飞思卡尔智能车-电磁传感器及实践.ppt

飞思卡尔智能车-电磁传感器及实践.ppt

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电磁传感器与实践,电磁组比赛竞赛车模需要能够通过自动识别赛道中心线位置处由通有100mA20KHz的交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。

除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。

电磁组赛道说明：

1、驱动赛道中心线下铺设的0.1-0.3mm直径的漆包线；2、频率范围：

20K2K；3、电流范围：

50-150mA；,电磁传感器与实践,电磁传感器与实践,由毕奥-萨伐定律有：

其中u为真空磁导率：

所以不难想象磁场强度非常的弱，难以使用测磁场的方式检测。

电磁传感器与实践,我们有很多测量磁场的方法，磁场传感器利用了物质与磁场之间的各种物理效应：

磁电效应（电磁感应、霍尔效应、磁致电阻效应）、磁机械效应、磁光效应、核磁共振、超导体与电子自旋量子力学效应。

我们选取最为传统的电磁感应线圈的方案。

它具有原理简单、价格便宜、体积小（相对小）、频率响应快、电路实现简单等特点，适应于初学者快速实现路经检测的方案。

电磁传感器与实践,线圈中感应电动势与它距导线水平位置x的函数,电磁传感器与实践,电磁传感器与实践,如果只使用一个线圈，感应电动势E是位置x的偶函数，只能够反映到水平位置的绝对值|x的大小，无法分辨左右。

为此，我们可以使用相距长度为L的两个感应线圈，计算两个线圈感应电动势的差值：

其中：

h为传感器到导线的竖直距离l为两传感器之间的距离x为其中一个传感器到中间导线的距离,电磁传感器与实践,下面假设L=30cm，计算两个线圈电动势差值Ed如下图所示：

图中电动势差值Ed与位移x是一个单调函数。

可以使用这个量对于小车转向进行负反馈控制，从而保证两个线圈的中心位置跟踪赛道的中心线。

通过改变线圈高度h,线圈之间距离L可以调整位置检测范围以及感应电动势的大小。

电磁传感器与实践,从上面检测原理可以知道，测量磁场核心是检测线圈的感应电动势E的幅值。

电磁传感器的设计主要包括：

感应线圈的选择、信号选频放大、整流与检测等几个方面，将会涉及到电磁场与波、高频、模电等相关学科的知识点，这里不再详细的给出各个方案的具体论证过程，直接给出电路设计系统框图：

电磁传感器与实践,下面给出我们组上届使用的实际电路图：

电磁传感器与实践,我们组使用独立的传感器PCB图：

传感器实物图：

电磁传感器与实践,对于实际传感器选择的说明：

电感线圈我们采用的是标准化的“工字型”电感线圈，这种线圈感应面积大，灵敏度好，缺点是体积较大。

实践证明这种电感线圈综合效果还不错，实际上我们只用两个水平的线圈就可以完成寻迹功能，速度和稳定性达到赛区的水平。

缺点是太重，不稳定，个体之间的电感量有一定的差异。

由于电流的频率为20KHz，所以我们综合考虑之后选择10mH的工字型电感和6.8nF的电容相并联后检测磁场。

在不加其他元件的情况下，直接用示波器查看检测的波形（距导线8cm，竖直上方）为标准的20KHz峰峰值为300mV的正弦波。

色环电感在比赛中也取得了不错的成绩。

其优点为质量轻，性能稳定；缺点就是检测的精度不够高，感应到的电动势较工字型电感低。

电磁传感器与实践,对于实际传感器摆放位置的说明：

1、水平方向两个平行的线圈,2、水平方向两个内八字的线圈,电磁传感器与实践,3、水平方向两个垂直的线圈,4、水平和竖直方向两个线圈,电磁传感器与实践,使用色环电感制作的传感器：

电磁传感器与实践,使用多排传感器：

电磁传感器与实践,当然传感器的安装方法还有非常多的方法，要靠我们自己去探索实验，在寻找时，也是一种乐趣，当找的更好的方法时，你会感到一种满足感！

由于本人的水平有限，PPT中可能有不少漏洞，有不全面的地方，详细内容可以参照智能小车设计指导第二版，本人已上传到QQ群的共享文件中。

谢谢！