我們是來自中北大學(xué)的參賽隊(duì)伍（焦道坤，趙之岑，李炳金），同時(shí)參加了智能車和電賽，并在2019年全國電子設(shè)計(jì)競賽H題組獲得國一的成績，感謝達(dá)爾聞邀約。

應(yīng)標(biāo)題，我的答案是：智能車——雖然連續(xù)兩年做智能車都沒取得滿意的成績，但是我還是力推，因?yàn)榻衲觌娰悋坏某煽冸x不開做車2年的“磨練”。在2019電賽中用到的所有的硬件知識，都得益于智能車的經(jīng)驗(yàn)。有人說智能車是情懷，電賽是經(jīng)歷，作為兩賽都參加的選手，這一點(diǎn)感觸頗深。所以我將全部心得寫在文末，給不知道參加什么比賽的同學(xué)一些建議。

由于是剛做完智能車直接參加電賽，因此采納的是NXP的平臺，建議大家時(shí)間充裕可以多學(xué)學(xué)STM32，資料豐富，第三方支持多，價(jià)格便宜。

系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)包括MK66FX1M0VLQ18單片機(jī)，MT9V032攝像頭模塊，線圈式電磁炮，升壓模塊，高壓大容量電容，兩軸舵機(jī)云臺，電磁繼電器模塊。高速攝像頭配合單片機(jī)實(shí)時(shí)采集頭像，尋找引導(dǎo)標(biāo)識，在通過激光雷達(dá)獲取距離，解算發(fā)射角度與發(fā)射電壓，達(dá)到最準(zhǔn)精度，并設(shè)計(jì)了簡單的人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)調(diào)試參數(shù)。裝置整體結(jié)構(gòu)簡潔、系統(tǒng)穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期任務(wù)要求。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模擬曲線電磁炮系統(tǒng)是一個(gè)高壓的，高精度的控制系統(tǒng)，通過控制舵機(jī)云臺轉(zhuǎn)動(dòng)與電磁炮的電壓來控制射擊精度，因此安全與穩(wěn)定同樣重要。穩(wěn)定機(jī)械結(jié)構(gòu)是提升射擊精度穩(wěn)定的基礎(chǔ)，因此我們使用機(jī)械臂改裝云臺，鐵質(zhì)底座與雙軸大扭矩舵機(jī)保證了炮彈在發(fā)射時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并使用兩個(gè)電磁繼電器模塊將整個(gè)電路強(qiáng)電與弱電隔離，既保護(hù)操作人員也保護(hù)微控制器。

2、方案選擇（1） 電磁炮的結(jié)構(gòu)我在這次比賽總共是見過三種方案：方案一：軌道炮：彈丸速度快，射程遠(yuǎn)，但耗能較大，成本比較高，效率低不易搭建。方案二：升壓線圈炮：模型簡單易建，效率高。通過一個(gè)升壓模塊把12V升到200-300V達(dá)到發(fā)射所需要的能量。方案三：兩級加速的線圈炮：在兩級之前加光電傳感器，這樣就不需要進(jìn)行升壓，直接通過市電220V就可以滿足要求,但是根據(jù)最后測試結(jié)果來看，誤差還是比較大的。最開始沒想那么多，就查了一份電路圖，淘寶上的模型就是升壓線圈炮，就一個(gè)方案一直這樣做下去了。（2） 舵機(jī)云臺我們這次是使用的舵機(jī)，在比賽過程中我也遇見了使用步進(jìn)電機(jī)的，其實(shí)兩個(gè)都差不多，我們是覺得步進(jìn)電機(jī)程序好寫，手上正好準(zhǔn)備了舵機(jī)云臺。大家做的時(shí)候隨便選一個(gè)就行了。做控制就是越簡單越好，我們用舵機(jī)云臺，找一個(gè)角度對應(yīng)關(guān)系就可以了。3、控制方案

線圈炮的控制策略就兩種方案，要么控制電壓，要么控制俯仰角，要么你兩個(gè)都用，不過不推薦兩個(gè)都用，多一個(gè)參數(shù)，曲線更難擬合，用一個(gè)就行了。

方案一：通過控制電容的充電電壓來控制發(fā)射距離，假定電容所儲(chǔ)存的能量全部傳遞給了炮彈，由電容的能量計(jì)算公式E=1/2*C*U2=1/2*m*v2和距離公式x=V2*sin2θ可得，發(fā)射距離x與充電電壓U為二次方的的關(guān)系，但由于電解電容會(huì)有自放電的特性，導(dǎo)致每一次發(fā)射時(shí)的電壓并不完全相同，還會(huì)隨著電容壽命減少而使誤差變大。
方案二：通過控制發(fā)射角度來控制發(fā)射距離，假定電容所儲(chǔ)存的能量全部傳遞給了炮彈，由距離公式x=V2*sin2θ可得，發(fā)射距離x與發(fā)射角度θ為正弦函數(shù)關(guān)系，并且由于題目要求發(fā)射距離較遠(yuǎn)為2m—3m，所以發(fā)射距離與發(fā)射角度幾乎為線性關(guān)系。在使用舵機(jī)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與給定的PWM波的占空比幾乎是線性關(guān)系，在電壓不變的情況下，角度又與發(fā)射的距離呈現(xiàn)線性關(guān)系。所以我們的控制方案為控制發(fā)射角度構(gòu)造擬合函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電磁炮精準(zhǔn)發(fā)射。還有一點(diǎn)比較重要，電磁炮的精準(zhǔn)度和電容有很大關(guān)系，我們實(shí)驗(yàn)室另外一組就是選的電容就很不好，自放電速度特別快，同樣電壓同樣角度，兩次發(fā)射出去能差十幾厘米，這樣就沒辦法擬合曲線。所以大家在選電容的時(shí)候要盡量測一測選一個(gè)好電容，能省去很多麻煩。還有一個(gè)問題是炮彈的選擇，在發(fā)炮的過程中由于強(qiáng)磁場的關(guān)系，炮彈會(huì)有磁化現(xiàn)象，所有大家選炮彈的時(shí)候盡量選一個(gè)強(qiáng)磁材料，我們用的就是多功能螺絲刀套裝盒里的螺絲刀頭，它基本上不怎么會(huì)被磁化，可以打幾個(gè)小時(shí)才沖一下磁，我見其他幾組有好多用鋼球的，同樣電壓同樣角度打出去兩次都有較大誤差或者打幾次就得換彈，我們每次都打同一個(gè)螺絲刀頭，省了很多事。并且螺絲刀頭上的條紋也使炮彈的穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。理論分析與計(jì)算

