中国矿业大学机电1队技术报告.docx
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中国矿业大学机电1队技术报告
第六届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
学校：
中国矿业大学
队伍名称：
机电一队
参赛队员：
马同
杨熙
盛超
带队老师：
张有忠
王洪欣
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车
邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：
参赛作
品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可
以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以
及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组
委会出版论文集中。
参赛队员签名:
带队教师签名：
日期：
1绪论
现在半导体在汽车中的应用原来越普及，汽车的电子化已成为行业发展的必然趋势。
它包括了汽车电子控制装置，即通过电子装置控制汽车发动机、底盘、车身、制动防抱死及动力转向系统等，到车载汽车电子装置，即汽车信息娱乐系统、导航系统、汽车音响及车载通信系统等等，几乎涵盖了汽车的所有系统。
汽车电子的迅猛发展必将满足人们逐步增长的对于安全、节能、环保以及智能化和信息化的需求。
作为全球最大的汽车电子半导体供应商，飞思卡尔公司一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。
飞思卡尔公司在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的认可和信任。
其中在8位、16位及32位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一。
飞思卡尔公司生产的S12是一个非常成功的芯片系列，在全球以及中国范围内被广泛应用于各种汽车电子应用中。
例如引擎管理、安全气囊、车身电子、汽车网络和资讯娱乐等。
1.1背景介绍
为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托（教高司函[2005]201号文），由教育部高等自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。
该竞赛以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。
该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。
该竞赛由竞赛秘书处为各参赛队提供/购置规定范围内的标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。
该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。
该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，保证竞赛向健康、普及，持续的方向发展。
该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，得到了教育部相关领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区近300所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。
2008年起被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目中科技人文竞赛之一（教高函[2007]30号文）。
全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国有自动化专业的高等学校（包括港、澳地区的高校）参赛。
竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全国总决赛。
每届比赛根据参赛队伍和队员情况，分别设立光电组、摄像头组、创意组等多个赛题组别。
每个学校可以根据竞赛规则选报不同组别的参赛队伍。
全国大学生智能汽车竞赛组织运行模式贯彻“政府倡导、专家主办、学生主体、社会参与”的16字方针，充分调动各方面参与的积极性。
全国大学生智能汽车竞赛一般在每年的10月份公布次年竞赛的题目和组织方式，并开始接受报名，次年的3月份进行相关技术培训，7月份进行分赛区竞赛，8月份进行全国总决赛。
参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国总决赛的场地比赛。
参赛队伍的名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术报告、制作工程质量评分为辅来决定。
