电磁组竞赛车模.pdf

电磁组竞赛车模 路径检测设计参考方案 （竞赛秘书处 2010-1，版本 1.1） 一、 前言 第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。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 100mA 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。具体要 求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。 本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛 的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。本方案通过微型 车模实际运行，证明了它的可行性。微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。 二、设计原理 1、导线周围的电磁场 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。甚低频频率范围处于工频和低频中间，为3kHz～30kHz，波长为 100km～ 10km。如下图所示： 图 1：电流周围的电磁场示意图 导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度 和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。 由于赛道导航电线和小车尺寸l 远远小于电磁波的波长λ，电磁场辐射能量 很小（如果天线的长度l 远小于电磁波长，在施加交变电压后，电磁波辐射功率 正比于天线长度的四次方），所以能够感应到电磁波的能量非常小。为此，我们 将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围 的磁场分布，从而进行位置检测。 描述电流产生磁场的规律可由“比奥-萨法尔定律”给出： 任一电流元Idl ( dl 的方向即其电流流动的方向)在空间某点处产生的磁感 dB Idl dl θ 应强度 的大小与 的大小成正比，与 和电流元到场点P 和失径r 之间的 的正弦成正比，与失径长度的平方成反比：即： Idl sinθ dB k 2 r μ0 k 上式中比例系数 与单位的选择有关系，在国际制中k ，μ 称为真空 0 4π 磁导率。 −7 亨/米。 μ 12.53=×10 0 μ0 Idl ×r 若用矢量表示则为：dB ，如下图所示： 3 4π r 对于任意形状的电流所产生的磁场等于各段电流元在该点所产生的磁场的