20.1-电磁杆原理讲解 智能车竞赛 STM32电磁循迹PID小车

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20.1-电磁杆原理讲解

讲解电磁循迹原理

红外循迹赛道中间是黑色胶带，视觉循迹赛道中间是特定颜色胶带，而电磁循迹赛道中间是一根通这20khz正弦交流信号的铜线。

电磁杆要能供感知告诉现在相对铜线的位置，以便于小车完成循迹。

那么如何才能感应到通有正弦交流信号的铜线位置那？ 我们使用电感，因为通有正弦交流信号的铜线会在周围产生磁场，而电感里面的线圈在这样的磁场下就会产生电压电流( 电磁感应定律 )，我们对这个电压进行放大和滤波，最后通过检测这个电压就可以判定小车在磁场中的相对位置。

使用LC谐振电路

电感的线圈会在磁场中获得感应电流，然后LC并联谐振电路对感应电动势进行 选频 。
LC谐振电路的谐振频率公式

并联谐振电感的值为10 mH，并联谐振电容的值为6.8 nF。L为谐振电感的电感值；C为并联谐振电容的电容值。通过计算可得fC约为19.3 kHz。

这里增加示波器测量 LC的波形和只有电感的波形

这是原理图和PCB中LC谐振电路的焊接位置

使用放大电路

我们采集到的电压范围为50mv-200mv之间，要让单片机采集到的更加精确，我们选择将其放大到伏特V的范围。51单片机不超过5V，stm32不超过3.3V。简单说就是将将信号放大点，我们用运放实现放大。

我们这里使用芯片是OPA2350UA

这是原理图

关于运放的原理和大概使用说明可以看工科男孙老师的教程 :[电子小白学不会运放？一开始掌握这两个用法就够了！_哔哩哔哩_bilibili]
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使用检波电路

使用二极管检波电路将交变的电压信号检波形成直流信号，然后再通过单片机的 AD 采集获得正比于感应电压幅值的数值。
使用两个二极管进行倍压检波，可以获得正比于交流电压信号峰峰值的直流信号。为了能够获得更大的动态范围， 倍压检波电路中的二极管推荐使用开启电压较小的肖特基二极管。

我们使用BAT54S搭建检波电路

具体原理和一些相关测试仿真可以从这篇文章学习[小信号SOT23封装的肖特基二极管BAT54s_bat54s整流电路-CSDN博客]

最后信号输出，通过我们的端口输出，可以把单片机已经设置好ADC功能的引脚接到电磁循迹的端口上。

参考这篇文章:[智能车：这是你要找的电磁杆吗？_电磁杆电路-CSDN博客]
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这里给大家提供的一个运放电路+检波电路的整理原理图

首先D 芯片里面两个运放，所以芯片D原理图等效C部分，

A部分中使用了D芯片的一个运放。

然后根据A部分的原理图，整理就是B 部分，A部分和B部分是等效的，这样结合运放和检波电路原理就非常容易理解了。

审核编辑 黄宇