大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。
车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路径检测的属于电磁组；车模通过采集赛道图像（一维、二维）进行路径检测的属于摄像头组；车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路径检测的属于光电组。
竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分赛区预赛以及全国总决赛，在实际可操作性基础上力求公正与公平。
1.2比赛规则
1.2.1器材限制规定
1）.须采用统一指定的车模。
本届比赛指定采用两种车模：
2）型车模：
广东博思公司提供。
限定电磁组比赛使用。
2）型车模：
北京科宇通博科技有限公司提供。
限定光电组、摄像头组使用。
细节及改动限制见附件一。
3）须采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位处理器（单核）作为唯一的微控制器。
有关细节及其它电子器件使用的限制见附件二；
4）参加电磁赛题组不允许使用传感器获取道路的光学信息进行路径检测
参加光电赛题组中不允许传感器获取道路图像信息进行路径检测。
；参加摄像头赛题组可以使用光电管作为辅助检测手段
5）其他事项如果损毁车模中禁止改动的部件，需要使用相同型号的部件替换；车模改装完毕后，尺寸不能超过：
250mm宽和400mm长。
6）赛道基本参数（不包括拐弯点数、位置以及整体布局）见附件三；
比赛赛道实际布局将在比赛当日揭示，在赛场内将安排采用制作实际赛道的材料所做的测试赛道供参赛队进行现场调试；
1.2.2决赛规则
参加决赛队伍按照预赛成绩进行排序，比赛顺序按照预赛成绩的倒序进行。
决赛的比赛场地使用一个赛道。
决赛赛道与预赛赛道形状不同，占地面积增大，赛道长度增加。
每支决赛队伍只有一次比赛机会，在跑道上跑一圈，比赛过程与要求同预赛阶段。
计时由电子计时器完成并实时显示。
赛成绩不记入决赛成绩，只决定决赛比赛顺序。
没有参加决赛阶段比赛的队伍，预赛成绩为最终成绩，参加该赛题组的排名。
比赛过程规则按照比赛顺序，裁判员指挥参赛队伍顺序进入场地比赛。
同一时刻，一个场地上只有一支队伍进行比赛。
在裁判员点名后，每队指定一名队员持赛车进入比赛场地。
参赛选手有60秒的现场准备时间。
准备好后，裁判员宣布比赛开始，选手将赛车放置在起跑区，赛车应在起跑区静止两秒钟以上，然后自动出发。
赛车应该在30秒之内离开出发区，沿着赛道跑完一圈。
由计时起始线两边传感器进行自动计时。
赛车跑完一圈且自动停止后，选手拿起赛车离开场地，将赛车放回指定区域。
1.3研究内容
本文研究的是电磁导引智能车，主要包括电磁导引信号获取、起止线检测、控制算法三方面，此外，未使智能车拥有更好的性能还对车模进行了一些调整。
1.3.1电磁引导信号选取
本设计中电磁信号获取包括了两部分：
1）探头部分本设计中使用工字型电感作为探头，利用它开放的磁芯作为感知交变磁场的媒介，为加强其抗噪性能，选取合适的电感与其串联组成谐振频率与信号频率一致的LC振荡回路。
2）信号放大部分本设计中使用LM358运放放大电路作为信号放大分，两级放大电路均为带通放大，参数一致，都具有10倍的增益、20kHz的中心频率、4kHz的带宽以及2.5V的偏置电压。
1.3.2起止线检测
考虑到起止线上会埋设表面磁场达上千高斯的磁钢，本设计中的起止线检测采用霍尔元件，为适应不同磁极，选型时选择的是干簧管元件。
1.3.3控制算法
舵机控制采用P控制，为了加强信号可靠性，减小电机运作时反电动势及噪声的影响，对采样信号进行了软件滤波处理，通过去除最大最小值消除信号毛刺，通过取平均值的方法消减小波的影响。
本设计中使用PID算法作为速度控制算法，通过光电编码器实现速度反馈。
在通过实验确定各项系数后，又在普通PID算法的基础上做出了改良，引入了开环初始值：
在实际速度与期望速度相差很大时不使用PID算法而是直接通过事先标定的开环值对速度进行调整，然后再采用PID算法进行调节，最后达预期速度。
1.3.4车模调整
为了加快车模转向响应，设计中对车模上舵机的传动连杆进行了加长使响应速度提高了32%。
由于连杆的加长，舵机安装方式也做出了相应改变，由卧式改为立式。
除此之外，还对车模进行了一些小的调校，包括主销内倾角、主销后倾、后轮差速机构等。
2赛车整体结构设计
2.1赛车主要技术参数
此次比赛选用的赛车的机械结构只使用竞赛提供车模的底盘部分及转向和驱动部分。
控制采用前轮转向，后轮驱动方案。
具体车模数据如表2-1：
表2-1赛车主要技术参数
项目
参数
车模几何尺寸（长、宽、高）（毫米）
510*250*130
车模轴距/轮距（毫米）
195
车模平均电流（匀速行驶）（毫安）
1500
电路电容总量（微法）
1820
传感器种类及个数
LC谐振电路（8个），光电编码器（1个），干簧管（4个）
新增加伺服电机个数
1
赛道信息检测空间精度（毫米）
10
赛道信息检测频率（次/秒）
100
主要集成电路种类/数量
