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【摘 要】本文针对电磁循迹智能车问题，提出电磁信号检测方案，利用模糊控制原理，经过PID算法调节，实现了小车稳定的寻迹行进。
【关键词】传感器算法；电磁传感器；智能车
引言
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，可见其研究意义很大。智能车是一个具有环境感知、规划决策等能力的车辆，作为智能车模型车辆，同样具备了环境感知的功能。其中，利用电磁原理设计的智能车就是通过感知赛道中的磁场电场来做出相应的判断，从而自动改变车辆的运行方向。这种车的优点在于可以满足目前绿色节能环保的需求。同时市场上目前已有的电磁智能车产品，还存在许多的待解问题，例如路径检测不稳、行进速度较慢等等。为此，我们小组拟在解决以上问题的基础上，设计一款可在算法、稳定性、寻迹速度等综合指标较优的智能车。本小车采用电磁感应来进行识别赛道。
1.检测方案
1.1电磁原理
基于不同物理效应的磁测量传感器很多，要根据被检测磁场的性质和要求，使用不同的磁场传感器。感应线圈对磁场的变化灵敏度较高，同时也可根据被测磁场的形态和分布选定线圈形状和几何尺寸[1]。选用灵敏度更高的饯线圈作为识别信号的传感器。
本设计中导通过的电流频率为20kHz，且线圈较小。设线图中心到导线的距离为r，并认为小范围内磁场分布是均匀的。再根据图1所示的导线周围磁场分布规律，利用法拉利定律，线圈中图1无限长直电流r处磁感应强度感应电动势可近似为[2]图1为无限长直电流r处电磁感应强度
1.2传感器原理
我们对于电磁传感器的选择上，采用了TLV2463芯片运算放大模块，该芯片特点是轨对轨运放，单位增益频带宽提高，理论放大倍数提高，理论放大倍数提高=6.4MHz/20KHz=320
1.3传感器的数量与布局
本次第十二届全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛（NXP）对于装有电磁组别的车辆传感器数量限制为16个，其中不包括车辆底部用于检测起跑赛道的干簧管，所以我们决定把车辆的传感器数量定为四个，其布局定为一字型排开的四个10MH直插校正电容，左右各两个用于接收来自赛道的电磁信号。大致布局如下图2。
这样布局的好处就是可以便于处理从赛道上采集的电磁信号，四个电感会得到四个数据，对于信号进行处理并且显示在小车上的显示器，我们可以对于小车进行实时参数调整，从而更加容易的发现问题所在。
传感器的布局主要有一字型与八字型，一字型布局是传感器最常用的布局形式，即各个传感器都在一条直线上，从而保证纵向的一致性，使其控制策略主要集中在横向上。八字型布局是将中间的若干传感器前置，这样增加了纵向特性，能够早一点了解到车前方的道路情况。需要注意的是由于纵向的排列不一致，八字型比一字型增加了多传感器同时感应的可能性，因此，在决定控制策略时，必须要考虑这种情况，同时，我们也可以利用这种情况的发生来完成一些特定的判断，如确定弯道的角度等。[4]
2.控制方案
2.1传感器数据处理
我们通把左边两个传感器A和B和右边两个传感器C和D的电磁信号数据进行D/A转换后在分别进行加权平均，若AB的加权平均数大于CD的加权平均数，则说明赛道中心线在小车整体的左侧，则小車需要向右侧偏转来修正。再通过PID算法来进行连续的转向控制，从而使小车能够沿着赛道跑。
数据处理部分采用变参数的PD算法。软件设计初期，仅对最后送入舵机的转角采用了PD算法。相比仅简单利用压差计算转角，在小S弯道处赛车运行更连续、更加稳定。中期进行了改进，增加了前排传感器的压差值的PD运算，进一步提高了赛车的连续性。上述两次PD算法的参数由前排压差值及前排和后排的传感器压差得到的斜率而确定。[3]
2.2传感器信号采集与车速控制
我们设计了小车的直线加速与弯道减速的功能以便于更加高效地提高车速。大致过程如下流程图3。
3.评测结果
根据以上方案安置的传感器所采集的数据符合我们的要求，小车可以在直线上提速到2m/s，而在过一些小弯时速度会因为传感器信号变弱而降速，有的弯道因为过弯过快而传感器出现了信号中断而误判为直道的情况，我们将来的解决方案是将传感器板做长2～4cm，或或者将传感器数量从四个变为八个。
4.结论
一字形排开的四个工字电感传感器可以满足基本的电磁赛道信息的采集，但是由于传感器数量不多，限制了传感器采集的数据量，导致了容易出现误判赛道的情况，下次要解决这一问题就得增加传感器板的长度与传感器电感的数量。
参考文献：
[1]肖胜红，肖搌坤，边少锋，等.弱磁场检测方法与仪器研究[J].舰船电子工程，2006，26（4）：158-162.
[2][3]杨雪，高成恩，高攀，等.基于电磁场检测的寻迹智能车系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2011，11（12）：61-64.
