基于openmv的电磁炮智能控制系统

2019-11-13苏瑞于浩周沛泽兰扬

科技视界 2019年30期

关键词：电磁

苏瑞　于浩　周沛泽　兰扬

【摘要】本文根据电磁曲射炮的工作原理，结合当前嵌入式系统设计方法实现了以STM32F103为核心的电磁炮智能发射控制系统，该系统由发射装置和控制装置两部分组成，本文选择基于 OpenMV 机器视觉模块，通过调焦摄像头识别标识物，实现对发射装置方向的控制。通过对实验数据的分析，得出最终控制算法，从而提高了电磁炮射击落点的准确度。

【关键词】电磁;升压电路;OPENMV;角速度控制

中图分类号： TJ866文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）30-0047-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.021

0 引言

电磁炮可以利用电磁能推动物体运动，其威力远大于传统的火炮，从而引起了国内外的广泛关注。而OpenMV相较于其他视觉模块，体积小、功能多且易于安装，从而选择OpenMV为基础模块，实现电磁炮的智能控制系统。

1 系统与方案

系统包括STM32F103单片机、升压模块、直流舵机、OpenMV、线圈，由OpenMV视觉模块进行目标定位[1]，进而由单片机控制电机来控制炮管的方向与速度，由电源控制线圈发射，达到精确命中目标的目的[2]，框图如下图1：

图1

电路方案选择根据电容充放电原理，自行搭建电路。电容充电时间短，且放电的瞬间可以产生巨大电能，通过升压模块[3]，将电压储存在电容中，可以有效控制钢珠的发射。单片机方案选择STM32F103单片机。STM32具有丰富的硬件资源，拓展性强，接口多且相对简单，因为它本身带有功能，工作速度快，高性能、低成本、低电压、节能，外围接口丰富，适用于要求功能多的装置上。

单片机方案选择STM32F103单片机。STM32具有丰富的硬件资源，拓展性强，接口多且相对简单，因为它本身带有功能，工作速度快，高性能、低成本、低电压、节能，外围接口丰富，适用于要求功能多的装置上。

2 理论分析与计算

2.1 电磁炮参数计算与弹道分析

弹丸的出口速度可以由一对间距为10cm的对射广电进行测量，可等效为炮口初速度vY=vsin？鄣，再由公式vy=2gh可以求出上升的最大高度。同时根据h=■gt■，vx=vcos？鄣，s=t■程序即可快速计算出射程。

图2

2.2 电路参数

本电路采用逆变器将24V直流电升高至230V接入电路，且使用一个450V 1000μF电容作为整体的储能元件，并在电容的正极连结整流二极管以防止电容在充电同时放电，且在电容电极输入端接入4个功率电阻共计600Ω以限制充电电流在1A以下。在电路中接入可控硅来控制电容的放电过程，可控硅的控制端连接限流电阻接入24V电压，在导通时使电容对线圈放电以发射钢珠。

3 执行机构控制

执行机构选用云臺控制，以实现水平和竖直方向的精确旋转，以达到精确控制的目的;通过STM32单片机与OPENMV的串口通信[4]，OPENMV向STM32发送标识的坐标[5]，单片机控制云台瞄准，再控制继电器控制充电时间和开火。同时也可以通过按键输入坐标进行控制。

4 数据与分析

炮筒位置与炮筒仰角45度不变，改变供电时间，记录其射程。

将以上两组数据对比，经过MATLAB数据建模，得出充电时间与发射距离为非线性关系，充电时间越长曲线越平缓。

5 结论

本文采用的基于openmv的电磁炮智能发射系统是由发射装置和控制装置两部分组成，发射装置实现电能到磁场能量再到动能的能量转换，从而推动被弹射物体获得冲量向外运动。控制装置主要通过控制舵机实现发射装置水平角度的控制，通过两部分的智能连接，实现了电磁炮的智能发射。

【参考文献】

[1]冯晓晖.电磁炮物理模型构建与系统实现研究[J].黑龙江科学，2018（5）：134-135.

[2]唐勇，费付聪，周延.自制演示型电磁炮及其相关研究[J].2015，36（1）：47-48.

[3]邱关源.电路（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.126-129.

[4]张彦超.运动目标跟踪技术的研究[D].北京：北京交通大学，2014.