基于openmv的電磁炮智能控制系統

蘇瑞　于浩　周沛澤　蘭揚

【摘 要】本文根據電磁曲射炮的工作原理，結合當前嵌入式系統設計方法實現了以STM32F103為核心的電磁炮智能發射控制系統，該系統由發射裝置和控制裝置兩部分組成，本文選擇基于 OpenMV 機器視覺模塊，通過調焦攝像頭識別標識物，實現對發射裝置方向的控制。通過對實驗數據的分析，得出最終控制算法，從而提高了電磁炮射擊落點的準確度。

【關鍵詞】電磁;升壓電路;OPENMV;角速度控制

中圖分類號： TJ866文獻標識碼： A 文章編號： 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物體運動，其威力遠大于傳統的火炮，從而引起了國內外的廣泛關注。而OpenMV相較于其他視覺模塊，體積小、功能多且易于安裝，從而選擇OpenMV為基礎模塊，實現電磁炮的智能控制系統。

1 系統與方案

系統包括STM32F103單片機、升壓模塊、直流舵機、OpenMV、線圈，由OpenMV視覺模塊進行目標定位[1]，進而由單片機控制電機來控制炮管的方向與速度，由電源控制線圈發射，達到精確命中目標的目的[2]，框圖如下圖1：

圖1

電路方案選擇根據電容充放電原理，自行搭建電路。電容充電時間短，且放電的瞬間可以產生巨大電能，通過升壓模塊[3]，將電壓儲存在電容中，可以有效控制鋼珠的發射。單片機方案選擇STM32F103單片機。STM32具有豐富的硬件資源，拓展性強，接口多且相對簡單，因為它本身帶有功能，工作速度快，高性能、低成本、低電壓、節能，外圍接口豐富，適用于要求功能多的裝置上。

單片機方案選擇STM32F103單片機。STM32具有豐富的硬件資源，拓展性強，接口多且相對簡單，因為它本身帶有功能，工作速度快，高性能、低成本、低電壓、節能，外圍接口豐富，適用于要求功能多的裝置上。

2 理論分析與計算

2.1 電磁炮參數計算與彈道分析

彈丸的出口速度可以由一對間距為10cm的對射廣電進行測量，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。同時根據h=■gt■，vx=vcos？鄣，s=t■程序即可快速計算出射程。

圖2

2.2 電路參數

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450V 1000μF電容作為整體的儲能元件，并在電容的正極連結整流二極管以防止電容在充電同時放電，且在電容電極輸入端接入4個功率電阻共計600Ω以限制充電電流在1A以下。在電路中接入可控硅來控制電容的放電過程，可控硅的控制端連接限流電阻接入24V電壓，在導通時使電容對線圈放電以發射鋼珠。

3 執行機構控制

執行機構選用云臺控制，以實現水平和豎直方向的精確旋轉，以達到精確控制的目的;通過STM32單片機與OPENMV的串口通信[4]，OPENMV向STM32發送標識的坐標[5]，單片機控制云臺瞄準，再控制繼電器控制充電時間和開火。同時也可以通過按鍵輸入坐標進行控制。

4 數據與分析

炮筒位置與炮筒仰角45度不變，改變供電時間，記錄其射程。

將以上兩組數據對比，經過MATLAB數據建模，得出充電時間與發射距離為非線性關系，充電時間越長曲線越平緩。

5 結論

本文采用的基于openmv的電磁炮智能發射系統是由發射裝置和控制裝置兩部分組成，發射裝置實現電能到磁場能量再到動能的能量轉換，從而推動被彈射物體獲得沖量向外運動。控制裝置主要通過控制舵機實現發射裝置水平角度的控制，通過兩部分的智能連接，實現了電磁炮的智能發射。

【參考文獻】

[1]馮曉暉.電磁炮物理模型構建與系統實現研究[J].黑龍江科學，2018（5）：134-135.

[2]唐勇，費付聰，周延.自制演示型電磁炮及其相關研究[J].2015，36（1）：47-48.

[3]邱關源.電路（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.126-129.

[4]張彥超.運動目標跟蹤技術的研究[D].北京：北京交通大學，2014.

[5]張毅，高進可，王琪，等.視覺導引智能車的自適應路徑識別及控制研究[J].測控技術，2017，36（11）：23.