电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案[竞赛秘书处2022-1版本1.0]汇编.pdf

"电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案" 本文档提供了一种电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案，旨在帮助初次参加比赛的队伍快速设计和制作自己的车模。该方案基于麦克斯韦电磁场理论，利用交变磁场来检测赛道中心线位置。 电磁场原理 电磁组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100mA 交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。 磁场检测方法 人类对于磁场的认识和检测起源很早，可以通过天然磁铁来感知地球磁场的方向，发明了指南针。现在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、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。 在本设计中，我们选取了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、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。 检测方法 通电导线周围的磁场是一个矢量场。如果在通电直导线两边的周围竖直放置两个轴线相互垂直并位于与导线相垂直平面内的线圈，则可以感应磁场向量的两个垂直分量，进而可以获得磁场的强度和方向。 根据法拉第定律，线圈磁场传感器的内部感应电压E 与磁场(B)的关系有：0( )( )()rdB tdtENAdtdtμ μΦ=×= -感应电动势的方向可以用楞次定律来确定。由于本设计中导线中通过的电流频率较低，为20kHz，且线圈较小，令线圈中心到导线的距离为r，认为小范围内磁场分布是均匀的。 设计方案 本设计方案基于电磁感应线圈的检测方法，使用两个轴线相互垂直的线圈来检测磁场向量的两个垂直分量。根据图3所示的导线周围磁场分布规律，则线圈中感应电动势可近似为：( )dtk dIKEdtr dtrΦ= -== 本设计方案提供了一种简便的交变磁场的检测方案，旨在帮助初次参加比赛的队伍快速设计和制作自己的车模。