一种新型模拟电磁曲射炮的设计

2019-02-18邓盼罗明华鲍江朱鸿

卷宗 2019年36期

邓盼罗明华鲍江朱鸿

摘要：模拟电磁曲射炮系统主要包括单片机控制模块，摄像头模块，线圈模块，云台模块。其中控制模块采用STM32为核心控制芯片，摄像头模块采用OPENMV4 H7，线圈模块采用自制200匝线圈，云台模块采用2个自由度的普通云台。线圈作为系统的执行机构，电容作为驱动，用28v电压为电容充电，继电器控制电容充放电，摄像头模块固定在云台模块，单片机控制云台模块的转动实现摄像头模块对目标的寻找与定位，再由线圈模块发射“炮弹”命中目标。OLED显示目标的关键数据和操作界面。

关键词：电磁炮;OPENMV4 H7;OLED显示屏

1 系统方案设计

1.1 技术路线

电磁线圈炮是通过对线圈施加高压脉冲，线圈周围形成强大的磁场、并与电枢感应（或外部输入）电流的磁场相互作用，产生洛伦兹力推动电枢运動。我们使用电容储能，继电器控制线圈的通断。单片机控制云台旋转，摄像头采集图像信息并处理，通过串口传输给单片机。再由单片机控制继电器。

1.2 系统结构

系统结构由控制模块，线圈模块，储能模块构成。

1.3 主控芯片的论证与选择

方案一：选择ATs89C52单片机作为核心控制芯片，该单片机体积小操作简单，价格便宜。因为89C52单片机内部没有集成的函数库，且控制芯片外设模块较多，实际软件编写时复杂麻烦。

方案二：选择stm32单片机进行系统的控制。STM32系列芯片时钟频率高达168MHz具有512K字节SRAM，具有极强的处理计算能力。较为适合需要大量数据处理的电磁炮系统。

通过比较，我们选择方案二，采用STM32单片机作为控制器。

1.4 摄像头的论证与选择

方案一：选择ov7670图像传感器。体积小，工作电压低，基本与ov7725相同。但是视场范围只有23°，需要把摄像头抬高才能达到题目要求，这样影响模型的稳定。并且ov7670不能进行硬件二值化处理摄像头采集的图像。

方案二：OpenMV4是一个开源，低成本，功能强大的机器视觉模块。以STM32为核心，集成了OV7725摄像头芯片，在小巧的硬件模块上，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法。OpenMV4专用的IDE，它有自动提示，代码高亮，而且有一个图像窗口可以直接看到摄像头的图像，有终端可以debug，还有一个包含图像信息的直方图。可以满足本系统所需。

通过比较，我们选择方案二，采用OPENMV系列摄像头。

2 理论分析与计算

2.1 电磁炮参数计算

驱动线圈长厚比：d=a/（r2-r1）=2;

电容量：500uF;

电容耐压：50v;

驱动线圈匝数：200匝;

2.2 弹道分析

电磁炮弹道为抛物线，在可以忽略空气阻力的情况下，仰角45°为最大射程。

2.3 能量计算

根据L=μ0（N2/l）S

Wm=1/2（Li2）