路遥知马力

前几天，参加智能车竞赛的学生在公众号中留下了几段录像，展示了他们的车模在马路边上奔跑比赛的场景。受到同学们的启发，竞赛组委会准备在今年全国总决赛中举行第一届“路遥知马力”智能车马路挑战赛。

马路边奔驰的智能车模 | 公众号留影

比赛规则很简单：在美丽的嘉庚学院校园内中的弯弯曲曲、高高低低的马路上，找到一条长长的、一眼看不到尽头的马路，比赛看谁的车模在真实马路上跑的最快。

但马路的标志线对于摄像头组能够导引，可是对于超过一半以上的电磁组该如何进行马路挑战赛呢？

一种解决方案就是沿着标准线在铺设一条细细的（直径0.3mm）的漆包线用于导航电磁组车模。为了能够在电磁线内形成100mA的交变电流，需要提供一条电流回路，这有什么简单的解决方案吗？

嘉庚学院中的马路边界线

一个最简单的方案，自然而然的就落在了脚下的大地上。地球也是一个导体，可以作为电路回路用于产生导引电流。这不仅节省了再铺设一条长长的电线，同时也提供了一个非常对称的电流回路，对路面上的电磁线的干扰最小。

利用地面作为导线，需要知道它的阻抗是多少，需要形成100mA的电流需要多大的驱动电压呢？它的阻抗与两个接入点的距离之间是什么关系呢？这些可以直接通过实验来确定。下面是我办公室所在的中央主楼前面的草坪，比较适合进行实验。

清华大学中央主楼前面的广场和草坪 

为了测量地球的阻抗，首先需要给地球添加两个管脚（电路的接入点）。购买两个大铁钉，长度约30厘米。借助于角磨机和铁丝轮将铁钉保护漆去掉，使用铁丝缠绕形成两个接线端子。

用作大地接入点的大铁钉子

将两个铁钉打入草地，之间相距10米左右。使用引线和万用表测量两者之间的电阻，大约在500欧姆左右。改变两个铁钉之间的距离，从2米一直增加到50米，测量铁钉之间的电阻始终在500欧姆上下波动（300~550）

在草地上进行测量大地回路的阻抗

本以为在两个铁钉打入地面处加水会进一步降低测量阻抗，但实际测量的结果反而是电阻值增加了，这与期望的确不太相符。

不同距离下的大地回路阻抗

根据实验结果可以得到如下结论：（1）使用大地作为电磁导引线的回路，其电阻大约是500欧姆左右；（2）这个阻抗在100米左右距离范围内与接入大地两点之间的距离无关；

如果忽略地面电磁线的电阻，只考虑大地的电阻，要在电磁线形成100mA的交变电流，驱动电压峰值需要在50V（峰峰值为100V），功率大约需要5W。显然，普通用于比赛现场的电源都无法驱动电磁线。

今天制作的高压大功率信号源

为此需要重新设计制作高压大功率 20kHz的信号源。今天使用快速制版方法，制作了产生信号的MCU控制板和MOS功率放大电路。利用手边E型铁氧磁体绕制了1:8的高频变压器，原边75匝，副边600匝。为了便于室外测试，使用了15V的锂电池用于供电，MCU控制板上的 液晶显示输出电流的大小。

经过一整天的准备，到了傍晚的时候终于可以进行测试了。第一次实验选择国旗杆两边的草地之间的广场作为测试场地。

第一次相距40米的实验

将两个铁钉分别在广场两边草地上打入地下，之间铺设一条电线，长度大约为40米左右。在左边铁钉处接入高压信号源。调节驱动电流达到100mA左右。然后放置一个三轮电磁车模。测试电磁车模的运行情况。

电磁车模沿着单挑电线行进

可以看到利用大地形成电流回路的单条电线可以正确的导引车模的运行。与普通赛场上的电磁回路导线并没有什么区别。

第二个实验使用直径为0.2mm非常细的漆包线，在两边草地更远的距离（大约100米）形成导引回路，测试今天制作的高压信号源的驱动能力是否能够驱动更长、更细的导引电磁线。

非常细的电磁导引线

电磁车模运动表明，电磁线的粗细对于形成的导引磁场并没有太大的影响。

由于时间已晚，再加上手边漆包线已经使用完，今天的测试先告一段落。实验结果表明，利用大地作为电流回路可以形成稳定可靠的导引磁场。利用同样的原理，可以同时铺设平行的多条赛道，比如八条赛道 ，这样一次就可以完成多组车模的比赛。

I Just wanna run.来自TsinghuaJoking00:0003:06

望着刚刚落山的太阳留在天空的晚霞，我仿佛看到了在嘉庚学院的校园内的马路上那些参加马路挑战赛的赛车极速奔驰的场景。今年参加总决赛的队伍别忘了，在报道的时候可以申请参加这项室外挑战赛。

做了一天的实验，今天的推文现在才发送。