基于铁丝磁化的车模越界检测系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种基于铁丝磁化的车模越界检测系统，该系统包括设置在赛道上的铁丝01和安装在赛车上的检测装置02，其中，铁丝01用于标志赛道边界，检测装置02用于检测车模是否越界，并且当车模越界时，发出报警信息。该系统实现了对车模越界的精确检测，而且体积小便于安装，能够完全替代人工裁判，大大降低了误判概率，提高了比赛的客观性及公平性。
【专利说明】
基于铁丝磁化的车模越界检测系统
技术领域
[0001]本发明涉及科技竞赛领域，尤其涉及智能汽车竞赛中基于铁丝磁化的车模越界检测系统。
【背景技术】
[0002]—年一度的大学生智能汽车竞赛是由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛。竞赛以其竞赛内容的挑战性和比赛评价的客观性吸引了很多高校工科生参加，至今已经成功举办了十届。
[0003]十年以来，比赛的规模和参赛队伍的竞技水平有了很大的提高。随着车模运行速度的提高，比赛现场依靠人工判断车模是否越界变得越来越困难，特别是当车模在比赛过程中瞬间越过赛道边界又重新回到赛道上时，依靠人工判断容易造成一些误判。虽然可以依靠现场录像进行后期仲裁，但实践中所拍摄的录像很难满足及时有效的判断需求。而且，由于比赛场地面积比较大，赛道形状不规整，所以通过传统的摄像头或者光电传感器等方法去判断车模是否越界存在一定的困难。
[0004]为了克服往届比赛中人工判断车模越界的困难，第十一届比赛规则中增加了两种方法以提高车模越界判断的准确性和客观性。一种方法是路肩法，即在赛道边缘处间断放置高度I厘米，宽2厘米的软泡沫材料，形成赛道路肩，车模一旦冲出赛道就会碰到所述软泡沫材料。一种方法是在赛道两旁导引线下铺设直径I毫米的铁丝，赛车比赛前统一在每辆车模底盘两侧安装铁丝检测模块，在车模冲出赛道过程中，铁丝检测模块会感应到铁丝，就会发出警报，显示车模冲出了赛道。
【发明内容】
[0005]为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种基于铁丝磁化的车模越界检测系统，该系统实现了对车模越界的精确检测，提高了比赛的客观性及公平性，能够完全替代人工裁判。
[0006]具体来说，本发明的目的在于提供以下方面:
[0007](I)、一种基于铁丝磁化的车模越界检测系统，其特征在于，该系统包括设置在赛道边界的铁丝01和安装在车模上的检测装置02，
[0008]其中，所述检测装置02用于检测车模是否越界，并且当车模越界时，发出报警信息。
[0009](2)、根据(I)所述的系统，其特征在于，所述铁丝01铺设于赛道边界下方，
[0010]优选地，所述铁丝01为细长铁丝，其直径为0.5?2毫米，更优选地，所述铁丝01的直径为I毫米。
[0011](3)、根据(I)所述的系统，其特征在于，所述检测装置02包括磁铁、处理电路、单片机、报警模块，
[0012]其中，所述磁铁用于产生磁场，磁化铁丝，
[0013]所述处理电路用于检测磁场变化，并将检测到的磁场信号传输至单片机，
[0014]所述单片机，根据处理电路传输的磁场信号与预设值比较，检测车模是否越界，
[0015]所述报警模块用于当车模越界时发出报警信息。
[0016](4)、根据(3)所述的系统，其特征在于，所述处理电路包括霍尔信号放大电路，用于感应和放大所检测到的磁场信号，并且将放大后的磁场信号传递至所述单片机。
[0017](5)、根据(4)所述的系统，其特征在于，所述单片机将所述放大后的磁场信号与预设的阈值进行比较，当所述信号大于预设的阈值时，启动报警模块发出报警信息。
[0018](6)、根据(4)所述的系统，其特征在于，所述磁铁为永磁铁，
[0019]所述报警模块包括LED、蜂鸣器和按钮，
[0020]其中，LED用于发出可见光，
[0021 ]所述按钮用于停止报警模块报警。
[0022](7)、根据(1)-(4)之一所述的系统，其特征在于，所述检测装置02还包括稳压电路。
[0023](8)、根据(1)-(7)之一所述的系统，其特征在于，所述系统上电后自动进行霍尔信号放大电路零点矫正。
[0024](9)、根据(1)-(8)之一所述的系统，其特征在于，该系统还包括电源和除噪声模块，
