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飞思卡尔磁力计MAG3110 快速上手指南
MAG3110 是飞思卡尔Sensor 中的一员，它为磁力计。该产品的官方主页是：
在介绍该产品使用之前，先简单介绍下磁场方面的基本原理，对这部分很清楚的可以直接略过。
地磁场的分布如下图所示：
地球的磁北极实际上是磁场的指南极，它会吸引构成罗盘指针的磁铁的指北极。磁极的位置并不是固定的，每年会移动。磁北极目前约以平均每年40公里向地理北极接近。两个磁极的移动彼此之间是独立的，而两个磁极也不会正好在地球球体的两端，也就是说，磁轴不会通过地球正中心。
另外你可能还会听到磁感性强度和磁场强度两个名词。在网上找了一个关于两者区别的说明：
一般说的都是磁感性强度，其单位为特斯拉或者高斯，两者之间的关系为：
另外你还会经常听到硬磁与软磁材料。硬磁材料也称为永磁材料。硬是指磁性材料经过外加磁场磁化后能长期保留其磁性。而软磁材料是指既容易磁化又容易退磁的磁性材料。
顺便介绍一下什么是磁滞现象，
介绍完这些基础知识之后，就开始使用MAG3110了，它可以用来判断方向：原理是它受到的地磁场的方向是从南指向北，如果将其水平放置，它们可以认为x和y轴收到的磁力矢量方向为指向北，z轴不受磁力作用，那么就可以根据这个判断出方位。
硬件：FRDM_KL26Z+FRDM_MULTI_B
或者单独的FRDM_KL26
FRDM_KL26上的传感器是8700，它时磁和加速度六轴传感器
代码下载如下：
另外附上可以参考学习的资料：
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飞思卡尔电磁组起跑线的永磁铁有什么规格要求吗？
我有更好的答案
这张图片为飞思卡尔的赛道起跑示意图~你要的答案就在其中。
晕，我也有这个图，但是还是不知道永磁铁什么样子的
我想问楼主~~永磁铁什么样子对你的设计有什么影响吗？楼主是不是想根据永磁体的样子来设计终点判断电路？永磁体有很多形状。但楼主要是为了车子能检测到终点线的话，直接用干簧管就行了，跟永磁铁什么样子无关~~~
采纳率：75%
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同规格同一型号的永磁铁是不是体积越大磁力越强？
我有更好的答案
厚度越厚磁性越强
如果没有限制的话是不是可以无限把磁铁做厚，然后磁性会无限变强么？
理论上是这样，你想提高吸力有好几种办法，提高磁铁的性能也是一种。
在永磁铁吸附面积不变的情况下除了把磁铁加厚还有哪些方法可以增强其磁性呢？当然做磁铁的材料不变。
把磁铁放入一个半封闭的铁件中也会增加磁性，要么就提高磁性能
采纳率：63%
只能说它的吸力随着体积增大而增大，不知道您说的磁力是不是指吸力！但是最高高斯值随着体积的增大会降低！
最高高斯值是什么？为什么会随着体积的增大而降低？
高斯（Gs，G），非国际通用的磁感应强度单位。为纪念德国物理学家和数学家高斯而命名。一段导线，若放在磁感应强度均匀的磁场中，方向与磁感应强度方向垂直的长直导线在通有1电磁系单位的稳恒电流时，在每厘米长度的导线受到电磁力为1达因，则该磁感应强度就定义为1高斯。
高斯值跟面积成反比，跟厚度成正比，一块磁铁表面的高斯值是不同的！
可能我说的也不一定正确，网上搜索一下还是可以查到很多资料的！
那是不是说磁铁做的越厚这个高斯值就会越大？
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飞思卡尔智能车电磁组路径检测设计参考方案
飞思卡尔智能车电磁组路径检测设计参考方案 电磁组竞赛车模 路径检测设计参考方案 （竞赛秘书处 2010-1，版本 1.0）一、 前言 第五届全国大学生智能汽车 竞赛新增加了电磁组比赛。 竞赛车模需要能够通过自动识 别赛道中心线位置处由通有 100mA 交变电流的导线所产生 的电磁场进行路径检测。除此之外在赛道的起跑线处还有永 磁铁标志起跑线的位置。具体要求请参阅《第五届智能汽车 竞赛细则》技术文档。 本文给出了一种简便的交变磁场的 检测方案， 目的是使得部分初次参加比赛的队伍能够尽快 有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。