BTS7960B*2,MC9S12XS128
车模重量（带有电池）（千克）
1.8
2.2硬件系统方案设计
此智能车通过电磁传感器采集铺设在赛道上的导线中携带的20kHz交变电流的磁场，并以此为依据进行车体控制，利用适当的控制算法让智能车达到沿导线前进的目的。
控制算法主要包括两方面：
用于驱动智能车前进的电机控制和用于控制智能车转向的舵机控制。
赛车结构示意简图如下：
图2-1赛车结构示意简图
2.3软件系统方案设计
有了硬件机构之后，必须要有一套合适的算法才能发挥出硬件的潜力，所以软件对于智能车来说至关重要。
在一个控制周期中大致需要完成以下几个步骤：
首先是信号采样，然后是一些有软件实现的信号处理，诸如滤波等。
有了信号之后就是根据信号来对车辆进行控制，控制包括转向舵机和驱动电机两部分。
舵机控制是根据信号直接确定的，对电机的控制则是只给出一个期望速度，由当前速度到期望速度的变化过程由更为底层的控制程序来完成。
程序流程简图如下：
图2-2软件系统流程简图
软件算法的编写必须根据硬件条件，再好的算法如果跟硬件不兼容的话也是徒劳的，调试的过程就是让其不断适应现有硬件的过程，智能车竞赛追求的不是最完美的程序而是最适合当前硬件的程序。
3赛车机械结构介绍和调整
3.1前轮调整和舵机安装
3.1.1前轮调整
在赛车过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度的增大而增大。
为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。
前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，使转向轻便和减少轮胎的磨损。
前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。
主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。
角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。
主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。
它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。
由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。
主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。
不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用大。
前轮外倾角对赛车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。
前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。
所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1°左右。
所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。
前轮前束的心线与纵向中心线的夹角。
前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。
前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。
3.1.2舵机安装
舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节，因此要加快车的响应速度，就必须加快舵机的响应速度根据比赛规则，舵机由组织方给定不可变更，因而必须采用非改变舵机本身结构的方法提高舵机的明显响应速度。
分析舵机控制转向轮转的向的原理可以发现，在相同的舵的舵机转向条件下，转向连杆在舵机一的端的连接点离舵机轴心距离越远，但转向轮转向变化越快。
这相当于增以臂长度，提高线速度。
但是这也同要时要求舵机拥有更大的输出扭矩，从表中可以看出，SD-5是一款大扭力舵机6.5kg・cm的扭矩完全可以满足本设计的需图3.1.1前轮舵机照片求。
针对上述特性，通过加长连舵机与转向轮之间连杆加快转向响应的方案是可行的，改动后实物照片如下图所示：
图3-1舵机转角修改示意图
3.2后轮差速调整
差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动，并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。
当赛车在正常过弯时（假设无转向不足亦无转向过度），4个轮子的转速皆不相同，依序为：
外侧前轮＞外侧后轮＞内侧前轮＞内侧后轮。
此次所使用车模配备的是后轮差速机构。
差速器的特性是：
阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高。
