CN1819435A - 通用数码磁悬浮装置及其控制方法及器件集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁悬浮技术领域的通用数码磁悬浮装置及其控制方法及器件集成方法。本发明通用数码磁悬浮装置包括有底座(20)、系统安全开关组(26)、由控制及处理系统(10)、稳压电源(13)、环境温度传感器(25)、悬浮磁芯(30)、悬浮磁铁上盖(31)、悬浮线圈(32)、悬浮磁铁下盖(33)、悬浮磁场霍尔传感器(34)、悬浮电磁铁温度传感器(35)、磁浮体(40)、磁浮体悬浮永磁体(41)、悬浮线圈驱动电路(50)、悬浮线圈温度检测电路(51)、悬浮磁场检测电路(52)、环境温度检测电路(55)、电源故障检测控制电路(56)组成的磁悬浮控制系统，此外，还包括有旋转系统和Internet接口及串行接口。本发明的通用数码磁悬浮装置大大降低了由于电磁场的高度非线性所引起的安装敏感性，易于非专业人员生产、安装。本发明通用数码磁悬浮装置的各部分器件的集成方法各自相对独立，又通过数据相互联系，从而易于集成电路实现。本发明通用数码磁悬浮装置的控制方法操作方便，控制精度高。

Description

通用数码磁悬浮装置及其控制方法及器件集成方法

1、技术领域：

本发明涉及磁悬浮技术领域，特别涉及一种数码控制、可以自由旋转的、低成本的通用数码磁悬浮装置及其控制方法以及与之相联系的集成电路技术、计算机网络技术，属于因特网环境下磁悬浮产品的机电一体化创新技术。

2、背景技术：

现有市场上的磁悬浮产品及已公开的专利，基本上是用模拟电路控制的；已公开的磁悬浮文献资料，绝大多数是解决局部问题、试验性质的，还没有将磁悬浮装置与其控制方法、网络通信方法作为一个系统来考虑，并将其控制电路及控制方法、网络通信方法集成到少数芯片上；对于像磁悬浮铁路这样的系统，虽是系统性的数码控制，但它是针对特定行业，不是通用的，且其成本太高，不适用于如工艺品、玩具、科普教学等领域。

从物理知识可知，磁场是高度非线性的。一些专利公开了一些用模拟控制的磁悬浮装置的安装方法，如中国专利号03141646.2所公开的安装方法，但没有将磁悬浮装置的生产安装方法与数码控制方法作为一个系统加以考虑，特别是敏感元器件、敏感零部件的生产安装方法，因而不能满足本发明的需要。我们的实验表明，数码磁悬浮控制系统一般需在数十微秒内检测1高斯或以上精度的磁场强度并实施PWM控制，因而一些敏感元件、部件的生产安装方法高度敏感，且不同的安装组合产生的效果差异很大。

用模拟控制器控制的磁悬浮装置，存在以下明显缺点：一是适应性差，浮体的重量、电源电压等改变需调整阻容元件；二是浮体必须用手工辅助才能悬浮和旋转，无法全自动化；三是控制方法需阻容元件才能实现，功耗大、体积大，不利于安装；三是无法实现网络连接，无法远程控制、自动化控制，因而无法利用现有的网络资源。

本发明中所用的集成电路一些专业术语如下：固件——它是安装在集成电路芯片内的软件，由芯片内的嵌入式CPU执行，它以非易失性半导体存储器，如FLASH、EPROM等为存储介质，可以通过串行口、Internet等下载或上传。系统或方法的集成——是指将执行步骤、执行方法编写成固件，并同时将符合集成电路设计要求的相关电子元器件、嵌入式CPU等封装在—个集成电路模块(IP)或一个集成电路芯片上。

3、发明内容：

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种大大降低了由于电磁场的高度非线性所引起的安装敏感性，易于非专业人员生产、安装的通用数码磁悬浮装置。

本发明的另一目的在于提供一种各自相对独立，又通过数据相互联系，从而易于集成电路实现的通用数码磁悬浮装置的各部分器件集成方法。

本发明的另一目的在于提供一种操作方便，控制精度高，易于实现的通用数码磁悬浮装置的控制方法。

本发明的结构示意图如附图所示，包括有底座(20)、由控制及处理系统(10)、稳压电源(13)、环境温度传感器(25)、悬浮磁芯(30)、悬浮磁铁上盖(31)、悬浮线圈(32)、悬浮磁铁下盖(33)、悬浮磁场霍尔传感器(34)、悬浮电磁铁温度传感器(35)、磁浮体(40)、磁浮体悬浮永磁体(41)、悬浮线圈驱动电路(50)、悬浮线圈温度检测电路(51)、悬浮磁场检测电路(52)、环境温度检测电路(55)、电源故障检测控制电路(56)组成的磁悬浮控制系统，其中：控制及处理系统(10)包括有悬浮线圈驱动电路(50)、悬浮线圈温度检测电路(51)、悬浮磁场检测电路(52)、环境温度检测电路(55)、电源故障检测控制电路(56)，悬浮控制系统，稳压电源(13)与电源故障检测控制电路(56)连接；悬浮线圈驱动电路(50)与悬浮线圈(32)连接；悬浮线圈温度检测电路(51)与悬浮电磁铁温度传感器(35)连接；悬浮磁场检测电路(52)与悬浮磁场霍尔传感器(34)连接；环境温度检测电路(55)与环境温度传感器(25)连接。

上述悬浮控制系统还在于：

1)悬浮磁场霍尔传感器(34)的工作电源由霍尔传感器B型电源U2提供，电源U2为恒流型电源；悬浮磁场霍尔传感器(34)的输出用U3-a，U3-b放大，其中U3-a，U3-b为基本放大电路U3；u3-b接入一个漂移调整电压；U3-a、U3-b的输出各由控制及处理系统(10)的A/D及D/A组(65)其中的一路A/D采样，或只用U3-b的输出送控制及处理系统(10)的A/D及D/A组(65)其中的一路A/D采样。悬浮磁场霍尔传感器FH(34)与电源U2、Vout、地、U3-a连接；U3-a与U3-b、控制及处理系统(10)连接；U3-b与漂移调整电压Vfh、控制及处理系统(10)连接；

2)漂移调整电压通过以下方法之一取得：控制及处理系统(10)的D/A输出；带温度补偿的三端稳压芯片输出；带温度补偿的电阻分压输出；

3)电磁铁线圈控制电路U4由数字信号和模拟信号组成，数字信号和模拟信号由隔离器S40，S41，S42，S43连接起来；或将数字信号的地线与模拟信号地线通过电感、电容滤波后连接起来。数字信号为(SAMPLE，FAULT，PWM，DIR，VCC，GND)，模拟信号为(AVCC，AGND，V0a，V0b，V1a，V1b)。U4的逻辑关系为：

V0a＝(SAMPLE).and.(FAULT).and.(PWM).and.(DIR)

V0b＝DIR

V1a＝.not.(V0a)

V1b＝.not.(V0b)

中期.and.表示与逻辑，.not.为反相逻辑；

4)电磁铁线圈驱动电路U5为双向驱动，(V0a，V0b)工作时，线圈电流Ma→Mb；(V1a，V1b)工作时，线圈电流由Mb→Ma；

5)悬浮磁场霍尔传感器FH(34)与悬浮磁场检测电路(52)U6连接；控制及处理系统(10)与悬浮磁场检测电路(52)U6、线圈温度检测电路(51)U9_1、环境温度检测电路(55)U9_2、电磁铁线圈控制电路U4、悬浮线圈电源故障检测与控制电路U130连接；电磁铁线圈驱动电路U5与悬浮线圈电源故障检测与控制电路U130、悬浮线圈(32)、电磁铁线圈控制电路U4连接；线圈温度检测电路(51)U9_1与悬浮电磁铁温度传感器(35)连接；环境温度检测电路(55)U9_2与环境温度传感器(25)连接；

