基于电磁场检测的寻线智能车设计DesignofIntelligenceAutomotiveTrace-keepingBasedonDetectionofElectromagneticField张昊飏马旭卓晴清华大学(北京100084)比。由于在导线周围不同位置，磁感摘要：本设计以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景，提出了应强度的大小和方向不同，所以不同一种根据电磁场信号引导小车循迹行驶的方案。本文介绍了这一方案的位置上的电感产生的感应电动势也应基本思想，所依据的物理原理，给出了对电感线圈得到的信号进行调理该是不同。据此，则可以确定电感的放大和控制小车舵机运行的电路，并根据方案实际制作了小车。实践证大致位置。明该方案是可行的。首先，由毕奥-萨伐尔定律知：关键词：智能车；磁场；线圈；磁感应强度；感应电动势通有稳恒电流I长度为L的直导线周围DOI:10.3969/j.issn.1005-5517.2009.11.009会产生磁场，距离导线距离为r处P点的磁感应强度为：引言q2=m0IBd∫4prsinqq以往的智能车竞赛分为光电组q1-72和摄像头组，其中光电组主要是使用()mp0=×410NA光电传感器如红外传感器采集路径信由此得息，摄像头组主要通过采集图像信息m0IB=−()cosqq12cos识别路径。本文则采用通电导线产生4pr的电磁场对智能车进行引导。使用磁对于无限长直电流来说，上式中场信号引导车沿一定轨迹行走的优点q1=0，q2=p，则有主要体现在磁场信号具有很好的环境mIB=0适应性，不受光线、温度、湿度等环4pr境因素的影响。且磁感应强度方向为垂直纸面向里。于是，它的磁力线是在垂直于导图1直线电流磁场分布设计原理线的平面内以导线为轴的一系列同心根据电磁学，我们知道在导线圆，圆上的磁感应强度大小相同。中通入变化的电流(如按正弦规律变对于通有电流的弧形导线，根据化的电流)，则导线周围会产生变化毕奥-萨伐尔定律明显可以得出弧线的磁场，且磁场与电流的变化规律具内侧的磁感线密度大于弧线外侧的结有一致性。如果在此磁场中置一由线论。如果在通电直导线和弧形导线两圈组成的电感，则该电感上会产生感边的正上方竖直放置两个与电流方向应电动势，且该感应电动势的大小和一致的线圈如图2示，则两个线圈中图2直导线两侧的线圈通过线圈回路的磁通量的变化率成正会通过磁通量。48www.eepw.com.cn2009.11200911后.indd482009-10-2818:16:46导线中的电流按一定规律变化线对称的两个线圈的小车沿其直线行两个线圈处于导线的一侧时，两个线时，导线周围的磁场也将发生变化，驶，即两个线圈的位置关于导线对称圈中感应电动势也是不平衡的。距离则线圈中将感应出一定的电动势。根时，则两个线圈中感应出来的电动势导线较近的线圈中感应出的电动势大据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小应相同、且方向亦相同。若小车于距离导线较远的线圈。由此，可以的大小和通过导体回路的磁通量的变偏离直导线，即两个线圈关于导线不引导小车重新回到导线上。化率成正比：对称时，则通过两个线圈的磁通量是由于磁感线的闭合性和方向性，dΦ不一样的。这时，距离导线较近的线通过两线圈的磁通量的变化方向具有ε=−dt圈中感应出的电动势应大于距离导线一致性，即产生的感应电动势方向相感应电动势的方向可以用楞次较远的那个线圈中的。根据这两个不同，所以由以上分析，比较两个线圈定律来确定。由于本设计中导线中通对称的信号的差值，即可调整小车的中产生的感应电动势大小即可判断过的电流频率较低，为20kHz，且线方向，引导其沿直线行驶。小车相对于导线的位置，进而做出调圈较小，令线圈中心到导线的距离对于弧形导线，即路径的转弯整，引导小车大致循线行驶。为r，认为小范围内磁场分布是均匀处，由于弧线两侧的磁力线密度不的，则线圈中感应电动势可近似为：同，则当载有线圈的小车行驶至此处设计方案dΦkdi时，两边的线圈感应出的电动势是不本设计使用一普通玩具小车作ε=−=dtrdt同的。具体的就是，弧线内侧线圈的为车模，采用PWM信号驱动，当即线圈中感应电动势的大小正比感应电动势大于弧线外侧线圈的，据PWM信号脉宽处于(1ms,1.5ms)区间于电流的变化率，反比于线圈中心到此信号可以引导小车拐弯。时舵机控制小车向左行驶，脉宽处于导线的距离。其中k为与线圈摆放方另外，当小车驶离导线偏远致使(1.5ms,2ms)时小车向右行驶，脉宽约法、线圈面积和一些物理常量有关的为1.5ms时小车沿直线行驶。本方案一个量。具体的感应电动势须实际测使用两个10mH的电感置于车模头部定来