电磁组智能车竞赛路径检测方案：基于交变磁场的检测原理

"本文档提供了一种电磁组竞赛车模路径检测的设计方案，适用于第五届全国大学生智能汽车竞赛的电磁组比赛。赛车需通过检测由100mA交变电流导线产生的电磁场来识别赛道路径，并利用永磁铁确定起跑线。方案基于麦克斯韦电磁场理论，通过检测交变磁场的强度和方向来确定车模相对于导线的位置。采用了静态磁场检测方法，利用‘比奥-萨法尔定律’描述电流产生磁场的规律，以实现路径导航。" 在电磁组竞赛车模的设计中，路径检测是关键所在。这一设计主要依赖于对赛道中心线位置处导线产生的交变电磁场的自动识别。参赛队伍需要理解交变电流会在周围形成交变的电磁场，而这个电磁场的变化可以被用来定位赛车在赛道上的位置。智能汽车竞赛中使用的导航交流电流频率为20kHz，属于甚低频电磁波范畴。 根据麦克斯韦的理论，导线周围的电场和磁场按照特定规律分布。在本方案中，尽管电磁场辐射能量很小，但仍然可以通过检测其强度和方向来推算出距离导线的空间位置。这是因为，当导线长度远小于电磁波长时，电磁场辐射功率与导线长度的四次方成正比，这意味着赛车可以感应到微弱的电磁能量。 "比奥-萨法尔定律"是描述电流产生磁场的重要定律，它指出，电流元产生的磁感应强度与其大小成正比，与电流元与观测点之间的角度的正弦成正比，与两者之间的距离的平方成反比。这个定律为设计赛车的磁场传感器提供了理论基础，使得赛车能够根据检测到的磁场变化来调整行驶方向，沿着赛道的中心线前进。 在实际应用中，由于赛道的导航电线和车模尺寸远远小于电磁波的波长，因此可以将导线周围的磁场近似为静态磁场进行处理。这样，通过安装在车模上的磁场传感器，可以有效地检测并解析出赛车相对于导线的位置，从而实现精确的路径跟踪。 此外，起跑线位置的识别利用了永磁铁，这是另一个关键点。赛车上的磁性传感器可以感知到起跑线的标记，确保赛车在正确的位置启动，增加了比赛的准确性和公正性。 这份设计参考方案为参赛队伍提供了一个快速入门的路径检测方法，通过实际运行的微型车模验证了方案的可行性。通过学习和应用这些原理和技术，参赛队伍能够构建和调试自己的智能车模，以适应电磁组比赛的要求。