上述电源故障检测控制电路(56)包括悬浮线圈故障检测与控制电路U130和旋转线圈故障检测电与控制电路U140，悬浮线圈故障检测与控制电路U130其特征进一步包括稳压电源(13)，开关K130，电流传感器If，放大器U3，控制与处理系统(10)，其特征还在于：稳压电源(13)有正常悬浮电压AVcc1b输出，对全自动悬浮的系统还有启动电压AVcc1a输出，它们由控制及处理系统(10)通过控制线C130，C131控制开关K130进行选择，并将电流输出到悬浮电磁铁线圈驱动电路U5。当出现故障时，输出禁止。电流传感器If的检测信号输出经U3放大后送控制及处理系统(10)，旋转线圈电源故障检测电与控制电路U140其特征进一步包括稳压电源(13)，开关K140，电流传感器Ir，放大器U3，控制与处理系统(10)，其特征还在于：稳压电源(13)有正常旋转电压AVcc2b输出，对全自动旋转的系统还有旋转启动电压AVcc2a输出，它们由控制及处理系统(10)通过控制线C140，C141控制开关K140进行选择，并将电流输出到旋转电磁铁线圈驱动电路U5。当出现故障时，输出禁止。电流传感器Ir的检测信号输出经U3放大后送控制及处理系统(10)。

本发明的通用数码磁悬浮装置，还包括有由旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)、旋转磁芯(22)、旋转线圈(23)、安装中轴线(27)、旋转永磁体(42)组成的旋转控制系统，控制及处理系统(10)还包括有旋转磁场检测电路(53)、旋转线圈驱动电路(54)、旋转控制系统，旋转磁场检测电路(53)与旋转磁场霍尔传感器(21)及(24)连接；旋转线圈驱动电路(54)与旋转线圈(23)连接；旋转控制系统包括有A型旋转控制系统及B型旋转控制系统，其中：

1)霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)的工作电源由霍尔传感器A型电源U1或B型电源U2提供，U1为恒压型电源，U2为恒流型电源，旋转磁场检测电路(53)的放大电路U3-c，U3-d，U3-e，U3-f为基本放大电路U3；

2)旋转线圈控制电路U4由数字信号和模拟信号组成，数字信号和模拟信号由隔离器S40，S41，S42，S43连接起来；或将数字信号的地线与模拟信号地线通过电感、电容滤波后连接起来。数字信号为(SAMPLE，FAULT，PWM，DIR，VCC，GND)，模拟信号为(AVCC，AGND，V0a，V0b，V1a，V1b)。U4的逻辑关系为：

SAMPLE＝1

V0a＝(FAULT).and.(PWM).and.(DIR)

V0b＝DIR

V1a＝.not.(V0a)

V1b＝.not.(V0b)

中期.and.表示与逻辑，.not.为反相逻辑。

3)旋转线圈驱动电路U5为双向驱动，(V0a，V0b)工作时，线圈电流Ma→Mb；(V1a，V1b)工作时，线圈电流由Mb→Ma。

A型旋转控制系统中的霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与电源U1或U2、放大器U3-c、U3-d连接；U3-c、U3-d各与控制及处理系统(10)对应的A/D及D/A组(65)其中的一路A/D连接；霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与A型旋转磁场检测电路(53)U7连接；控制及处理系统(10)与A型旋转磁场检测电路(53)U7、环境温度检测电路(55)U9_2、电磁铁线圈控制电路U4、旋转线圈电源故障检测与控制电路U140连接；电磁铁线圈驱动电路U5与旋转线圈电源故障检测与控制电路U140、旋转线圈(23)、电磁铁线圈控制电路U4连接；环境温度检测电路(55)U9_2与环境温度传感器(25)连接；B型旋转控制系统中的霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与电源U1或U2、放大器U3-e、U3-f连接；U3-e与比较器U80连接；U3-f与比较器U81连接；控制及处理系统(10)与比较器U80、U81连接；U80、U81与过零基准电压连接，其中过零基准电压由控制及处理系统(10)的D/A输出、三端稳压芯片输出、电阻分压输出之一提供；霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与B型旋转磁场检测电路(53)U8连接；控制及处理系统(10)与B型旋转磁场检测电路(53)U8、环境温度检测电路(55)U9_2、电磁铁控制电路U4、旋转线圈电源故障检测与控制电路U140连接；电磁铁线圈驱动电路U5与旋转线圈电源故障检测与控制电路U140、旋转线圈(23)、电磁铁线圈控制电路U4连接；环境温度检测电路(55)U9_2与环境温度传感器(25)连接。

本发明旋转控制系统与磁悬浮控制系统的结构关系为：

1)安装中轴线(27)与底座(20)的安装水平面垂直，并穿过旋转磁芯(22)、旋转永磁体(42)、磁浮体悬浮永磁体(41)、磁浮体(40)的重心、悬浮磁芯(30)的几何中心和悬浮磁场霍尔传感器(34)的检测面中心；

2)悬浮磁芯(30)下端平面与中轴线垂直，且下端面与磁浮体(40)内的悬浮永磁体(41)的面积相当；

3)磁浮体悬浮永磁体(41)两极磁场强度在2000高斯以上，棒内磁场方向与中轴线(27)一致；

4)悬浮磁场霍尔传感器(34)紧贴在悬浮磁芯(30)的下端面安装，并使该元件检测面与中轴线(27)垂直；

5)悬浮磁铁上盖(31)为空心圆柱形结构，其下端面的平面与中轴线(27)垂直，并与悬浮磁芯(30)连接一体成型，悬浮磁铁上盖(31)设有引出内部电线的开口，及设有使悬浮磁铁上盖(31)、悬浮磁芯(30)达到安装要求的调节部件；

5)悬浮电磁铁温度传感器(35)安装在悬浮磁芯(30)的表面上；

6)旋转磁芯(22)、旋转永磁体(42)为水平中心对称的圆棒或类方棒结构，其南北极在水平方向上，与中轴线(27)垂直；在旋转永磁体(42)的水平投影的圆周上，安装有若干个旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)；旋转磁芯(22)、旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)安装在旋转永磁体(42)磁极圆周投影方向的上底座内侧；磁浮体悬浮永磁体(41)量安装在磁浮体(40)的最上端；

7)磁浮体(40)与中轴线(27)对称及水平线对称、重心在中轴线上；

8)悬浮磁芯(30)用磁导率大、矫顽力较小的均匀棒状或方形顺磁性材料制成；磁浮体悬浮永磁体(41)用圆棒状或方形永磁性材料制成；悬浮磁铁上盖(31)用磁导均匀、矫顽力较小顺磁性材料制成，其与悬浮磁芯(30)一体化成型，或用如螺丝、铆接方法与悬浮磁芯(30)均匀紧密结合；悬浮磁铁下盖(33)为非磁性材料；旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)与旋转磁芯(22)内的电磁场方向依次优先成90度、0度、45度角或将圆周n等分的角度；磁浮体(40)为轻质非磁性物体。