1、電容容量計(jì)算與選擇由于我們使用高壓大容量電容對線圈進(jìn)行快速充放電，使用升壓模塊對電容充電后，利用電容對線圈瞬間放電產(chǎn)生的強(qiáng)磁場，驅(qū)動(dòng)電磁材料進(jìn)行發(fā)射，若忽略線圈內(nèi)部損耗，炮彈初始能量為:E=1/2*C*U^2=1/2*Li*i2可得，電容的電壓和容值越大，炮彈的初始能量越大，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們測得450V/220uf電容能夠較好的滿足我們的需求。2、炮彈射程計(jì)算在對曲線電磁炮建立物理和數(shù)學(xué)模型后，參考相關(guān)文獻(xiàn)后，我們發(fā)現(xiàn)炮彈在炮筒內(nèi)為直線運(yùn)動(dòng)，離開炮管后的運(yùn)動(dòng)曲線為拋物線。

電路與程序設(shè)計(jì)

1、電路的設(shè)計(jì)

我們就是直接用飛卡的板子改裝的，刪掉了電機(jī)接口，增加了ADC和舵機(jī)接口，大家不要學(xué)我們，該學(xué)STM32還是得學(xué)，恩智浦的芯片做嵌入式還是有很多缺點(diǎn)的。

主控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電磁炮子系統(tǒng)電路原理圖

2、程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

（1）程序功能描述與設(shè)計(jì)思路由于引導(dǎo)標(biāo)識與靶標(biāo)之間的位置關(guān)系固定，所以，可以通過確定引導(dǎo)標(biāo)識位置來換算出靶標(biāo)位置。由灰度攝像頭返回其所拍到圖像區(qū)的灰度值，區(qū)分并計(jì)算引導(dǎo)標(biāo)識與其背景的間類均方差值，從而擬合出引導(dǎo)標(biāo)識邊緣，及其相對背景的水平角度參數(shù)信息，再由激光測距傳感器，返回其與炮臺間的垂直距離，經(jīng)擬合的運(yùn)動(dòng)曲線及歐拉空間角轉(zhuǎn)換，精確得到靶標(biāo)位置。（2）程序流程圖

主程序流程圖

電磁炮子系統(tǒng)流程圖心得體會(huì)

1）還是我一直強(qiáng)調(diào)的，做控制很多時(shí)候都不是在做控制而是做結(jié)構(gòu)，做電賽更是，第一天就是搭結(jié)構(gòu)，從上上屆的風(fēng)力擺，上屆的板球系統(tǒng)都可以看出來，沒有好的結(jié)構(gòu)是肯定做不出來的。

2）關(guān)于電賽我們準(zhǔn)備的也不多，就是智能車華北賽回來做了做前年的板球，如果非要讓我給小白指導(dǎo)的話，我就推薦大家做智能車，我所有的硬件知識都是在智能車中學(xué)到的（雖然比了兩年就拿了個(gè)華北賽區(qū)的三等獎(jiǎng)，哭唧唧），做完智能車你真的就會(huì)覺得國賽這都是小菜一碟，再難調(diào)能有車難調(diào)？再心態(tài)爆炸也沒有比賽時(shí)一道上帝之光爆炸。3）最后就是四天三夜的比賽讓我感到電賽就是比的一個(gè)堅(jiān)持和耐力，在這么短的時(shí)間里解決一個(gè)前所未有的難題真的是什么問題都會(huì)遇到，我們調(diào)的第二天連燒兩塊核心板都感覺自己肯定涼了，最后我拖著我隊(duì)友一直做下去才會(huì)有最后的成績，所以希望大家在學(xué)習(xí)和作比賽的過程中一定不要放棄。4）我看還有很多同學(xué)對要不要提前畫板子有疑問，我覺得可以畫，我就是提前畫好，反正每年控制都是那幾個(gè)器件，把a(bǔ)dc，舵機(jī)，電機(jī)，iic，屏幕口都畫好，題目下來了直接搭配就行了，也免得用杜邦線，感覺挺不穩(wěn)定的。電賽要搬來搬去，穩(wěn)定才是最重要的。最后祝大家學(xué)習(xí)生活都能順心如意，各種大賽能夠拿獎(jiǎng)拿到手軟。END

往期電賽文章合集

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的参加智能车大赛还是电赛？在做电磁炮中我找到了答案的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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