基于 OpenHarmony 的智能電磁炮

本項(xiàng)目由寧德師范學(xué)院吳政杰、許梓陽(yáng)、葉啟彬同學(xué)完成，作品獲得福建省首屆開(kāi)源鴻蒙開(kāi)發(fā)者大賽一等獎(jiǎng)，感謝楊烈君老師傾情供稿！

1、項(xiàng)目背景

20世紀(jì)70年代以后，世界各國(guó)的軍事部門(mén)和武器專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)并研究了以電子載體技術(shù)為特征的新型武器。到本世紀(jì)初，這些研究進(jìn)展得非常迅速。電磁大炮是將電能以一定方式轉(zhuǎn)換為電磁能，并利用電磁力將彈丸射出，從而獲得超高速。比起傳統(tǒng)武器，電磁炮可以明顯地提高射擊速度和射程距離。

在國(guó)內(nèi)外，已經(jīng)開(kāi)始了這方面的人才培養(yǎng)，特別是在各種重大創(chuàng)新比賽中，比如電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、智能汽車(chē)競(jìng)賽和大創(chuàng)項(xiàng)目等都能很好地培養(yǎng)大學(xué)生對(duì)于微電子硬件和微電腦軟件的興趣，強(qiáng)化微電子硬件和微電腦軟件的相關(guān)知識(shí)。此項(xiàng)技術(shù)被越來(lái)越多的人?使用，覆蓋領(lǐng)域廣泛，傳播速度迅速。微電子硬件和微機(jī)軟件在電磁系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以完美地實(shí)現(xiàn)電磁武器的智能化和小尺寸化，成為一種智能化的個(gè)體武器概念。

2、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

2.1項(xiàng)目描述

項(xiàng)目主要使用***RK2206搭載OpenHarmony操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)舵機(jī)云臺(tái)、激光測(cè)距、電磁炮發(fā)射、按鍵屏幕交互等功能。

2.2功能說(shuō)明

系統(tǒng)底層采用兩個(gè)舵機(jī)，下舵機(jī)為水平橫軸運(yùn)動(dòng)，上舵機(jī)為垂直豎軸運(yùn)動(dòng)，電磁炮口架設(shè)在上舵機(jī)，激光模塊架設(shè)在電磁炮口之上，電磁炮口，激光和平臺(tái)支撐板使用銅柱進(jìn)行有效固定，形成牢固的、分工明確的上中下層結(jié)構(gòu)。主控和升壓板隔離電路主要由UC3843BN、KTLP250、繼電器以及耐壓值為500V/1000uF的充能電容組成的升壓電路板以來(lái)控制電磁炮擊發(fā)的距離和力道，并做了電壓隔離，避免主控受到高壓環(huán)境之下的影響而損壞。

2.3系統(tǒng)功能模塊劃分

系統(tǒng)主要分為五個(gè)模塊：激光測(cè)距模塊、顯示模塊、舵機(jī)云臺(tái)模塊、充能模塊。

2.3項(xiàng)目展示

智能電磁炮模型實(shí)物

按鍵交互屏

TW10S激光模塊

電磁炮云臺(tái)

電磁炮管

3、硬件方案

3.1硬件總體框架

3.2主控芯片

小凌派

系統(tǒng)小凌派RK2206 OpenHarmony開(kāi)發(fā)板，主控為瑞芯微RK2206芯片，200MHz主頻，RAM 256KB、ROM16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。板載NFC Tag芯片及天線，可實(shí)現(xiàn)OpenHarmony“碰一碰”功能。支持 IEEE 802.11b/g/n 制式，AP 模式。USB 2.0 、SDcard /SPI/I2C 接口、麥克風(fēng)接口、E53 接口（包含 UART、 I2C、ADC、DAC、PWM、5 個(gè) GPIO）。一根TypeC USB線，即可實(shí)現(xiàn)供電、下載等功能。一根TypeC USB線，可支持串口調(diào)試功能。

3.3TW10S激光測(cè)距模塊

TW10S激光測(cè)距模塊北斗模塊采用3.3V-5V電源供電，支持串口通信，可以與小凌派直接使用串口通信。

3.4TFT顯示屏

顯示屏采用2.4寸TFT液晶，支持5V或者3.3V供電，通信協(xié)議采用spi協(xié)議。

3.5舵機(jī)

舵機(jī)采用MG955舵機(jī)，支持5V或者3.3V供電。使用小凌派的PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

3.6UC3848充能電路

充能模塊通過(guò)一個(gè)UC3843芯片控制BOOST升壓電路實(shí)現(xiàn)?？紤]到電感電流紋波等因素，BOOST電路選擇了1.5mA的電感。開(kāi)關(guān)管選擇的是IERP460，這是一款500V/20A的MOSFET。在充能電路中，可以通過(guò)在端口加入PWM控制，調(diào)節(jié)UC3843芯片的VFB引腳的電壓，從而調(diào)節(jié)UC3843的控制信號(hào)，控制BOOST升壓電路的輸出。

3.7電磁炮部分

我們采用的是外徑8mm，內(nèi)徑7.4mm長(zhǎng)150mm的不銹鋼炮管，線圈采用銅材質(zhì)線。最后將銅線兩端引出，刮花外層后露出內(nèi)部銅線后，將此兩端焊接在升壓板輸出端引出的耐高壓線上，焊接完成后進(jìn)行萬(wàn)用表蜂鳴檔的測(cè)試，兩端均有連通即可。

4、 軟件方案

4.1電磁炮充能功能設(shè)計(jì)

通過(guò)控制PWM的輸出占空比對(duì)電磁炮進(jìn)行充能。

4.2舵機(jī)云臺(tái)控制

使用PWM控制舵機(jī)云臺(tái)。

4.3發(fā)射程序

5、項(xiàng)目總結(jié)和展望

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)硬件選用小凌派開(kāi)發(fā)板搭載瑞芯微低功耗、高集成的無(wú)線局域網(wǎng)處理器RK2206，搭載OpenHarmony操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了一塊智能電磁炮設(shè)備。通過(guò)模型演示充分體現(xiàn)項(xiàng)目的實(shí)用性。在以上的實(shí)驗(yàn)中，我們所選取的材料簡(jiǎn)單，容易購(gòu)買(mǎi)并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠?？梢赃_(dá)到本次比賽的目的，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化作用也起到了學(xué)習(xí)的作用。后續(xù)可通過(guò)加入遠(yuǎn)程控制和視頻，來(lái)達(dá)到打擊目標(biāo)后計(jì)分獎(jiǎng)勵(lì)功能；可以添加更加靈敏的視覺(jué)識(shí)別模塊來(lái)加強(qiáng)識(shí)別的速度和能力，還有使用SIFT等算法提高識(shí)別物體的正確率，提高打擊的命中率。相信在不斷完善的情況下，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完美的智能電磁炮。

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