20.1-電磁桿原理講解 智能車競賽 STM32電磁循跡PID小車

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20.1-電磁桿原理講解

講解電磁循跡原理

紅外循跡賽道中間是黑色膠帶，視覺循跡賽道中間是特定顏色膠帶，而電磁循跡賽道中間是一根通這20khz正弦交流信號的銅線。

電磁桿要能供感知告訴現(xiàn)在相對銅線的位置，以便于小車完成循跡。

那么如何才能感應(yīng)到通有正弦交流信號的銅線位置那？ 我們使用電感，因為通有正弦交流信號的銅線會在周圍產(chǎn)生磁場，而電感里面的線圈在這樣的磁場下就會產(chǎn)生電壓電流( 電磁感應(yīng)定律 )，我們對這個電壓進(jìn)行放大和濾波，最后通過檢測這個電壓就可以判定小車在磁場中的相對位置。

使用LC諧振電路

電感的線圈會在磁場中獲得感應(yīng)電流，然后LC并聯(lián)諧振電路對感應(yīng)電動勢進(jìn)行 選頻 。
LC諧振電路的諧振頻率公式

并聯(lián)諧振電感的值為10 mH，并聯(lián)諧振電容的值為6.8 nF。L為諧振電感的電感值；C為并聯(lián)諧振電容的電容值。通過計算可得fC約為19.3 kHz。

這里增加示波器測量 LC的波形和只有電感的波形

這是原理圖和PCB中LC諧振電路的焊接位置

使用放大電路

我們采集到的電壓范圍為50mv-200mv之間，要讓單片機(jī)采集到的更加精確，我們選擇將其放大到伏特V的范圍。51單片機(jī)不超過5V，stm32不超過3.3V。簡單說就是將將信號放大點(diǎn)，我們用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)放大。

我們這里使用芯片是OPA2350UA

這是原理圖

關(guān)于運(yùn)放的原理和大概使用說明可以看工科男孫老師的教程 :[電子小白學(xué)不會運(yùn)放？一開始掌握這兩個用法就夠了！_嗶哩嗶哩_bilibili]
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使用檢波電路

使用二極管檢波電路將交變的電壓信號檢波形成直流信號，然后再通過單片機(jī)的 AD 采集獲得正比于感應(yīng)電壓幅值的數(shù)值。
使用兩個二極管進(jìn)行倍壓檢波，可以獲得正比于交流電壓信號峰峰值的直流信號。為了能夠獲得更大的動態(tài)范圍， 倍壓檢波電路中的二極管推薦使用開啟電壓較小的肖特基二極管。

我們使用BAT54S搭建檢波電路

具體原理和一些相關(guān)測試仿真可以從這篇文章學(xué)習(xí)[小信號SOT23封裝的肖特基二極管BAT54s_bat54s整流電路-CSDN博客]

最后信號輸出，通過我們的端口輸出，可以把單片機(jī)已經(jīng)設(shè)置好ADC功能的引腳接到電磁循跡的端口上。

參考這篇文章:[智能車：這是你要找的電磁桿嗎？_電磁桿電路-CSDN博客]
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這里給大家提供的一個運(yùn)放電路+檢波電路的整理原理圖

首先D 芯片里面兩個運(yùn)放，所以芯片D原理圖等效C部分，

A部分中使用了D芯片的一個運(yùn)放。

然后根據(jù)A部分的原理圖，整理就是B 部分，A部分和B部分是等效的，這樣結(jié)合運(yùn)放和檢波電路原理就非常容易理解了。

審核編輯 黃宇