3 '设置Com1为通信端口
  .InBufferSize = 1 '设置缓冲区接收数据为40字节
  .InputLen = 1 '设置Input一次从接收缓冲读取字节数为1
  .RThreshold = 1 '设置接收一个字节就产生OnComm事件
  .Settings = "9600,N,8,1"
End With

Com.PortOpen = True
End Sub
中CommPort = 3应为CommPort = 1

楼主可能使用了USB转串口线，将串口设置成了Com3。

zxase258 · 发表于 2012-11-23 04:23:24

不错！
这个东西如果加强电流输出能力，提高频率到400KHZ，那就是一个非常不错的高频炉

mirage888 · 发表于 2012-11-23 08:25:29

不错的教具，老师辛苦了

zq200 · 发表于 2012-12-15 00:52:21

谢谢你的分享！

gzzxlrw · 发表于 2013-1-8 01:26:01

本帖最后由 gzzxlrw 于 2013-1-8 01:28 编辑

今天仔细阅读了参赛说明，其中有一条“在其他论坛或媒体发表过的作品，不得参与本届的比赛”，本作品己在杂志上发表，请版主确认资格，如无资格的话，本作品退出比赛。谢谢。

本人将尽量另选作品参赛。

boywc · 发表于 2013-2-3 17:37:38

说实话，看着电路图就迷糊，真佩服你们

gzzxlrw · 发表于 2013-2-3 23:29:14

boywc 发表于 2013-2-3 17:37
说实话，看着电路图就迷糊，真佩服你们

别想得那么复杂，本人仅仅是堆了一个积木，把各种单元电路堆在了一起，看一下框图，就很容易理解各部分的的功能是什么。

peterjackson12 · 发表于 2013-2-14 21:59:30

好像不错

qzlbwang · 发表于 2013-2-14 22:07:01

原理图中Q2和Q4的集电极与发射极搞错了吧？否则基极电流怎么个流法？

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