[0025]所述电源用于供电，
[0026]所述除噪声模块用于滤除所述放大后的磁场信号中的噪声信号。
[0027]本发明所具有的有益效果包括:
[0028](I)完全替代人工裁判，大大降低了误判概率，提高了比赛的客观性及公平性；
[0029](2)该系统上电后自动进行霍尔信号放大电路零点矫正，能够适应不同的比赛环境；
[0030](3)该系统体积小，检测精度高，能够满足比赛的要求；
[0031](4)该系统能够适用于不同形状尺寸和不同安装高度的磁铁，能够适用于不同运行速度的车模，而且当车模运行速度越快，检测精度越高。
【附图说明】
[0032]图1示出根据本发明一种优选实施方式的车模越界检测系统的结构示意图。
[0033]图2示出永磁铁周围磁场的分布。
[0034]图3示出根据本发明一种优选实施方式的检测装置02的结构示意图。
[0035]图4示出根据本发明一种优选实施方式的霍尔信号放大电路。
[0036]图5示出根据本发明一种优选实施方式的放大后的检测信号经除噪声模块处理前后的波形图。
[0037]图6示出根据本发明一种优选实施方式的不同形状尺寸的坡莫合金永磁铁。
[0038]图7示出根据本发明一种优选实施方式的坡莫合金永磁铁的安装方式。
[0039]图8示出根据本发明一种优选实施方式的使用四种不同形状尺寸的坡莫合金永磁铁产生的四种不同强度的检测信号。
[0040]图9示出根据本发明一种优选实施方式的不同检测高度下的检测信号的强度。
[0041]图10示出根据本发明一种优选实施方式的铁丝运动速度不同时检测信号的波形。
[0042]附图标号说明:
[0043]O 1-铁丝
[0044]02-检测装置
【具体实施方式】
[0045]下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0046]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0047]本发明中所述的磁铁的安装高度和检测高度均为磁铁与地面之间的距离。
[0048]本发明中所述检测信号和磁场信号均为铁丝被磁化后引起的原来磁场的磁场波动，所述原来磁场为安装在检测装置02上的磁铁产生的。
[0049]根据本发明提供的一种基于铁丝磁化的车模越界检测系统，如图1中所示，该系统包括设置在赛道边界的铁丝01和安装在车模上的检测装置02，其中，所述铁丝01有两条，分别铺设于赛道边界下方，两条铁丝01之间的区域即为赛道，越过两条铁丝01所限定的区域即进入到了赛道之外，即为本发明中所述的越界;所述检测装置02包括磁铁、处理电路、单片机和报警模块，具体来说，所述磁铁为永磁铁，所述处理电路用于感应和放大所检测到的磁场信号，并且将放大后的磁场信号传递至单片机，单片机将接收的放大后的磁场信号与预设的阈值进行比较，当该信号大于预设的阈值时，启动报警模块。
[0050]在一个优选的实施方式中，所述铁丝01是磁性材料，其在磁场作用下发生磁化，产生磁化磁场;所述磁化磁场叠加在原来磁场中能够改变所述原来磁场的大小和分布，如图2所示;优选地，所述铁丝01为细长铁丝，其直径为0.5?2mm，进一步优选地，所述铁丝01的直径为1mm。
[0051]在一个优选的实施方式中，如图3所示，所述检测装置02包括磁铁、处理电路、单片机和报警模块，
[0052]其中，所述磁铁用于产生磁场，磁化铁丝，优选地，所述磁铁为永磁铁，本发明中优选为坡莫合金永磁铁。
[0053]所述处理电路包括霍尔信号放大电路，用于感应和放大所检测到的磁场信号，并且将放大后的磁场信号传递至所述单片机，所述单片机将所述放大后的磁场信号与预设的阈值进行比较，当所述信号大于预设的阈值时，启动报警模块发出报警信息。
[0054]所述报警模块用于当车模越界时发出报警信息，
[0055]在一个优选的实施方式中，该系统包括两种工作状态:检测状态和报警状态。
[0056]当车模进入比赛后，该系统将工作在检测状态直至车模被检测到越界，一旦车模被检测到越界，则该系统工作在报警状态直至报警状态被消除。
[0057]在一个优选的实施方式中，报警状态可以通过所述单片机设置报警模块的报警时间长度取消，例如，设置报警模块的报警时间长度为10秒，在报警模块开始报警时计时，10秒内该系统工作在报警状态，10秒后该系统工作在检测状态直至车模再次被检测到越界为止;报警状态也可以通过人工操作取消，例如通过报警模块中的按钮取消报警状态。
