電子設(shè)計大賽的題目之一“模擬電磁曲射炮

先來看一下題目要求

 一,、任務(wù) 

 自行設(shè)計并制作一模擬電磁曲射炮（以下簡稱電磁炮）,，炮管水平方位及垂直仰角方向可調(diào)節(jié)，用電磁力將彈丸射出,，擊中目標(biāo)環(huán)形靶（見圖 3）,，發(fā)射周期不得超過 30 秒。電磁炮由直流穩(wěn)壓電源供電,，電磁炮系統(tǒng)內(nèi)允許使用容性儲能元件,。 

二、要求  

電磁炮與環(huán)形靶的位置示意如圖 1 及圖 2 所示,。電磁炮放置在定標(biāo)點處,，炮管初始水平方向與中軸線夾角為 0°、垂直方向仰角為 0°。環(huán)形靶水平放置在地面,，靶心位置在與定標(biāo)點距離 200cm≤d≤300cm,，與中心軸線夾角a≤±30°的范圍內(nèi)。 

1.基本要求  

（1）  電磁炮能夠?qū)椡枭涑雠诳凇?nbsp;

（2）  環(huán)形靶放置在靶心距離定標(biāo)點 200~300cm 間,，且在中心軸線上的位置處,，鍵盤輸入距離 d 值，電磁炮將彈丸發(fā)射至該位置,，距離偏差的絕對值不大于 50cm。 

（3）  用鍵盤給電磁炮輸入環(huán)形靶中心與定標(biāo)點的距離 d 及與中心軸線的偏離角度a,，一鍵啟動后,，電磁炮自動瞄準(zhǔn)發(fā)射，按擊中環(huán)形靶環(huán)數(shù)計分,；若脫靶則不計分,。

 2.發(fā)揮部分 

（1）  在指定范圍內(nèi)任意位置放置環(huán)形靶（有引導(dǎo)標(biāo)識，參見說明 2）,，一鍵啟動后,，電磁炮自動搜尋目標(biāo)并炮擊環(huán)形靶，按擊中環(huán)形靶環(huán)數(shù)計分,，完成時間≤30s,。 

（2）  環(huán)形靶與引導(dǎo)標(biāo)識一同放置在距離定標(biāo)點 d=250cm 的弧線上（以靶心定位），引導(dǎo)標(biāo)識處于最遠(yuǎn)位置,。電磁炮放置在定標(biāo)點,，炮管水平方向與中軸線夾角a =-30°、仰角 0°,。一鍵啟動電磁炮,，炮管在水平方向與中軸線夾角a從-30°至 30°、再返回-30°做往復(fù)轉(zhuǎn)動,，在轉(zhuǎn)動過程中（中途不得停頓）電磁炮自動搜尋目標(biāo)并炮擊環(huán)形靶,，按擊中環(huán)形靶環(huán)數(shù)計分，啟動至擊發(fā)完成時間≤10s,。 

（3）  其他,。 

3.  電磁炮的要求 

（1）  電磁炮炮管長度不超過 20cm，工作時電磁炮架固定置于地面,。 

（2）  電磁炮口內(nèi)徑在 10-15mm 之間,，彈丸形狀不限。 

（3）  電磁炮炮口指向在水平夾角及垂直仰角兩個維度可以電動調(diào)節(jié),。 

（4）  電磁炮可用鍵盤設(shè)置目標(biāo)參數(shù),。 

（5）  可檢測靶標(biāo)位置自動控制電磁炮瞄準(zhǔn)與發(fā)射。 

（6）  電磁炮彈丸射高不得超過 200cm。

4.其他要求

（1）  環(huán)形靶由 10 個直徑分別為 5cm,、10cm,、15cm、… 50cm 的同心圓組成,，外徑 50cm,，靶心直徑 5cm，參見圖 3,。

 （2）  環(huán)形靶引導(dǎo)標(biāo)識為直徑 20cm 的紅色圓形平板,，在距靶心 30cm 處與靶平面垂直固定安裝，圓心距靶平面高度 30cm,。放置時引導(dǎo)標(biāo)識在距定標(biāo)點最遠(yuǎn)方向,。參見圖 1。

首先看基本要求,，要實現(xiàn)彈丸打出去,，就必須明白電磁炮的基本原理：最簡單的電磁炮直接將線圈繞在炮筒上，炮筒內(nèi)部裝上鐵芯,。通過給線圈上電,，就能將鐵芯打出去。

要實現(xiàn)電磁炮的控制,，只要加上電容即可,，通過控制電容的充放電來控制電磁炮的炮擊?？刂品譃殡妷嚎刂坪脱鼋强刂?。電壓控制即仰角不變，通過控制電容電壓的大小來控制炮擊距離,。仰角控制即電壓不變,，通過控制電磁炮的仰角進(jìn)而控制炮擊距離。我選擇的是仰角控制,，先將電磁炮做好,，控制電壓不變，設(shè)置不同的仰角進(jìn)行炮擊,，記錄不同仰角對應(yīng)的距離,，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合即可得到仰角與距離的關(guān)系式，從而控制電磁炮打到相應(yīng)的位置,。

第三個要求需要控制電磁炮的水平角度,，在這里使用了云臺，能夠自由控制電磁炮的仰角和水平角度 ,，只要控制好舵機的PWM值就能達(dá)到相應(yīng)的角度,。

其次是發(fā)揮部分,，要搜尋目標(biāo)，就必須使用能夠精確定位的設(shè)備,，其次還要能夠進(jìn)行測距,。這里選用OpenMV來進(jìn)行識別，超聲波模塊來進(jìn)行測距,?？刂圃婆_轉(zhuǎn)動，通過OpenMV進(jìn)行識別,，超聲波進(jìn)行測距,，即可實現(xiàn)第一問。第二問要需要一直做往復(fù)運動,，在運動過程中實現(xiàn)炮擊,，控制水平舵機轉(zhuǎn)一定的角度，延時一段時間,，再轉(zhuǎn)一定角度，到達(dá)一定角度反方向轉(zhuǎn)動,，從而實現(xiàn)往復(fù)運動,，其他與第一問相同。另外,，作品還加入了藍(lán)牙模塊,，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。