本发明数码磁悬浮装置的各部分器件集成方法，包括悬浮系统集成，旋转系统集成和网络接口集成，它们可以单一集成在一个半导体模块或芯片上，或它们组合集成在一个半导体模块或芯片上，其中悬浮系统在一个半导体模块或芯片上集成以下内容：

1)悬浮磁场检测电路U6，检测信号由芯片引脚Vfh，GND，VFHin+，VFHin-引出；

2)悬浮线圈检温度测电路(51)U9_1和环境温度检测电路(55)U9_2，引脚分别由(Rt100+，Rt100-)，(Rt101+，Rt101-)引出；

3)悬浮线圈控制电路U4，控制信号由VF0a，VF0b，VF1a，VF1b引脚引出；

4)浮线圈电源故障检测与控制电路U130，信号由VIf0in+，VIf0in-，C130，C131引出；

5)漂移调整电压由引脚ADJ0到ADJp引出(p＝0，1，2，..P)；

6)A/D及D/A组(65)，PWM产生器组(66)，定时器组(67)，CPU及系统固件(69)；

7)数字电源VCC及GND，模拟电源AVCC、辅助模拟电源AVccx及AGND；

8)悬浮系统检测与控制方法(60)。

上述旋转控制系统的集成是在一个半导体模块或芯片上集成以下内容：

1)一到多套A型旋转磁场检测电路(53)U7，或一到多套B型旋转磁场检测电路(53)U8，或它们的组合。其中第n(n＝0，1，2，..，N)套检测电路的霍尔传感器的引脚为VRHnin+，VRHnin-，Vrh，GND；

2)旋转线圈控制电路U4，其中第m(m＝0，1，2，..，M)套控制电路的控制信号引脚为VRm0a，VRm0b，VRm1a，VRm1b；

3)旋转线圈电源故障检测与控制电路U140，其中第m(m＝0，1，2，..，M)套故障检测与控制电路的控制信号引脚为Virm+，Virm-，C140m，C141m；

4)B型旋转磁场检测电路(53)中过零基准电压输入引脚为ADJ0..ADJp(p＝0，1，2，..P)；

5)A/D及D/A组(65)，PWM产生器组(66)，定时器组(67)，CPU及系统固件(69)；

6)环境温度检测电路(55)U9_2，引脚由Rt101+，Rt101-引出；

7)数字电源VCC及GND，模拟电源AVCC、辅助模拟电源AVccx及AGND；

8)旋转系统检测与控制方法(61)。

上述网络接口集成是在一个半导体模块或芯片上集成以下内容：

a)定时器组(67)，CPU及系统固件(69)；

b)系统运行实时参数通信方法(62)，系统工作固件升级方法(63)，系统运行参数下载方法(64)，系统安全方法(68)。

c)1到多个串行接口，由引脚d00到d0i引出(i＝0，1，2，..I)；

d)1到多个网络接口，由引脚dk0到dkj引出(j＝0，1，2，..J)；

e)1到多个系统安全开关，引脚由K0到Kp引出(k＝0，1，2，..，K)。

上述控制与处理系统(10)还包括悬浮系统检测与控制方法(60)，旋转系统检测与控制方法(61)，系统运行实时参数通信方法(62)，系统工作固件升级方法(63)，系统运行参数下载方法(64)，A/D及D/A组(65)，PWM产生器组(66)，定时器组(67)，系统安全方法(68)，CPU及系统固件(69)。

上述悬浮系统检测与控制方法(60)包括全自动悬浮方法和手工启动悬浮方法，旋转系统检测与控制方法(61)包括全自动旋转方法和手工启动初次旋转方法，包含以下流程：

1)系统复位、初始化处理：磁悬浮装置上电或硬件复位后，自动检测磁浮体(40)位置(上述流程图中的浮体即为磁浮体(40))、悬浮线圈温度、环境温度，选择悬浮线圈控制参数，建立工作数据；

2)将磁浮体(40)悬浮：使磁浮体(40)悬浮有2种方法：全自动悬浮和手动使磁浮体(40)悬浮。当使用全自动悬浮方法时，悬浮控制系统先自动检测磁浮体(40)的位置，当磁浮体(40)由底座(20)支撑着时，悬浮控制系统产生一个较大的吸力将磁浮体(40)吸起，然后控制磁浮体(40)悬浮；当磁浮体(40)浮处于悬浮磁铁下盖(33)时，悬浮控制系统需产生一个较大的斥力将磁浮体(40)脱吸，然后控制磁浮体(40)悬浮；当使用手动悬浮方法时，需用手将浮体放在离悬浮磁铁下盖(33)下方中轴线(27)上平衡点位置，浮体由悬浮控制系统控制稳定悬浮；

3)实现磁浮体(40)悬浮的控制算法为：按一定的时间周期用悬浮磁场霍尔传感器(34)对悬浮磁场进行采样，采样时关闭PWM，采样的结果经控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制悬浮线圈(32)的电流及方向；

4)使磁浮体(40)旋转：使磁浮体(40)旋转有2种方法：全自动旋转和手动使磁浮体(40)旋转，对于全自动旋转的系统，旋转控制系统会自动控制一个较大的启动旋转力使磁浮体(40)开始旋转，然后再用较小的旋转力使磁浮体(40)按设定的速度旋转；当磁浮体(40)由于某种原因停止了旋转，旋转控制系统会自动检测出来并重新启动旋转；对于手动启动旋转的系统，需要手工启动一下才能由旋转控制系统控制磁浮体(40)旋转；

5)实现磁浮体(40)旋转的控制算法为：用一个定时时间点或旋转磁场霍尔传感器(21)及(24)的检测值作为检测事件，当出现检测事件时，就作如下处理：若系统为A型旋转方式，就用采样到的旋转磁场数值作为计算旋转PWM的依据，送控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制旋转线圈(32)的电流及方向，使浮体的转速及旋转方向与设定值保持一致；若系统为B型旋转方式，就将采样到的旋转磁场的磁极方向作为计算旋转速度的依据，送控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制旋转线圈(32)的电流及方向，使浮体的转速及旋转方向与设定值保持一致；

6)故障处理：当悬浮线圈、旋转线圈之一出现电源故障或线圈温度超过设定值时，转入报警状态：先断开出现故障线圈的电源，并通过以下方式之一报警：声、光报警；通过串行接口(12)、Internet接口(11)将状态信息送设定的报警信息接收设备，这种报警信息接收设备可以为用户手机、监控室的计算机、已连网的另一个磁悬浮装置等；

7)远程控制处理：对于自动悬浮及自动旋转的系统，悬浮系统及旋转系统是否工作还可以通过串行口(12)、Internet接口(11)所连接的合法用户、控制与处理系统(10)内的定时器组(67)设定的时间之一控制，实现远程控制、全自动控制。当收到其停止工作的命令时，悬浮系统就启动一个放下磁浮体(40)的过程，将磁浮体(40)缓缓放到底座(20)上，并进入睡眠的省电状态；当从睡眠状态中收到重新工作命令时，按系统复位处理，使磁浮体(40)重新悬浮并旋转；

8)网络接口模块的通信处理：与本装置连接的网络中的合法用户可以与本方法交换相关数据；

9)实时任务调度，实时任务包括：悬浮控制算法；旋转控制算法；故障处理；远程控制处理；网络接口模块的通信处理。这些任务既可以联合调度，也可以单独调度。任务调度使用实时调度算法。