[0058]在一个优选的实施方式中，所述单片机的型号为STM32F030F4。
[0059]在一个优选的实施方式中，所述处理电路包括霍尔信号放大电路，
[0060]其中，霍尔信号放大电路用于感应和放大所检测的磁场信号，并且将放大后的磁场信号传递至所述单片机，所述单片机将所述放大后的检测信号与预设的阈值进行比较，当所述信号大于预设的阈值时，启动报警模块发出报警信息。
[0061]在一个优选的实施方式中，所述霍尔信号放大电路如图4所示，其中，出为锑化铟霍尔元件，U1-WPU1I均为集成运算放大器LMV358 ,D1为可控精密稳压源TL431。
[OO62 ]由于铁丝OI比较细小，其被磁化后产生的磁化磁场对原来磁场的改变很小，即检测信号很小，不能将其直接用于判断车模是否越界。因此在本发明中，通过霍尔信号放大电路对其进行两级放大处理，并且滤除了混在检测信号中的高频干扰信号。
[0063]在一个优选的实施方式中，图4中电子元器件的参数分别为:
[0064]Ri = 220Q ,R2 = 5.1kQ ,R3 = 1kQ ,R7=IMQ ,R8=10kQ ,C5 = C7= 100pF，
[0065]其中，RjPD1*同作用，为锑化铟霍尔元件H1提供稳定的2.5V的工作电压；同时R2和R3构成分压电路，为集成运算放大器U1-GPU1^提供稳定的1.6V的工作参考电压;并联R7两端的CdP并联在R8两端的C7构成低通滤波电路，滤除了检测信号中的高频干扰信号。
[0066]在一个优选的实施方式中，该系统通电后自动进行霍尔信号放大电路零点矫正。因此，该系统能够适应不同的比赛环境，不会因为更换比赛场地而影响检测结果和检测结果的精度。
[0067]在一个优选的实施方式中，所述霍尔信号放大电路和所述单片机集成在同一块电路板上，在本发明中称之为电路基板。
[0068]在一个优选的实施方式中，该系统还包括除噪声模块，其用于滤除单片机接收的放大后的磁场信号中含有的噪声信号，进一步降低所述放大后的检测信号的噪声幅度，进而提尚系统的灵敏度。
[0069]在一个优选的实施方式中，所述噪声信号包括环境中的磁场噪声，电路板电源噪声以及电子元器件的热噪声。
[0070]在一个优选的实施方式中，所述除噪声模块将放大后的磁场信号分成若干组，每组包括N个数据，然后对所述N个数据取平均值，进而滤除了所述放大后的磁场信号中含有的噪声信号，实现了平滑滤波。其除噪声效果如图5所示。
[0071 ]在一个优选的实施方式中，所述报警模块包括LED、蜂鸣器和按钮，
[0072]其中，当车模越界时，所述报警模块被单片机启动，发出报警信息。
[0073]在一个优选地实施方式中，所述报警信息包括LED发出可见光和蜂鸣器发出声音。
[0074]在一个优选的实施方式中，该系统还包括电源，所述电源优选的是可充电的电池，进一步优选地，所述电池为可充电锂电池。所述可充电锂电池体积小，重量轻，容量大，无记忆效应，可快速充放电而且绿色环保。所述可充电锂电池可以支持该系统由外部充电器进行充电，一次充电后，该电池能够支持该系统连续工作八个小时，足够满足一天比赛的要求。
[0075]在一个优选的实施方式中，该系统还包括稳压电路，所述稳压电路用于连接所述可充电锂电池与检测装置02，为检测装置02提供高精度的稳定的电压。
[0076]在一个优选的实施方式中，所述稳压电路包括正电压调整器芯片XC6206，所述正电压调整器芯片XC6206是一款高精度、低功耗、高电压的正电压调整器芯片。
[0077]所述检测装置优选的还包括有外壳，并在外壳上设置有便于所述检测装置可拆卸地安装在赛车上的固定孔。
[0078]实施例1
[0079]由于实际比赛中检测装置02需要固定在车模底盘上，所以要求永磁铁尺寸小，且呈扁平状。为了验证该系统能够适用于不同形状尺寸的永磁铁，本实施例选择了四种不同形状尺寸的坡莫合金永磁铁进行实验。所述四种不同形状尺寸的坡莫合金永磁铁的形状尺寸如图6中所示，将所述四种不同形状尺寸的坡莫合金永磁铁分别如图7中所示进行安装，即将其放置在霍尔信号放大电路下方，其中心与锑化铟霍尔元件中心对齐。
