2019 年TI杯全国大学生电子设计竞赛H题模拟电磁曲射炮

前言

首先要肯定电子设计竞赛的含金量，而也正是电子设计竞赛给了我本科阶段最好的体验。此文章介绍的作品是我所在团队于2019年参加电赛的参赛作品，在队友、指导老师的共同努力下有幸获得国家级二等奖。诚然，此作品确实存在很多不足，在此只是分享一下我们当时的方案和经历，供日后参加电赛的学生朋友们参考，不足之处望大家见谅。

完整题目

来自电赛官网：H题模拟电磁曲射炮

实现方案

本系统为自行设计并制作的模拟电磁曲射炮，采用STM32F1单片机作为控制核心，通过串口与外设模块进行通信；采用OpenMV作为图像传感器、TFmini激光测距模块作为距离传感器，通过PID等控制算法实现题目炮击功能。
云台：选用带有平台大圆盘底座的二自由度舵机云台
OpenMV：星瞳科技文档及教程
TFmini：北醒
HMI串口屏：淘晶驰
电磁炮：炮弹选用磁铁，注意炮管尺寸与炮弹形状匹配；线圈使用漆包线自行绕制，注意绕线尽量工整，线圈匝数适量；选用1000uf电容，充放电电路由直流稳压电源经升压模块升压后由12V升为75V，再经过继电器1与电容相连，通过使用单片机控制继电器1常开触点的通断来给电容充电。为了防止充电电流过大损坏继电器，在回路中串联了15欧姆的限流电阻。电容通过继电器2与电磁炮线圈相连，通过使用单片机控制继电器2常开触点的通断来给电容放电实现电磁炮的发射。

功能实现：硬件搭建结束后进行大量的舵机摆角和出射距离的测试，再进行线性拟合，确定部分区间的补偿偏置可近似实现给定距离的发射；发挥题目涉及自动寻靶，采用PID对舵机摆角进行调整，使靶心位于视野中央发射。

程序设计逻辑

外设逻辑：OpenMV实时处理图像确定目标靶位置，OLED实时显示由TFmini测得与目标靶的距离信息，HMI屏幕实时接收操控指令。以上OpenMV、TFmini、HMI各占用一个Usart，OLED遵循IIC协议。
开关逻辑：这里的开关指电磁炮充放电发射开关，依靠继电器实现。

void vRelayContorl(void)
{ 	
					
	ui_Timer1ms++;
  	if(ui_Timer1ms <= 3500)
	{ 
		HAL_GPIO_WritePin(C_Save_GPIO_Port, C_Save_Pin, GPIO_PIN_SET);
		HAL_GPIO_WritePin(C_Release_GPIO_Port, C_Release_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	}
	
 	else if(ui_Timer1ms > 3500 && ui_Timer1ms <= 5000)
		HAL_GPIO_WritePin(C_Save_GPIO_Port, C_Save_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	
    else if(ui_Timer1ms > 5000 && ui_Timer1ms <= 10000)
		HAL_GPIO_WritePin(C_Release_GPIO_Port, C_Release_Pin, GPIO_PIN_SET);
			
    else if(ui_Timer1ms > 10000 && ui_Timer1ms <= 11000)
		HAL_GPIO_WritePin(C_Release_GPIO_Port, C_Release_Pin, GPIO_PIN_RESET);			 
}

启动逻辑：先通过HMI选择题目序号，PID调整舵机角度，继电器控制电容充放电，实现题目功能。

测试方案

将系统接上电源，把完整程序下载至STM32F1单片机中，用触摸屏控制系统完成题目中的各项要求指标并记录。

根据上述测试数据，系统仍存在偏差，此偏差由激光测距模块长距离测量偏差造成；考虑到子弹外径与炮管内径的偏差，子弹在炮管中运动时速度发生改变，炮击精度较差。

程序源码

链接：https://pan.baidu.com/s/1gOhM6ySnaQ1uQtsrI-b76A
提取码：s1xl
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