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本系统采用STM32F103作为主控模块，外接触摸屏实现人机交互。以舵机云台搭载电磁炮和标靶测量模块，实现两自由度转动。电磁炮模块采用斩波升压和大电容作为驱动，通过激光测距模块识别和测量标靶距离。

1、工程描述

基本要求

（1）电磁炮能够将弹丸射出炮口。

（2）环形靶放置在靶心距离定标点 200~300cm 间，且在中心轴线上的位置处，键盘输入距离 d 值，电磁炮将弹丸发射至该位置，距离偏差的绝对值不大于 50cm。

（3）用键盘给电磁炮输入环形靶中心与定标点的距离 d 及与中心轴线的偏离角度a，一键启动后，电磁炮自动瞄准射击，按击中环形靶环数计分；若脱靶则不计分。

本工程根据2019年H题要求完成，其他部分可参考原工程。

2、需求分析

电磁炮击发时的电磁转换需要极大能量，因此需要专门的充能-储能单元作为电磁炮的驱动单元，本系统选择采用UC3843构成的斩波升压充电电路和大电容组合而成的充能-储能单元。

3843芯片引脚图

题目要求中需要找到标靶并且测量标靶与炮台的距离，本系统选择采用TW10S激光测距模块，根据对反射激光相位差的检测感知标靶距离，可以实现毫米级分辨率。

    

人机交互方面采用串口屏，具有可操控灵活性高，页面制作简便，对系统占用也比较少。

在发射的时候瞬间电流比较大，经过对比考虑后，这里采用可控硅，型号为70tps16，经后续测试后，完全符合设计需求。

70tps16可控硅

3、电路设计

电磁炮工作原理类似于圆筒形直线异步感应电动机，驱动电源为储能电容。

通电瞬间电容对线圈放点产生圆环电流id，变化电流产生磁场，使得金属弹丸产生了与驱动线圈同轴的环形电流ip，圆环电流id和ip产生的磁场相互作用，实现弹丸击发。

线圈加速过程比较复杂，电、磁、机械联系紧密，为了方便分析，忽略弹丸空气阻力、回路电感等因素进行简化分析，可得电磁炮等效模型如图：

电磁炮等效模型

计算公式可以跳转至原工程查看。

电路总体模块如图所示，电磁炮和激光测距头均搭载于舵机云台上同步运动，触控屏实现人机交互和参数设定，STM32通过PWM控制充电电容电压，实现对击发距离的控制。

结构框架

充能模块通过在P5端口加入PWM控制，调节UC3843芯片的VFB引脚的电压，从而调节UC3843的控制信号，控制BOOST升压电路的输出。

充能电路

本系统选择可控硅70TPS16作为放电开关，70TPS16额定电压1600V，额定电流70A，完全满足本系统的需求。在驱动电路上，选择了专用的驱动光耦TLP250。

击发电路

由于在电磁炮发射瞬间时电容对电感放电，工作电流比较大，因此此时充能模块不能够继续工作，否则就会产生持续的大电流，有可能对电路元件进行损坏，因此加入了继电器控制充电电源的通断，使充电电源在电磁炮发射瞬间处于断开状态。

充电电源控制

4、成品展示

视频演示：见附件

5、程序设计

充电阶段，STM32控制充电电源开关电路接通直流电源与升压充能模块，对电容充电储能；单片机通过P5端子输入PWM信号调控UC3843芯片2号引脚参考电位，控制储能电容电压。

充电完成后，电源开关电路断开，结束充电，电磁炮进入待发状态。STM32控制电磁炮击发部分导通晶闸管，储能电容对电感线圈放电，形成磁场驱动金属弹丸发射，发射完成后关闭晶闸管。

本系统设置了三种工作模式：手动、半自动、自动。手动模式下，手动、半自动模式通过触摸屏设定标靶距离，系统根据公式计算充电电压。

点击发射后自动调整至35°仰角，开始充电，电压稳定后提示击发。自动模式下，云台在-35°~35°范围进行自动测距扫描，确定环形靶偏转角和距离，控制云台定位于偏转角，计算充电电压后自动进入击发环节。

程序流程图

6、文档

Sheet_2（点击进入立创EDA编辑器打开）

Sheet_1（点击进入立创EDA编辑器打开）

PCB（点击进入立创EDA编辑器打开）

3D图

7、BOM 相关器件(为系统自动匹配，请自行识别验证)

商品编号	型号	品牌	规格/描述
C82891	ESP-12F(ESP8266MOD)	Ai-Thinker(安信可)	WiFi 模组
C8734	STM32F103C8T6	ST(意法半导体)	LQFP-48 / MCU
C468125	VS-70TPS16PBF	VISHAY(威世)	SUPER-TO-274AA / 可控硅
C2595	IRFP460PBF	VISHAY(威世)	TO-247(AC) / MOS
C346998	TLC315VS1000M35*50_VS	SAMYOUNG(韩国三莹)	1000uF 315V / 牛角电容

您也可以点击下载BOM或点击直接在立创商城下单

工程附件

电磁曲线炮.zip

电磁炮.HMI

41123100F9B31623889485C45EF83C5B.mp4

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