上述系统运行实时参数通信方法(62)，其特征在于控制与处理系统(10)可通过串行口(12)或Internet接口(11)之一通过有线或无线方式与合法用户的数码设备、计算机等实时交换数据，每次交换以下信息的一条或全部：可用的串行口(12)及其通信记录、可用的Internet接口(11)及其连接记录、悬浮线圈(32)及旋转线圈(23)的工作状态、环境温度、旋转磁场的大小及位置、磁浮体(40)的转速、旋转线圈(23)的PWM参数、系统安全开关组(26)的状态、悬浮线圈(32)的温度、通过悬浮磁芯(30)的磁场参数、悬浮线圈(32)的PWM参数、悬浮线圈(32)及旋转线圈(23)的电源状态、系统固件版本号信息及硬件平台信息、系统所加载的运行参数信息、系统时间、停止系统工作命令、启动系统工作命令，其它辅助信息；每条信息以信息帧为单位传送，每个信息帧由1到多项信息域组成。每帧信息包含信息头，正文和校验码/授权码。

上述系统工作固件升级方法(63)、系统运行参数下载方法(64)、系统安全方法(68)，包括系统安全开关(26)、密码验证、系统引导程序、系统工作程序、系统工作参数及合法用户的系统引导程序、系统工作程序、系统工作参数、验证所用的密码可以由上级计算机或智能设备通过串行接口(12)或Internet接口(11)之一下载或上载，其中串行接口(12)或Internet接口(11)与外界连接可以是有线或无线的。系统安全开关由手工设置成允许或禁止上、下载引导程序、系统工作程序、系统工作参数、密码之一或全部。当对应的开关设置成禁止，或未能通过相应的密码验证，上级计算机或智能设备就不能通过串行口(12)或Internet接口(11)之一访问本系统对应的程序或参数。

本发明将磁悬浮装置用数字化控制，针对磁悬浮装置数字化控制的特点，优选出本发明的悬浮控制系统与方法，旋转控制系统与方法，磁悬浮装置与磁悬浮装置、遥控器、上级计算机、网络中的远程计算机的数据传送方法。这些控制系统与方法紧密结合集成电路的技术特点设计，既各自相对独立，又通过数据相互联系，从而易于集成电路实现。二是结合数字化控制的磁悬浮装置，优选出本发明的磁悬浮装置的零部件生产及安装方法，大大降低了由于电磁场的高度非线性所引起的安装敏感性，易于非专业人员(如有初中文化程度的普通工人)生产、安装。本发明是一种设计巧妙，方便实用的通用数码磁悬浮装置及其控制方法。

4、附图说明：

下面结合附图详细说明本发明的具体结构：

图1为霍尔传感器A型电源U1的原理图；

图2为霍尔传感器B型电源U2的原理图；

图3为基本放大电路U3的原理图；

图4为电磁铁线圈控制电路U4的原理图；

图5为电磁铁线圈驱动电路U5的原理图；

图6为悬浮磁场检测电路U6的原理图；

图7为A型旋转磁场检测电路U7的原理图；

图8为B型旋转磁场检测电路U8的原理图；

图9为温度检测电路U9的原理图；

图10为悬浮系统数字与模拟信号集成的连接图；

图11为A型旋转系统数字与模拟信号集成的连接图；

图12为B型旋转系统数字与模拟信号集成的连接图；

图13为悬浮线圈电源故障检测与控制电路U130的原理图；

图14为旋转线圈电源故障检测与控制电路U140的原理图；

图15为系统集成后的逻辑引脚图U150的原理图；

图16为本发明实施实例的原理图；

图17为本发明控制方法的流程图。

5、具体实施方式：

实施例：

在图1中，Vin为输入，电容C10用于滤波，Vout为稳压输出。在图2中，Vin为输入，电容C20用于滤波，电阻R20为调节电阻，Vout为恒流输出。在图3中，(Vin+，Vin-)为差动输入，Vout为放大器输出。在图4中，PWM为电流的调节信号，并由FAULT及SAMPLE共同控制。DIR为电流方向控制信号，可以控制电磁铁的电流方向，从而可以产生相反极性的磁场。U4有两路输出：(V0a，V0b)和(V1a，V1b)，同一时刻只能有一组工作。Vcc为数字电源，GND为数字地线；Avcc为模拟电源，AGND为模拟地线。数字电源、地线与模拟电源、地线是隔离的。在图5中，(Ma，Mb)为与电磁铁的线圈相连的输出端，它由(V0a，V0b)，(V1a，V1b)控制。在图6中，U2为霍尔传感器提供电源，霍尔传感器的输出Vin+，Vin-经U3-a，U3-b两级放大后送控制及处理系统(10)采样，并在U3-b引入一个漂移调整电压。霍尔传感器的输出Vin+，Vin-也可经U3-a放大就送控制及处理系统(10)采样。

在图7中，U1为霍尔传感器提供电源，霍尔传感器的输出Vin+，Vin-经互为相反极性的放大器U3-c、U3-d放大后，分别送到控制及处理系统(10)采样。

在图8中，U1为霍尔传感器提供电源，霍尔传感器的输出Vin+，Vin-经互为相反极性的放大器U3-e、U3-f放大后分别送到比较器U80和U81与过零基准电压比较，U80的输出为Vcs，U81的输出为Vcn。Vcs，Vcn分别送到控制及处理系统(10)处理。

在图9中，温敏传感器Rt的电压变化被送到控制及处理系统(10)的其中一路A/D及D/A组(65)采样并校正温度。

图10为悬浮控制系统的一个实施实例，该实例将上述基本模块进行集成，然后将这些模块组合成一个可以实现本发明悬浮控制系统的原理的一种技术方案。其基本模块为：线圈温度检测电路U9_1，环境温度检测电路U9_2，它们的结构与图9的温度检测电路U9是一样的；悬浮磁场检测电路U6，它与图6的结构是一样的；FH为悬浮磁场霍尔传感器(34)；电磁铁线圈控制电路U4与图4的结构是一样的；电磁铁线圈驱动电路U5与图5的结构是一样的，其输出(Ma，Mb)与悬浮线圈(32)相连；U130的结构与图13一致。

图11为A型旋转控制系统的一个实施实例，该实例将上述基本模块进行集成，然后将这些模块组合成一个可以实现本发明A型旋转控制系统原理的一种技术方案。其基本模块为：环境温度检测电路U9_2，它们的结构与图9的温度检测电路U9是一样的；A型旋转线圈磁场检测电路U7，它与图7的结构是一样的；RH为旋转磁场霍尔传感器(21)或(24)；电磁铁线圈控制电路U4与图4的结构是一样的；电磁铁线圈驱动电路U5与图5的结构是一样的，其输出(Ma，Mb)与旋转线圈(23)相连；U140的结构与图14一致。

图12为B型旋转控制系统的一个实施实例，该实例将上述基本模块进行集成，然后将这些模块组合成一个可以实现本发明B型旋转控制系统原理的一种技术方案。其基本模块为：环境温度检测电路U9_2，它们的结构与图9的温度检测电路U9是一样的；B型旋转线圈磁场检测电路U8，它与图8的结构是一样的；RH为旋转磁场霍尔传感器(21)或(24)；电磁铁线圈控制电路U4与图4的结构是一样的；电磁铁线圈驱动电路U5与图5的结构是一样的，其输出(Ma，Mb)与旋转线圈(23)相连；U140的结构与图14一致。

