"2019年全国大学生电子设计竞赛陕西赛区设计报告——模拟电磁曲射炮"
本设计报告详述了一款基于STM32F407ZGT6的模拟电磁曲射炮装置,该装置旨在参与2019年全国大学生电子设计竞赛。系统以STM32F407ZGT6为核心控制器,通过精确控制电磁力来发射弹丸,以击中目标。设计中,STM32F407ZGT6微控制器因其高性能、低功耗和强大的定时器功能而被选为控制芯片,确保了系统在30秒内完成发射任务的能力。
在控制系统的设计与论证中,方案一采用了STM32F407ZGT6。该芯片拥有10个通用定时器、3个高级定时器和2个基本定时器,能够满足精确时间控制的需求,如控制电磁炮的储能和发射。此外,它还配备了6路USART,支持高速数据传输,适合与OpenMV摄像头模块进行串口通信,获取目标偏差信息。STM32F407ZGT6的并行处理能力保证了程序执行的效率,而其抗干扰能力和宽温工作范围则提高了系统的稳定性和适应性。
系统框图展示了整体设计,包括STM32F407ZGT6、角位移传感器、云台、OpenMV摄像头和电磁炮。用户可以通过矩阵按键手动输入目标距离和偏差角度,或者使用OpenMV摄像头自动获取这些信息。主控器根据接收到的数据计算出所需的舵机转动角度,调整电磁炮的瞄准。在发射环节,线圈式电磁炮利用平抛运动的数学模型确定最佳发射参数,同时,电容充放电控制由继电器实现,通过ADC采集电容电量来判断是否达到发射条件,从而驱动继电器进行发射。
硬件部分,设计中考虑了电源模块的选择,电机的论证,以及显示模块、发射器和摄像头的选取。电源模块需要提供稳定且高效的能源供应,电机则需要具备足够的扭矩和控制精度。显示模块用于反馈系统状态和输入信息,发射器设计要兼顾能量转化和控制的准确性,而摄像头则是实现自动瞄准的关键组件。
软件实现方面,主要涵盖了STM32F407ZGT6的固件开发,包括底层驱动程序、通信协议栈(如串口通信)、ADC采集算法以及控制逻辑。固件需要实现与OpenMV摄像头的数据交互,实时处理和解析图像信息,并根据结果控制电机调整电磁炮的方向。
该设计巧妙地融合了嵌入式系统、通信技术、机械控制和图像处理,构建了一个智能且精准的电磁炮控制系统,充分体现了参赛队伍的创新精神和技术实力。