以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧后轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而内侧后轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。
差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响车模的过弯性能。
好的差速机构，应该在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度近似相等，不会有迟滞或者过转动的情况发生。
3.3车体重心调整
车体重心位置对赛车加减速性能、转向性能和稳定性都有较大影响。
重心调整主要包括重心高度和前后位置的调整。
理论上，赛车重心越低稳定性越好。
因此赛车各部件的安装高度都尽量贴近底盘。
除此之外，车辆重心前后方向的调整，对赛车行驶性能也有很大的影响。
根据车辆运动学理论，车身重心前移，会增加转向，但降低转向的灵敏度（因为大部分重量压在前轮，转向负载增大），同时降低后轮的抓地力，影响加减速性能；重心后移，会减少转向，但增大转向灵敏度，后轮抓地力也会增加，提高加减速性能。
因此，确定合适的车体重心，让车模更加适应比赛赛道是很关键的。
3.4齿轮传动机构调整
车模后轮采用RS-380SH-4045电机驱动，由竞赛主办方提供。
电机轴与后轮轴之间的传动比为9:
38（电机轴齿轮齿数为18，后轮轴传动轮齿数为76）。
齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。
齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，从而影响到最终成绩。
调整的原则与速度传感器的安装相同：
两传动齿轮轴保持平行，齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，影响加减速性能；传动部分要轻松、顺畅，容易转动，不能有卡住或迟滞现象。
判断齿轮传动是否调整好的一个依据是,听一下电机带动后轮空转时的声音。
声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载加大。
调整好的齿轮传动噪音小，并且不会有碰撞类的杂音。
4硬件系统设计与实现
本智能车硬件系统追求简洁、可靠、稳定，在有限的制板条件下极力做到极致。
除了单片机最小系统板为双面板外，其他电路一律采用单面板或者万通板制作。
单片机采用MC9S12XS128MAA，电源芯片采用LM2596、LM1117，驱动芯片采用BTS7970传感器采用LM358运放放大、二极管倍压检波原理,起跑线检测采用干簧管。
调试过程中我们也采用过NOKIA5110液晶、赛道计时系统来辅助调试，本章均有详细介绍。
4.1单片机最小系统模块
单片机最小系统为本小车系统的核心。
为了稳定起见，我们购买了最小系统板。
这个最小系统板引出所有功能引脚，板上自带了晶振电路、单片机电源电路。
电路图如图4-1所示。
图4-1单片机最小系统原理图
4.2电源管理模块
电源模块相当于房屋的基石，关系到整个小车是否稳定运行。
因此，我们经过大量实验选型，最终设计好了合适的电源。
比赛要求智能车电源只能使用指定型号的7.2V2000mAhNi-Cd电池供电。
单片机需要5V电源，电机驱动需要7.2V电池电源和5V电源，为了提高舵机相应速度，我们给舵机提供7V电压。
总体来说，我们采用集成三端稳压芯片。
集成三端稳压器主要有两种：
一种是线性稳压芯片，另外一种是开关型稳压芯片。
线性稳压芯片输出纹波小，电路简单，但是功耗较大，效率较低，典型芯片为LM7805；开关稳压芯片则功耗小，效率高，但是输出纹波大，电路复杂。
典型芯片为LM2596。
对于单片机来说，单片机本身功耗低，但是它对电源要求相对较高。
经过选型实验比对，LM2940和LM1086性能较优。
LM1086为低压差线性稳压器件，最大输出电流1.5A，并且有1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、3.45V、5V稳压输出选择。
另外LM1117-ADJ为输出可调稳压器件。
LM2940为最大输出1A低压差线性稳压器件。
最后我们选择LM2940作为单片机主要供电稳压芯片，LM1086为备用稳压芯片。
因为电路中存在感性负载，存在大电流，为了最大限度降低各个部分对单片机的干扰，我们单独采用一片LM2940对单片机和起跑线检测模块进行供电。
而其他需要5V供电的模块则采用另一片LM2940进行供电。
对于舵机来说，需要7V电压，我们选择LM2596进行供电。
LM2596同样是最大1A输出线性稳压器件，并且输出电压可调。
实际测试中发现LM2596性能非常优秀。
电池电压为7.5V时候，用LM2596可以稳压至7.3V以上。
因此，在电池供电范围内，能够给舵机提供足够电流。
另外，我们使用另一片LM2596给传感器供电，具体情况之后详细介绍。
最终电源模块电路图如图4-2所示。
图4-2电源模块原理图
4.3电机驱动模块