在图13中，K130为一开关，可以用机电继电器、固态继电器、开关管之一实现。K130的输入为AVcc1a，AVcc1b，输出为Avccf0，控制端为C130，C131。它可以实现AVcc1a与Avccf0接通，AVcc1b与Avccf0接通，或Avccf0断开三种状态。AVcc1a，AVcc1b可以选择成启动悬浮和正常悬浮之一的电源，其中启动悬浮的电源需提供较大的电流，正常工作电源只需提供较小的电流。在手工辅助悬浮的系统中，只需正常工作电源，即AVcc1a，AVcc1b合二为一。Avccf0送电流传感器If检测后，变为悬浮线圈(32)的工作电源Avccf。If电流传感器的输出经U3放大后送控制及处理系统(10)处理。U3的结构与图3的结构是一样的。

在图14中，K140为一开关，可以用机电继电器、固态继电器、开关管之一实现。K140的输入为AVcc2a，AVcc2b，输出为AVccr0，控制端为C140，C141。它可以实现AVcc2a与Avccr0接通，AVcc2b与Avccr0接通，或Avccr0断开三种状态。AVcc2a，AVcc2b可以选择成启动旋转和正常旋转之一的电源，其中启动旋转的电源需提供较大的电流，正常旋转电源只需提供较小的电流。在手工辅助旋转的系统中，只需正常旋转的电源，即AVcc2a，AVcc2b合二为一。Avccr0送电流传感器Ir检测后，变为旋转线圈的工作电源Avccr。Ir电流传感器的输出经U3放大后送控制及处理系统(10)处理。U3的结构与图3的结构是一样的。

图15为悬浮控制系统、旋转控制系统、网络接口的一个集成电路实施实例。图中的U150为按本发明原理实现的一个集成电路芯片，其内部集成了悬浮控制系统、旋转控制系统、网络接口。FH为悬浮磁场霍尔传感器(34)，Vfh为其电源输入，VFHin+，VFHin-为其检测信号输出，检测原理如图6所示；RH0，RHn为一至n个旋转磁场霍尔传感器(21)及(24)，Vrh为霍尔磁场传感器的电源，其中(VRH0in+，VRH0in-)为RH0的检测信号输出，(VRHnin+，VRHnin-)为RHn的检测信号输出，检测原理如图7及图8所示；(Rt100-，Rt100+)为悬浮电磁铁温度传感器(35)的检测引脚，检测原理如图9所示；(VIf0in+，VIf0in-)为悬浮线圈电流传感器的信号输出，C130，(130为K130的控制输出，其工作原理如图13所示；C140m，C141m为第m套K140的控制输出，(Vir0in+，Vir0in-)为第0套旋转线圈电流传感器Ir的输出，(Virmin+，Virmin-)为第m套旋转线圈电流传感器Ir的输出，其工作原理如图14所示；(Rt101-，Rt101+)为环境温度传感器(25)的检测引脚，检测原理如图9所示；(VF0a，VF0b)，(VF1a，VF1b)为悬浮线圈驱动电路U5_f的控制信号，其工作原理如图5所示；(VR00a，VR00b)，(VR01a，VR01b)为第0套旋转线圈驱动电路U5_f0的控制信号，其工作原理如图5所示；(VRm0a，VRm0b)，(VRm1a，VRm1b)为第m套旋转线圈驱动电路U5_fm的控制信号，其工作原理如图5所示；ADJ0..ADJp为调节电压输入，其工作原理如图6和图8所示；Dk0..Dkj，D00..D0i，K0..Kq分别为Internet接口(11)、串行接口(12)、系统安全开关组(26)的外接引脚。

图16为本发明磁悬浮装置的一个典型实施实例。稳压电源(13)为整个装置提供电源；U150为按图15实现的集成电路；悬浮磁场霍尔传感器(34)、悬浮电磁铁温度传感器(35)、环境温度传感器(25)、U130、电磁铁驱动电路U5、悬浮线圈(32)构成了悬浮控制系统的外接部件，它们与U150配合就可心实现悬浮系统的控制；环境温度传感器(25)、U140、电磁铁驱动电路U5、旋转线圈(23)、旋转磁场霍尔传感器(21)及(24)构成了旋转控制系统的外接部件，它们与U150配合就可实现旋转系统的控制；串行接口(12)将其它智能设备、个人电脑、遥控器等部件连接起来，是实现外部数据与U150进行交换的方法之一；网络接口(11)、串行接口(12)还可以与Internet网络连接，访问网络中的资源，如网络中的其它计算机、个人智能手机等，实现远程控制。串行口所连接的其它智能设备可以是另一台智能磁悬浮装置，实现多个磁悬浮装置的连网，共同实现复杂的工作。与Internet网络连接的智能手机为可以访问Internet网络资源的手机，它可对U150实现远程实时控制，如启动、停止磁悬浮装置的工作等，或接收U150的信息，如电源故障报警信息等。

图17为本发明控制方法的流程图，上述悬浮系统检测与控制方法(60)包括全自动悬浮方法和手工启动悬浮方法，旋转系统检测与控制方法(61)包括全自动旋转方法和手工启动初次旋转方法，包含以下流程：

1)系统复位、初始化处理：磁悬浮装置上电或硬件复位后，自动检测磁浮体(40)位置(上述流程图中的浮体即为磁浮体(40))、悬浮线圈温度、环境温度，选择悬浮线圈控制参数，建立工作数据；

2)将磁浮体(40)悬浮：使磁浮体(40)悬浮有2种方法：全自动悬浮和手动使磁浮体(40)悬浮。当使用全自动悬浮方法时，悬浮控制系统先自动检测磁浮体(40)的位置，当磁浮体(40)由底座(20)支撑着时，悬浮控制系统产生一个较大的吸力将磁浮体(40)吸起，然后控制磁浮体(40)悬浮；当磁浮体(40)浮处于悬浮磁铁下盖(33)时，悬浮控制系统需产生一个较大的斥力将磁浮体(40)脱吸，然后控制磁浮体(40)悬浮；当使用手动悬浮方法时，需用手将浮体放在离悬浮磁铁下盖(33)下方中轴线(27)上平衡点位置，浮体由悬浮控制系统控制稳定悬浮；

3)实现磁浮体(40)悬浮的控制算法为：按一定的时间周期用悬浮磁场霍尔传感器(34)对悬浮磁场进行采样，采样时关闭PWM，采样的结果经控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制悬浮线圈(32)的电流及方向；

4)使磁浮体(40)旋转：使磁浮体(40)旋转有2种方法：全自动旋转和手动使磁浮体(40)旋转。对于全自动旋转的系统，旋转控制系统会自动控制一个较大的启动旋转力使磁浮体(40)开始旋转，然后再用较小的旋转力使磁浮体(40)按设定的速度旋转；当磁浮体(40)由于某种原因停止了旋转，旋转控制系统会自动检测出来并重新启动旋转；对于手动启动旋转的系统，需要手工启动一下才能由旋转控制系统控制磁浮体(40)旋转；

5)实现磁浮体(40)旋转的控制算法为：用一个定时时间点或旋转磁场霍尔传感器(21)及(24)的检测值作为检测事件，当出现检测事件时，就作如下处理：若系统为A型旋转方式，就用采样到的旋转磁场数值作为计算旋转PWM的依据，送控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制旋转线圈(32)的电流及方向，使浮体的转速及旋转方向与设定值保持一致；若系统为B型旋转方式，就将采样到的旋转磁场的磁极方向作为计算旋转速度的依据，送控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制旋转线圈(32)的电流及方向，使浮体的转速及旋转方向与设定值保持一致；

