上海电力学院电自二队技术报告
大于20KHz，输出功率大于2W，在制作时需要注意电路的散热。
4.1.3 恒流控制
恒流电路控制输出电流在 100mA 左右稳定，不随着电源的变化而发生波动。根据比赛规则的要求，恒流输出控制不需要特别的精确。一般要求不高的情况下可以使用限流电阻控制电流的稳定，也可以利用晶体管的在放大区集电极的恒流特性进行控制。 4.1.4 电源
电源部分提供电路中所需要的各种低压稳压电源。保证信号振荡电路和恒流控制电路的稳定性。可以使用一般串联稳压集成电路实现 4.1.5 整个方案的确立
振荡电路选择基于555芯片方案，由于需要对频率进行改变，在使用单片机方案时，须利用电脑改变参数。而基于555芯片的方案只需要改变电阻的大小即可，方便可行。
功率输出电路选择L298方案，集成电路的可靠性更高，并且减少设备体积，轻便可行。
恒流输出电路对于电流值的大小没有过高的要求，选择线路最简易的串联电阻方法。 4.1.6 实物图以及波形
图2 整个信号源电路图
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图3 信号源实物图 图5 负载波形
图4 空载波形
由上图可看出，空载的波形良好，该波形为两个矩形波的反响错位叠加，所以在0V跳变点有延时。负载后的波形在跃变点波形会振荡，分析后认为是负载的非纯电阻性所造成的，所占比例小，在要求的范围内。 4.1.7 调试
电源设计完制作完毕后需要进行如下的调试：
1、输出电流调试：
电源安装完毕后可以外接 10-100 欧姆的负载进行调整输出电流。可以直接使用示波器测量阻性负载的外加电压的峰峰值，再除以电阻的阻值，便可以得到输出电流的数值。也可以在电路的功率输出桥下外接一个直流毫安表来显示输出电流的大小。
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2、输出频率调试：
可使用的示波器或者具有频率测量的万用表测量输出电压的频率。外接10 欧姆的负载进行测量负载上电压的频率。
调节频率设定电位器使得电源频率输出在 20±2kHz。
调试完毕后，使得电源在负载10 欧姆之下连续工作1 个小时，电源输出的电流、频率都不会漂移出要求的范围。
4.2 路径检测模块
4.2.1 电磁场检测原理
根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。在载流导线内通的交流电流频率为20kHz，大小为100mA左右。通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置。根据电磁学的知识，载流导线周围充满了交变的的磁场，在当中放置一个电感线圈，电磁感应会使线圈内产生交变的电流。在导线位置和导线中电流既定的条件下，线圈中感应电流(或者电压)是空间位置的函数。
小车行走的轨迹可以分成直道、大弯、小弯和交叉弯道。为了方便后述说明，建立下图所示空间直角坐标系。小车车体坐标系中，定义小车前进的方向为Y轴正向，顺着Y轴的右手边为X轴的正向，Z轴指向小车正上方。水平线圈是指轴线平行于Z轴的电感线圈，垂直线圈是指轴线平行于X轴的线圈，通过分析 可知，
图5 车体坐标系
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图6 导线周围的感应电磁场
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轴线平行于Y轴的线圈所感应到的电动势远小于上述两类线圈。
导线中通过的电流频率较低，为20kHz，且线圈较小，令线圈中心到导线的距离为r ，认为小范围内磁场分布是均匀的，则线圈中感应电动势可近似为：
E??
d?(t)kdIK???(1)dtrdtr即线圈中感应电动势的大小正比于电流的变化率，反比于线圈中心到导线的距离。其中常量K 为与线圈摆放方法、线圈面积和一些物理常量有关的一个量，具体的感应电动势常量须实际测定来确定。
由于电感线圈可以用来敏感磁场，根据上述检测到的电压与距离的关系可以得出小车与轨迹中心线的距离，可以用以下几种传感器布局方案来检测磁场得出小车的实时位置。
4.2.2 传感器布局
如果只使用一个电感线圈作为传感器，感应电动势E 是位置x 的偶函数，只能够反映到水平位置的绝对值x 的大小，无法分辨左右。因此，必须使用两个或者两个以上的线圈作为传感器进行检测。
在我们最终的方案中，采用的是5个电感线圈的检测方案。 其模型如图：
图7 5个电感线圈模型图
由上图可以看出，共用了5个电感线圈，分别为A、B、C、D、E，且线圈A、B、C
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与水平线成一定夹角，D、E线圈与小车运动方向成一定夹角。
假设在车模前方安装两个水平的线圈A和B。这两个线圈的间隔为L，线圈的高度为h。左边线圈的坐标为（x,h,z），右边的线圈的位置(x-L,h,z)。由于磁场分布是以z轴为中心的同心圆，所以在计算磁场强度的时候仅仅考虑坐标(x,y)。由于线圈的轴线是水平的，所以感应电动势反映了磁场的水平分量。根据公式(1)可以知道感应电动势大小与
h成正比。 22h?x假设h = 6cm, 要求小车在距离跑道中心线左右15cm范围内运动，即x∈(?15,+15)cm，两个传感器水平距离为20cm，计算两个电感线圈的感应电动势的差值
Ed?hh??(2)2222h?(x?10)h?(x?10)
下图为用MATLAB做出来的的曲线图，该曲线代表Ed的变化趋势。
0.2
0.15
0.1 0.05
0 -0.05
-0.1
-0.15
-0.2 -15-10-5051015
图8 Ed的拟合曲线图
可见，当小车位于导线正上方时，两边电势差为零；当小车的左边线圈或者右边线圈位于导线正上方时，两边的差值最大，且在（-10,10）cm之间，差值呈线性，即电动势差值Ed 与位移x 是一个单调函数。因此可以使用这个量对于小车转向进行负反馈控制，从而保证两个线圈的中心位置跟踪轨迹的中心线。 由于两个线圈的电势差值成线性的斜率没办法直接获得，只能通过实验测得数
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