大一就頭鐵來參賽了，奔著體驗(yàn)體驗(yàn)來的，沒想到經(jīng)過靠近兩個(gè)月的學(xué)習(xí)，對(duì)stm 32也小有所成，跟著原子哥，從0開始一點(diǎn)點(diǎn)學(xué)。在后面練習(xí)的時(shí)候恰好又練了圖像處理方便的題，加上大量的運(yùn)氣因素，有了這么好的結(jié)果，太舒服了。
寫一點(diǎn)點(diǎn)程序的內(nèi)容
.程序設(shè)計(jì)
（1）攝像頭采集
采用ov2640攝像頭進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，識(shí)別紅色標(biāo)志物。由于不自帶處理器，我們采用最簡單的方式，將圖像信息傳到LCD顯示屏上，再通過讀點(diǎn)函數(shù)，得到每個(gè)點(diǎn)的RGB值?？紤]到只要識(shí)別紅色，同時(shí)為了減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，所以沒有選擇繁瑣地將RGB轉(zhuǎn)換成色調(diào)飽和度等信息，而是直接對(duì)RGB數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。
我們將攝像頭和炮臺(tái)的位置相對(duì)固定在同一豎直線，當(dāng)紅色標(biāo)識(shí)的代表點(diǎn)（即紅色標(biāo)志的中心）處于屏幕中間時(shí)，即可保證在水平層面上的精確瞄準(zhǔn)。
（２）超聲波測距
通過sc_sr04，由單片機(jī)發(fā)出15um的高電平，記錄下收到的反饋高電平的時(shí)間（等于超聲波來回的時(shí)間），在根據(jù)聲音傳播的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)距離的測控。
（3）距離控制
距離控制初步設(shè)想為給定一個(gè)角度，測量水平移動(dòng)距離，計(jì)算出初始速度。而保證電壓電容等一致，可保證初速度基本相同。已知初速度后，可根據(jù)出射的角度算出相應(yīng)的位移。但由于反求角度時(shí)，需要用到acsin函數(shù)，即使用泰勒展開式，也很麻煩。考慮到實(shí)際需要的位移僅在200到300cm之間，且位移精度以厘米為單位已足夠，所以我們覺得采用最簡單的，直接通過實(shí)驗(yàn)建立角度和位移之間的關(guān)系，用最簡單有效的方式控制出射距離。
摘要：根據(jù)題目要求，通過對(duì)電磁炮基本原理的分析，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了以STM32-F407單片機(jī)為核心控制的電磁炮發(fā)射控制系統(tǒng)。電磁炮由加速線圈和彈丸線圈構(gòu)成，根據(jù)通電線圈之間磁場的相互作用原理而工作的。加速線圈固定在炮管中，當(dāng)它通入交變電流時(shí)，產(chǎn)生的交變磁場就會(huì)在彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用，產(chǎn)生電磁場力，使彈丸加速運(yùn)動(dòng)并發(fā)射出去。由電容放電來提供電磁炮發(fā)射的能量來源，我們根據(jù)電容放電能量的大小以及各種能量損耗，大致確定了電磁炮的發(fā)射速度，通過不斷的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定了電容大小及放電的電壓大小。電磁炮的放射方位由兩個(gè)舵機(jī)來確定，使電磁炮能繞Z軸，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過一系列的理論計(jì)算，改變電磁炮在XY面和在ZX面內(nèi)的轉(zhuǎn)角，從而控制電磁炮射出子彈的落地位置，舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由單片機(jī)編程控制。
關(guān)鍵詞：電磁炮發(fā)射控制系統(tǒng)，STM32-F407單片機(jī)，電容放電。
1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)包括STM32-F407單片機(jī)模塊，DC轉(zhuǎn)DC模塊，電磁炮及電機(jī)云臺(tái)模塊，電容放電模塊，電容充電放電開關(guān)模塊。系統(tǒng)框圖如下：
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2.方案比較與選擇
（1）DC轉(zhuǎn)DC模塊
DC12V轉(zhuǎn)換DC5V和DC6V降壓模塊
方案一：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，此電路結(jié)構(gòu)簡單，易設(shè)計(jì)焊接，但是帶負(fù)載能力差，一般只為芯片提供基準(zhǔn)電壓，不作電源使用，適用于對(duì)供電電壓不高的芯片使用，不適用。
方案二；使用LM2596多路開關(guān)電源，可完成3.3V/5V/12V/ADJ可調(diào)輸出,多路輸出可以調(diào)節(jié)5V,6V輸出，LM2596是降壓型電源管理單片集成電路的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，而且在市場上可以購買到，方便快捷。
所以選擇方案二。
DC12V轉(zhuǎn)換DC200V升壓模塊
方案一：使用逆變器，輸入DC12V，輸出AC220V,再經(jīng)過整流橋整流，濾波，穩(wěn)壓，從而輸出190V，此方案輸出電壓較為穩(wěn)定，可以滿足要求，但是在穩(wěn)壓階段會(huì)散發(fā)很大熱量，因?yàn)锳C220V整流濾波出來的電壓將近311V，穩(wěn)壓后輸出190V，有很大一部分功率經(jīng)穩(wěn)壓器通過熱量散發(fā)，不太安全，且逆變器和高壓穩(wěn)壓器價(jià)格較昂貴，性價(jià)比不高。