6)故障处理：当悬浮线圈、旋转线圈之一出现电源故障或线圈温度超过设定值时，转入报警状态：先断开出现故障线圈的电源，并通过以下方式之一报警：声、光报警；通过串行接口(12)、Internet接口(11)将状态信息送设定的报警信息接收设备，这种报警信息接收设备可以为用户手机、监控室的计算机、已连网的另一个磁悬浮装置等；

7)远程控制处理：对于自动悬浮及自动旋转的系统，悬浮系统及旋转系统是否工作还可以通过串行口(12)、Internet接口(11)所连接的合法用户、控制与处理系统(10)内的定时器组(67)设定的时间之一控制，实现远程控制、全自动控制。当收到其停止工作的命令时，悬浮系统就启动一个放下磁浮体(40)的过程，将磁浮体(40)缓缓放到底座(20)上，并进入睡眠的省电状态；当从睡眠状态中收到重新工作命令时，按系统复位处理，使磁浮体(40)重新悬浮并旋转；

8)网络接口模块的通信处理：与本装置连接的网络中的合法用户可以与本方法交换相关数据；

9)实时任务调度，实时任务包括：悬浮控制算法；旋转控制算法；故障处理；远程控制处理；网络接口模块的通信处理。这些任务既可以联合调度，也可以单独调度。任务调度使用实时调度算法。

Claims (12)

1、一种通用数码磁悬浮装置，其特征在于包括有底座(20)、由控制及处理系统(10)、稳压电源(13)、环境温度传感器(25)、悬浮磁芯(30)、悬浮磁铁上盖(31)、悬浮线圈(32)、悬浮磁铁下盖(33)、悬浮磁场霍尔传感器(34)、悬浮电磁铁温度传感器(35)、磁浮体(40)、磁浮体悬浮永磁体(41)、悬浮线圈驱动电路(50)、悬浮线圈温度检测电路(51)、悬浮磁场检测电路(52)、环境温度检测电路(55)、电源故障检测控制电路(56)组成的磁悬浮控制系统，其中：控制及处理系统(10)包括有悬浮线圈驱动电路(50)、悬浮线圈温度检测电路(51)、悬浮磁场检测电路(52)、环境温度检测电路(55)、电源故障检测控制电路(56)，悬浮控制系统，稳压电源(13)与电源故障检测控制电路(56)连接；悬浮线圈驱动电路(50)与悬浮线圈(32)连接；悬浮线圈温度检测电路(51)与悬浮电磁铁温度传感器(35)连接；悬浮磁场检测电路(52)与悬浮磁场霍尔传感器(34)连接；环境温度检测电路(55)与环境温度传感器(25)连接。

2、根据权利要求1所述的通用数码磁悬浮装置，其特征在于上述悬浮控制系统还在于：

1)悬浮磁场霍尔传感器(34)的工作电源由霍尔传感器B型电源U2提供，电源U2为恒流型电源；悬浮磁场霍尔传感器(34)的输出用U3-a，U3-b放大，其中U3-a，U3-b为基本放大电路U3；u3-b接入一个漂移调整电压；U3-a、U3-b的输出各由控制及处理系统(10)的A/D及D/A组(65)其中的一路A/D采样，或只用U3-b的输出送控制及处理系统(10)的A/D及D/A组(65)其中的一路A/D采样；悬浮磁场霍尔传感器FH(34)与电源U2、Vout、地、U3-a连接；U3-a与U3-b、控制及处理系统(10)连接；U3-b与漂移调整电压Vfh、控制及处理系统(10)连接；

2)漂移调整电压通过以下方法之一取得：控制及处理系统(10)的D/A输出；带温度补偿的三端稳压芯片输出；带温度补偿的电阻分压输出；

3)电磁铁线圈控制电路U4由数字信号和模拟信号组成，数字信号和模拟信号由隔离器S40，S41，S42，S43连接起来；或将数字信号的地线与模拟信号地线通过电感、电容滤波后连接起来；数字信号为(SAMPLE，FAULT，PWM，DIR，VCC，GND)，模拟信号为(AVCC，AGND，V0a，V0b，V1a，V1b)；U4的逻辑关系为：

V0a＝(SAMPLE).and.(FAULT).and.(PWM).and.(DIR)

V0b＝DIR

V1a＝.not.(V0a)

V1b＝.not.(V0b)

中期.and.表示与逻辑，.not.为反相逻辑；

4)电磁铁线圈驱动电路U5为双向驱动，(V0a，V0b)工作时，线圈电流Ma→Mb；(V1a，V1b)工作时，线圈电流由Mb→Ma；

5)悬浮磁场霍尔传感器FH(34)与悬浮磁场检测电路(52)U6连接；控制及处理系统(10)与悬浮磁场检测电路(52)U6、线圈温度检测电路(51)U9_1、环境温度检测电路(55)U9_2、电磁铁线圈控制电路U4、悬浮线圈电源故障检测与控制电路U130连接；电磁铁线圈驱动电路U5与悬浮线圈电源故障检测与控制电路U130、悬浮线圈(32)、电磁铁线圈控制电路U4连接；线圈温度检测电路(51)U9_1与悬浮电磁铁温度传感器(35)连接；环境温度检测电路(55)U9_2与环境温度传感器(25)连接。

3、根据权利要求1所述的通用数码磁悬浮装置，其特征在于上述电源故障检测控制电路(56)包括悬浮线圈故障检测与控制电路U130和旋转线圈故障检测电与控制电路U140，悬浮线圈故障检测与控制电路U130其特征进一步包括稳压电源(13)，开关K130，电流传感器If，放大器U3，控制与处理系统(10)，其特征还在于：稳压电源(13)有正常悬浮电压AVcc1b输出，对全自动悬浮的系统还有启动电压AVcc1a输出，它们由控制及处理系统(10)通过控制线C130，C131控制开关K130进行选择，并将电流输出到悬浮电磁铁线圈驱动电路U5；当出现故障时，输出禁止；电流传感器If的检测信号输出经U3放大后送控制及处理系统(10)，旋转线圈电源故障检测电与控制电路U140其特征进一步包括稳压电源(13)，开关K140，电流传感器Ir，放大器U3，控制与处理系统(10)，其特征还在于：稳压电源(13)有正常旋转电压AVcc2b输出，对全自动旋转的系统还有旋转启动电压AVcc2a输出，它们由控制及处理系统(10)通过控制线C140，C141控制开关K140进行选择，并将电流输出到旋转电磁铁线圈驱动电路U5；当出现故障时，输出禁止；电流传感器Ir的检测信号输出经U3放大后送控制及处理系统(10)。

4、根据权利要求1所述的通用数码磁悬浮装置，其特征在于还包括有由旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)、旋转磁芯(22)、旋转线圈(23)、安装中轴线(27)、旋转永磁体(42)组成的旋转控制系统，控制及处理系统(10)还包括有旋转磁场检测电路(53)、旋转线圈驱动电路(54)、旋转控制系统，旋转磁场检测电路(53)与旋转磁场霍尔传感器(21)及(24)连接；旋转线圈驱动电路(54)与旋转线圈(23)连接；旋转控制系统包括有A型旋转控制系统及B型旋转控制系统，其中：

1)霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)的工作电源由霍尔传感器A型电源U1或B型电源U2提供，U1为恒压型电源，U2为恒流型电源，旋转磁场检测电路(53)的放大电路U3-c，U3-d，U3-e，U3-f为基本放大电路U3；