赛车电机驱动芯片采用的是英飞凌的BTS7960B半桥驱动芯片，该芯片负载电流可以达到43A，而内阻只有16mΩ。
芯片框图如下：
图4-3BTS7960芯片引脚
BTS7960是一款针对电机驱动应用的完全集成的大电流半桥芯片。
它NovalithICTM系列的成员之一，它的一个封装中集成了一个P通道场效应管在上桥臂和一个N通道场效应管在下桥臂以及一个控制集成电路。
由于上桥臂采用的是P通道开关，对于电荷泵的需求也就不复存在了，因此电磁干扰减至了最小。
由于集成在内驱动集成电路具有逻辑电平输入，与微控制器的连接变得非常简单，且该驱动集成电路还具有电流检测诊断、转换率调整、死区时间生成以及过热、过压、欠压、过流和短路保护。
BTS7960在较小的电路板空间占用的情况下为大电流保护的PWM电机驱动提供了一种成本优化的解决方案。
BTS7960特点如下：
1）在25℃时导通电阻的典型值为16毫欧
；
2）低静态电流，在25℃时的典型值仅为7µA；
3）与主动续流相结合的脉宽调制能力高达25kHz；
4）开关电流限制降低功耗的过流保护；
5）电流限制在典型的43A；
6）具有电流检测能力的状态标志诊断；
7）具有锁定行为的过热关断；
8）过压锁定；
9）欠压关断；
10）带有逻辑电平输入的驱动电路；
11）用于优化电磁干扰的可调节转换率
驱动芯片我们选择BTS7960。
BTS7960为英飞凌公司的大电流电机驱动半桥，输出最大电流可达63A，内部带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。
BTS7970通态电阻典型值为16mΩ。
P沟道高边开关省去了电荷泵的需求,因而减小了EMI（ElectroMagneticInterference）集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温过压、欠压、过流及短路保护的功能。
BTS7970应用非常简单，只需要向芯片第2引脚输入PWM波就能控制。
当系统中只需要单向控制时，只需要让电机一端接地，另一端接BTS7970第4引脚。
如果需要电机双向旋转控制，则需要另一片BTS7970共同组成全桥。
本小车系统驱动板共用4片BTS7970，共同组成了一个全桥。
实际应用中有可能只焊接了2片，那是因为我们只需要半桥控制电机单向旋转。
此外为了隔离驱动芯片与单片机系统并且保护单片机，我们采用了74LS244隔离，74LS244集成8路三态门。
具体的电路如图4-4所示。
图4-4电源模块原理图
4.4传感器模块
4.4.1电磁引导原理
传感器设计关系整个项目的成败。
电磁组的引导线为通有20KHZ、100mA电流的漆包线（线径0.1mm~0.3mm），因此导线周围存在辐射电磁波。
如何将电磁波能量转换为电压信号供AD采样成了本小车中最为关键的部分。
以下详细介绍了我们小车传感器方案选择、传感器设计、硬件制作、传感器优化的各个过程。
1）方案选择我们主要涉及到电磁检测的方法主要有以下三种：
2）电磁感应磁场测量方法：
电磁线磁场传感器，磁阻抗磁场传感器。
3）霍尔效应磁场测量方法：
半导体霍尔传感器、磁敏二极管，磁敏三极管。
3）各向异性电阻效应（AMR）磁场测量方法。
上述三种检测方法我们都进行过实验，最终选择方案1，因为方案1实现容易，需求的器件易找易用，检测灵敏度高。
方案2选择霍尔传感器，主要因为灵敏度低、器件不好选择等原因，而对于方案3，我们选用霍尼韦尔公司的2维磁阻传感器HMC1022，但是HMC1022外围复杂，需要仪表放大器和置位复位电路，而且器件价格不菲。
根据电磁知识，在通有交变电流的直导线周围存在电磁场。
智能车竞赛中路径导航使用的交变电流为20KHZ，100mA电路，产生的电磁波属于甚低频（VLF电磁波。
甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间，为3kHz～30kHz，波长为100km～10km。
如图4.5所示。
图4-5电流周围电磁场示意图
由于赛道尺寸远远小于电磁波波长，因此在导线附近能够感应到的电磁能量非常少并且可以将其视为缓变磁场，从而按照静态磁场的处理方法来获取导线周围的磁场分布，从而实现位置检测。
根据毕奥-萨伐尔电磁感应定律可知：
在通有恒定电流I长度L的直导线周围存在电磁场，距离导线r处P点（如图4.6所示）电磁感应强度为：
图4-6长L的直导线电磁分析
延伸到无限长直导线上，上式θ1=0，θ2=π
无限长直导线周围的电磁分布为一圈一圈的同心圆，并且强度随r增加呈减小的趋势。
根据这个特性，我们可以计算出电磁传感器距离中心直导线的距从而确定小车在赛道上的位置。
4.4.2传感器的选择
电磁传感器以线圈最为合适。
常用的电感线圈有色环电感、工字电感，并且可以按照需求进行电感订做。
但是，为了简化起见，我们选择工字电感和色环电感作为检测线圈。
我们选用10mH电感作为检测传感器。
10mH电感有多种规格，常见的规格有6x8、8x10、10x12，表示的意思就是电感直径和高度。
直径越大高度越高，在直导线同一位置获得
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