电轨组路径检测参考方案题库.doc

电轨组路径检测参考方案 智能车竞赛秘书处 一、 在第十一届全国大学生智能车竞赛中的电轨组B4）以及创意类的节能创意组要求车模识别赛道中铺设的铝膜胶带并沿着赛道相对于和摄像头电轨组赛道识别不受环境，容易选择比赛场地。 铺设的，一方面能够作为赛车寻道的标志线，另一方面可以为创意节能组从铝膜中驱动车模运行。精确赛道上铝膜胶带的位置是车模的关键。本文一种基于电磁感应的金属铝膜检测方案，能够导引车模赛道上正常运行。 中的铝膜铺设是采用通用的铝膜胶带铺设，如下图所示： 图 1 电轨组赛道结构 （摘自竞赛细则图 详细的铺设要求请参见竞赛细则中的叙述。 、金属检测综述 铝膜胶带的颜色是银色，与赛道表面的颜色相近所以使用的摄像头检测铝膜胶带的位置。利用金属特性，可以采用金属检测的方法检测铝膜的位置。 可以根据金属的不同特性分为以下几种： 1利用金属的导电特性利用触碰到铝膜，通过之间是否导电获得金属是否位于电极下面。由于需要接触铝膜，对于车模运行会产生一定的阻力所以该方式适合用于车模竞赛中。 2）利用金属交变磁场感应涡流的特性：这种检测方式应用比较广泛。从过程中所使用的手持金属探测仪中涡流距离传感器都是使用的类似的原理。 交变电流（频率小于一定数值）线圈靠近金属物体的时候，线圈周围的交变磁场会在金属物体中感应出涡流。涡流所产生二次磁场叠加在原来磁场中则会改变原有线圈中的感应电动势，进而可以等效改变原线圈的电抗。如下所示 图 2扁平线圈在导电板中感应 线圈的电抗改变的大小与线圈的形状、振荡频率、线圈与金属相对位置以及金属的电导率、有关系。如果线圈形状、振荡频率以及金属种类都确定的情况下，线圈电抗的变化则能够反映线圈与金属之间的相对位置。线圈电抗改变的方法谐振。将放在正弦波振荡电路的谐振回路中，当的电抗改变，则谐振电路的频率会随之改变通过信号的频率变化反映出线圈的电抗的变化进而可以检测线圈与金属之间的相对位置。 与金属之间的相对位置主要包括距离和重合面积。一个线圈与金属平板之间相对位置如果距离不变，则相对位置主要线圈与金属平板之间的重合距离了。本文所的参考方案就是利用这个特点来测量线圈与金属之间的相对重合距离，进而反映了车模与赛道的偏移量。 图 3 矩形线圈之间测相对位置3）利用金属板极之间的电容效应。 的是利用金属极板之间电容效应位移传感器。两个金属极板的电容如下公式表示： 图 4 横向错位时电容位移传感器 其中：； 极板之间材料的相对介电常数； 基板有效重叠面积； 基之间的距离 如果极板的形状，不变，电容与两个错位位移。 在竞赛赛道上，没有的参考电极利用上述原理检测极板距离的时双进行检测。如下图所示 图 5 利用电容效应检测 两个极板中，一个是参考极板，它位于铝膜的上方；另外一个是感应极板，它与铝膜重叠面积与位置偏移量有关系。在之间施加交变电压，可以将两个极板与底层铝膜之间形成的电容看成串联的关系。、分别表示感应极板和参考极板与铝膜之间形成的电容。其中感应极板的偏移量有关系；参考极板的电容由于参考始终在铝膜上方，所以它的容值基本不变。总的为： 总的电容容量反映了感应极板的相对偏移距离。可以通过电路的方式检测电容的变化，进而可以得到感应的偏移量。在实际的赛道，之间有的间距，不是一整块导体这使得参考电极对应的电容也会发生变化，进而会影响测量的精度。 三种形式，采用非接触型涡流感应方式比较适合竞赛的应用。下面具体的实现电路和安装方式。、 利用感应涡流的原理，检测线圈电感量的变化，从而线圈与铝膜之间的相对位置。的电路的方式有很多种。下面基于电容三点电路的检测方式。本身既是检测，同时又信号检测电路所以比较简单。详细如下图所示： 图 6 金属检测电路 上面电路包括两部分。第一部分是PNP三极管T1为核心的振荡电路第二部分是利用LM311比较器获得频率脉冲信号。该脉冲信号单片机的定时器进行频率测量。 既为检测线圈。它与振荡电路的谐振回路。，上面振荡电路的形式可以化标准形式。 图 7 振荡电路的 标准的电容三点式振荡电路T1的对地之间一个的旁路电容方便振荡电路起振。通过发现，不连接该电容，在集电极（标志）的输出信号幅度所以上述电路中没有该电容。使用PNP组成振荡电路的目的是能够与后级比较器电路能够直接相连。 采用的矩形的线圈。电感参数经过测量后约为在电路参数下频率约为。 是该电路的测试电路。 图 8 振荡电路的测试电路 在电路的（和（处的信号波形如下图所示： 图 9 电路中点的信号波形 左边是的波形位置的波形 输出的数字信号可以直接输入到单片机的计数器接口进行脉冲频率的测量。作为计数器的时钟信号单片机在相同周期内计数器数值并对其清零。正比于脉冲频率。如下图所示： 10 利用计数器测量脉冲频率 电路中电阻R7上接+5V还是V电压