2)旋转线圈控制电路U4由数字信号和模拟信号组成，数字信号和模拟信号由隔离器S40，S41，S42，S43连接起来；或将数字信号的地线与模拟信号地线通过电感、电容滤波后连接起来，数字信号为(SAMPLE，FAULT，PWM，DIR，VCC，GND)，模拟信号为(AVCC，AGND，V0a，V0b，V1a，V1b)，U4的逻辑关系为：

SAMPLE＝1

V0a＝(FAULT).and.(PWM).and.(DIR)

V0b＝DIR

V1a＝.not.(V0a)

V1b＝.not.(V0b)

中期.and.表示与逻辑，.not.为反相逻辑；

3)旋转线圈驱动电路U5为双向驱动，(V0a，V0b)工作时，线圈电流Ma→Mb；(V1a，V1b)工作时，线圈电流由Mb→Ma；

A型旋转控制系统中的霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与电源U1或U2、放大器U3-c、U3-d连接；U3-c、U3-d各与控制及处理系统(10)对应的A/D及D/A组(65)其中的一路A/D连接；霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与A型旋转磁场检测电路(53)U7连接；控制及处理系统(10)与A型旋转磁场检测电路(53)U7、环境温度检测电路(55)U9_2、电磁铁线圈控制电路U4、旋转线圈电源故障检测与控制电路U140连接；电磁铁线圈驱动电路U5与旋转线圈电源故障检测与控制电路U140、旋转线圈(23)、电磁铁线圈控制电路U4连接；环境温度检测电路(55)U9_2与环境温度传感器(25)连接；B型旋转控制系统中的霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与电源U1或U2、放大器U3-e、U3-f连接；U3-e与比较器U80连接；U3-f与比较器U81连接；控制及处理系统(10)与比较器U80、U81连接；U80、U81与过零基准电压连接，其中过零基准电压由控制及处理系统(10)的D/A输出、三端稳压芯片输出、电阻分压输出之一提供；霍尔旋转磁场传感器RH(21)、(24)与B型旋转磁场检测电路(53)U8连接；控制及处理系统(10)与B型旋转磁场检测电路(53)U8、环境温度检测电路(55)U9_2、电磁铁控制电路U4、旋转线圈电源故障检测与控制电路U140连接；电磁铁线圈驱动电路U5与旋转线圈电源故障检测与控制电路U140、旋转线圈(23)、电磁铁线圈控制电路U4连接；环境温度检测电路(55)U9_2与环境温度传感器(25)连接。

5、根据权利要求4所述的通用数码磁悬浮装置，其特征在于旋转控制系统与磁悬浮控制系统的结构关系为：

1)安装中轴线(27)与底座(20)的安装水平面垂直，并穿过旋转磁芯(22)、旋转永磁体(42)、磁浮体悬浮永磁体(41)、磁浮体(40)的重心、悬浮磁芯(30)的几何中心和悬浮磁场霍尔传感器(34)的检测面中心；

2)悬浮磁芯(30)下端平面与中轴线垂直，且下端面与磁浮体(40)内的悬浮永磁体(41)的面积相当；

3)磁浮体悬浮永磁体(41)两极磁场强度在2000高斯以上，棒内磁场方向与中轴线(27)一致；

4)悬浮磁场霍尔传感器(34)紧贴在悬浮磁芯(30)的下端面安装，并使该元件检测面与中轴线(27)垂直；

5)悬浮磁铁上盖(31)为空心圆柱形结构，其下端面的平面与中轴线(27)垂直，并与悬浮磁芯(30)连接一体成型，悬浮磁铁上盖(31)设有引出内部电线的开口，及设有使悬浮磁铁上盖(31)、悬浮磁芯(30)达到安装要求的调节部件；

5)悬浮电磁铁温度传感器(35)安装在悬浮磁芯(30)的表面上；

6)旋转磁芯(22)、旋转永磁体(42)为水平中心对称的圆棒或类方棒结构，其南北极在水平方向上，与中轴线(27)垂直；在旋转永磁体(42)的水平投影的圆周上，安装有若干个旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)；旋转磁芯(22)、旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)安装在旋转永磁体(42)磁极圆周投影方向的上底座内侧；磁浮体悬浮永磁体(41)量安装在磁浮体(40)的最上端；

7)磁浮体(40)与中轴线(27)对称及水平线对称、重心在中轴线上；

8)悬浮磁芯(30)用磁导率大、矫顽力较小的均匀棒状或方形顺磁性材料制成；磁浮体悬浮永磁体(41)用圆棒状或方形永磁性材料制成；悬浮磁铁上盖(31)用磁导均匀、矫顽力较小顺磁性材料制成，其与悬浮磁芯(30)一体化成型，或用如螺丝、铆接方法与悬浮磁芯(30)均匀紧密结合；悬浮磁铁下盖(33)为非磁性材料；旋转磁场霍尔传感器(21)、(24)与旋转磁芯(22)内的电磁场方向依次优先成90度、0度、45度角或将圆周n等分的角度；磁浮体(40)为轻质非磁性物体。

6、根据权利要求5所述通用数码磁悬浮装置的各部分器件集成方法，其特征在于各部分器件的集成包括悬浮系统集成，旋转系统集成和网络接口集成，它们可以单一集成在一个半导体模块或芯片上，或它们组合集成在一个半导体模块或芯片上，其中悬浮系统在一个半导体模块或芯片上集成以下内容：

1)悬浮磁场检测电路U6，检测信号由芯片引脚Vfh，GND，VFHin+，VFHin-引出；

2)悬浮线圈检温度测电路(51)U9_1和环境温度检测电路(55)U9_2，引脚分别由(Rt100+，Rt100-)，(Rt101+，Rt101-)引出；

3)悬浮线圈控制电路U4，控制信号由VF0a，VF0b，VF1a，VF1b引脚引出；

4)悬浮线圈电源故障检测与控制电路U130，信号由VIf0in+，VIf0in-，C130，C131引出；

5)漂移调整电压由引脚ADJ0到ADJp引出(p＝0，1，2，..P)；

6)A/D及D/A组(65)，PWM产生器组(66)，定时器组(67)，CPU及系统固件(69)；

7)数字电源VCC及GND，模拟电源AVCC、辅助模拟电源AVccx及AGND；

8)悬浮系统检测与控制方法(60)。

7、根据权利要求6所述的器件集成方法，其特征在于旋转控制系统的集成是在一个半导体模块或芯片上集成以下内容：

1)一到多套A型旋转磁场检测电路(53)U7，或一到多套B型旋转磁场检测电路(53)U8，或它们的组合。其中第n(n＝0，1，2，..，N)套检测电路的霍尔传感器的引脚为VRHnin+，VRHnin-，Vrh，GND；

2)旋转线圈控制电路U4，其中第m(m＝0，1，2，..，M)套控制电路的控制信号引脚为VRm0a，VRm0b，VRm1a，VRm1b；

3)旋转线圈电源故障检测与控制电路U140，其中第m(m＝0，1，2，..，M)套故障检测与控制电路的控制信号引脚为Virm+，Virm-，C140m，C141m；

