蘇瑞　于浩　周沛澤　蘭揚(yáng)

【摘 要】本文根據(jù)電磁曲射炮的工作原理，結(jié)合當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了以STM32F103為核心的電磁炮智能發(fā)射控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由發(fā)射裝置和控制裝置兩部分組成，本文選擇基于 OpenMV 機(jī)器視覺(jué)模塊，通過(guò)調(diào)焦攝像頭識(shí)別標(biāo)識(shí)物，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射裝置方向的控制。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出最終控制算法，從而提高了電磁炮射擊落點(diǎn)的準(zhǔn)確度。

【關(guān)鍵詞】電磁;升壓電路;OPENMV;角速度控制

中圖分類(lèi)號(hào)： TJ866文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）30-0047-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.021

0 引言

電磁炮可以利用電磁能推動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)，其威力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的火炮，從而引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。而OpenMV相較于其他視覺(jué)模塊，體積小、功能多且易于安裝，從而選擇OpenMV為基礎(chǔ)模塊，實(shí)現(xiàn)電磁炮的智能控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)與方案

系統(tǒng)包括STM32F103單片機(jī)、升壓模塊、直流舵機(jī)、OpenMV、線(xiàn)圈，由OpenMV視覺(jué)模塊進(jìn)行目標(biāo)定位[1]，進(jìn)而由單片機(jī)控制電機(jī)來(lái)控制炮管的方向與速度，由電源控制線(xiàn)圈發(fā)射，達(dá)到精確命中目標(biāo)的目的[2]，框圖如下圖1：

圖1

電路方案選擇根據(jù)電容充放電原理，自行搭建電路。電容充電時(shí)間短，且放電的瞬間可以產(chǎn)生巨大電能，通過(guò)升壓模塊[3]，將電壓儲(chǔ)存在電容中，可以有效控制鋼珠的發(fā)射。單片機(jī)方案選擇STM32F103單片機(jī)。STM32具有豐富的硬件資源，拓展性強(qiáng)，接口多且相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗旧韼в泄δ?，工作速度快，高性能、低成本、低電壓、?jié)能，外圍接口豐富，適用于要求功能多的裝置上。

單片機(jī)方案選擇STM32F103單片機(jī)。STM32具有豐富的硬件資源，拓展性強(qiáng)，接口多且相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗旧韼в泄δ埽ぷ魉俣瓤?，高性能、低成本、低電壓、?jié)能，外圍接口豐富，適用于要求功能多的裝置上。

2 理論分析與計(jì)算

2.1 電磁炮參數(shù)計(jì)算與彈道分析

彈丸的出口速度可以由一對(duì)間距為10cm的對(duì)射廣電進(jìn)行測(cè)量，可等效為炮口初速度vY=vsin？鄣，再由公式vy=2gh可以求出上升的最大高度。同時(shí)根據(jù)h=■gt■，vx=vcos？鄣，s=t■程序即可快速計(jì)算出射程。

圖2

2.2 電路參數(shù)

本電路采用逆變器將24V直流電升高至230V接入電路，且使用一個(gè)450V 1000μF電容作為整體的儲(chǔ)能元件，并在電容的正極連結(jié)整流二極管以防止電容在充電同時(shí)放電，且在電容電極輸入端接入4個(gè)功率電阻共計(jì)600Ω以限制充電電流在1A以下。在電路中接入可控硅來(lái)控制電容的放電過(guò)程，可控硅的控制端連接限流電阻接入24V電壓，在導(dǎo)通時(shí)使電容對(duì)線(xiàn)圈放電以發(fā)射鋼珠。

3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制

執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用云臺(tái)控制，以實(shí)現(xiàn)水平和豎直方向的精確旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到精確控制的目的;通過(guò)STM32單片機(jī)與OPENMV的串口通信[4]，OPENMV向STM32發(fā)送標(biāo)識(shí)的坐標(biāo)[5]，單片機(jī)控制云臺(tái)瞄準(zhǔn)，再控制繼電器控制充電時(shí)間和開(kāi)火。同時(shí)也可以通過(guò)按鍵輸入坐標(biāo)進(jìn)行控制。

4 數(shù)據(jù)與分析

炮筒位置與炮筒仰角45度不變，改變供電時(shí)間，記錄其射程。

將以上兩組數(shù)據(jù)對(duì)比，經(jīng)過(guò)MATLAB數(shù)據(jù)建模，得出充電時(shí)間與發(fā)射距離為非線(xiàn)性關(guān)系，充電時(shí)間越長(zhǎng)曲線(xiàn)越平緩。

5 結(jié)論

本文采用的基于openmv的電磁炮智能發(fā)射系統(tǒng)是由發(fā)射裝置和控制裝置兩部分組成，發(fā)射裝置實(shí)現(xiàn)電能到磁場(chǎng)能量再到動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)換，從而推動(dòng)被彈射物體獲得沖量向外運(yùn)動(dòng)?？刂蒲b置主要通過(guò)控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置水平角度的控制，通過(guò)兩部分的智能連接，實(shí)現(xiàn)了電磁炮的智能發(fā)射。

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