第八届CUIT电磁智能车比赛参赛学习总结 Part1:工字电感+LMV358型电磁杆

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Part1：认识电感
- 工字电感的组成：工字电感线圈一般由工字形磁芯骨架跟漆包铜线及一些辅料组成的电磁感应元件，它主要是在工字骨架的槽内绕上线圈，线圈的二个头接到引脚上，镀上锡保证线圈的二个引脚焊接良好，外面再包上保护套管就形成了一个工字电感。Ps：工字电感本身含有磁芯
- 在小车中运用：感应赛道交变磁场，产生感应电动势，后续电路通过对感应电动势进行一些列的选频、放大、检波，得到稳定信号并输入到单片机对赛道信息进行识别，对电机发出加减速、舵机直行拐弯的指令。
Part2：电感分布问题分析
- 基本的分布认知
  - 电感水平左右放置，漆包线与电感垂直的时候产生的感应电流最大，在赛道上从左至右移动电感，电感上面感应电流应该是先逐渐变大，再逐渐变小。Ps：目前个人理解是由于工字电感自身带磁场，而由引导线产生的磁场方向是一致的（在工字电感的头尾俩侧而言）就会导致工字电感两侧的磁场被抵消，而工字电感两侧有距离会导致抵消程度不一样，故在引导线电流变化的情况下，电感的磁通量也会发生改变产生感应电动势。如果理解有误，希望大佬斧正。
  - 电感安装时要注意相邻两个电感切忌安装过近，至少要有两厘米的距离，否则会产生互感现象，具体现象就是过十字的时候车身会产生振动，严重的会导致十字直接冲出赛道。
- 深入的探究分析
  - 一.双水平电感排布方案：将水平两端电感对称放置时，此时小车也应该处于赛道电磁线中心位置，左右两边电感正常情况下应相差不大，即差不多相等。即在直道行驶时可以保持良好的采集数据获取，通过计算分析两端电感数值，就可以判断出小车与赛道中心线的偏离方向及偏差量，从而做出相应的方向控制。但双电感排布也有弊端，如在弯道情况下，不能很好地采集到数据，没有办法精确地计算出偏差量，只能大致从数值中推测出小车的偏移方向。
  - 二.八字形电感排布方案八字形电感排布同样也可以跟双水平电感一样，在直道行驶时保持良好的采集数据获取，通过计算分析两端电感数值，判断出小车与赛道中心线的偏离方向及偏差量，从而做出相应的方向控制并且在弯道情况下，与赛道电磁线呈很好的角度，获取赛道信息更精确。
  - 三.双T形电感排布方案这种方案结合了两者优点，能够充分捕捉赛道上信息，通过采集每个电感的数值，加以合理处理，便可以解算出电磁车所在的赛道位置，能够很好的控制电磁车在赛道上行驶。除了上图所示排布方案，也可以使用下图的排布，道理皆一样。
  - 最后一种：这种方案结合了两者优点，能够充分捕捉赛道上信息，通过采集每个电感的数值，加以合理处理，便可以解算出电磁车所在的赛道位置，能够很好的控制电磁车在赛道上行驶。除了上图所示排布方案，也可以使用下图的排布，道理皆一样。
Part3：对电感的运算放大
- 运放的选择
  - 评价集成运放性能的优劣,应看其综合性能。SR为转换率,单位为V/ms,其值越大,表明运放的交流特性越好;Iib为运放的输入偏置电流,单位是nA;VOS为输入失调电压,单位是mV。Iib和VOS值越小,表明运放的直流特性越好。所以,对于放大音频、视频等交流信号的电路,选SR(转换速率)大的运放比较合适;对于处理微弱的直流信号的电路,选用精度比较的高的运放比较合适(既失调电流、失调电压及温飘均比较小)。在没有特殊要求的场合,尽量选用通用型集成运放,这样既可降低成本,又容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时,尽可能选用多运放集成电路,例如LM324、LF347等都是将四个运放封装在一起的集成电路。在智能车比赛中，如果是初期验证方案或校赛，应使用LM324、LM358等通用型集成运放，单价在0.5-1元左右，经济实惠，好用不贵；后期完善可使用OPA2350、OPA4377等精密型运放，单价在6-15元不等
- 仿真图示：
  - 用的Multisim仿真，频率20KHz，振幅1.1V，偏置0V模拟实际环境结果能达到2.5V多的最大输出。
- 电磁杆硬件设计设计
  - 前一个参考了网上的，但板子做有问题，非常不稳定（可能是我的焊接问题，一直不能解决）后面参考了学长的的电源的电阻方案后解决了，后图为参考学长做的。最后的板子也有一些不足之处用于的固定的挖槽有点大了M3的螺丝有点固定不了，只有两个定位也有点不稳。同时在实际的使用过程中，突然不知道什么原因，才回来的AD值非常的不稳定，最后是在R5（对我自己的图而言）后加了一个电容滤波解决的。
综上选择方案：水平加八字+LM358
- 其中水平的两个电感我们选择放在里面，内八字放在电磁杆外侧。理由如下：对水平电感而言主要检测的是直道，将其放在电磁杆的内部能够对直道的电磁场更灵敏。而对内八字而言，将其放在外侧在进入弯道时能有更长的反应时间，方便在高速状态下，有更好的响应（在电磁杠进入弯道时如果内八放在内部，在速度比较快的情况下，小车可能就直接冲出去了，因为在有些转弯半径不是很大的弯道，内八字的电感响应的数值变化很快，软件可能在未加判断的情况下可能会直接冲出）。实际的测试中，且我们的电磁杆架得比较长得情况下能够完整完成所有非特殊弯道。而对中间电感而言，经过实际得测试三叉以及十字还有环岛都可以以该电感的变化来直接判断或辅助判读。
下一期为本应为主控板的分析，但我误删了文件。能直接进入软件部分了。
资料来源
- 学做智能车--电磁探究篇 - 古月居 (guyuehome.com)
- (65条消息) 智能车比赛电感运放学习及调试笔记_智能车前瞻使用几个电感_gdou.linkk的博客-CSDN博客

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