為了實(shí)現(xiàn)小車與載流線賽道的準(zhǔn)確定位，采用多個(gè)檢測線圈是必然的選擇．賽制規(guī)定。最多可使用16個(gè)檢測傳感器。比較上述兩種方式，方式2的信號處理電路無需檢波功能，但占用單片機(jī)大量的工作時(shí)間，因此，方式1是合理的選擇。

3 信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)

由前面的分析可見，信號調(diào)理電路的任務(wù)和工作條件是：1）帶寬和增益，對20 kHz、毫伏級的信號放大約1 000倍，且動(dòng)態(tài)范圍較大；2）供電電源，車載電池供電，使用單電源放大電路，電池額定電壓為7．2 V；3）信號轉(zhuǎn)換，對放大后的信號進(jìn)行幅度檢波。

使用分立元件搭建電路雖然能實(shí)現(xiàn)該功能，但電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，并且電路性能會隨電池電壓的波動(dòng)而變化。常見的通用運(yùn)放如OP07、LM324、 LM358等，對于20 kHz信號無法滿足帶寬和增益的要求，同時(shí)，其輸出擺幅較小。近年來出現(xiàn)的一些新的集成運(yùn)算放大器能很好地承擔(dān)上述任務(wù)。如OPA228系列運(yùn)放、 MAX445l系列運(yùn)放。特別是MAX4451雙運(yùn)放，-3 dB帶寬達(dá)210 MHz，可以在+4．5～+11 V單電源條件下工作，輸出擺幅大，具有軌到軌輸出，開環(huán)增益大于50 dB，使用兩級放大外加負(fù)反饋完全能勝任。實(shí)際電路如圖1所示。

智能車是靠電池驅(qū)動(dòng)的，隨著工作時(shí)間持續(xù)，電池電壓必然下降。由于運(yùn)放MAX4451的共模抑制比極高，典型值CMRR=95 dB，所以在單電源條件下可正常工作，并且，電池電壓的波動(dòng)基本不影響運(yùn)放的工作性能。

圖1中L1是檢測線圈。R1、R2分壓為運(yùn)放提供輸入偏置電壓，適當(dāng)調(diào)節(jié)R2可改變放大器的輸入偏置電壓。由于第2級放大電路的增益設(shè)定為 （R5／R4）=30倍，可根據(jù)檢測線圈L1輸出感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，適當(dāng)選擇R3改變第1級的放大倍數(shù)，從而使總增益滿足要求。引入R7是為了降低第1級放大電路的直流增益，從而提高靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。但R7的引入降低了第1級電路的交流放大能力，故接人C4=0．47μF實(shí)現(xiàn)交流旁路。VD1、R6和 C3構(gòu)成幅度檢波電路，VD4選擇壓降較小的高頻鍺二極管，檢波電路的時(shí)間常數(shù)τ=R6C3一般選擇為激磁電流（f=20 kHz）周期的3～5倍，C3的容量越大，輸出到單片機(jī)A／D端的直流電壓中的20 kHz波紋越小，但C3的容量過大將導(dǎo)致電路響應(yīng)時(shí)間長，對智能車與賽道的偏離反應(yīng)遲鈍．C3的實(shí)際取值應(yīng)在此估算的基礎(chǔ)上通過測試確定。

此外，按常理，R1=R2分壓為運(yùn)放提供輸入偏置應(yīng)該為電源電壓VCC的一半，約3．6 V。但由于VD1、R6和C3構(gòu)成的是正半周峰值包絡(luò)檢波電路，檢測線圈L1的感應(yīng)電動(dòng)勢越大，檢波電路輸出的直流電位越高。如前所述，線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢受多種因素影響變化范圍較大，為增大此電路的輸出擺幅，選擇R1=20 kΩ，R2=5．1kΩ，使運(yùn)放同相端的輸入偏置電壓降低到約1．8 V，以降低檢波電路輸出端的初始直流電位，增大電路的動(dòng)態(tài)范圍。

4 結(jié)論

上述電路能滿足磁導(dǎo)航智能車對信號檢測的要求。電路調(diào)節(jié)方法：靜態(tài)條件下，調(diào)節(jié)R2使檢波電路輸出電壓約為1V；動(dòng)態(tài)條件下，當(dāng)豎直放置的檢測線圈距離賽道載流線最近，且激磁電流為150 mA時(shí)，調(diào)節(jié)R3使檢波電路輸出電壓接近但不超過5 V，以滿足單片機(jī)A／D端采集電壓的要求。

由于檢測線圈輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢會隨著線圈與賽道載流線之間距離增大而迅速減小，為提高賽道檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性．使用一個(gè)檢測線圈是不行的。實(shí)際上，可以在小車的前端平行放置多個(gè)豎直檢測線圈，每個(gè)檢測線圈都配接相同的信號調(diào)理電路，智能車上的單片機(jī)必須快速巡回采集每個(gè)調(diào)理電路的輸出電壓，找出輸出電壓最大值，就可判斷出的賽道載流線就在該路檢測線圈的正下方。

單片機(jī)巡回采集各個(gè)調(diào)理電路的輸出電壓時(shí)，只需要比較哪一路輸出電壓最大，就能實(shí)現(xiàn)尋道，并不關(guān)心具體電壓的數(shù)值。這種“找最大”方法的優(yōu)點(diǎn)是：信號調(diào)理電路的輸出電壓與賽道激磁頻率（（20±2）kHz）、激磁電流（50～150 mA）有關(guān)，但激磁頻率和激磁電流對各路檢測電壓的影響是相同的，上述“找最大”方法始終能夠根據(jù)輸出電壓的相對最大值判斷出賽道位置，這就使得尋道檢測電路對賽道有很好的適應(yīng)能力。

多個(gè)檢測線圈也可以采用水平放置的方式，配接電路相同。但不難看出，若檢測線圈水平放置在載流導(dǎo)線正上方時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為零；檢測線圈位于載流導(dǎo)線上方的一側(cè)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢較大；檢測線圈位于載流導(dǎo)線上方的一側(cè)，且偏離較遠(yuǎn)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢減小。此時(shí)，智能車上的單片機(jī)應(yīng)該快速巡回采集每個(gè)調(diào)理電路的輸出電壓，找出輸出電壓最小值，就可判斷出賽道載流線就在該路檢測線圈的正下方。