本方案通过 微型车模实际运行，证明了它的可行性。微型车模运行录像 参见竞赛网站上视频文件。二、设计原理 1、导线周围的电 磁场 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。智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为 20kHz，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。如下图所示： 图 1：电流周围的电磁场示 意图 导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。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，这正是我们进行电磁导航的目的。 由于赛道导 航电线和小车尺寸 l 远远小于电磁波的波长 λ ，电磁场 辐射能量很小（如果天线的长度 l 远小于电磁波长，在施 加交变电压后，电磁波辐射功率正比于天线长度的四次 方） ，所以能够感应到电磁波的能量非常小。为此，我们 将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场， 按照检测静态磁 场的方法获取导线周围的磁场分布， 从而进行位置检测。 由 毕奥-萨伐尔定律知： 通有稳恒电流 I 长度为 L 的直导线 周围会产生磁场，距离导线距离为 r 处 P 点的磁感应强度 为： 图 2 直线电流的磁场 θ 2 μ 0 I B∫ sin θ dθ μ 0 4π ×107 TmA1 （1） θ 1 4π r μ 0 I 由此得: B cos θ 1 cos θ 2 。 4π r μ 0 I 对于无限长直电流来说，上式 中 θ 1 0 ， θ 2 π ，则有 B 。 4π r 图 3：无限长导 线周围的磁场强度 在上面示意图中，感应磁场的分布是以导线为轴的一系列的同心圆。圆上的磁场强度大小相同，并 随着距离导线的半径 r 增加成反比下降。 磁场检测方法： 2、 人类对于磁场的认识和检测起源很早，我国古代人民很早就 通过天然磁铁来感知地球磁场的方向，从而发明了指南针。 但是对于磁场定量精确的测量以及更多测量方法的发现还 是在二十世纪初期才得到了突飞猛进的进展。 现在我们有 很多测量磁场的方法， 磁场传感器利用了物质与磁场之间 的各种物理效应：磁电效应（电磁感应、霍尔效应、磁致电 阻效应） 、磁机械效应、磁光效应、核磁共振、超导体与 电子自旋量子力学效应。下面列出了一些测量原理以及相应 的传感器： （1） 电磁感应磁场测量方法：电磁线磁场传 感器，磁通门磁场传感器，磁 阻抗磁场传感器。 （2） 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。 （4） 载流子自旋相互作用磁场测量方法：自旋阀巨 磁效应磁敏电阻、自旋 阀三极管磁场传感器、隧道磁致电 阻效应磁敏电阻。 （5） 超导量子干涉（SQUID）磁场测量 方法：SQUID 薄膜磁敏元件。 （6） 光泵磁场测量方法： 光泵磁场传感器。 （7） 质子磁进动磁场测量方法。 （8） 光导纤维磁场测量方法。 以上各种磁场测量方法所依据的 原理各不相同， 测量的磁场精度和范围相差 -11 7 也很大， 10 -10 G。我们需要选择适合车模竞赛的检测方法，除了检 测磁场的精度之外，还需要对于检测磁场的传感器的频率响 应、尺寸、价格、功耗以及实现的难易程度进行考虑。 在 下面所介绍的检测方法中，我们选取最为传统的电磁感应线 圈的方案。它具有原理简单、价格便宜、体积小（相对小）、 频率响应快、电路实现简单等特点，适应于初学者快速实现 路经检测的方案。 通电导线周围的磁场是一个矢量场，场 的分布如图四所示。如果在通电直导线两边的周围竖直放置 两个轴线相互垂直并位于与导线相垂直平面内的线圈，则可 以感应磁场向量的两个垂直分量，进而可以获得磁场的强度 和方向。 图 4：导线周围的感应电磁场 导线中的电流按一 定规律变化时，导线周围的磁场也将发生变化，则线圈中将感应出一定的电动势。 根据法拉第定律，线圈磁场传感器 的内部感应电压 E 与磁场 B t 、电磁线圈的圈数 N 、截 面积 A 的关系有： dBt d Φ t E NA × μ 0 μ r dt dt 感 应电动势的方向可以用楞次定律来确定。 