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基于電磁場檢測的尋跡智能車系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2012-03-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:介紹車競賽中組的思路,論述了變參數(shù)的PD算法的信號處理方法;分析了傳感器布局對轉(zhuǎn)角的影響,提出直接采集交流信號的尋跡方案,并驗證了該方案的效果。實驗表明:該處理方法實現(xiàn)簡單,能夠比較精準(zhǔn)、快速地跟蹤通電導(dǎo)線的軌道。
關(guān)鍵詞:磁場;車;傳感器;PD算法

1 原理
1.1 磁場理論
根據(jù)麥克斯韋場理論,交變電流會在周圍產(chǎn)生交變的場。車競賽使用路徑導(dǎo)航的交流電流頻率為20 kHz,產(chǎn)生的電磁波屬于甚低頻(VLF)電磁波。交變磁場分析復(fù)雜,并且賽道導(dǎo)航電線和小車尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電磁波的波長,電磁場輻射能量很小,能夠感應(yīng)到電磁波的能量也非常小。所以可將導(dǎo)線周圍變化的磁場近似地看作緩變的磁場,按靜態(tài)磁場的方法獲取導(dǎo)線周圍的磁場分布,進(jìn)行位置。
由畢奧一薩伐爾定律可知,通有穩(wěn)恒電流I、長度為L的直導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生磁場,距離導(dǎo)線距離為r處的磁感應(yīng)強度為:
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本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/177754.htm

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1.2 尋跡原理
不同物理效應(yīng)的磁測量傳感器很多,要根據(jù)被磁場的性質(zhì)和要求,使用不同的磁場傳感器。感應(yīng)線圈對磁場的變化靈敏度較高,同時也可根據(jù)被測磁場的形態(tài)和分布選定線圈形狀和幾何尺寸。選用靈敏度更高的線圈作為識別信號的傳感器。
中導(dǎo)線通過的電流頻率為20 kHz,且線圈較小。設(shè)線圈中心到導(dǎo)線的距離為r,并認(rèn)為小范圍內(nèi)磁場分布是均勻的。再根據(jù)圖1所示的導(dǎo)線周圍磁場分布規(guī)律,利用法拉利定律,線圈中感應(yīng)電動勢可近似為:
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即線圈中感應(yīng)電動勢的大小正比于電流的變化率,反比于線圈中心到導(dǎo)線的距離。故導(dǎo)線左右兩端傳感器的電壓值可表示為:
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式中,(l1+l2)為定值,計算出的pos值為以傳感器軸中心為坐標(biāo)原點的賽道位置值。

2 磁導(dǎo)航智能車
磁導(dǎo)航智能車主要分為主控模塊、路徑信息采集模塊、電機驅(qū)動模塊和電源模塊等。磁導(dǎo)航智能車結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

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磁場環(huán)境為埋設(shè)在跑道中通過20kHz、100 mA交變電流的導(dǎo)線產(chǎn)生的交變磁場。

3 賽車布局分析及硬件電路
3.1 傳感器布局
根據(jù)感應(yīng)線圈安放位置的不同,可將感應(yīng)方向分解為各分量。如圖3所示,當(dāng)線圈為水平安置時,線圈中檢測到的主要是水平方向的磁場分量;線圈為垂直安置時,線圈中檢測到的主要是垂直方向的磁場分量。通過對不同方向磁場分量的檢測,可以獲得磁場的強度和方向。

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