4)B型旋转磁场检测电路(53)中过零基准电压输入引脚为ADJ0..ADJp(p＝0，1，2，..P)；

5)A/D及D/A组(65)，PWM产生器组(66)，定时器组(67)，CPU及系统固件(69)；

6)环境温度检测电路(55)U9_2，引脚由Rt101+，Rt101-引出；

7)数字电源VCC及GND，模拟电源AVCC、辅助模拟电源AVccx及AGND；

8)旋转系统检测与控制方法(61)。

8、根据权利要求6所述的器件集成方法，其特征在于网络接口集成是在一个半导体模块或芯片上集成以下内容：

1)定时器组(67)，CPU及系统固件(69)；

2)系统运行实时参数通信方法(62)，系统工作固件升级方法(63)，系统运行参数下载方法(64)，系统安全方法(68)；

3)1到多个串行接口，由引脚d00到d0i引出(i＝0，1，2，..I)；

4)1到多个网络接口，由引脚dk0到dkj引出(j＝0，1，2，..J)；

5)1到多个系统安全开关，引脚由K0到Kp引出(k＝0，1，2，..，K)。

9、一种根据权利要求4所述通用数码磁悬浮装置的控制方法，其特征在于上述控制与处理系统(10)还包括悬浮系统检测与控制方法(60)，旋转系统检测与控制方法(61)，系统运行实时参数通信方法(62)，系统工作固件升级方法(63)，系统运行参数下载方法(64)，A/D及D/A组(65)，PWM产生器组(66)，定时器组(67)，系统安全方法(68)，CPU及系统固件(69)。

10、根据权利要求9所述通用数码磁悬浮装置的控制方法，其特征在于上述悬浮系统检测与控制方法(60)包括全自动悬浮方法和手工启动悬浮方法，旋转系统检测与控制方法(61)包括全自动旋转方法和手工启动初次旋转方法，包含以下流程：

1)系统复位、初始化处理：磁悬浮装置上电或硬件复位后，自动检测磁浮体(40)位置(上述流程图中的浮体即为磁浮体(40))、悬浮线圈温度、环境温度，选择悬浮线圈控制参数，建立工作数据；

2)将磁浮体(40)悬浮：使磁浮体(40)悬浮有2种方法：全自动悬浮和手动使磁浮体(40)悬浮；当使用全自动悬浮方法时，悬浮控制系统先自动检测磁浮体(40)的位置，当磁浮体(40)由底座(20)支撑着时，悬浮控制系统产生一个较大的吸力将磁浮体(40)吸起，然后控制磁浮体(40)悬浮；当磁浮体(40)浮处于悬浮磁铁下盖(33)时，悬浮控制系统需产生一个较大的斥力将磁浮体(40)脱吸，然后控制磁浮体(40)悬浮；当使用手动悬浮方法时，需用手将浮体放在离悬浮磁铁下盖(33)下方中轴线(27)上平衡点位置，浮体由悬浮控制系统控制稳定悬浮；

3)实现磁浮体(40)悬浮的控制算法为：按一定的时间周期用悬浮磁场霍尔传感器(34)对悬浮磁场进行采样，采样时关闭PWM，采样的结果经控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制悬浮线圈(32)的电流及方向；

4)使磁浮体(40)旋转：使磁浮体(40)旋转有2种方法：全自动旋转和手动使磁浮体(40)旋转，对于全自动旋转的系统，旋转控制系统会自动控制一个较大的启动旋转力使磁浮体(40)开始旋转，然后再用较小的旋转力使磁浮体(40)按设定的速度旋转；当磁浮体(40)由于某种原因停止了旋转，旋转控制系统会自动检测出来并重新启动旋转；对于手动启动旋转的系统，需要手工启动一下才能由旋转控制系统控制磁浮体(40)旋转；

5)实现磁浮体(40)旋转的控制算法为：用一个定时时间点或旋转磁场霍尔传感器(21)及(24)的检测值作为检测事件，当出现检测事件时，就作如下处理：若系统为A型旋转方式，就用采样到的旋转磁场数值作为计算旋转PWM的依据，送控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制旋转线圈(32)的电流及方向，使浮体的转速及旋转方向与设定值保持一致；若系统为B型旋转方式，就将采样到的旋转磁场的磁极方向作为计算旋转速度的依据，送控制及处理系统(10)内的CPU处理后，变为PWM信号控制旋转线圈(32)的电流及方向，使浮体的转速及旋转方向与设定值保持一致；

6)故障处理：当悬浮线圈、旋转线圈之一出现电源故障或线圈温度超过设定值时，转入报警状态：先断开出现故障线圈的电源，并通过以下方式之一报警：声、光报警；通过串行接口(12)、Internet接口(11)将状态信息送设定的报警信息接收设备，这种报警信息接收设备可以为用户手机、监控室的计算机、已连网的另一个磁悬浮装置等；

7)远程控制处理：对于自动悬浮及自动旋转的系统，悬浮系统及旋转系统是否工作还可以通过串行口(12)、Internet接口(11)所连接的合法用户、控制与处理系统(10)内的定时器组(67)设定的时间之一控制，实现远程控制、全自动控制；当收到其停止工作的命令时，悬浮系统就启动一个放下磁浮体(40)的过程，将磁浮体(40)缓缓放到底座(20)上，并进入睡眠的省电状态；当从睡眠状态中收到重新工作命令时，按系统复位处理，使磁浮体(40)重新悬浮并旋转；

8)网络接口模块的通信处理：与本装置连接的网络中的合法用户可以与本方法交换相关数据；

9)实时任务调度，实时任务包括：悬浮控制算法；旋转控制算法；故障处理；远程控制处理；网络接口模块的通信处理；这些任务既可以联合调度，也可以单独调度。任务调度使用实时调度算法。

11、根据权利要求10所述通用数码磁悬浮装置的控制方法，其特征在于上述系统运行实时参数通信方法(62)，其特征在于控制与处理系统(10)可通过串行口(12)或Internet接口(11)之一通过有线或无线方式与合法用户的数码设备、计算机等实时交换数据，每次交换以下信息的一条或全部：可用的串行口(12)及其通信记录、可用的Internet接口(11)及其连接记录、悬浮线圈(32)及旋转线圈(23)的工作状态、环境温度、旋转磁场的大小及位置、磁浮体(40)的转速、旋转线圈(23)的PWM参数、系统安全开关组(26)的状态、悬浮线圈(32)的温度、通过悬浮磁芯(30)的磁场参数、悬浮线圈(32)的PWM参数、悬浮线圈(32)及旋转线圈(23)的电源状态、系统固件版本号信息及硬件平台信息、系统所加载的运行参数信息、系统时间、停止系统工作命令、启动系统工作命令，其它辅助信息；每条信息以信息帧为单位传送，每个信息帧由1到多项信息域组成；每帧信息包含信息头，正文和校验码/授权码。

12、根据权利要求10所述通用数码磁悬浮装置的控制方法，其特征在于上述系统工作固件升级方法(63)、系统运行参数下载方法(64)、系统安全方法(68)，其特征包括系统安全开关(26)、密码验证、系统引导程序、系统工作程序、系统工作参数，其特征还在于合法用户的系统引导程序、系统工作程序、系统工作参数、验证所用的密码可以由上级计算机或智能设备通过串行接口(12)或Internet接口(11)之一下载或上载，其中串行接口(12)或Internet接口(11)与外界连接可以是有线或无线的；系统安全开关由手工设置成允许或禁止上、下载引导程序、系统工作程序、系统工作参数、密码之一或全部；当对应的开关设置成禁止，或未能通过相应的密码验证，上级计算机或智能设备就不能通过串行口(12)或Internet接口(11)之一访问本系统对应的程序或参数。

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