由于本设计中导 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。 再根据图 3 所示的导线周围磁场分布规律，则线圈中感应 电动势可近似为： d Φ t k dI K E （2） dt r dt r 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。3、双水平线圈检测方案 不同的线圈 轴线摆放方向，可以感应不同的磁场分量。我们先讨论一种 最简单的线圈设置方案：双水平线圈检测方案。在车模前上 方水平方向固定两个相距 L 的线圈，两个线圈的轴线为水 平，高度为 h ，如下图所示： 线圈 引脚 磁性 10mH 材料 运动方向 L h 模型车 电流/100mA 赛道中心线 图 5 双水平 线圈检测方案 为了讨论方便，我们在跑道上建立如下的坐 标系，假设沿着跑道前进的方向为 z 轴，垂直跑道往上为 y 轴，在跑道平面内垂直于跑到中心线为 x 轴。xyz 轴满足右 手方向。 假设在车模前方安装两个水平的线圈。这两个线 圈的间隔为 L，线圈的高度为 h， 参见下图 5 所示。 （ ， 左边的线圈的坐标为 xhz） 右边的线圈的位置 x-Lhz。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 时候我们仅仅考虑坐标 xy。 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 h 式（2）可 以知道感应电动势大小与 2 成正比。 x h2 车模前进 方向 赛道 y z 中心 xh L 导航 x 水平线圈 电线 h 交变电流 x 100mA x-Lh 水平线圈 0 Y z 线圈 L h X I/100mA x 0 图 6 感应线圈的布置方案 h 假设 h 5cm x ∈ 15 15cm ，计算 感应电动势 E 随着线圈水平位 h x2 2 置 x 的变化取值， 如下图所示： 感应电动势 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 E/V 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 -15 -10 -5 0 5 10 15 x/cm图 7 线圈中感应电动势与它距导线水平位置 x 的函数 如 果只使用一个线圈，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。 为此，我们可以使用相距长度为 L 的两个感应线圈，计算 两个线圈感应电动势的差值： h h Ed E1 E2 2 h x h x L 2 2 2 下面假设 L 30cm ，计算两个线圈电动势差值 Ed 如下 图所示： 0.2 0.15 0.1 0.05 Ed/V 0 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 x/cm 图 8 感应电动势差值 Ed 与距离 x 之间的函数 从上图可以看出，当左边线圈的位置 x 15cm 的时候，此时两个线圈的中心恰好处于跑道中央， 感应电动势差值 Ed 为 0。当线圈往左偏移， x ∈ 1530 ， 感应电动势差值小于零；反之，当线圈往右偏移， x ∈ 015 ，感应电动势大于零。因此在位移 0 30cm 之间，电动 势差值 Ed 与位移 x 是一个单调函数。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 置跟踪赛道的中心线。通过改变线圈高度 h 线圈之间距离 L 可以调整位置检测范围以及感应电动势的大小。三、电路 设计原理 从上面检测原理可以知道，测量磁场核心是检测 线圈的感应电动势 E 的幅值。下面将从感应线圈、信号选 频放大、整流与检测等几个方面讨论电路设计的问题，最后 给出电路设计系统框图和实际电路。1、感应磁场线圈： 检 测线圈可以自行绕制，也可以使用市场上能够比较方便购买 的工字型 10mH 的电感。如下图所示。 图 9 几种 10mH 电 感 这类电感体积小，Q 值高，具有开放的磁芯，可以感应 周围交变的磁场。 