[4]高月华.基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统设计[J].半导体光电，2009， 30（1）：134-137.
【关键词】传感器算法；电磁传感器；智能车
引言
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，可见其研究意义很大。智能车是一个具有环境感知、规划决策等能力的车辆，作为智能车模型车辆，同样具备了环境感知的功能。其中，利用电磁原理设计的智能车就是通过感知赛道中的磁场电场来做出相应的判断，从而自动改变车辆的运行方向。这种车的优点在于可以满足目前绿色节能环保的需求。同时市场上目前已有的电磁智能车产品，还存在许多的待解问题，例如路径检测不稳、行进速度较慢等等。为此，我们小组拟在解决以上问题的基础上，设计一款可在算法、稳定性、寻迹速度等综合指标较优的智能车。本小车采用电磁感应来进行识别赛道。
1.检测方案
1.1电磁原理
基于不同物理效应的磁测量传感器很多，要根据被检测磁场的性质和要求，使用不同的磁场传感器。感应线圈对磁场的变化灵敏度较高，同时也可根据被测磁场的形态和分布选定线圈形状和几何尺寸[1]。选用灵敏度更高的饯线圈作为识别信号的传感器。
本设计中导通过的电流频率为20kHz，且线圈较小。设线图中心到导线的距离为r，并认为小范围内磁场分布是均匀的。再根据图1所示的导线周围磁场分布规律，利用法拉利定律，线圈中图1无限长直电流r处磁感应强度感应电动势可近似为[2]图1为无限长直电流r处电磁感应强度
1.2传感器原理
我们对于电磁传感器的选择上，采用了TLV2463芯片运算放大模块，该芯片特点是轨对轨运放，单位增益频带宽提高，理论放大倍数提高，理论放大倍数提高=6.4MHz/20KHz=320
1.3传感器的数量与布局
本次第十二届全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛（NXP）对于装有电磁组别的车辆传感器数量限制为16个，其中不包括车辆底部用于检测起跑赛道的干簧管，所以我们决定把车辆的传感器数量定为四个，其布局定为一字型排开的四个10MH直插校正电容，左右各两个用于接收来自赛道的电磁信号。大致布局如下图2。
这样布局的好处就是可以便于处理从赛道上采集的电磁信号，四个电感会得到四个数据，对于信号进行处理并且显示在小车上的显示器，我们可以对于小车进行实时参数调整，从而更加容易的发现问题所在。
传感器的布局主要有一字型与八字型，一字型布局是传感器最常用的布局形式，即各个传感器都在一条直线上，从而保证纵向的一致性，使其控制策略主要集中在横向上。八字型布局是将中间的若干传感器前置，这样增加了纵向特性，能够早一点了解到车前方的道路情况。需要注意的是由于纵向的排列不一致，八字型比一字型增加了多传感器同时感应的可能性，因此，在决定控制策略时，必须要考虑这种情况，同时，我们也可以利用这种情况的发生来完成一些特定的判断，如确定弯道的角度等。[4]
2.控制方案
2.1传感器数据处理
我们通把左边两个传感器A和B和右边两个传感器C和D的电磁信号数据进行D/A转换后在分别进行加权平均，若AB的加权平均数大于CD的加权平均数，则说明赛道中心线在小车整体的左侧，则小車需要向右侧偏转来修正。再通过PID算法来进行连续的转向控制，从而使小车能够沿着赛道跑。
数据处理部分采用变参数的PD算法。软件设计初期，仅对最后送入舵机的转角采用了PD算法。相比仅简单利用压差计算转角，在小S弯道处赛车运行更连续、更加稳定。中期进行了改进，增加了前排传感器的压差值的PD运算，进一步提高了赛车的连续性。上述两次PD算法的参数由前排压差值及前排和后排的传感器压差得到的斜率而确定。[3]
2.2传感器信号采集与车速控制
我们设计了小车的直线加速与弯道减速的功能以便于更加高效地提高车速。大致过程如下流程图3。
3.评测结果
根据以上方案安置的传感器所采集的数据符合我们的要求，小车可以在直线上提速到2m/s，而在过一些小弯时速度会因为传感器信号变弱而降速，有的弯道因为过弯过快而传感器出现了信号中断而误判为直道的情况，我们将来的解决方案是将传感器板做长2～4cm，或或者将传感器数量从四个变为八个。
4.结论
一字形排开的四个工字电感传感器可以满足基本的电磁赛道信息的采集，但是由于传感器数量不多，限制了传感器采集的数据量，导致了容易出现误判赛道的情况，下次要解决这一问题就得增加传感器板的长度与传感器电感的数量。
参考文献：
[1]肖胜红，肖搌坤，边少锋，等.弱磁场检测方法与仪器研究[J].舰船电子工程，2006，26（4）：158-162.
[2][3]杨雪，高成恩，高攀，等.基于电磁场检测的寻迹智能车系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2011，11（12）：61-64.
[4]高月华.基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统设计[J].半导体光电，2009， 30（1）：134-137.