方案二：ZVS升壓電路，再經(jīng)過變壓器變壓，整流濾波，可以得到DC190\V,ZVS電路的作用和逆變器的作用相似，使直流變?yōu)榻涣?，且輸出電壓根?jù)輸入電壓的改變而改變，降低了功率消耗，此電路輸出的直流穩(wěn)壓不很穩(wěn)定，但足以容充電。
所以選擇方案二。
(2)電機(jī)模塊
方案一：步進(jìn)電機(jī)，布進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。簡單的說是靠電脈沖信號(hào)來控制角度與轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。所以說他只靠脈沖信號(hào)來決定轉(zhuǎn)動(dòng)多少。因沒有傳感器，所以停止角度會(huì)有偏差。但是精確的脈沖信號(hào)則會(huì)將偏差減至最低。作為電磁炮的方位驅(qū)動(dòng)裝置，要求電機(jī)有很精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
方案二：伺服電機(jī),伺服電機(jī)不是說一個(gè)電機(jī)，而是一個(gè)電機(jī)系統(tǒng)，它包含電機(jī)、傳感器和控制器。伺服電機(jī)的精度極為精確，實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制，而且抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。但是伺服電機(jī)是由一整套系統(tǒng)組成，體積太大，部件太多，用于控制小電磁炮有點(diǎn)大材小用，而且伺服電機(jī)價(jià)格較為昂貴。
方案三：舵機(jī)，舵機(jī)的主要組成部分為伺服電機(jī)。其中包含伺服電機(jī)控制電路+減速齒輪組，伺服電機(jī)沒有減速齒輪組，而舵機(jī)有減速齒輪組。舵機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝，控制簡單，大扭力，而且成本低，體積小，可以用單片機(jī)進(jìn)行控制。
綜合上述三種電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇舵機(jī)。
二、理論分析與計(jì)算
（1）電容放電的能量
我們采用2個(gè)470μF耐壓400V的電解電容并聯(lián)，根據(jù)電容的儲(chǔ)能公式W＝?CU2可求出電容儲(chǔ)存的能量。
W＝?CU2=0.5x940x10-6x4002=75.2J
(2)ZVS電路相關(guān)計(jì)算
如下為ZVS電路圖：
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下圖為ZVS電路的波形圖：
由波形圖可知L1下端b點(diǎn)的波形為正弦波的絕對(duì)值（即為下面降到的Vbm）。由穩(wěn)態(tài)時(shí)電感兩端電壓積分為0，流過電容電流積分為0，可計(jì)算出b點(diǎn)電壓振幅。
設(shè)b點(diǎn)電壓為Vb=|
|,電源電壓為Vcc,
則L1兩端電壓為
既
對(duì)L1兩端電壓積分
計(jì)算得
由波形圖可知b點(diǎn)電壓為a到c的電壓的一半，所以a、c兩端的電壓即C1端電壓為
*2，即為
則Vac=12xπ=37.7V
計(jì)算輸出交流電流的頻率
該諧振為LC并聯(lián)諧振，所以諧振頻率為f=
（3）電磁炮炮彈所獲得的動(dòng)能
三，電路與程序設(shè)計(jì)
1.電路設(shè)計(jì)
（1）ZVS升壓與整流穩(wěn)壓模塊
如下圖所示：
變壓器左邊電路為ZVS升壓電路，它的作用是將直流變?yōu)榻涣?，輸出電壓和頻率以上理論計(jì)算已經(jīng)算出，變壓器的前級(jí)線圈與后級(jí)線圈之比為5：50，整流橋所用的二極管HER608，因?yàn)榻?jīng)變壓器后的電壓很高，所選用的二極管耐壓也要很高，經(jīng)過0.1微法電容濾波后輸出直流電壓，電壓值在上述理論計(jì)算中已算出。
（2）電容放電開關(guān)模塊
如下圖所示,單片機(jī)給此電路信號(hào)，置1時(shí)，此電路導(dǎo)通，電容放電，為電磁炮提供能量，置0時(shí)，電路不導(dǎo)通，電容持續(xù)儲(chǔ)存能量。電路圖中的可控硅型號(hào)為BCB60-1600，二極管選用的是HER608
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（3）電容充電開關(guān)模塊
電路圖如下，三極管選用的是8050，二極管為1N4148,繼電器型號(hào)為HK4100F-DC5V-SHC。繼電器線圈的一段接5V電源，另一端接三極管8050的集電結(jié)C,繼電器線圈兩端并聯(lián)一個(gè)二極管1N4148,用于吸收釋放繼電器斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢。當(dāng)STM32-F407單片機(jī)置1時(shí)，輸出高電平，三極管導(dǎo)通，高電壓為電容充電，當(dāng)STM32-F407單片機(jī)置0時(shí)，輸出低電平，三極管截止不導(dǎo)通，高電壓停止給電容充電。
（4）LM2596電源模塊
LM2596是降壓型電源管理單片集成電路的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V，可調(diào)版本可以輸出小于37V的各種電壓。模塊電路圖在市面上可以購買到，故不在展示電路圖。
以下為LM2596內(nèi)部原理圖:
2.程序設(shè)計(jì)