[0080]将直径为Imm的铁丝在霍尔信号放大电路下方以I米/秒的速度横扫过检测装置02，并且所述铁丝与霍尔信号放大电路的距离为15mm，经检测装置02处理后的检测信号如图8所示。图8中，I号波形曲线代表长方形坡莫合金永磁铁，2号波形曲线代表直径为1mm的圆形坡莫合金永磁铁，3号波形曲线代表直径为8_的圆形坡莫合金永磁铁，4号波形曲线代表直径为5mm的圆形坡莫合金永磁铁。由图8可知，长方形坡莫合金永磁铁所产生的检测信号强度远远高于其它三种圆形坡莫合金永磁铁。
[0081 ] 实施例2
[0082]为了验证该系统能够适用于不同检测高度的永磁铁，本实施例选择了实施例1中的长方形坡莫合金永磁铁进行实验。长方形坡莫合金永磁铁的安装方式和实施例1相同。
[0083]将直径为Imm的铁丝在霍尔信号放大电路下方以I米/秒的速度横扫过检测装置02，并且检测高度从10毫米变化至25毫米，经检测装置02处理后的检测信号的峰值如图9所不O
[0084]当信标模块静止时，检测信号的本底噪声方差为28左右，所述本底噪声为背景噪声，指车模越界检测系统中除检测信号以外所有的噪声。所述本底噪声方差直接利用经典的方差统计公式计算得到的。由图9可知，当检测高度为10毫米时，霍尔信号放大电路基本饱和；当检测高度为25毫米时，所述检测信号的峰值为88，接近所述本底噪声方差的3倍，因此当检测高度超过25毫米时，检测结果变得不可靠。而实际比赛中要求车模底盘距离地面的距离小于20毫米，所以固定在车模底盘上的检测装置02能够保证检测高度在合适的范围内，进而检测结果准确可靠。
[0085]实施例3
[0086]为了验证该系统能够适用于不同运动速度的永磁铁，本实施例选择了实施例1中的长方形坡莫合金永磁铁进行实验。长方形坡莫合金永磁铁的安装方式和实施例1相同。
[0087]将直径为Imm的铁丝在霍尔信号放大电路下方以不同的速度横扫过检测装置02，经检测装置02处理后的检测信号的峰值如图10所示。
[0088]由图10可知，所述铁丝运动速度越高，检测信号的峰值越大，检测准确度越高。
[0089]以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于铁丝磁化的车模越界检测系统，其特征在于，该系统包括设置在赛道边界的铁丝(Ol)和安装在车模上的检测装置(02)， 所述检测装置(02)用于检测车模是否越界，并且当车模越界时，发出报警信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述铁丝(01)铺设于赛道边界下方。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测装置(02)包括磁铁、处理电路、单片机、报警模块， 其中，所述磁铁用于产生磁场，磁化铁丝(01)， 所述处理电路用于检测磁场变化，并将检测到的磁场信号传输至单片机， 所述单片机，根据处理电路传输的磁场信号与预设值比较，检测车模是否越界， 所述报警模块用于当车模越界时发出报警信息。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理电路包括霍尔信号放大电路，用于感应和放大所检测到的磁场信号，并且将放大后的磁场信号传递至所述单片机。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述单片机将所述放大后的磁场信号与预设的阈值进行比较，当所述信号大于预设的阈值时，启动报警模块发出报警信息。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述磁铁为永磁铁， 所述报警模块包括LED、蜂鸣器和按钮， 其中，所述LED用于发出可见光， 所述按钮用于停止报警模块报警。7.根据权利要求1-4之一所述的系统，其特征在于，所述检测装置(02)还包括稳压电路。8.根据权利要求1-7之一所述的系统，其特征在于，所述系统上电后自动进行霍尔信号放大电路零点矫正。9.根据权利要求1-8之一所述的系统，其特征在于，该系统还包括电源和除噪声模块， 所述电源用于供电， 所述除噪声模块用于滤除所述放大后的磁场信号中的噪声信号。
【文档编号】G01B7/00GK105865317SQ201610210849
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】卓晴, 王京春, 江永亨, 滕昕, 鲁畅, 王福洋
【申请人】清华大学