如下图所示： 磁场 磁场 线圈 磁材料 引 脚 图 10 工字磁材电感 2、信号选频放大 使用电感线圈可 以对其周围的交变磁场感应出响应感应电动势。这个感 应 电动势信号具有以下特点： （1） 信号弱：感应电压只有 几十个毫伏。在检测幅值之前必须进行有效的 放大，放大 倍数一般要大于 100 倍（40db）。 （2） 噪声多：一般环 境下，周围存在着不同来源、不同变化频率的磁场。 如下 表所示： 表 1：典型的环境磁场强度范围 磁场环境 磁场 性质 磁场强度（高斯） 家用电器周围一米范围 50Hz10-3-10-2 地表面地球磁场 恒定 0.2-0.5 工业电机和电 缆周围十米范围 50Hz 1-100 长波通讯 gt 30kHz 10-6-10-3 赛道中心导线周围 0.5 米范围 20kHz 10-4-10-2 比赛选择 20kHz 的交变磁场作为路径导航信号，在频谱上可以有效地 避开周围其它磁场的干扰，因此信号放大需要进行选频放 大，使得 20kHz 的信号能够有效的放大，并且去除其它干 扰信号的影响。 可以使用 LC 串并联电路来实现选频电路 （带通电路），如下图所示： 电路示意图 电感 等效电路 图 内阻 R0/10Ω L C Vo Vo 谐振 L/10mH 电容 C/6.8nf 感 应 线圈 E 感应电动势 图 11：RLC 并联谐振电路 上述电 路中，E 是感应线圈中的感应电动势，L 是感应线圈的电感 量，R0 是 1 电感的内阻，C 是并联谐振电容。上述电路谐 振频率为： f 0 。已知感 2π LC 应电动势的频率 f 0 20kHz ，感应线圈电感为 L 10mH ，可以计算出谐振电容的 容量为： 1 1 C 6.33 ×109 F 2π f0 2π × 20 ×10 2 3 3 3 L ×10 ×10 通常在市场上可以购买到的标称电容与上 述容值最为接近的电容为 6.8nF，所以在实际电路中我们选 用 6.8nF 的电容作为谐振电容。 为了验证 RLC 选频电路 的效果，我们对比了在有和没有谐振电容两种情况下的电感 输出的感应电压。在导线中通有 20kHz 左右，100mA 左右 方波电流，在距离导线 50mm 的上方放置垂直于导线的 10mH 电感， 使用示波器测量输出电压波形。如下图 12 所 示。电感 10mH 感应谐振电压 电感 10mH 感应电压 距离 h5cm 距离 h5cm 电感 L10mH 电感 L10mH 电容 C6.8nF 电流参考波 形 电流参考波形 55μ s 线圈感应谐振电压 55μ s 线圈感 应电压 55μ s 300mVpp 55μ s 160mVpp A 没有谐振电容时感 应电压输出 B 有谐振电容时感应电压输出 图 12： 测量感应 线圈两端的感应电压。 从上面结果可以看出， 增加有谐振 电容之后， 感应线圈两端输出感应 20KHz 电压信号不仅幅度 增加了，而且其它干扰信号也非常小。这样无论导线中的电 流波形是否为正弦波，由于本身增加了谐振电容，所以除了 基波信号之外的高次谐波均被滤波除掉，只有基波 20kHz 信号能够发生谐振，输出总是 20KHz 正弦波。 为了能够更加准确测量感应电容式的电压， 还需要将上述感应电压进 一步放大，一般情况下将电压峰峰值放大到 1-5V 左右，就 可以进行幅度检测，所以需要放大电路具有 100 倍左右的 电压增益（40db）。最简单的设计可以只是用一阶共射三极 管放大电路就可以满足要求，如下图所示： 5V R1 R2 20k Hz 频率 510k 5.1k C3/104 L1 C1 放大输出 10mH 6.8nF Vout T1 /104 β gt150 图 13：单管共射交流放大电 路 当然，也可以选用运算放大器进行电压放大。但是需要 选择单电源、低噪音、动态范围达、高速运放不太容易，所 示不太推荐使用运算放大器进行信号放大。3、幅度测量 测 量放大后的感应电动势的幅值 E 可以有多种方法。最简单 的方法就是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。如下图所示： 5V R1 R2 510k 5.1k 检波 输 出 C3/104 D2 Vout T1
C4 51kΩ C2/104 β gt150 .
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