2019电子设计大赛电磁曲射炮制作分享

2019/9/1更新,电磁炮的竞争压力真的大,367支队伍去上海，其中电磁炮的就有93支。好在，我们国测发挥得不错，成功拿下国一。
模拟电磁曲射炮（H 题）下载

题目

1 电磁炮制作

不管得分点是什么，电磁炮是一定要做的。不过我们取了巧，直接在网上买了个成品套件。如图，图片来自淘宝，侵删。


原理还是比较简单，升压给电容充电，电容通过线圈产生磁场，磁场吸引钢珠。但是东西回来后，我们做了一些改动。

1.1 线圈制作

因为商家配的管子内径没有10mm（题目要求10mm-15mm）所以我们得重新绕。管子用的塑料管，如图

我们经过简单的讨论决定采用10mm内径的，然后弹丸也用10mm钢珠，因为第一感觉就是越小越好，越小所需能量越少。事实证明有时候第一感觉不一定是最优的。这个后面再谈
线圈参数，我们决定绕8层，每层30匝，一共240匝，后经大神指点，这个匝数在合理范围内。大家绕的话，200-300都是可以的。匝数大了的话，电阻也会大，效果不一定更好。
漆包线直径我们选的1mm，也有同学用0.8mm，事实证明都能用。
漆包线如果不好固定的话，可以上502胶水，至于两边，大家可以试试电工胶，或者3M胶布叠起来，或其他能卡住的东西都行。我们最后是用雕刻机雕的件卡的。

1.2 主控及模块

主控 我们自己画了一个STM32F407核心板。没有的同学完全可以用网上买的核心板。
视觉 毫无疑问的我们买了OPENMV，比赛的时候我们用的长焦镜头
测距 这个用的激光测距模块，有点小贵。群里有人用超声波模块，可以试试，可能效果不太好
键盘 这个一般人都用的矩阵键盘，但是我们买了串口屏 ，如图。串口屏的好处是，简单易上手，不用写矩阵键盘的行列扫描程序。用矩阵键盘的话大家一定要多买几个，容易坏

云台 这个网上有一个做的不错的
事实上，普通的两个舵机的也能用，因为我们基本上都选择了只把炮口放最后一级舵机上。所以重量不是很大，它对系统的要求是，射的时候要稳，毕竟有一些小小的冲击力，会让精度下降。
不过由于我们学校比较有钱，所以我们组最后选择了用两个42步进伺服电机做动力，优点是力矩大，缺点是得有起始点的卡位，而舵机的脉冲宽和角度直接对应。
顺带说一句，图里的餐桌转盘轴承的确好用。

2 测试调试加填坑

第一坑 弹丸选择

关于弹丸材料和形状，我们直接选择了钢珠。也许有人会用钢柱或者子弹形状的？
淘宝上有一些钢珠材料不一样，线圈对其没有吸引力。这种钢珠看起来亮一些，不那么容易生锈。大家买的时候不要买错了~~
然后钢珠的直径，我们一开始选择了和管子内径一样的10mm。后面经过实验，发现钢珠直径小一些的话，精度更好。所以我们后面选择6mm，至于为什么不用8mm的，因为8mm买的假货，吸不动……我的猜测是：钢珠大了，跟管内的摩擦会多一些，所以精度受了影响

第二坑 弹丸初始位置

弹丸在线圈的起始位置，到底放在哪比较好呢？
经过试错，我们发现，钢珠一半进线圈在相同条件能打的最远。
当位置选好后，大家一定要把限位的东西固定死。不然会影响后面的曲线拟合

第三坑 发射模式选择与adc采电压

发射模式，目前有两种选择。一是定角度变电压。一是定电压变角度。
从实验数据来看，两种都能用



最后一张为距离与角度的数据拟合，可以看出，在20°左右近似线性。事实上，我们选择了10°–30°的区间。
没错，我们大部分人都用的定电压变角度模式。用另外一个模式做的同学做的也不错。看大家选择了。
这两种模式，都非常依赖一个东西：对电压的准确和及时的测量。我们做的时候，ad采样数据的波形噪声很大，最严重的时候，同一个条件下，它有三个落点（心塞）。解决办法有，一是adc的电源做稳，ad软件平均滤波的个数多一点。 我们的做法是，不用adc，用比较器，比较器一端接电容分的压，另一端用滑动变阻器设置阈值电压（设置好之后就不用变了），比较器的输出接电磁阀，电磁阀做控制开关。完美避过ad采样的坑。

曲线拟合

从理论上讲，距离和角度的函数关系是隐函数。我们尝试求解过，后来发现还是拟合大法好。

我们选择的角度在10–30°，首先选择一个电压能打两米到三米。其次，测试每加一度，距离的变化，每一个角度至少实验10次，取平均值。最后用matlab拟合。
这一步非常有趣，因为我们机械和硬件都做得很稳，问题不多。有同学说他们的精度太差，不好做。有同学说他们晚上拟合的数据和早上拟合的数据差很多……（听着都心塞），测试的时候，一定要盯住电磁炮，一有不对立马断电，我猜你们一定不会喜欢听到这电容爆炸的声音的。
因为只能用直流稳压电压，所以电磁炮只能用学生电源供电，这点要注意一点，电源要选择并联，不然电流供不上。

3 其他

程序比较简单，图像处理用的简单查找色块算法。测试就负责接收模块的数据就好了。
openmv和激光测距都放在第一级舵机盘上，只有偏航角，激光测距我们架到跟标志物差不多高。
对了，大家可以在炮管上装一个激光笔，方便调试。

最后附一张我们作品照