飞思卡尔杯6.ppt

智能汽车竞赛电磁组背景
电磁组传感器及路径检测设计参考方案
车模整体控制策略
电磁组竞赛车模需要能够自行检测到赛道中心线下漆包线中100mA、20kHz的交变电流产生的磁场来导引车模沿着赛道行驶,通过检测放置永磁铁的起跑线来准确停车。
参赛选手需要自行设计合适的电磁传感器和布局算法来检测赛道信息完成智能循迹功能。
智能汽车竞赛电磁组背景
电磁组传感器及路径检测设计参考方案
竞赛赛道中心线下通有100mA、20kHz交变电流的漆包线,因此需要通过检测导线周围所产生的电磁场来确定道路与车模的相对位置。
测量磁场大小的方法,按物质与磁场之间的各种物理效应可分为磁电效应(电磁感应、霍尔效应、磁致电阻效应)、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等。
根据磁场原理推导的公式可以计算赛道的磁场强度。
把赛道看作无限长直导线,在距离导线10cm处的磁场强度为:
对于霍尔传感器,其器件灵敏度低,应用到车模上需紧贴地面,精度大大降低,且器件不好选择。对于磁阻传感器,其外围电路往往比较复杂,需要仪表放大器和置位复位电路,且价格不菲。对于感应线圈传感器,其测量范围广、抗干扰能力强。理论上只要加上合适的谐振电路和放大电路就能筛选出特定频段的信号并进行放大。
传感器模块设计
电磁传感器以线圈最为合适。
工字电感结构示意图
选用10mH电感作为检测传感器。这类电感体积小,Q值高,具有开放的磁芯,可以感应周围交变的磁场。
使用电感线圈可以感应周围的交变磁场,生成感应电动势,该感应电动势信号比较弱,感应电压只能达到百毫伏级,同时由于周围空间存在很多强弱、频率不同的磁场,噪声较大。
采用LC选频网络对信号进行选频放大,这样既去除了噪声的干扰,同时还将微小的有效信号进行了选频放大。
LC谐振电路图
L为感应线圈的电感量,C为并联谐振电路的电容
f=20kHz
L=10mH
通过LC谐振电路后得到的原始信号
LMV358引脚排列分布图
LMV358内部包括两个独立的、高增益的、内部频率补偿的双运算放大器.
在单电源供电下,~,共模电压输入范围为-~,可以低于0,单位增益带宽为1MHz。
LMV358放大检波电路图
信号滤波
为了使采样得到的数据更准确,必须对采样数据进行筛选、滤波,去掉误差较大的数据。一般常用的方法有中值滤波和均值滤波。
实际比赛中,可以采用中值滤波与均值滤波结合的复合滤波方式。
uint16 hw_ad_ave(int MoudelNumber,int Channel,uint8 accuracy,uint8 N) //均值滤波
{
uint32 tmp = 0;
uint8 i;
for(i = 0; i < N; i++)
tmp += hw_ad_mid(MoudelNumber,Channel,accuracy);
tmp = tmp / N;
return (uint16)tmp;
}