基于openmv的電磁炮智能控制系統(tǒng)

蘇瑞　于浩　周沛澤　蘭揚

【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)計方法實現(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 機器視覺模塊，通過調(diào)焦攝像頭識別標(biāo)識物，實現(xiàn)對發(fā)射裝置方向的控制。通過對實驗數(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

中圖分類號： TJ866文獻標(biāo)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(tǒng)的火炮，從而引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)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(chǔ)模塊，實現(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、升壓模塊、直流舵機、OpenMV、線圈，由OpenMV視覺模塊進行目標(biāo)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(fā)射，達到精確命中目標(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。電容充電時間短，且放電的瞬間可以產(chǎn)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(fā)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(jié)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(jié)能，外圍接口豐富，適用于要求功能多的裝置上。

2 理論分析與計算

2.1 電磁炮參數(shù)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(jù)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(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450V 1000μF電容作為整體的儲能元件，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(dǎo)通時使電容對線圈放電以發(fā)射鋼珠。

3 執(zhí)行機構(gòu)控制

執(zhí)行機構(gòu)選用云臺控制，以實現(xiàn)水平和豎直方向的精確旋轉(zhuǎn)，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(fā)送標(biāo)識的坐標(biāo)[5]，單片機控制云臺瞄準(zhǔn)，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(biāo)進行控制。

4 數(shù)據(jù)與分析

炮筒位置與炮筒仰角45度不變，改變供電時間，記錄其射程。

將以上兩組數(shù)據(jù)對比，經(jīng)過MATLAB數(shù)據(jù)建模，得出充電時間與發(fā)射距離為非線性關(guān)系，充電時間越長曲線越平緩。

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)射裝置實現(xiàn)電能到磁場能量再到動能的能量轉(zhuǎn)換，從而推動被彈射物體獲得沖量向外運動?？刂蒲b置主要通過控制舵機實現(xiàn)發(fā)射裝置水平角度的控制，通過兩部分的智能連接，實現(xiàn)了電磁炮的智能發(fā)射。

【參考文獻】

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

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[3]邱關(guān)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(biāo)跟蹤技術(shù)的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2014.

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